JP4182192B2 - Genes encoding enzymes involved in biosynthesis of icosapentaenoic acid and / or docosahexaenoic acid - Google Patents

Genes encoding enzymes involved in biosynthesis of icosapentaenoic acid and / or docosahexaenoic acid Download PDF

Info

Publication number
JP4182192B2
JP4182192B2 JP33559299A JP33559299A JP4182192B2 JP 4182192 B2 JP4182192 B2 JP 4182192B2 JP 33559299 A JP33559299 A JP 33559299A JP 33559299 A JP33559299 A JP 33559299A JP 4182192 B2 JP4182192 B2 JP 4182192B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gene
biosynthesis
acid
epa
dna
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP33559299A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2000217582A (en
Inventor
一良 矢澤
章子 山田
玲子 湯
和郎 渡部
潤二郎 照屋
正純 鎌田
隆一郎 倉根
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST filed Critical National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority to JP33559299A priority Critical patent/JP4182192B2/en
Publication of JP2000217582A publication Critical patent/JP2000217582A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4182192B2 publication Critical patent/JP4182192B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Enzymes And Modification Thereof (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医薬、食品、飼料などの原料として有用なイコサペンタエン酸(以下EPAと称する)及び/又はドコサヘキサエン酸(以下DHAと称する)の生合成に関与する酵素群をコードする遺伝子、遺伝子を含有するプラスミド、該プラスミドにより形質転換された微生物に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、微生物の働きにより、DHAを製造する試みがなされている。例えば、海洋性微細藻類{Phytochemistry, 30, 2963-2967 (1991), 特開平7-8221, 特開平7-95875}や鞭毛菌類{J. Am. Oil Chem. Soc., 68, 509-514 (1991), 特開平1-199588}を用いたDHA含有トリグリセリドの製造法の報告がある。また、高圧条件下あるいは5℃以下の低温下における深海性微生物によるDHAの産生に関する報告{Appl. Environ. Microbiol., 51, 730-737 (1986)(ビブリオ・マリナスATCC15381); Lipids, 29, 527-528 (1994)}、海洋細菌を用いたDHA及びDHA含有リン脂質の製造法の報告(特開平10-191993)がある。しかしながら、これらの微生物のDHA生合成に関与する遺伝子については報告されていない。
【0003】
一方、DHAと同様の高度不飽和脂肪酸であるEPAを生産する海洋細菌の染色体DNA中より、EPA生合成系遺伝子群が取得されており、これを導入した組み換え大腸菌を用いたEPAの製造法が報告されている〔特開平6-46864号{WO93/23545-A (EPO594868-A)}、特開平8-242867号、WO98/01565〕。しかしながら、これらの報告にはDHAの生産に関する記述はない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
有用な物質を生産する野生株の該有用物質の生産性は一般に低く、それらの微生物の能力を工業的に利用しようとする場合、種々の方法により微生物の改良、すなわち生産性の向上が行われる。本発明は、遺伝子組み換え法を用いて、文献未知のDHA生合成酵素群遺伝子を見出し、他の生物体に導入することにより、DHA生産性の向上を目指すと共に、DHA生合成能を持たない生物へのDHA生合成能の賦与を目的とし、ひいてはDHAの有利な製造法を確立しようとするものである。また同時に、EPAのより効率的な生産に使用可能な新たな遺伝子群を見出すことをも目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは鋭意研究の結果、DHA産生海洋細菌シーワネラsp. SCRC-21406株(FERM BP-5979)の染色体DNA中より、EPA生合成系遺伝子群の欠失変異体のEPA生産能を回復させる能力を有する遺伝子群を見出した。さらにこれをEPA生合成系遺伝子群と組み合わせることによってDHAの生産が可能であることを見出し、本発明を完成した。
従って本発明は、EPA及び/又はDHAの生合成酵素群遺伝子、それを含有する発現型プラスミド、該プラスミドにより形質転換された微生物を提供する。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明においては、DHAを生産する能力を有する微生物(遺伝子源微生物)からDNAを抽出し、このDNAを制限酵素で切断することによってEPA及び/又はDHA生合成に関与する酵素群をコードする遺伝子を切り出し、これを適当なベクターに導入することによって発現型プラスミドを作成する。
【0007】
本発明においては、DHA生合成酵素群の遺伝子源の例として、シーワネラsp. SCRC-21406株(FERM BP-5979)を用いる場合について具体的に説明しているが、DHAを生産することができるものであればいずれでもよく、特に属、種あるいは株などを限定するものではない。これらの微生物については公的微生物寄託機関で容易に入手でき、また自然界から新たに分離することもできる。
【0008】
本発明の遺伝子を用いることにより、例えばエシェリヒャ・コリ(Escherichia coli)や枯草菌(Bacillus subtilis)のごとき異種宿主もしくはシーワネラ属細菌のごとき同種宿主である細菌、あ るいはさらに酵母、糸状菌等を形質転換することにより、EPAやDHA生産株を人為的に創製することができる。さらに、大豆、ひまわり、アブラナ、ごま等の高等植物に本遺伝子を導入することにより、EPAやDHA産生植物を作り出すことも可能である。EPA及び/又はDHA生合成酵素群遺伝子の発現のための領域としては、これらの酵素の遺伝子に本来付随している制御領域を使用することも可能であるが、発現量を向上させ、あるいは発現の誘導を可能にするためには別途プロモーター/オペレーター系を用意するのが好ましい。宿主として大腸菌を用いる場合には、このようなプロモーター/オペレーター系として、T7, lac, bla, trp、tac、lavUV5、PL、PR、lPP等のプ ロモーター/オペレーター系を用いることができ、SD配列として、trpリーダ ーペプチド、lacZ、メタピロカテカ−ゼまたはcII遺伝子等のSD配列を用いる ことができる。さらにコード領域の下流に転写ターミネーター、例えば、大腸菌のリボゾーム遺伝子のrrnBT1T2ターミネーター等を設けることができる。さらに、前記遺伝子の発現においては、サッカロミセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)の宿主/ベクター系を用いることができ、この場合のプロモーターとしては酵母のアルコール脱水素酵素遺伝子のプロモーター、酸性ホスファターゼ遺伝子のプロモーター、グリセルアルデヒド-3-リン酸脱水素酵素のプロモータ ー、エノラーゼ遺伝子のプロモーター等を使用することができ、この場合のプラスミドは酵母中で複製するための配列、及び該プラスミドを含有する酵母を選択するための選択マーカーとしての栄養要求性マーカー、例えばLeu、Trp、His等 の要求性の配列を含有することが好ましい。
【0009】
高等植物への遺伝子導入においては、ベクターを用いる方法や直接導入法などがある。ベクターとしてはTiプラスミドや、カリフラワーモザイクウイルス(CaMV)、ジェミニウイルス、カサバラテントウイルス、トマトゴールデンモザイクウイルスなどのDNAウイルス、ブロムモザイクウイルス(BMV)、タバコモザイクウ イルス(TMV)などのRNAウイルスを用いることができ、この場合のプロモータ ーとしてCaMVの35Sプロモーターなどを挙げることができる。また、プロトプラストへの直接導入法としてリン酸カルシウム法、ポリエチレングリコール法、マイクロインジェクション、エレクトロポレーション、リポソーム法などが挙げられる。また、植物細胞への直接導入法としてパーティクルガン法も挙げられる。
【0010】
なお、一般に大腸菌における特定の蛋白質の発現量は遺伝子のコピ−数、転写効率、mRNAの安定性、翻訳効率、蛋白質の安定性等に影響される。遺伝子工学的技術を用いてこれらの制御領域であるプロモーター、SD領域、ターミネーター等を改変するためにはプラスミドは小型である方が取り扱いが容易である。また、遺伝子のコピー数は、その遺伝子をコードしているプラスミドの大きさに関連し、小型である方がコピー数は増加する傾向がある。このため、本発明の実施例で述べるEPA及び/又はDHAの生合成に関与する酵素群遺伝子を含有するDNA断片をプラスミドに挿入し、このプラスミドDNAのサブクローニングを反復することによって該遺伝子断片中の不要部分を切除することにより、一層小型のプラスミドを得ることも可能である。この方法によって得られる、より小型化したEPA及び/又はDHA生合成酵素群遺伝子も本発明に含まれる。また、酵素の安定性や活性を高めるために、公知の手法を用いて、遺伝子の一部塩基配列(アミノ酸配列)を変換することも可能であり、あるいは遺伝子の複製の段階において数塩基の挿入、欠失または置換が起こる可能性もあるが、これらの変異遺伝子も本発明に含まれる。
なお、本発明において、EPA及び/又はDHAの生合成に関与する酵素群をコードする遺伝子は、配列番号2,4,6及び8で示される塩基配列によってコードされるものとストリンジェントな条件でハイブリダイズするものを包含する。
【0011】
本発明の宿主大腸菌としては、エシェリヒャ・コリK12株に由来する任意の菌 株を使用することができる。例えば、JM83、JM101、JM103、JM105、JM109、JM109(DE3)、RR1 、RB791、W3110、C600、HB101、DH1、AG1、NM554、BL21(DE3)等を使用することができる。また宿主酵母としては、AH22、DC5、D-13-1A、YNN140等が挙げられる。
【0012】
なお、本発明の遺伝子がコードする酵素群は、宿主生物体が本来有する生合成系により合成される高級脂肪酸をEPA及び/又はDHAに誘導できる。さらには、本遺伝子群の一部を用いて宿主生物体の脂肪酸組成を変革することも可能である。
【0013】
次に、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。
【0014】
【実施例】
【0015】
実施例1−1. シーワネラsp.SCRC-21406のゲノムDNAの調製
ペプトン1.0%、酵母エキス0.5%を1/2濃度の人工海水に溶解し、pH7.0に調整した培地100mlを121℃、20分間加熱滅菌した後、シーワネラsp.SCRC-21406(FERM BP-5979)を接種し、15℃で24時間好気的に培養した。培養後、遠心分離機で菌体を採取し、20mlのSET緩衝液(50mM EDTA, 20%Sucrose, 50mM Tris-HCl, pH7.6)で一回洗浄した。得られた菌体をドライアイス/アセトン中で2分間凍結し、水中で溶解したのち、2mlの同緩衝液に懸濁した。ここに1mgのリゾチームと1mgのRNase Aを添加し、混合したのち氷中で15分間放置した。さらに10%SDSを125ml加え、37℃で6時間振とうしたのち、0.6mgのプロテイナーゼKと1.5mlのクロロホルムを加えて37℃で一晩振とうした。ここに蒸留水1mlとクロロホルム10mlを添加し、5分間おだやかに混合したのち、フェノール10mlを加えてさらに5分間混合し、遠心分離して上層を採取した。ここにクロロホルム10mlを加え、5分間おだやかに混合したのち再び遠心分離して上層を得た。これをもう一度繰り返し、得られた上層に0.2mlの5M食塩水と12mlのエタノールを加えて軽く混ぜ、析出したDNAをガラス棒で巻き取った。これをエタノール中で洗って、3mlのTEN緩衝液(1mM EDTA, 10mM NaCl, 10mM Tris-HCl, pH7.6)に溶解した。得られたDNA量は約4.7mgであった。このDNA 157μgを制限酵素Sau3AIを用いて部分分解した後、0.3%アガロースゲル上で電気泳動し、約20kbp以上のDNA断片を電気溶出により単離した。これをフェノール/クロロホルム抽出したのちエタノール沈殿し、500mlのTE緩衝液(1mM EDTA, 10mM Tris-HCl, pH7.6)に溶解した。このうち100mlを20%PEG/2.5M NaCl 100mlと混合し、遠心分離を行って沈殿を得た。この沈殿物を100mlのTE緩衝液に溶解し、フェノール、フェノール/クロロホルム、クロロホルムで抽出したのちエタノール沈殿して、10mlのTE緩衝液に溶解した。
【0016】
実施例1−2. ゲノムDNAライブラリーの作製
ベクターとしてコスミドpWE15(STRATAGENE社製)を用いた。10μgのpWE15を制限酵素BamHIを用いて完全分解し、子牛小腸アルカリフォスファターゼで末端の脱リン酸化を行ったのち、フェノール、クロロホルムで抽出した。これをエタノール沈殿し、10μlのTE緩衝液に溶解した。上記の方法により得られたベクターDNA1.5μgと、実施例1で調製したゲノムDNAの制限酵素Sau3AI部分分解物1.3μgを混合し、T4DNAリガーゼ175Uを添加して、4℃で一晩反応させてDNA鎖を連結した。この反応物の2/5量を常法によりパッケージングしてファージとし、大腸菌K12/XL1-Blue MR株に感染させた。このファージ感染させた大腸菌液を、50μg/mlのアンピシリン及びカナマイシンを含むLB寒天平板培地(トリプトン1%、酵母エキス0.5%、食塩1%、寒天2%)に塗布し、37℃で一晩培養した。出現したコロニー1687個を同組成培地の保存用96穴プレートに釣菌し、ライブラリーとした。
【0017】
実施例1−3. コロニーハイブリダイゼーション
1−3−1. メンブレンの作製
実施例1−2で作成したシーワネラsp.SCRC-21406のゲノムライブラリーのコロニー約1687個を96個ずつ100mMアンピシリン及び50mMカナマイシンを含むLB寒天培地に拾い、37℃で1晩培養した。生育後、ナイロンメンブレン(HybondTMN、アマシャム製)にコロニーを写し取った。このメンブレンを変性溶液(0.5NNaOH、1.5MNaCl)で7分間、中和溶液(1.5MNaCl、0.5MTris-HCl,pH7.2、1mMNa2EDTA)で3分間2回処理した後、2xSSC(30mMクエン酸ナトリウム、300mM塩化ナトリウム)で洗い風乾した。
【0018】
1−3−2. DNAプローブの作製
DNAプローブ作製の鋳型DNAとして、EPA産生海洋細菌シーワネラsp.SCRC-2874株の有するEPA生合成系遺伝子群(特開平8-242867に記載)のORF9のSpeI(31447)-NheI (32522)断片を使用した。ランダムプライマーDNAラベリングキットVer.2(タカラ製)を用いて、上記DNA断片25ngを仕様書に従って[a-32P]ラベルした。DNAに取り込まれなかった遊離の[a-32P]dCTPをMicroSpinTMS-300HR(ファルマシア製)カラムを用いて除き、精製してDNAプローブとした。
【0019】
1−3−3. ハイブリダイゼーション
上記1−3−1で作製したメンブレンを50%ホルムアミド、5xSSCP(0.1M リン酸ナトリウム緩衝液、pH6.8、75mMクエン酸ナトリウム、0.5M塩化ナトリウム)、5mg/mlスキムミルク、ソニケーションした鮭の精子のDNA250μg/ml及び0.5%SDSを含むプレハイブリダイゼーション溶液に浸して42℃で3時間以上置きプレハイブリダイゼーションを行った。その後、プレハイブリダイゼーション溶液を捨て、1−3−2で作製したプローブを加えたハイブリダイゼーション溶液(プレハイブリダイゼーション溶液に10%dextransulfateを加えたもの)にメンブレンを浸して1晩42℃で置きハイブリダイゼーションを行った。上記のように処理を行ったメンブレンを0.1%SDSを含む2 x SSC溶液を用いて5分間、新しい同溶液に交換して10分間振盪しながら室温で洗った。その後、0.1%SDSを含む0.1x SSC溶液で65℃、10分間洗浄した。洗い終わったメンブレンはラップフィルムに包み、オートラジオグラフィーまたはBAS-1500(富士写真フィルム製)による画像解析を行ってアイソトープの分布を調べた。その結果、40個の陽性クローンが得られた。
【0020】
1−3−4. 陽性クローンのコスミドの分析
上記1−3−3で得られた陽性クローンよりコスミドを調製し、制限酵素EcoRIを用いて切断後アガロース電気泳動を行った。泳動後アガロースゲルのエチジウムブロマイド染色を行ってDNAバンドを検出し、挿入断片の入っている29個のクローンを選んだ。
【0021】
実施例1−4.ドットハイブリダイゼーション
1−4−1. メンブレンの作製
実施例1−3で得られた29個の陽性クローンのコスミドDNA溶液各1μlを含む2x SSC溶液55.5μlを調製し、95℃で5分間加熱処理した後2分間氷冷したものを1μlずつナイロンメンブレンにスポットした。このメンブレンを変性溶液で1分間、中和溶液で1分間処理した後、風乾させてラップフィルムに包み、UVランプで4分間照射してDNA をメンブレンに固定した。
【0022】
1−4−2. DNAプローブの作製
DNAプローブ作製の鋳型DNAとして、実施例1−3−2のORF9のSpeI-NheI断片の他に、EPA生合成遺伝子のORF6中のDraIII(13887)-DraIII(16031)断片、EcoRI(17922)-EcoRI (18252)断片、ORF7のEcoRI-XbaI断片(約1kb)、ORF8のPstI-PstI断片(約1.2kb)を用いた。DNA断片のラべリング及び精製は実施例1−3−2と同様に行った。
【0023】
1−4−3. ハイブリダイゼーション
ハイブリダイゼーションは、実施例1−3−3と同様の方法で行った。メンブレンの洗浄は、0.1%SDSを含む2 x SSC溶液については、実施例1−3−3と同様の方法で行った。その後の洗浄については以下のように行った。DNAプローブがORF6のDraIII-DraIII断片、ORF8のPstI-PstI断片及びORF9のSpeI-NheI断片の場合は、0.1%SDSを含む0.1x SSC溶液で65℃10分間2回、ORF7のEcoRI-XbaI断片の場合は、0.1%SDSを含む0.2x SSC溶液で55℃10分間の洗浄を行った。洗い終わったメンブレンは、実施例1−3−3と同様に処理を行い解析した結果、21種のクローンより得たコスミドがORF9のSpeI-NheI断片とハイブリダイズし、そのうち4種が非常に強くハイブリダイズした。この4種のクローンのうち、クローン10C7のみが他の3種類のDNAプローブすべてとハイブリダイズした。
【0024】
実施例1−5. サザンブロットハイブリダイゼーション
1−5−1. メンブレンの作製
実施例1−4−3ですべてのDNAプローブとハイブリダイズすることがわかった陽性クローン、10C7のコスミドDNAをp10C7と命名した。このp10C7を制限酵素EcoRIで切断し、0.7%アガロースゲル ( SeaKem GTG、FMC製)を用いて100Vで約4時間電気泳動を行った。泳動後、エチジウムブロマイド染色を行ってDNAバンドを検出したところ、6本のバンドが観察された。これらのバンドを分子量の大きいものから順にE1〜E6と命名した。観察後のゲルを蒸留水で洗浄し、0.25NHCl中で15分間振盪したのち蒸留水で洗浄して変性溶液中で30分間振盪後、ブロッティング溶液(0.25NNaOH、1.5MNaCl)に浸し、ナイロンメンブレンに1時間減圧ブロットを行った。メンブレンを2 x SSCで洗った後に風乾した。
【0025】
1−5−2. ハイブリダイゼーション
DNAプローブは実施例1−4−2で作成したものを用いた。ハイブリダイゼーション及びメンブレンの洗浄は、実施例1−4−3と同様の方法で行った。洗い終わったメンブレンは、実施例1−4−3と同様に処理を行い解析した。その結果、コスミドp10C7の制限酵素EcoRI切断断片は、EPA 生合成遺伝子のORF6,8,9のDNAプローブとのハイブリダイズが認められた。すなわち、コスミドp10C7はシーワネラsp.SCRC-2874株のEPA 生合成遺伝子群の塩基配列と相同性を有することが示された。
【0026】
実施例1−6. コスミドp10C7の制限酵素地図の作成
形質転換菌XL1-Blue MR/p10C7株より調製したコスミドp10C7のゲノムDNA挿入部分を種々の制限酵素で切断し、制限酵素切断地図を作成した(図1)。
【0027】
実施例1−7. 形質転換菌JM109/p10C7の作成
コスミドp10C7を用いて、大腸菌JM109株を形質転換してJM109/p10C7を得た。本菌株は、工業技術院生命工学工業技術研究所に、平成10年11月18日にFERM P−17058として寄託されている。
【0028】
実施例1−8. 配列の解析
コスミドp10C7のゲノムDNA挿入部分のうち、図1の白色部分の全塩基配列を配列番号:1に示す。この塩基配列中には4個のオープンリーデイングフレーム(ORF):a〜dを特定することができ、これらのそれぞれの塩基配列及び対応するアミノ酸配列を配列番号:2、4、6、8に示す。全塩基配列(配列番号:1)とORFa〜d(配列番号:2、4、6、8)との関係は表1の通りである。
【0029】

Figure 0004182192
【0030】
前記種々のORFの塩基配列より推定されるアミノ酸配列(配列番号3、5、7、9)と、EPA生合成酵素群をコードする遺伝子群の各ORFの塩基配列より推定されるアミノ酸配列(特開平8-242867に記載)とを比較したところ、ある程度の相同性を有することが見出された。その結果を表2に示す。
【0031】
Figure 0004182192
【0032】
この結果より、配列番号2、4、6、8(コスミド10C7に含まれるORFa,b,c,d)のコードするタンパクは、EPA生合成酵素群をコードするORF6,7,8,9の産物とそれぞれ機能的に類似していることが予想された。
【0033】
実施例2−1. コスミド10C7のゲノムDNA挿入部分の制限酵素断片のサブクローニング
コスミド10C7のゲノムDNA挿入部分のORFbを含むEcoRI(2391)-EcoRI(14761)断片をプラスミドpSTV28(宝酒造社製)のEcoRI部位に挿入して、プラスミドEco-Eco/pSTV28を作成した。また、ORFdを含むPstI(16802)-PstI(22263)断片をプラスミドpSTV28のPstI部位に挿入して、プラスミドPst-Pst/pSTV28を作成した。また、ORFcを含むEcoRV(11172)-PvuI(17457)断片を末端平滑化後プラスミドpSTV29のSmaI部位に挿入して、プラスミドEco-Pvu/pSTV29を作成した。各サブクローンの挿入断片の位置を図2に示す。
【0034】
実施例2−2. EPA生合成系遺伝子群のORF9,10欠失クローンの作成
EPA生合成酵素群をコードする遺伝子群を含むプラスミドpEPA(特開平8-242867に記載)のXhoI(5660)-SpeI(31446)断片(ORF2〜8を含む)をプラスミドpBluescript(STRATAGENE社製)のXhoI-SpeI部位に連結して、pXS-BS2を作成した。pXS-BS2の挿入断片の位置を図3に示す。本プラスミドはEPAの生合成に必須な遺伝子のうちのORF9を欠失している。
【0035】
実施例2−3. EPA生合成系遺伝子群のORF2,4,5,8,10欠失クローンの作成EPA産生能を有するプラスミドΔ2,4,5,10/pNEB(WO98/01565に記載)から PstI(24813)-EcoT22I(28946)(ORF8の一部)部分を欠失させて、Δ2,4,5,8,10/pNEBを作成した。Δ2,4,5,8,10/pNEBの挿入断片の位置を図3に示す。本プラスミドはEPAの生合成に必須な遺伝子のうちのORF8を欠失している。
【0036】
実施例2−4. ORF7またはORF9欠失EPA生合成系遺伝子群の相補によるEPA生産能の回復
実施例2−1で作成したプラスミドのうちの1種を導入した大腸菌JM109株を、さらにpEPAΔ7(pEPAからORF7の一部であるSalI(22260)-NruI(23845)部分を欠失させたプラスミド、特開平8-242867に記載)または実施例2−2で作成したpXS-BS2を用いて形質転換した。これらの形質転換株と、pEPAΔ7またはpXS-BS2のみを有する形質転換株を、50μg/mlのアンピシリン及びクロラムフェニコールを含むLB培地5mlに接種し、25℃で培養した。遠心分離により菌体を得、1回洗浄したのち凍結乾燥し、塩化水素飽和のメタノール2mlに溶解して密閉容器に入れ、80℃で1時間保温して脂肪酸をメチルエステル化した。放冷後、ヘキサン2mlで3回抽出し、ヘキサン層を乾固して10mlのメタノールに溶解した。この溶解物の一部をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、EPAのピークが観察された。それぞれの形質転換株の保有するプラスミドの組み合わせと、ピークの面積比から算出した菌体の全脂肪酸エステル中におけるEPAメチルエステルの割合を表3に示す。
【0037】
Figure 0004182192
【0038】
上記の結果より、EPA生合成系遺伝子群のうちのORF7またはORF9を欠失させたクローンのEPA産生能が、コスミドp10C7由来のDNA断片の存在によって回復することが示された。すなわち、コスミドp10C7中にはORF7及びORF9と同様の機能を有する、高度不飽和脂肪酸の生合成に関与する遺伝子が含まれていることが示された。
【0039】
実施例2−5. ORF8欠失EPA生合成系遺伝子群の相補によるEPA生産能の回復及びDHA生産
実施例2−1で作成したプラスミドEco-Pvu/pSTV29を導入した大腸菌JM109株を、さらに実施例2−3で作成したプラスミドΔ2,4,5,8,10/pNEBを用いて形質転換し、アンピシリン及びクロラムフェニコールを含む寒天平板培地を用いて選別を行って、2種のプラスミドを有する組み換え体JM109/p3,6,7,9/pcを得た。この形質転換株を、実施例2−4と同様にして18℃で培養し、菌体の脂肪酸組成をガスクロマトグラフィーにより分析した。その結果、EPAのピークが観察され、その全脂肪酸エステル中における割合は、ピークの面積比から約22.0%と算出された。一方、ガスクロマトグラフィー上でEPAメチルエステルよりも高分子側に新たなピークが観察された。このピークの物質の全脂肪酸エステル中における割合は、ピークの面積比から約1.5%と算出された。GC-MS分析の結果、このピークの物質の分子量は342であり、DHA(22:6)メチルエステルの値と一致し、各フラグメントのピークは標品のそれと一致したことから、本物質はDHAメチルエステルと同定された。なお、MSフラグメントピークは以下の通りであった。Mass : 342(M+), 327, 311, 299, 286, 273, 241, 215, 206, 173, 159, 145, 131, 119, 105, 91, 79, 67, 55, 41, 27.
【0040】
上記の結果より、ORF8を欠失させたEPA生合成系遺伝子群を有するクローンのEPA産生能が、コスミドp10C7由来のDNA断片の存在によって回復し、さらにDHAの生産能も獲得したことが示された。すなわち、コスミドp10C7中にはORF8と同様の機能を有し、かつDHAの生合成に関与する遺伝子が含まれていることが示された。
【0041】
【配列表】
【0042】
Figure 0004182192
【0043】
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
【0044】
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
【0045】
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
【0046】
Figure 0004182192
Figure 0004182192
【0047】
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
【0048】
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
【0049】
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
【0050】
Figure 0004182192
Figure 0004182192
【0051】
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
【0052】
【図面の簡単な説明】
【図1】コスミドp10C7の制限酵素地図を示す。図面の太線部分はドコサヘキサエン酸産生菌の染色体由来の遺伝子断片を示す。太線内の白色部分は塩基配列を決定した部分を示す。
【図2】コスミドp10C7のサブクローンの挿入断片の位置を示す。
【図3】EPA生合成系遺伝子群のサブクローンの挿入断片の位置を示す。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention contains a gene encoding a group of enzymes involved in biosynthesis of icosapentaenoic acid (hereinafter referred to as EPA) and / or docosahexaenoic acid (hereinafter referred to as DHA) useful as raw materials for pharmaceuticals, foods, feeds, etc. And a microorganism transformed with the plasmid.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, attempts have been made to produce DHA by the action of microorganisms. For example, marine microalgae {Phytochemistry, 30, 2963-2967 (1991), JP 7-8221, JP 7-95875} and flagella fungi {J. Am. Oil Chem. Soc., 68, 509-514 ( 1991), JP-A-1-199588}, there is a report on a method for producing a DHA-containing triglyceride. In addition, a report on the production of DHA by deep-sea microorganisms under high pressure conditions or under a low temperature of 5 ° C. or lower {Appl. Environ. Microbiol., 51, 730-737 (1986) (Vibrio marinas ATCC15381); Lipids, 29, 527 -528 (1994)}, there is a report of a method for producing DHA and DHA-containing phospholipids using marine bacteria (Japanese Patent Laid-Open No. 10-191993). However, a gene involved in DHA biosynthesis of these microorganisms has not been reported.
[0003]
On the other hand, EPA biosynthetic genes have been obtained from the chromosomal DNA of marine bacteria producing EPA, which is a highly unsaturated fatty acid similar to DHA, and a method for producing EPA using recombinant Escherichia coli into which this gene has been introduced [JP-A-6-46864 {WO93 / 23545-A (EPO594868-A)}, JP-A-8-242867, WO98 / 01565]. However, these reports do not mention DHA production.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The productivity of such useful substances in wild strains that produce useful substances is generally low, and when the ability of these microorganisms is to be used industrially, the microorganisms are improved by various methods, that is, the productivity is improved. . The present invention uses a genetic recombination method to find a DHA biosynthetic enzyme group gene unknown in the literature and introduce it into other organisms, thereby improving DHA productivity and an organism having no DHA biosynthetic ability. The purpose is to provide DHA biosynthetic ability to the target, and thus to establish an advantageous method for producing DHA. At the same time, another object is to find a new gene group that can be used for more efficient production of EPA.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies, the present inventors have recovered the EPA production ability of deletion mutants of EPA biosynthesis genes from the chromosomal DNA of the DHA-producing marine bacterium Shiwanella sp. SCRC-21406 strain (FERM BP-5979). The gene group which has the ability to make it discovered was discovered. Furthermore, it discovered that DHA production was possible by combining this with an EPA biosynthesis system gene group, and completed this invention.
Accordingly, the present invention provides EPA and / or DHA biosynthetic enzyme group genes, expression plasmids containing the same, and microorganisms transformed with the plasmids.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, a gene encoding an enzyme group involved in EPA and / or DHA biosynthesis by extracting DNA from a microorganism (gene source microorganism) having the ability to produce DHA and cleaving this DNA with a restriction enzyme Is excised and introduced into a suitable vector to prepare an expression plasmid.
[0007]
In the present invention, the case where Shiwanella sp. SCRC-21406 strain (FERM BP-5979) is used as an example of the gene source of the DHA biosynthetic enzyme group has been specifically described. However, DHA can be produced. Any material may be used, and the genus, species or strain is not particularly limited. These microorganisms can be easily obtained at a public microorganism depository and can be newly separated from the natural world.
[0008]
By using the gene of the present invention, for example, a bacterium that is a heterologous host such as Escherichia coli or Bacillus subtilis or a homologous host such as Shivanella genus, or yeast, filamentous fungi, etc. By transformation, EPA and DHA production strains can be artificially created. Furthermore, EPA and DHA producing plants can be produced by introducing this gene into higher plants such as soybean, sunflower, rape and sesame. As a region for the expression of EPA and / or DHA biosynthetic enzyme group genes, it is possible to use a control region inherently associated with the genes of these enzymes, but the expression level is improved or expressed. It is preferable to prepare a separate promoter / operator system in order to enable induction of. When Escherichia coli is used as a host, as such promoter / operator system, T7, lac, bla, trp , tac, lavUV5, P L, P R, can be used promoter / operator system, such as l PP As the SD sequence, an SD sequence such as trp leader peptide, lacZ, metapyrocatecase or cII gene can be used. Furthermore, a transcription terminator such as the rrnBT 1 T 2 terminator of the ribosomal gene of E. coli can be provided downstream of the coding region. Further, in the gene expression, a host / vector system of Saccharomyces cerevisiae can be used. In this case, the promoter of yeast alcohol dehydrogenase gene, the promoter of acid phosphatase gene, The promoter of seraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, the promoter of enolase gene, etc. can be used. In this case, the plasmid is selected for the sequence for replication in yeast, and the yeast containing the plasmid is selected. It is preferable to contain an auxotrophic marker as a selectable marker, for example, a auxotrophic sequence such as Leu, Trp, His.
[0009]
In gene introduction into higher plants, there are a method using a vector and a direct introduction method. Vectors include Ti plasmids, DNA viruses such as cauliflower mosaic virus (CaMV), gemini virus, cassava tent virus, tomato golden mosaic virus, RNA viruses such as brom mosaic virus (BMV) and tobacco mosaic virus (TMV). In this case, examples of the promoter include CaMV 35S promoter. Examples of the direct introduction method into protoplasts include calcium phosphate method, polyethylene glycol method, microinjection, electroporation, liposome method and the like. Moreover, the particle gun method is also mentioned as a direct introduction method to a plant cell.
[0010]
In general, the expression level of a specific protein in E. coli is affected by the number of gene copies, transcription efficiency, mRNA stability, translation efficiency, protein stability, and the like. In order to modify the promoter, SD region, terminator and the like, which are these control regions, using genetic engineering techniques, the smaller the plasmid, the easier it is to handle. Further, the copy number of a gene is related to the size of the plasmid encoding the gene, and the copy number tends to increase when the size is small. For this reason, a DNA fragment containing an enzyme group gene involved in the biosynthesis of EPA and / or DHA described in the examples of the present invention is inserted into a plasmid, and subcloning of this plasmid DNA is repeated to repeat It is also possible to obtain a smaller plasmid by excising unnecessary portions. Smaller EPA and / or DHA biosynthetic enzyme group genes obtained by this method are also included in the present invention. In addition, in order to increase the stability and activity of the enzyme, it is possible to convert a partial base sequence (amino acid sequence) of a gene using known methods, or insert several bases at the stage of gene replication. Although deletions or substitutions may occur, these mutant genes are also included in the present invention.
In the present invention, a gene encoding an enzyme group involved in the biosynthesis of EPA and / or DHA is under stringent conditions with those encoded by the nucleotide sequences represented by SEQ ID NOs: 2, 4, 6 and 8. Includes those that hybridize.
[0011]
As the host Escherichia coli of the present invention, any bacterial strain derived from Escherichia coli K12 strain can be used. For example, JM83, JM101, JM103, JM105, JM109, JM109 (DE3), RR1, RB791, W3110, C600, HB101, DH1, AG1, NM554, BL21 (DE3), etc. can be used. Examples of the host yeast include AH22, DC5, D-13-1A, YNN140 and the like.
[0012]
The enzyme group encoded by the gene of the present invention can induce higher fatty acids synthesized by the biosynthetic system inherent in the host organism to EPA and / or DHA. Furthermore, it is possible to change the fatty acid composition of the host organism by using a part of this gene group.
[0013]
Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
[0014]
【Example】
[0015]
Example 1-1. Preparation of genomic DNA of Shiwanella sp. SCRC-21406 Peptone 1.0%, yeast extract 0.5% dissolved in 1/2 concentration artificial seawater, 100 ml of medium adjusted to pH 7.0 was heat sterilized at 121 ° C for 20 minutes, Shewanella sp. SCRC-21406 (FERM BP-5979) was inoculated and cultured aerobically at 15 ° C for 24 hours. After culturing, the cells were collected with a centrifugal separator and washed once with 20 ml of SET buffer (50 mM EDTA, 20% Sucrose, 50 mM Tris-HCl, pH 7.6). The obtained cells were frozen in dry ice / acetone for 2 minutes, dissolved in water, and suspended in 2 ml of the same buffer. 1 mg of lysozyme and 1 mg of RNase A were added thereto, mixed and then left on ice for 15 minutes. Further, 125 ml of 10% SDS was added and shaken at 37 ° C. for 6 hours, then 0.6 mg proteinase K and 1.5 ml of chloroform were added, and the mixture was shaken overnight at 37 ° C. Distilled water (1 ml) and chloroform (10 ml) were added thereto and mixed gently for 5 minutes, and then phenol (10 ml) was added and further mixed for 5 minutes, followed by centrifugation to collect the upper layer. 10 ml of chloroform was added thereto, mixed gently for 5 minutes, and then centrifuged again to obtain an upper layer. This was repeated once more, and 0.2 ml of 5 M saline solution and 12 ml of ethanol were added to the obtained upper layer and mixed gently, and the precipitated DNA was wound up with a glass rod. This was washed in ethanol and dissolved in 3 ml of TEN buffer (1 mM EDTA, 10 mM NaCl, 10 mM Tris-HCl, pH 7.6). The amount of DNA obtained was about 4.7 mg. 157 μg of this DNA was partially decomposed using the restriction enzyme Sau3AI, then electrophoresed on a 0.3% agarose gel, and a DNA fragment of about 20 kbp or more was isolated by electroelution. This was extracted with phenol / chloroform, precipitated with ethanol, and dissolved in 500 ml of TE buffer (1 mM EDTA, 10 mM Tris-HCl, pH 7.6). Of these, 100 ml was mixed with 100 ml of 20% PEG / 2.5M NaCl, and centrifuged to obtain a precipitate. This precipitate was dissolved in 100 ml of TE buffer, extracted with phenol, phenol / chloroform and chloroform, ethanol precipitated and dissolved in 10 ml of TE buffer.
[0016]
Example 1-2. Cosmid pWE15 (manufactured by STRATAGENE) was used as a genomic DNA library production vector. 10 μg of pWE15 was completely digested with the restriction enzyme BamHI, and terminal dephosphorylation was performed with calf intestinal alkaline phosphatase, followed by extraction with phenol and chloroform. This was ethanol precipitated and dissolved in 10 μl of TE buffer. Mix 1.5 μg of the vector DNA obtained by the above method and 1.3 μg of the restriction enzyme Sau3AI partial degradation product of genomic DNA prepared in Example 1, add T4DNA ligase 175U, and react at 4 ° C. overnight. The DNA strands were ligated. 2/5 of this reaction product was packaged by a conventional method to obtain a phage, which was infected with E. coli K12 / XL1-Blue MR strain. This phage-infected E. coli solution is applied to LB agar plate medium (tryptone 1%, yeast extract 0.5%, salt 1%, agar 2%) containing 50 μg / ml ampicillin and kanamycin, and cultured at 37 ° C. overnight. did. 1687 colonies that emerged were fished in a 96-well plate for storage of the same composition medium to prepare a library.
[0017]
Example 1-3. Colony hybridization 1-3-1. Preparation of Membrane Approximately 1687 colonies of the Shiwanella sp. SCRC-21406 genomic library prepared in Example 1-2 were picked up in 96 LB agar medium containing 100 mM ampicillin and 50 mM kanamycin and cultured overnight at 37 ° C. . After growth, colonies were copied onto a nylon membrane (Hybond N, Amersham). This membrane was treated twice with denaturing solution (0.5NNaOH, 1.5MNaCl) for 7 minutes and neutralizing solution (1.5MNaCl, 0.5MTris-HCl, pH7.2, 1mMNa 2 EDTA) for 3 minutes, then 2xSSC (30mM citric acid) Sodium, 300 mM sodium chloride) and air-dried.
[0018]
1-3-2. DNA probe preparation
As a template DNA for DNA probe preparation, the SpeI (31447) -NheI (32522) fragment of ORF9 of the EPA biosynthesis gene group (described in JP-A-8-242867) possessed by the EPA-producing marine bacterium Shiwanella sp. used. Using the random primer DNA labeling kit Ver.2 (manufactured by Takara), 25 ng of the above DNA fragment was [a- 32 P] labeled according to the specifications. Free [a- 32 P] dCTP that was not incorporated into DNA was removed using a MicroSpin S-300HR (Pharmacia) column and purified to obtain a DNA probe.
[0019]
1-3-3. Hybridization Membrane prepared in 1-3-1 above was sonicated with 50% formamide, 5xSSCP (0.1 M sodium phosphate buffer, pH 6.8, 75 mM sodium citrate, 0.5 M sodium chloride), 5 mg / ml skim milk. Prehybridization was performed by immersing in a prehybridization solution containing 250 μg / ml of sperm sperm DNA and 0.5% SDS at 42 ° C. for 3 hours or more. Then, discard the prehybridization solution and immerse the membrane in a hybridization solution with the probe prepared in 1-3-2 (10% dextransulfate added to the prehybridization solution) at 42 ° C overnight. Hybridization was performed. The membrane treated as described above was replaced with a fresh 2 × SSC solution containing 0.1% SDS for 5 minutes and washed at room temperature with shaking for 10 minutes. Thereafter, it was washed with a 0.1 × SSC solution containing 0.1% SDS at 65 ° C. for 10 minutes. The washed membrane was wrapped in a wrap film and image analysis was performed by autoradiography or BAS-1500 (Fuji Photo Film) to examine the distribution of isotopes. As a result, 40 positive clones were obtained.
[0020]
1-3-4. Analysis of cosmid of positive clone A cosmid was prepared from the positive clone obtained in 1-3-3 above, and digested with a restriction enzyme EcoRI and subjected to agarose electrophoresis. After electrophoresis, agarose gel was stained with ethidium bromide to detect the DNA band, and 29 clones containing the inserted fragment were selected.
[0021]
Example 1-4. Dot hybridization 1-4-1. Preparation of membrane Prepare 55.5 μl of 2x SSC solution containing 1 μl each of the 29 cosmid DNA solutions of 29 positive clones obtained in Example 1-3, heat-treat at 95 ° C. for 5 minutes, and then ice-cool for 2 minutes. 1 μl each was spotted on a nylon membrane. The membrane was treated with a denaturing solution for 1 minute and a neutralizing solution for 1 minute, then air-dried, wrapped in a wrap film, and irradiated with a UV lamp for 4 minutes to immobilize DNA on the membrane.
[0022]
1-4-2. DNA probe preparation
In addition to the SpeI-NheI fragment of ORF9 of Example 1-3-2, as a template DNA for preparing a DNA probe, a DraIII (13887) -DraIII (16031) fragment, EcoRI (17922)-in ORF6 of the EPA biosynthesis gene An EcoRI (18252) fragment, an ORF7 EcoRI-XbaI fragment (about 1 kb), and an ORF8 PstI-PstI fragment (about 1.2 kb) were used. Labeling and purification of DNA fragments were performed in the same manner as in Example 1-3-2.
[0023]
1-4-3. Hybridization hybridization was performed in the same manner as in Example 1-3-3. The membrane was washed by the same method as in Example 1-3-3 for a 2 × SSC solution containing 0.1% SDS. Subsequent washing was performed as follows. If the DNA probe is the DraIII-DraIII fragment of ORF6, the PstI-PstI fragment of ORF8, and the SpeI-NheI fragment of ORF9, the ORF7 EcoRI-XbaI fragment twice in a 0.1x SSC solution containing 0.1% SDS at 65 ° C for 10 minutes In this case, the plate was washed with a 0.2x SSC solution containing 0.1% SDS at 55 ° C for 10 minutes. The washed membrane was processed and analyzed in the same manner as in Example 1-3-3. As a result, cosmids obtained from 21 clones hybridized with the SpeI-NheI fragment of ORF9, 4 of which were very strong. Hybridized. Of these four clones, only clone 10C7 hybridized with all three other DNA probes.
[0024]
Example 1-5. Southern blot hybridization 1-5-1. Preparation of Membrane A positive clone, 10C7 cosmid DNA, which was found to hybridize with all DNA probes in Example 1-4-3, was named p10C7. This p10C7 was cleaved with the restriction enzyme EcoRI, and electrophoresed at 100 V for about 4 hours using a 0.7% agarose gel (SeaKem GTG, manufactured by FMC). After electrophoresis, ethidium bromide staining was performed to detect DNA bands, and six bands were observed. These bands were named E1 to E6 in descending order of molecular weight. The gel after observation is washed with distilled water, shaken in 0.25N HCl for 15 minutes, washed with distilled water, shaken in denaturing solution for 30 minutes, then immersed in a blotting solution (0.25NNaOH, 1.5MNaCl) and placed on a nylon membrane. A vacuum blot was performed for 1 hour. The membrane was washed with 2 x SSC and then air dried.
[0025]
1-5-2. Hybridization
The DNA probe prepared in Example 1-4-2 was used. Hybridization and membrane washing were performed in the same manner as in Example 1-4-3. The washed membrane was processed and analyzed in the same manner as in Example 1-4-3. As a result, the restriction enzyme EcoRI cleaved fragment of cosmid p10C7 was observed to hybridize with DNA probes of ORF6, 8, and 9 of the EPA biosynthesis gene. That is, cosmid p10C7 was shown to have homology with the base sequence of the EPA biosynthesis gene group of Shiwanella sp. SCRC-2874 strain.
[0026]
Example 1-6. Preparation of restriction enzyme map of cosmid p10C7 The genomic DNA insertion part of cosmid p10C7 prepared from the transformed strain XL1-Blue MR / p10C7 was cleaved with various restriction enzymes to prepare restriction enzyme cleavage maps (FIG. 1).
[0027]
Example 1-7. Preparation of transformant JM109 / p10C7 Using cosmid p10C7, E. coli JM109 was transformed to obtain JM109 / p10C7. This strain was deposited with the Institute of Biotechnology, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology as FERM P-17058 on November 18, 1998.
[0028]
Example 1-8. Sequence Analysis The entire base sequence of the white part in FIG. 1 in the genomic DNA insertion part of cosmid p10C7 is shown in SEQ ID NO: 1. In this base sequence, four open reading frames (ORF): a to d can be specified, and their respective base sequences and corresponding amino acid sequences are shown in SEQ ID NOs: 2, 4, 6, 8. . Table 1 shows the relationship between the entire nucleotide sequence (SEQ ID NO: 1) and ORFa to d (SEQ ID NOs: 2, 4, 6, 8).
[0029]
Figure 0004182192
[0030]
Amino acid sequences deduced from the base sequences of the various ORFs (SEQ ID NOs: 3, 5, 7, 9) and amino acid sequences deduced from the base sequences of the ORFs of the genes encoding the EPA biosynthesis enzyme group (Described in Kaihei 8-242867) was found to have some degree of homology. The results are shown in Table 2.
[0031]
Figure 0004182192
[0032]
From this result, the protein encoded by SEQ ID NO: 2, 4, 6, 8 (ORFa, b, c, d contained in cosmid 10C7) is the product of ORF6, 7, 8, 9 encoding EPA biosynthetic enzymes. Were expected to be functionally similar to each other.
[0033]
Example 2-1. Subcloning of restriction enzyme fragment of genomic DNA insertion part of cosmid 10C7 Inserting EcoRI (2391) -EcoRI (14761) fragment containing ORFb of genomic DNA insertion part of cosmid 10C7 into the EcoRI site of plasmid pSTV28 (Takara Shuzo) Plasmid Eco-Eco / pSTV28 was created. In addition, a PstI (16802) -PstI (22263) fragment containing ORFd was inserted into the PstI site of plasmid pSTV28 to create plasmid Pst-Pst / pSTV28. In addition, the EcoRV (11172) -PvuI (17457) fragment containing ORFc was blunt-ended and inserted into the SmaI site of plasmid pSTV29 to prepare plasmid Eco-Pvu / pSTV29. The position of the inserted fragment of each subclone is shown in FIG.
[0034]
Example 2-2. Preparation of ORF9,10 deletion clone of EPA biosynthesis gene group XhoI (5660) -SpeI (31446) fragment of plasmid pEPA (described in JP-A-8-242867) containing gene group encoding EPA biosynthesis enzyme group ( (Including ORF2-8) was ligated to the XhoI-SpeI site of plasmid pBluescript (manufactured by STRATAGENE) to create pXS-BS2. The position of the insert fragment of pXS-BS2 is shown in FIG. This plasmid lacks ORF9, a gene essential for EPA biosynthesis.
[0035]
Example 2-3. Generation of ORF2,4,5,8,10 deletion clone of EPA biosynthesis gene group From plasmid Δ2,4,5,10 / pNEB (described in WO98 / 01565) having EPA production ability to PstI (24813) -EcoT22I The (28946) (part of ORF8) portion was deleted to create Δ2,4,5,8,10 / pNEB. The position of the inserted fragment of Δ2, 4, 5, 8, 10 / pNEB is shown in FIG. This plasmid lacks ORF8, a gene essential for EPA biosynthesis.
[0036]
Example 2-4. Recovery of EPA production ability by complementation of ORF7 or ORF9-deficient EPA biosynthetic genes The E. coli JM109 strain into which one of the plasmids prepared in Example 2-1 was introduced was further transformed into pEPAΔ7 (part of ORF7 from pEPA The plasmid was deleted from the SalI (22260) -NruI (23845) portion described in JP-A-8-242867) or pXS-BS2 prepared in Example 2-2. These transformants and transformants having only pEPAΔ7 or pXS-BS2 were inoculated into 5 ml of LB medium containing 50 μg / ml ampicillin and chloramphenicol and cultured at 25 ° C. Bacteria were obtained by centrifugation, washed once, lyophilized, dissolved in 2 ml of methanol saturated with hydrogen chloride, placed in a sealed container, and kept at 80 ° C. for 1 hour to methylate the fatty acid. After allowing to cool, extraction was performed 3 times with 2 ml of hexane, and the hexane layer was dried and dissolved in 10 ml of methanol. When a part of the lysate was analyzed by gas chromatography, an EPA peak was observed. Table 3 shows the combination of plasmids possessed by each transformant and the ratio of EPA methyl ester in the total fatty acid ester of the microbial cells calculated from the peak area ratio.
[0037]
Figure 0004182192
[0038]
From the above results, it was shown that the EPA production ability of clones lacking ORF7 or ORF9 in the EPA biosynthesis system gene group was recovered by the presence of a DNA fragment derived from cosmid p10C7. That is, it was shown that cosmid p10C7 contains a gene involved in biosynthesis of highly unsaturated fatty acids having the same function as ORF7 and ORF9.
[0039]
Example 2-5. Recovery of EPA production ability by complementation of ORF8-deficient EPA biosynthetic genes and DHA production The Escherichia coli JM109 strain into which the plasmid Eco-Pvu / pSTV29 prepared in Example 2-1 was introduced was further prepared in Example 2-3. The transformed plasmid Δ2,4,5,8,10 / pNEB was selected using an agar plate medium containing ampicillin and chloramphenicol, and recombinant JM109 / p3 having two plasmids was obtained. 6,7,9 / pc were obtained. This transformed strain was cultured at 18 ° C. in the same manner as in Example 2-4, and the fatty acid composition of the bacterial cells was analyzed by gas chromatography. As a result, an EPA peak was observed, and the ratio in the total fatty acid ester was calculated to be about 22.0% from the peak area ratio. On the other hand, a new peak was observed on the polymer side of EPA methyl ester on gas chromatography. The ratio of the peak substance in the total fatty acid ester was calculated to be about 1.5% from the peak area ratio. As a result of GC-MS analysis, the molecular weight of the substance of this peak was 342, which was consistent with the value of DHA (22: 6) methyl ester, and the peak of each fragment was consistent with that of the standard. Identified as methyl ester. The MS fragment peak was as follows. Mass: 342 (M +), 327, 311, 299, 286, 273, 241, 215, 206, 173, 159, 145, 131, 119, 105, 91, 79, 67, 55, 41, 27.
[0040]
From the above results, it was shown that the EPA production ability of clones having the EPA biosynthetic gene group lacking ORF8 was restored by the presence of the DNA fragment derived from cosmid p10C7, and the DHA production ability was also acquired. It was. That is, it was shown that cosmid p10C7 has a function similar to that of ORF8 and includes a gene involved in DHA biosynthesis.
[0041]
[Sequence Listing]
[0042]
Figure 0004182192
[0043]
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
[0044]
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
[0045]
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
[0046]
Figure 0004182192
Figure 0004182192
[0047]
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
[0048]
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
[0049]
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
[0050]
Figure 0004182192
Figure 0004182192
[0051]
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
Figure 0004182192
[0052]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a restriction enzyme map of cosmid p10C7. The bold line part of a drawing shows the gene fragment derived from the chromosome of docosahexaenoic acid producing bacteria. The white part in the bold line indicates the part for which the base sequence was determined.
FIG. 2 shows the position of the insert fragment of the cosmid p10C7 subclone.
FIG. 3 shows the position of an inserted fragment of a subclone of the EPA biosynthesis gene group.

Claims (7)

ドコサヘキサエン酸産生菌の染色体DNAをSau3AIで処理して得られる、図1で示される制限酵素地図を有する約37kbの遺伝子断片に含まれ、イコサペンタエン酸及び/又はドコサヘキサエン酸の生合成に関与する酵素群をコードする遺伝子。Enzyme group involved in biosynthesis of icosapentaenoic acid and / or docosahexaenoic acid, which is contained in an approximately 37 kb gene fragment having the restriction enzyme map shown in FIG. A gene encoding ドコサヘキサエン酸産生菌がシーワネラsp. SCRC-21406(FERM BP-5979)である、請求項1に記載の遺伝子。The gene according to claim 1, wherein the docosahexaenoic acid-producing bacterium is Shiwanella sp. SCRC-21406 (FERM BP-5979). 配列番号:1で示される塩基配列によってコード化されたイコサペンタエン酸及び/又はドコサヘキサエン酸の生合成に関与する酵素群をコードする遺伝子。A gene encoding an enzyme group involved in biosynthesis of icosapentaenoic acid and / or docosahexaenoic acid encoded by the base sequence represented by SEQ ID NO: 1. 配列番号:2,4,6及び8で示される塩基配列群から選ばれた少なくとも一つの塩基配列を含んで成るイコサペンタエン酸及び/又はドコサヘキサエン酸の生合成に関与する酵素群をコードする遺伝子。A gene encoding an enzyme group involved in biosynthesis of icosapentaenoic acid and / or docosahexaenoic acid, comprising at least one base sequence selected from the base sequence group represented by SEQ ID NOs: 2, 4, 6 and 8. 配列番号:3,5,7及び9で示されるアミノ酸配列群から選ばれた少なくとも一つのアミノ酸配列を含んで成るイコサペンタエン酸及び/又はドコサヘキサエン酸の生合成に関与する酵素群をコードする遺伝子。A gene encoding an enzyme group involved in biosynthesis of icosapentaenoic acid and / or docosahexaenoic acid, comprising at least one amino acid sequence selected from the amino acid sequence groups represented by SEQ ID NOs: 3, 5, 7, and 9. 請求項3または4に記載の遺伝子を含んで成るプラスミド。A plasmid comprising the gene according to claim 3 or 4. 請求項6に記載のプラスミドにより形質転換された微生物。A microorganism transformed with the plasmid according to claim 6.
JP33559299A 1998-11-26 1999-11-26 Genes encoding enzymes involved in biosynthesis of icosapentaenoic acid and / or docosahexaenoic acid Expired - Lifetime JP4182192B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP33559299A JP4182192B2 (en) 1998-11-26 1999-11-26 Genes encoding enzymes involved in biosynthesis of icosapentaenoic acid and / or docosahexaenoic acid

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10-336039 1998-11-26
JP33603998 1998-11-26
JP33559299A JP4182192B2 (en) 1998-11-26 1999-11-26 Genes encoding enzymes involved in biosynthesis of icosapentaenoic acid and / or docosahexaenoic acid

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2000217582A JP2000217582A (en) 2000-08-08
JP4182192B2 true JP4182192B2 (en) 2008-11-19

Family

ID=26575228

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP33559299A Expired - Lifetime JP4182192B2 (en) 1998-11-26 1999-11-26 Genes encoding enzymes involved in biosynthesis of icosapentaenoic acid and / or docosahexaenoic acid

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4182192B2 (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103451246B (en) 2004-04-22 2018-02-16 联邦科学技术研究组织 With recombinant cell synthesis of long-chain polyunsaturated fatty acids
BRPI0510132A (en) 2004-04-22 2007-10-02 Commw Scient Ind Res Org long chain polyunsaturated fatty acid synthesis by recombinant cells
BRPI0716075A2 (en) 2006-08-29 2013-08-06 Commw Scient Ind Res Org Fatty Acid Synthesis
CN107858204B (en) 2008-11-18 2021-10-29 联邦科学技术研究组织 Enzymes and methods for producing omega-3 fatty acids
ES2636487T3 (en) 2012-06-15 2017-10-05 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Production of long chain polyunsaturated fatty acids in plant cells
EA037817B1 (en) 2013-12-18 2021-05-25 Коммонвелт Сайнтифик Энд Индастриэл Рисерч Организэйшн Extracted plant lipid comprising long chain polyunsaturated fatty acids
EP3160482A4 (en) 2014-06-27 2018-02-14 Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation Lipid comprising docosapentaenoic acid

Also Published As

Publication number Publication date
JP2000217582A (en) 2000-08-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Domann et al. A novel bacterial virulence gene in Listeria monocytogenes required for host cell microfilament interaction with homology to the proline‐rich region of vinculin.
Juhnke et al. New genes involved in chromate resistance in Ralstonia metallidurans strain CH34
Brämer et al. The methylcitric acid pathway in Ralstonia eutropha: new genes identified involved in propionate metabolism
de Geus et al. Molecular cloning of pldA, the structural gene for outer membrane phospholipase of E. coli K12
US5683898A (en) Gene coding for eicosapentaenoic acid synthesizing enzymes and process for production of eicosapentaenoic acid
JPH10501125A (en) Synthetic genes for antipathogenic substances
AU673359B2 (en) Gene which codes for eicosapentaenoic acid synthetase group and process for producing eicosapentaenoic acid
Thiel et al. [13] Conjugal transfer of plasmids to cyanobacteria
JP4182192B2 (en) Genes encoding enzymes involved in biosynthesis of icosapentaenoic acid and / or docosahexaenoic acid
US5798259A (en) Gene coding for eicosapentaenoic acid synthesizing enzymes and process for production of eicosapentaenoic acid
EP0913473A1 (en) Process for producing icosapentaenoic acid by genetic recombination
RU2133773C1 (en) Genes of metabolism of butyrobetaine/crotonobetaine - l- -carnitine and their use for microbiological synthesis of l-carnitine
JP2014505472A (en) Oil content increased by increasing YAP1 transcription factor activity in oleaginous yeast
WO1997036613A1 (en) Method for increasing viability and transformation efficiency of bacteria during storage at low temperatures
JP6420248B2 (en) Gene cluster for biosynthesis of cornexistin and hydroxycornexistin
RU2140984C1 (en) Dna fragment, method of pravastatin sodium preparing, expression plasmid (variants), recombinant strain (variants)
EP0831149A1 (en) Genes coding for biosynthetic enzyme group for icosapentaenoic acid and process for producing icosapentaenoic acid
Kormanec et al. The Streptomyces aureofaciens homologue of the whiB gene is essential for sporulation; its expression correlates with the developmental stage
US9796992B2 (en) Gene cluster for biosynthesis of cornexistin and hydroxycornexistin
JP4221476B2 (en) Plasmid cloned icosapentaenoic acid biosynthesis genes and cyanobacteria producing icosapentaenoic acid
Ladygin et al. Transformation of Chlamydomonas reinhardtii CW-15 with the hygromycin phosphotransferase gene as a selectable marker
CA2116422A1 (en) Cloning and identification of a two component signal transducing regulatory system from bacteroides fragilis
US20030215930A1 (en) Genes involved in cyclododecanone degradation pathway
Dijkhuizen et al. Genetic manipulation of the restricted facultative methylotroph Hyphomicrobium X by the R-plasmid-mediated introduction of the Escherichia coli pdh genes
JP2008504014A (en) Mycelia growth in fungi

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20041202

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20041202

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20041202

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080507

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080805

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4182192

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

EXPY Cancellation because of completion of term