JP4379087B2 - Geranylgeranyl diphosphate synthase and method for producing geranylgeraniol - Google Patents

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Description

本発明は、ゲラニルゲラニル二リン酸合成酵素及びゲラニルゲラニオールの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing geranylgeranyl diphosphate synthase and geranylgeraniol.

イソプレノイド(又はテルペノイドと呼ばれる)は、各種ステロイド類、スクアレン、ファルネシル化タンパク質のアンカー分子、天然ゴム、レチノールやβ-カロテン(ビタミンA)、フィロキノン・メナキノン(ビタミンK)やユビキノン(補酵素Q)の側鎖、トコフェロール(ビタミンE)、ゲラニルゲラニル化タンパク質のアンカー分子、クロロフィルの側鎖、ジベレリン、アブシジン酸及びブラシノライドなどの植物ホルモン、アーキアのエーテル型脂質成分などを始めとする膨大な種類からなる一群の化合物を含む。また、これらのイソプレノイドには、工業価値の高い化合物が多く含まれる。イソプレノイドは、生体内では、アセチル-CoAからメバロン酸を経るメバロン酸経路、又はピルビン酸よりグリセルアルデヒド三リン酸を経るMEP(2-C-methyl-D-erythritol 4-phosphate)経路によって合成される。 Isoprenoids (or terpenoids) are steroids, squalene, farnesylated protein anchor molecules, natural rubber, retinol, β-carotene (vitamin A), phylloquinone, menaquinone (vitamin K) and ubiquinone (coenzyme Q). It consists of a vast variety including side chains, tocopherol (vitamin E), geranylgeranylated protein anchor molecules, chlorophyll side chains, plant hormones such as gibberellin, abscisic acid and brassinolide, archaic ether type lipid components, etc. Contains a group of compounds. In addition, these isoprenoids contain many compounds with high industrial value. In vivo, isoprenoids are synthesized in vivo by the mevalonic acid pathway from acetyl-CoA via mevalonic acid or the MEP (2- C- methyl-D-erythritol 4-phosphate) pathway from pyruvic acid via glyceraldehyde triphosphate. The

イソプレノイドに含まれるファルネソールやゲラニルゲラニオール等のプレニルアルコールは、香料として用いられる精油中の芳香物質として知られるが、薬理作用物質として有用な上記ビタミン類をはじめとする化合物の合成出発物質としてもまた重要な物質である。   Prenyl alcohols such as farnesol and geranylgeraniol contained in isoprenoids are known as aromatic substances in essential oils used as fragrances, but are also important as starting materials for the synthesis of compounds including the above-mentioned vitamins that are useful as pharmacological agents. It is a serious substance.

ファルネソールやゲラニルゲラニオールの生合成前駆体化合物は、二リン酸型化合物である(all-E)ファルネシル二リン酸と(all-E)ゲラニルゲラニル二リン酸である。よって炭素数15及び20を有する直鎖型の生合成経路中での最初のプレニルアルコールは、全トランス型である(all-E)ファルネソールと(all-E)ゲラニルゲラニオールとなる。また、上記(all-E)ファルネシル二リン酸と(all-E)ゲラニルゲラニル二リン酸は、細胞におけるイソプレノイド合成の活性型前駆体化合物として知られる。これら2種のプレニル二リン酸を前駆体としてトランス型やシス型のあらゆるイソプレノイド関連物質(イソプレノイド又はテルペノイドと呼ばれる)が生合成される(Ogura K及びKoyama T, 「Enzymatic aspects of isoprenoid chain elongation」 CHEMICAL REVIEWS, 98, 1263-1276 (1998))。これらcis-,trans ((Z)-, (E)-)異性体混合物でない、活性型プレニルアルコールの純品を大量に生産できる系の確立が望まれている。 The biosynthetic precursor compounds of farnesol and geranylgeraniol are (all- E ) farnesyl diphosphate and (all- E ) geranylgeranyl diphosphate which are diphosphate type compounds. Therefore, the first prenyl alcohol in the linear biosynthetic pathway having 15 and 20 carbon atoms is (all- E ) farnesol and (all- E ) geranylgeraniol which are all-trans type. The (all- E ) farnesyl diphosphate and (all- E ) geranylgeranyl diphosphate are known as active precursor compounds for isoprenoid synthesis in cells. With these two prenyl diphosphates as precursors, all isoprenoid-related substances (called isoprenoids or terpenoids) in trans or cis form are biosynthesized (Ogura K and Koyama T, `` Enzymatic aspects of isoprenoid chain elongation '' CHEMICAL REVIEWS, 98 , 1263-1276 (1998)). It is desired to establish a system capable of producing a large amount of a pure product of active prenyl alcohol which is not a mixture of these cis- , trans (( Z )-, ( E )-) isomers.

今日、ゲラニルゲラニオールは、主に化学合成法により合成されている(例えば特開平8-133999号公報を参照)。しかし、化学合成法によると、より炭素鎖の短いファルネソールやネロリドールと比較してゲラニルゲラニオールの合成は、ステップ数が多く、コストがかかる。また、化学合成法で合成されるゲラニルゲラニオールは、一般的には炭素骨格が同じであるが、二重結合が(E)-型(trans型)と(Z)-型(cis型)の混合物として得られる。 Today, geranylgeraniol is mainly synthesized by a chemical synthesis method (see, for example, JP-A-8-133999). However, according to the chemical synthesis method, the synthesis of geranylgeraniol has a large number of steps and costs more than farnesol and nerolidol, which have shorter carbon chains. In addition, geranylgeraniol synthesized by chemical synthesis generally has the same carbon skeleton, but the double bond is a mixture of ( E ) -type ( trans type) and ( Z ) -type ( cis type). As obtained.

一方、(all-E)ゲラニルゲラニオールは生物の代謝経路で合成される形であり、工業的利用価値を有する。(all-E)ゲラニルゲラニオールを純粋な形で得るためには、カラムクロマトグラフィーや精密蒸留などを利用した精製が必要である。しかし、熱的に不安定なアリルアルコールであるゲラニルゲラニオールの精密蒸留は困難である。また、カラムクロマトグラフィーによる精製は、多量の溶媒充填剤を必要とし、順次溶出してくる各画分を分析しながら回収し、さらに溶媒を除去しなければならないなど、操作が煩雑でコストも高く、工業実施には適さない。そこで、(all-E)ゲラニルゲラニオールの合成法が望まれている。 On the other hand, (all- E ) geranylgeraniol is synthesized in the metabolic pathway of organisms and has industrial utility value. In order to obtain (all- E ) geranylgeraniol in a pure form, purification using column chromatography or precision distillation is required. However, precision distillation of geranylgeraniol, which is a thermally unstable allyl alcohol, is difficult. In addition, purification by column chromatography requires a large amount of solvent packing material, and each fraction eluted in sequence must be collected while being analyzed, and the solvent must be removed. Not suitable for industrial implementation. Therefore, a method for synthesizing (all- E ) geranylgeraniol is desired.

(E)-、(Z)-幾何異性体の生成制御は、酵素を反応触媒として用いる生合成法では完全に行われるので魅力的である。従来、生化学反応を用いたイソプレノイドの生産性を向上させる試みとしては、上述した代謝経路の反応を触媒する酵素の活性を強化したり、変異導入して前記酵素の特異性を改変するといった手法が取られてきた。例えば、プレニル二リン酸合成酵素の特異性改変が挙げられる。プレニル二リン酸合成酵素は、上述したメバロン酸経路又はMEP経路の下流の反応経路においてホモアリル性二リン酸基質とアリル性二リン酸基質からプレニル二リン酸への合成反応を触媒する。プレニル二リン酸合成酵素のアミノ酸配列にはアスパラギン酸リッチドメインIと呼ばれる保存領域が存在する。このアスパラギン酸リッチドメインIのN末端側のアスパラギン酸残基から上流5残基〜8残基に位置するアミノ酸残基の改変により反応産物鎖長が制御されることが知られていた(非特許文献1)。特許文献1及び2においては、プレニル二リン酸合成酵素の一つであるファルネシル二リン酸合成酵素のアミノ酸配列においてアスパラギン酸リッチドメインIのN末端側のアスパラギン酸残基から上流5残基に位置するアミノ酸残基を置換変異させたポリペプチドをコードするDNAを導入した細胞を培養する技術に基づく、ゲラニルゲラニオール生産系が開示されている。 The production control of ( E )-and ( Z ) -geometric isomers is attractive because it is completely carried out in a biosynthetic method using an enzyme as a reaction catalyst. Conventional attempts to improve the productivity of isoprenoids using biochemical reactions include enhancing the activity of enzymes that catalyze the above-described metabolic pathway reactions, or modifying the specificity of the enzymes by introducing mutations. Has been taken. For example, the modification of the specificity of prenyl diphosphate synthase can be mentioned. Prenyl diphosphate synthase catalyzes a synthesis reaction from homoallylic diphosphate substrate and allylic diphosphate substrate to prenyl diphosphate in a reaction pathway downstream of the above-described mevalonate pathway or MEP pathway. A conserved region called aspartate-rich domain I exists in the amino acid sequence of prenyl diphosphate synthase. It has been known that the reaction product chain length is controlled by modification of amino acid residues located 5 to 8 residues upstream from the aspartate residue on the N-terminal side of this aspartate-rich domain I (non-patented). Reference 1). In Patent Documents 1 and 2, the amino acid sequence of farnesyl diphosphate synthase, which is one of the prenyl diphosphate synthases, is located 5 residues upstream from the aspartate residue on the N-terminal side of the aspartate-rich domain I. A geranylgeraniol production system based on a technique for culturing cells into which a DNA encoding a polypeptide in which an amino acid residue has been substituted is introduced is disclosed.

上記生産系においては、生育に必須なステロールの合成能を欠損(スクアレン合成酵素遺伝子を欠損)させた変異細胞を用いることによって、ステロールの中間代謝産物であるプレニル二リン酸(ファルネシル二リン酸)を蓄積させ、プレニルアルコールを得ている。従って、ステロールの合成能欠損細胞を用いた結果、培養時に常にステロール、例えばエルゴステロールやコレステロールを添加する必要があり、コストがかかり実用的でない。生育に必要な一般的な栄養以外にステロール等の特別な化合物を添加することなくゲラニルゲラニオールを生産できるプレニルアルコール生産とステロール要求性を両立させるような系はこれまで確立されていなかった。   In the above production system, prenyl diphosphate (farnesyl diphosphate), which is an intermediate metabolite of sterol, is obtained by using a mutant cell in which the ability to synthesize sterol essential for growth (deficient in the squalene synthase gene) is used. To accumulate prenyl alcohol. Therefore, as a result of using cells lacking the ability to synthesize sterol, it is necessary to always add a sterol such as ergosterol or cholesterol during culture, which is costly and impractical. In the past, no system has been established that satisfies both sterol requirement and prenyl alcohol production capable of producing geranylgeraniol without adding a special compound such as sterol in addition to general nutrients necessary for growth.

特表2002-519397号公報Special Table 2002-519397 特表2002-519049号公報Special Table 2002-519049 Ohnumaら, J Biol Chem., 271, 30748-30754(1996)Ohnuma et al., J Biol Chem., 271, 30748-30754 (1996)

そこで、本発明は、例えば、ファルネシル二リン酸合成酵素遺伝子を部分改変し、ゲラニルゲラニル二リン酸合成酵素活性をも有するポリペプチドをコードする遺伝子に変換し、この遺伝子を保持する細胞を、ステロールを添加しない培地で培養することによるゲラニルゲラニオールの製造方法を提供することを目的とする。   Thus, the present invention, for example, partially modifies the farnesyl diphosphate synthase gene, converts it into a gene encoding a polypeptide having geranylgeranyl diphosphate synthase activity, and cells containing this gene are treated with sterol. It aims at providing the manufacturing method of geranylgeraniol by culture | cultivating in the culture medium which does not add.

上記課題を解決するため鋭意研究を行った結果、配列番号1に記載のアミノ酸配列においてN末端側から第3番目のフェニルアラニンが他のアミノ酸、好ましくはセリン、グリシン又はアラニン、特に好ましくはセリンに置換されているアミノ酸配列を含み、且つゲラニルゲラニル二リン酸合成酵素活性を有するポリペプチドをコードするDNAを保持した細胞がゲラニルゲラニオールを生産することを見出し、本発明を完成するに至った。特に、細胞にHMG-CoA還元酵素遺伝子高発現株を用いた時に顕著にゲラニルゲラニオールを生産した。   As a result of intensive research to solve the above problems, the third phenylalanine from the N-terminal side in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is substituted with another amino acid, preferably serine, glycine or alanine, particularly preferably serine. The present invention was completed by finding that a cell containing a DNA containing the encoded amino acid sequence and having a DNA encoding a polypeptide having geranylgeranyl diphosphate synthase activity produces geranylgeraniol. In particular, geranylgeraniol was remarkably produced when a HMG-CoA reductase gene high expression strain was used for the cells.

すなわち、本発明は、以下を包含する。
(1)配列番号1に記載のアミノ酸配列においてN末端側から第3番目のフェニルアラニンが他のアミノ酸に置換されているアミノ酸配列を含み、且つゲラニルゲラニル二リン酸合成酵素活性を有するポリペプチドをコードするDNA。
(2)上記第3番目のフェニルアラニンがセリン、グリシン又はアラニンに置換されていることを特徴とする、(1)記載のDNA。
(3)上記第3番目のフェニルアラニンがセリンに置換されていることを特徴とする、(1)記載のDNA。
(4)配列番号1に記載のアミノ酸配列においてN末端側から第3番目のフェニルアラニンが他のアミノ酸に置換されているアミノ酸配列を含み、且つゲラニルゲラニル二リン酸合成酵素活性を有するポリペプチド。
(5)上記第3番目のフェニルアラニンがセリン、グリシン又はアラニンに置換されていることを特徴とする(4)記載のポリペプチド。
(6)上記第3番目のフェニルアラニンがセリンに置換されていることを特徴とする(4)記載のポリペプチド。
(7)以下の(a)又は(b)のポリペプチドをコードするDNA。
(a)配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるポリペプチド
(b)配列番号2で表されるアミノ酸配列において、96番目のアミノ酸を除く1又は数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、且つゲラニルゲラニル二リン酸合成酵素活性を有するポリペプチド。
(8)上記96番目のアミノ酸がセリン、グリシン又はアラニンであることを特徴とする、(7)記載のDNA。
(9)上記96番目のアミノ酸がセリンであることを特徴とする、(7)記載のDNA。
(10)以下の(a)又は(b)のポリペプチド。
(a)配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるポリペプチド
(b)配列番号2で表されるアミノ酸配列において、96番目のアミノ酸を除く1又は数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、且つゲラニルゲラニル二リン酸合成酵素活性を有するポリペプチド。
(11)上記96番目のアミノ酸がセリン、グリシン又はアラニンであることを特徴とする、(10)記載のポリペプチド。
(12)上記96番目のアミノ酸がセリンであることを特徴とする、(10)記載のポリペプチド。
(13)(1)〜(3)及び(7)〜(9)のいずれかに記載のDNAを有するDNAコンストラクト。
(14)(13)記載のDNAコンストラクトを保持する細胞。
(15)宿主細胞がステロール非要求性株であることを特徴とする、(14)記載の細胞。
(16)上記ステロールがコレステロール又はエルゴステロールであることを特徴とする、(15)記載の細胞。
(17)宿主細胞がHMG-CoA還元酵素高発現株であることを特徴とする、(14)記載の細胞。
(18)内在するファルネシル二リン酸合成酵素遺伝子が上記DNAコンストラクトによって置換されていることを特徴とする、(14)記載の細胞。
(19)(14)〜(18)のいずれかに記載の細胞を培養し、培養物中からゲラニルゲラニオールを回収する、ゲラニルゲラニオールの製造方法。
(20)上記回収が細胞を破砕せず培養物を直接有機溶媒抽出することを特徴とする、(19)記載のゲラニルゲラニオールの製造方法。
(21)上記有機溶媒がペンタンであることを特徴とする、(20)記載のゲラニルゲラニオールの製造方法。
(22)上記ゲラニルゲラニオールが(all-E)ゲラニルゲラニオールであることを特徴とする、(19)記載のゲラニルゲラニオールの製造方法。
That is, the present invention includes the following.
(1) A polypeptide comprising an amino acid sequence in which the third phenylalanine from the N-terminal side is substituted with another amino acid in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 and having geranylgeranyl diphosphate synthase activity DNA.
(2) The DNA according to (1), wherein the third phenylalanine is substituted with serine, glycine or alanine.
(3) The DNA according to (1), wherein the third phenylalanine is substituted with serine.
(4) A polypeptide having an amino acid sequence in which the third phenylalanine from the N-terminal side in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with another amino acid and having geranylgeranyl diphosphate synthase activity.
(5) The polypeptide according to (4), wherein the third phenylalanine is substituted with serine, glycine or alanine.
(6) The polypeptide according to (4), wherein the third phenylalanine is substituted with serine.
(7) DNA encoding the following polypeptide (a) or (b).
(a) a polypeptide comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2
(b) The amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 consists of an amino acid sequence in which one or several amino acids except the 96th amino acid are deleted, substituted, or added, and has geranylgeranyl diphosphate synthase activity Polypeptide.
(8) The DNA according to (7), wherein the 96th amino acid is serine, glycine or alanine.
(9) The DNA according to (7), wherein the 96th amino acid is serine.
(10) The following polypeptide (a) or (b):
(a) a polypeptide comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2
(b) The amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 consists of an amino acid sequence in which one or several amino acids except the 96th amino acid are deleted, substituted, or added, and has geranylgeranyl diphosphate synthase activity Polypeptide.
(11) The polypeptide according to (10), wherein the 96th amino acid is serine, glycine or alanine.
(12) The polypeptide according to (10), wherein the 96th amino acid is serine.
(13) A DNA construct comprising the DNA according to any one of (1) to (3) and (7) to (9).
(14) A cell retaining the DNA construct according to (13).
(15) The cell according to (14), wherein the host cell is a sterol non-requiring strain.
(16) The cell according to (15), wherein the sterol is cholesterol or ergosterol.
(17) The cell according to (14), wherein the host cell is a strain that highly expresses HMG-CoA reductase.
(18) The cell according to (14), wherein the endogenous farnesyl diphosphate synthase gene is replaced by the DNA construct.
(19) A method for producing geranylgeraniol, wherein the cell according to any one of (14) to (18) is cultured, and geranylgeraniol is recovered from the culture.
(20) The method for producing geranylgeraniol according to (19), wherein the recovery is performed by directly extracting the culture with an organic solvent without disrupting the cells.
(21) The method for producing geranylgeraniol according to (20), wherein the organic solvent is pentane.
(22) The method for producing geranylgeraniol according to (19), wherein the geranylgeraniol is (all- E ) geranylgeraniol.

本発明に係るゲラニルゲラニオールの製造方法では、細胞においてゲラニルゲラニオールを生産させることができ、各種の分野で有用なゲラニルゲラニオールを優れた生産性で製造できる。   In the method for producing geranylgeraniol according to the present invention, geranylgeraniol can be produced in cells, and geranylgeraniol useful in various fields can be produced with excellent productivity.

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明に係るDNAは、配列番号1に記載のアミノ酸配列(Ala Tyr Phe Leu Val Ala Asp Asp Met Met Asp)においてN末端側から第3番目のフェニルアラニンが他のアミノ酸に置換されているアミノ酸配列を含み、且つゲラニルゲラニル二リン酸合成酵素活性を有するポリペプチドをコードするDNAである。配列番号1に記載のアミノ酸配列(Ala Tyr Phe Leu Val Ala Asp Asp Met Met Asp)において、「Asp Asp Met Met Asp」は、アスパラギン酸リッチドメインIと呼ばれ、プレニル二リン酸合成酵素のアミノ酸配列において保存されている(Chen et al., 「Isoprenyl diphosphte synthases」, Protein Science, 3, 600-607(1994))。該ドメインの機能は、基質あるいは反応産物とマグネシウムイオンを介して結合する部位と予想されている。配列番号1に記載のアミノ酸配列は、上記アスパラギン酸リッチドメインIと該ドメインのN末端側のアスパラギン酸残基から上流6残基までを含むアミノ酸配列である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The DNA according to the present invention comprises an amino acid sequence in which the third phenylalanine from the N-terminal side is substituted with another amino acid in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 (Ala Tyr Phe Leu Val Ala Asp Asp Met Met Asp). And a DNA encoding a polypeptide having geranylgeranyl diphosphate synthase activity. In the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 (Ala Tyr Phe Leu Val Ala Asp Asp Met Met Asp), “Asp Asp Met Met Asp” is called aspartic acid-rich domain I and is the amino acid sequence of prenyl diphosphate synthase. (Chen et al ., “Isoprenyl diphosphte synthases”, Protein Science, 3 , 600-607 (1994)). The function of the domain is expected to be a site that binds to the substrate or reaction product via magnesium ions. The amino acid sequence described in SEQ ID NO: 1 is an amino acid sequence including the aspartic acid-rich domain I and the N-terminal side of the aspartic acid residue to 6 residues upstream.

ここで「他のアミノ酸」とは、フェニルアラニン以外の、スレオニン、ヒスチジン、バリン、トリプトファン、ロイシン、リジン、イソロイシン、メチオニン、アルギニン、アスパラギン酸、グルタミン、システイン、プロリン、チロシン、グリシン、セリン、アスパラギン、アラニン、グルタミン酸である。なかでも、「他のアミノ酸」としては、セリン、グリシン又はアラニンであることが好ましく、セリンであることが最も好ましい。なお、以下の記載においても、「他のアミノ酸」は、上述したアミノ酸を意味する。   Here, “other amino acids” means other than phenylalanine, threonine, histidine, valine, tryptophan, leucine, lysine, isoleucine, methionine, arginine, aspartic acid, glutamine, cysteine, proline, tyrosine, glycine, serine, asparagine, alanine , Glutamic acid. Among these, “other amino acids” are preferably serine, glycine or alanine, and most preferably serine. In the following description, “another amino acid” means the amino acid described above.

配列番号1に記載のアミノ酸配列を有するポリペプチドとしては、例えば、出芽酵母サッカロマイセス・セレビシー(Saccharomyces cerevisiae;以下、「S. cerevisiae」と呼ぶ)のファルネシル二リン酸合成酵素(以下、「SceFPS」と呼ぶ)を挙げることができる。SceFPS以外にも、配列番号1に記載のアミノ酸配列を有するポリペプチドとしては、Kluyveromyces属酵母であるKluyveromyceslactisのファルネシル二リン酸合成酵素(swissprot: locus FPPS_KLULA, accession No.P49349)を挙げることができる。 Examples of the polypeptide having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1 include a farnesyl diphosphate synthase (hereinafter referred to as “SceFPS”) of budding yeast Saccharomyces cerevisiae (hereinafter referred to as “ S. cerevisiae ”). Call). Besides SceFPS also as a polypeptide having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1, farnesyl diphosphate synthase of Kluyveromyceslactis a yeast of the genus Kluyveromyces (swissprot: locus FPPS_KLULA, accession No.P49349 ) can be exemplified.

SceFPSをコードする塩基配列及びSceFPSのアミノ酸配列を、それぞれ配列番号3及び4に記載する。配列番号4のアミノ酸配列において、配列番号1のアミノ酸配列は第94-第104残基に対応している。   The nucleotide sequence encoding SceFPS and the amino acid sequence of SceFPS are shown in SEQ ID NOs: 3 and 4, respectively. In the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4, the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 corresponds to the 94th to 104th residues.

SceFPSは、本来ファルネシル二リン酸合成活性を有するが、96番目のフェニルアラニンを他のアミノ酸、好ましくはセリン、グリシン又はアラニン、特に好ましくはセリンに置換することによって、さらにゲラニルゲラニル二リン酸合成酵素活性をも有するものとなる。   SceFPS inherently has farnesyl diphosphate synthesizing activity, but by replacing the 96th phenylalanine with another amino acid, preferably serine, glycine or alanine, particularly preferably serine, further geranylgeranyl diphosphate synthase activity is obtained. It will also have.

SceFPSをコードするERG20遺伝子は、その欠損株が致死性であることから、ファルネシル二リン酸合成酵素活性は生育に必須と考えられる。よってSceFPSの96番目のフェニルアラニンを他のアミノ酸、好ましくはセリン、グリシン又はアラニン、特に好ましくはセリンに置換したポリペプチドは生育に必須な程度のファルネシル二リン酸合成酵素活性を保持しながら、培養産物中にゲラニルゲラニオール生産に十分な量のゲラニルゲラニル二リン酸を供給できる活性を有するものと予想される。SceFPS以外にも上述したような、配列番号1に記載のアミノ酸配列を有するタンパク質において、配列番号1に記載のアミノ酸配列におけるN末端側から第3番目のフェニルアラニンを他のアミノ酸、好ましくはセリン、グリシン又はアラニン、特に好ましくはセリンに置換することによって、さらにゲラニルゲラニル二リン酸合成酵素活性をも有するものとなる。 Since the ERG20 gene encoding SceFPS has a lethal deletion strain, farnesyl diphosphate synthase activity is considered essential for growth. Therefore, a polypeptide obtained by substituting the 96th phenylalanine of SceFPS with another amino acid, preferably serine, glycine or alanine, particularly preferably serine, retains farnesyl diphosphate synthase activity that is essential for growth, while maintaining a culture product. It is expected to have an activity capable of supplying a sufficient amount of geranylgeranyl diphosphate for production of geranylgeraniol. In addition to SceFPS, in the protein having the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 1, the third phenylalanine from the N-terminal side in the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 1 is replaced with another amino acid, preferably serine or glycine. Alternatively, by substituting with alanine, particularly preferably serine, it also has geranylgeranyl diphosphate synthase activity.

ここで、「ゲラニルゲラニル二リン酸合成酵素活性」とは、イソペンテニル二リン酸とアリル性二リン酸との縮合反応を触媒し、(all-E)ゲラニルゲラニル二リン酸を合成することを意味する。ゲラニルゲラニル二リン酸合成酵素活性の測定方法としては、例えばRI基質によるトレーサー法・薄層クロマトグラフィー法やリン酸測定法が挙げられる(Ohto et al. Plant Mol. Biol., 40, 307-321 (1999); Nishino etal. 米国特許第5773273号(1998))。 Here, “geranylgeranyl diphosphate synthase activity” means to synthesize (all- E ) geranylgeranyl diphosphate by catalyzing the condensation reaction of isopentenyl diphosphate and allylic diphosphate. . Examples of the method for measuring geranylgeranyl diphosphate synthase activity include a tracer method, a thin layer chromatography method and a phosphate measurement method using an RI substrate (Ohto et al . Plant Mol. Biol., 40 , 307-321 ( 1999); Nishino etal . US Pat. No. 5,773,273 (1998)).

SceFPSのアミノ酸配列(配列番号4)における96番目のフェニルアラニンを他のアミノ酸に置換したアミノ酸配列を配列番号2に示す。従って、配列番号2において、第96番目のアミノ酸(Xaa)は、フェニルアラニン以外の他のアミノ酸を表す。他のアミノ酸は、好ましくはセリン、グリシン又はアラニン、特に好ましくはセリンである。すなわち、本発明に係るDNAの1例としては、配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードするDNAを挙げることができる。   The amino acid sequence obtained by substituting the 96th phenylalanine with another amino acid in the amino acid sequence of SceFPS (SEQ ID NO: 4) is shown in SEQ ID NO: 2. Therefore, in SEQ ID NO: 2, the 96th amino acid (Xaa) represents an amino acid other than phenylalanine. The other amino acid is preferably serine, glycine or alanine, particularly preferably serine. That is, as an example of the DNA according to the present invention, DNA encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 can be mentioned.

また、本発明に係るDNAには、配列番号2で表されるアミノ酸配列において、96番目のアミノ酸を除く1又は数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、且つゲラニルゲラニル二リン酸合成酵素活性を有するポリペプチドをコードするDNAも含まれる。   The DNA according to the present invention comprises an amino acid sequence in which one or several amino acids except the 96th amino acid are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, and geranylgeranyl Also included is a DNA encoding a polypeptide having phosphate synthase activity.

1又は数個のアミノ酸としては、配列番号2で表されるアミノ酸配列において、第94-第104残基のアミノ酸を除く領域のアミノ酸であることが好ましい。
ここで、数個のアミノ酸とは、2〜20個のアミノ酸、好ましくは2〜10個のアミノ酸、より好ましくは2〜5個のアミノ酸を意味する。
The one or several amino acids are preferably amino acids in the region excluding the 94th to 104th amino acids in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2.
Here, several amino acids mean 2 to 20 amino acids, preferably 2 to 10 amino acids, more preferably 2 to 5 amino acids.

一方、配列番号3に記載のSceFPSをコードする塩基配列は、S. cerevisiaeから定法に従って単離することができる。すなわち、S.cerevisiae由来のゲノムライブラリー或いはcDNAライブラリーを作製し、配列番号3の塩基配列の一部からなるDNA断片をプローブとして、ゲノムライブラリー或いはcDNAライブラリーからハイブリダイズさせることによって、SceFPSをコードするDNAを単離することができる。あるいは、配列番号3の塩基配列の両端の適当な長さの配列をプライマーDNAとしてS.cerevisiaeのコロニーPCR法、ゲノムPCR法、RT-PCR法などのPCR技術によりさらに簡便にSceFPSをコードするDNAを単離することができる。 On the other hand, the base sequence encoding SceFPS described in SEQ ID NO: 3 can be isolated from S. cerevisiae according to a conventional method. That is, by preparing a genomic library or cDNA library derived from S. cerevisiae and hybridizing from the genomic library or cDNA library with a DNA fragment comprising a part of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 as a probe, SceFPS DNA encoding can be isolated. Alternatively, DNA encoding SceFPS more simply by PCR techniques such as S. cerevisiae colony PCR, genomic PCR, and RT-PCR using the sequences of appropriate lengths at both ends of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 as primer DNA Can be isolated.

SceFPSをコードする塩基配列を得た後に、配列番号1に記載のアミノ酸配列においてN末端側から第3番目のフェニルアラニンが他のアミノ酸、好ましくはセリン、グリシン又はアラニン、特に好ましくはセリンに置換されるように、すなわち、例えば、配列番号2で表されるアミノ酸配列となるように、変異を導入することによって本発明に係るDNAを得ることができる。本発明に係るDNAを得るために変異を導入する方法としては、配列番号1に記載のアミノ酸配列においてN末端側から第3番目のフェニルアラニンが他のアミノ酸、好ましくはセリン、グリシン又はアラニン、特に好ましくはセリンに置換されるものであれば特に限定されないが、Kunel法、Eckstein法、部位特異的な変異導入に基づくキット(例えば、Altered Site II in vitro mutagenesis Systems(Promega社製))又はPCRを用いた変異導入を行うキット(例えば、LA PCR in vitro Mutagenesis Kit(タカラバイオ製))が挙げられる。また、配列番号1に記載のアミノ酸配列においてN末端側から第3番目のフェニルアラニンが他のアミノ酸、好ましくはセリン、グリシン又はアラニン、特に好ましくはセリンに置換されているアミノ酸配列を含むポリペプチドをコードする任意の塩基配列を設計し、その配列にしたがったDNAを化学合成することも可能である。あるいは、配列番号1に記載のアミノ酸配列においてN末端側から第3番目のフェニルアラニンが他のアミノ酸、好ましくはセリン、グリシン又はアラニン、特に好ましくはセリンに置換されているアミノ酸配列を含むポリペプチドをコードする任意の塩基配列の一部を化学合成した後に、DNAリガーゼ法などの生化学的・分子生物学的な良く知られた実験手法により十分な長さの本発明に係るDNAを得る事も可能である。   After obtaining the base sequence encoding SceFPS, the third phenylalanine from the N-terminal side in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is substituted with another amino acid, preferably serine, glycine or alanine, particularly preferably serine. Thus, that is, for example, the DNA according to the present invention can be obtained by introducing mutations so that the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 is obtained. As a method for introducing a mutation to obtain DNA according to the present invention, the third phenylalanine from the N-terminal side in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is another amino acid, preferably serine, glycine or alanine, particularly preferably Is not particularly limited as long as it is substituted with serine, but Kunel method, Eckstein method, kit based on site-directed mutagenesis (for example, Altered Site II in vitro mutagenesis Systems (Promega)) or PCR is used. And a kit for performing mutation introduction (for example, LA PCR in vitro Mutagenesis Kit (manufactured by Takara Bio Inc.)). In addition, it encodes a polypeptide comprising an amino acid sequence in which the third phenylalanine from the N-terminal side in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is substituted with another amino acid, preferably serine, glycine or alanine, particularly preferably serine It is also possible to design an arbitrary base sequence and chemically synthesize DNA according to the sequence. Alternatively, it encodes a polypeptide comprising an amino acid sequence in which the third phenylalanine from the N-terminal side in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is substituted with another amino acid, preferably serine, glycine or alanine, particularly preferably serine It is also possible to obtain a sufficient length of DNA according to the present invention by chemically synthesizing a part of an arbitrary base sequence to be well-known by well-known experimental methods of biochemical and molecular biology such as DNA ligase method. It is.

本発明に係るポリペプチドは、本発明に係るDNAによりコードされるゲラニルゲラニオール生産に適した活性を持つゲラニルゲラニル二リン酸合成酵素である。例えば、本発明に係るDNAで大腸菌(Escherichia coli;以下、「E. coli」と呼ぶ)を形質転換し、E. coli内で合成されたポリペプチドを抽出することで、本発明に係るポリペプチドを得ることができる。 The polypeptide according to the present invention is a geranylgeranyl diphosphate synthase having an activity suitable for production of geranylgeraniol encoded by the DNA according to the present invention. For example, by transforming Escherichia coli (hereinafter referred to as " E. coli ") with the DNA according to the present invention, and extracting the polypeptide synthesized in E. coli , the polypeptide according to the present invention Can be obtained.

さらに、本発明に係るDNAコンストラクトは、本発明に係るDNAを有するDNAコンストラクトである。ここで、DNAコンストラクトとは、例えば、真核生物の相同組換えを利用した遺伝子導入方法に使用することができるDNA断片(以下、「本発明に係るDNA断片」と呼ぶ)及び組換えベクター(以下、「本発明に係る組換えベクター」と呼ぶ)を意味する。本発明に係るDNA断片としては、例えば、本発明に係るDNAの鋳型を用いたPCRにより増幅された本発明に係るDNAを有するPCR産物及び化学合成により作製された本発明に係るDNAを有するDNAが挙げられる。なお、本発明に係るDNA断片は、宿主中で自律複製可能な機能を持たないDNA断片であっても、自立複製可能な宿主細胞内DNA、例えばゲノムDNA、プラスミドDNAやオルガネラDNAに組込まれるDNA断片であれば良い。また、本発明に係るDNA断片は、本発明に係るDNAに、さらに転写プロモーター及び転写ターミネーターを連結又は挿入することにより得ることもできる。   Furthermore, the DNA construct according to the present invention is a DNA construct having the DNA according to the present invention. Here, the DNA construct refers to, for example, a DNA fragment that can be used in a gene introduction method using homologous recombination of eukaryotes (hereinafter referred to as `` DNA fragment according to the present invention '') and a recombinant vector ( Hereinafter, it is referred to as “recombinant vector according to the present invention”). Examples of the DNA fragment according to the present invention include, for example, a PCR product having the DNA according to the present invention amplified by PCR using the DNA template according to the present invention and a DNA having the DNA according to the present invention prepared by chemical synthesis. Is mentioned. It should be noted that the DNA fragment according to the present invention is a DNA fragment that does not have a function capable of autonomous replication in a host, but can be autonomously replicated in host cell DNA, such as genomic DNA, plasmid DNA, or organelle DNA. Any fragment can be used. The DNA fragment according to the present invention can also be obtained by linking or inserting a transcription promoter and a transcription terminator into the DNA according to the present invention.

一方、適当なベクターに本発明に係るDNAを挿入することにより、本発明に係る組換えベクターを得ることができる。本発明に係るDNAを挿入するためのベクターは、宿主中に導入可能なものであれば特に限定されず、また、宿主中で複製不可能なものや複製可能なもののいずれも含まれる。例えば、本発明に係るDNAを挿入するためのベクターとしては、ベクター自体に宿主中での複製能を持たず、ゲノムDNA挿入目的に用いられるDNA、例えば酵母ゲノム挿入用のpRS404やトランスポゾン配列を含むベクターなどが挙げられる。また、本発明に係るDNAを挿入するためのベクターとしては、宿主中で自律複製可能なベクター、例えばプラスミドベクター、シャトルベクター、ウイルスベクター(ファージベクター)などが挙げられる。   On the other hand, the recombinant vector according to the present invention can be obtained by inserting the DNA according to the present invention into an appropriate vector. The vector for inserting the DNA according to the present invention is not particularly limited as long as it can be introduced into the host, and includes any vector that is not replicable or replicable in the host. For example, as a vector for inserting the DNA according to the present invention, the vector itself does not have replication ability in the host, and includes DNA used for genomic DNA insertion purposes, such as pRS404 for yeast genome insertion and transposon sequences. A vector etc. are mentioned. In addition, examples of the vector for inserting the DNA according to the present invention include vectors capable of autonomous replication in a host, such as plasmid vectors, shuttle vectors, and virus vectors (phage vectors).

プラスミドベクターとしては、E. coli由来のプラスミド(例えばpET30bなどのpET系、pBR322及びpBR325などのpBR系、pUC118、pUC119、pUC18及びpUC19などのpUC系、pBluescript等)、枯草菌由来のプラスミド(例えばpUB110、pTP5等)、酵母由来のプラスミド(例えばYEp13、pYES2などのYEp系、YCp50、pRS414などのYCp系等)などが挙げられる。またファージベクターとしては、λファージ(Charon4A、Charon21A、EMBL3、EMBL4、λgt10、λgt11、λZAP等)が挙げられる。さらに、レトロウイルス又はワクシニアウイルスなどの動物ウイルス、カリフラワーモザイクウイルスなどの植物ウイルス、又はバキュロウイルスなどの昆虫ウイルスベクターを用いることもできる。 Examples of plasmid vectors include plasmids derived from E. coli (for example, pET systems such as pET30b, pBR systems such as pBR322 and pBR325, pUC systems such as pUC118, pUC119, pUC18 and pUC19, pBluescript, etc.), plasmids derived from Bacillus subtilis (for example, pUB110, pTP5, etc.), yeast-derived plasmids (eg, YEp systems such as YEp13 and pYES2, YCp systems such as YCp50 and pRS414, etc.) and the like. Examples of the phage vector include λ phage (Charon4A, Charon21A, EMBL3, EMBL4, λgt10, λgt11, λZAP, etc.). Furthermore, animal viruses such as retrovirus or vaccinia virus, plant viruses such as cauliflower mosaic virus, or insect virus vectors such as baculovirus can be used.

本発明に係る組換えベクターは、さらに転写プロモーター、リボソーム結合配列、転写ターミネーター及び本発明に係るDNAにより構成されていることが好ましい。また、プロモーターを制御する遺伝子が含まれていてもよい。   The recombinant vector according to the present invention is preferably composed of a transcription promoter, a ribosome binding sequence, a transcription terminator, and the DNA according to the present invention. Moreover, the gene which controls a promoter may be contained.

なお、本発明に係るDNAコンストラクトに含むことができる転写プロモーターとしては、例えば恒常発現型プロモーター又は誘導発現型プロモーターが挙げられる。ここで、恒常発現型プロモーターとは、主要代謝経路に関わる遺伝子の転写プロモーターを意味し、どの生育条件でも転写活性を有するプロモーターである。一方、誘導発現型プロモーターとは、特定の生育条件で転写活性があり、その他の生育条件では活性が抑えられるプロモーターを意味する。本発明に係るDNAコンストラクトに含むことができる転写プロモーターは、本発明に係るDNAコンストラクトが導入される宿主細胞中で活性を持つものであればいずれを用いてもよい。例えば、宿主細胞が酵母である場合には、GAL1プロモーター、GAL10プロモーター、TDH3(GAP)プロモーター、ADH1プロモーター、TEF2プロモーター等を用いることができる。また、宿主細胞がE. coliである場合には、trplactrctacなどのプロモーターを用いることができる。 The transcription promoter that can be included in the DNA construct according to the present invention includes, for example, a constitutive expression promoter or an inducible expression promoter. Here, the constitutive expression promoter means a transcription promoter of a gene involved in the main metabolic pathway, and is a promoter having transcription activity under any growth condition. On the other hand, the inducible expression type promoter means a promoter that has transcriptional activity under specific growth conditions and can be suppressed under other growth conditions. Any transcription promoter that can be included in the DNA construct according to the present invention may be used as long as it has activity in the host cell into which the DNA construct according to the present invention is introduced. For example, when the host cell is yeast, the GAL1 promoter, GAL10 promoter, TDH3 (GAP) promoter, ADH1 promoter, TEF2 promoter and the like can be used. When the host cell is E. coli , promoters such as trp , lac , trc , tac can be used.

また、本発明に係るDNAコンストラクトに含むことができる転写ターミネーターは、本発明に係るDNAコンストラクトが導入される宿主細胞中で活性を持つものであればいずれの遺伝子に由来する転写ターミネーターを用いてもよい。例えば宿主細胞が酵母である場合には、ADH1ターミネーター、CYC1ターミネーター等を用いることができる。また、宿主細胞がE. coliである場合には、rrnBターミネーターを用いることができる。 The transcription terminator that can be included in the DNA construct according to the present invention may be any transcription terminator derived from any gene as long as it has activity in the host cell into which the DNA construct according to the present invention is introduced. Good. For example, when the host cell is yeast, ADH1 terminator, CYC1 terminator and the like can be used. When the host cell is E. coli , rrnB terminator can be used.

さらに、本発明に係るDNAコンストラクトは、所望によりエンハンサーなどのシスエレメント、スプライシングシグナル、ポリA付加シグナル、選択マーカーなどを含むことができる。なお、選択マーカーとしては、URA3LEU2TRP1HIS3などの栄養非要求性の表現型を指標とするマーカー遺伝子や、Ampr、Tetr、Cmr、KmrAUR1-C等の抗生物質耐性遺伝子が挙げられる。 Furthermore, the DNA construct according to the present invention can contain a cis element such as an enhancer, a splicing signal, a poly A addition signal, a selection marker, and the like, if desired. Selectable markers include marker genes such as URA3 , LEU2 , TRP1 , and HIS3, which are indexed by auxotrophic phenotypes, and antibiotics such as Amp r , Tet r , Cm r , Km r , and AUR1- C Resistance genes.

また、本発明に係るDNAコンストラクトは、宿主細胞がバクテリアである場合には、遺伝子発現のため、効率的翻訳のためのリボソーム結合部位として開始コドン上流にSD配列 (5'-AGGAGG-3'で代表される)を組み込むこともできる。   In addition, when the host cell is a bacterium, the DNA construct according to the present invention has an SD sequence (5′-AGGAGG-3 ′) upstream of the start codon as a ribosome binding site for efficient translation for gene expression. (Represented) can also be incorporated.

ベクターに本発明に係るDNAを挿入するには、まず適当な制限酵素で本発明に係るDNAを切断し、次いで適当なベクターDNAの制限酵素部位に挿入してベクターに連結する方法が用いられる。   In order to insert the DNA according to the present invention into a vector, a method is used in which the DNA according to the present invention is first cleaved with an appropriate restriction enzyme and then inserted into a restriction enzyme site of an appropriate vector DNA and ligated to the vector.

本発明に係る細胞は、本発明に係るDNAコンストラクトを保持する細胞である。本発明に係るDNAコンストラクトを宿主細胞に導入することにより得ることができる。宿主細胞としては、本発明に係るDNAがコードするポリペプチドを発現できるものであれば特に限定されるものではなく、酵母などの単細胞真核微生物を含む真菌、原核生物(バクテリアとアーキア)、動物細胞、昆虫細胞、植物細胞などが挙げられる。   The cell according to the present invention is a cell that retains the DNA construct according to the present invention. It can be obtained by introducing the DNA construct according to the present invention into a host cell. The host cell is not particularly limited as long as it can express the polypeptide encoded by the DNA according to the present invention. Fungi including unicellular eukaryotic microorganisms such as yeast, prokaryotes (bacteria and archaea), animals Examples include cells, insect cells, plant cells and the like.

真菌としては、変形菌類(Myxomycota)、藻菌類(Phycomycetes)、子嚢菌類(Ascomycota)、担子菌類(Basidiomycota)、不完全菌類(Fungi Imperfecti)が挙げられる。なお、真菌として、工業上利用上重要な酵母が良く知られている。そこで、宿主細胞として、例えば、子嚢菌類の子嚢菌酵母、担子菌類の担子菌酵母又は不完全菌類の不完全菌酵母等を用いることができる。より具体的には、子嚢菌酵母、特に、S.cerevisiae、クルヴェロマイセス・ラクティス(Kluyveromyces lactis)、キャンディダ・ユーティリス(Candida utilis)又はピキア・パストリス(Pichia pastoris)等の出芽酵母、シゾサッカロマイセス・ポンベ(Shizosaccharomyces pombe)等の分裂酵母が挙げられる。酵母の株は、プレニルアルコールを生産することができる限り特に限定されるものではない。S. cerevisiaeの場合、例えばA451、YPH499、YPH500、W303-1A、W303-1B、ATCC28382などが挙げられる。 Examples of the fungi include deformed fungi ( Myxomycota ), algae fungi ( Phycomycetes ), ascomycetes ( Ascomycota ), basidiomycetes ( Basidiomycota ), and incomplete fungi ( Fungi Imperfecti ). As fungi, yeasts important for industrial use are well known. Accordingly, as host cells, for example, ascomycetous yeast of ascomycetes, basidiomycetous yeasts of basidiomycetes or incomplete fungal yeasts of incomplete fungi can be used. More specifically, Ascomycetes yeast, in particular, S. cerevisiae, Kuru Vero Streptomyces lactis (Kluyveromyces lactis), Candida Yu Tirith (Candida utilis) or Pichia pastoris (Pichia pastoris) budding such as yeast, shea Examples include fission yeast such as Shizosaccharomyces pombe . The strain of yeast is not particularly limited as long as prenyl alcohol can be produced. In the case of S. cerevisiae , for example, A451, YPH499, YPH500, W303-1A, W303-1B, ATCC28382 and the like can be mentioned.

バクテリアとしては、大腸菌(Escherichia coli)等のエシェリキア属、バシラス・サティラス(Bacillus subtilis)等のバシラス属、又はシュードモナス・プチダ(Pseudomonas putida)等のシュードモナス属、アグロバクテリウム・ツメファシエンス(Agrobacterium tumefaciens)やアグロバクテリウム・リゾジェネス(Agrobacterium rhizogenes)等のアグロバクテリウム属、コリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacerium glutamicum)等のコリネバクテリウム属、ラクトバシラス・プランタラム(Lactobacillus plantarum)等のラクトバシラス属、アクチノマイセス属(Actinomyces)やストレプトマイセス属(Storeptomyces)等の放線菌類(Actinomycetes)が挙げられる。 Examples of bacteria include Escherichia such as Escherichia coli , Bacillus such as Bacillus subtilis , Pseudomonas such as Pseudomonas putida , Agrobacterium tumefaciens and Agrobacterium tumefaciens. Agrobacterium genus such as Agrobacterium rhizogenes , Corynebacterium genus such as Corynebacerium glutamicum , Lactobacillus plantarum ( Lactobacillus plantarum ) and Lactobacillus genus Actinomyces ) And Actinomycetes such as Storeptomyces.

また、アーキアとしては、メタノバクテリウム属(Metanobacterium)などのメタン生産菌、ハロバクテリウム属(Halobacterium)などの好塩菌、スルフォロバス属(Sulfolobus)等の好熱好酸性菌が挙げられる。 Examples of archaea include methane-producing bacteria such as Metanobacterium , halophilic bacteria such as Halobacterium , and thermoacidophilic bacteria such as Sulfolobus .

本発明に係る細胞を得るためには、上記宿主細胞のいずれも用いることができるが、特に酵母、その中でも出芽酵母、特にS. cerevisiaeが好ましい。さらに、宿主細胞としては、ステロール非要求性株が好ましい。ステロール非要求性株としては、コレステロール又はエルゴステロール非要求性株が挙げられる。例えば、S.cerevisiaeのステロール非要求性株としては、YPH499、YPH500、YPH501、A451、W303-1A、W303-1Bなどの組換え用宿主株が挙げられる。また、ステロール非要求性株としては、自然界から単離される野生型の酵母ステロール非要求性株が挙げられる。さらに、宿主細胞としては、HMG-CoA還元酵素高発現株が好ましい。特に好ましくは、ステロール非要求性かつHMG-CoA還元酵素高発現株である。ここで、HMG-CoA還元酵素高発現株とは、HMG-CoA還元酵素を過剰発現する細胞を意味する。例えば、本発明に係るDNAコンストラクトと同様にHMG-CoA還元酵素をコードするDNAを有するDNAコンストラクトを作製し、細胞に導入することで、HMG-CoA還元酵素高発現株を得ることができる。HMG-CoA還元酵素高発現株としては、例えばHMG1遺伝子高発現株であるpRS504GAP-HMG1/YPH499株が挙げられる。 In order to obtain the cells according to the present invention, any of the above host cells can be used. Among them, yeast, especially budding yeast, particularly S. cerevisiae is preferred. Furthermore, as a host cell, a sterol non-requiring strain is preferable. Examples of sterol non-requiring strains include cholesterol or ergosterol non-requiring strains. For example, S. cerevisiae non-sterol-requiring strains include recombination host strains such as YPH499, YPH500, YPH501, A451, W303-1A, and W303-1B. Examples of the sterol non-requiring strain include wild-type yeast sterol non-requiring strains isolated from nature. Further, as the host cell, a strain that highly expresses HMG-CoA reductase is preferable. Particularly preferred are sterol non-requiring and HMG-CoA reductase high expression strains. Here, the HMG-CoA reductase high expression strain means a cell that overexpresses HMG-CoA reductase. For example, a HMG-CoA reductase high expression strain can be obtained by preparing a DNA construct having DNA encoding HMG-CoA reductase in the same manner as the DNA construct according to the present invention and introducing it into cells. Examples of the HMG-CoA reductase high expression strain include pRS504GAP-HMG1 / YPH499 strain, which is a HMG1 gene high expression strain.

また、本発明に係る細胞においては、本発明に係るDNAコンストラクトによって、宿主細胞に内在するファルネシル二リン酸合成酵素遺伝子が、組換えによって置換されていてもよい。   Further, in the cell according to the present invention, the farnesyl diphosphate synthase gene endogenous to the host cell may be replaced by recombination by the DNA construct according to the present invention.

酵母を含む真菌への本発明に係るDNAコンストラクトの導入方法は、真菌にDNAを導入する方法であれば特に限定されず、例えばエレクトロポレーション法、スフェロプラスト法、酢酸リチウム法等が挙げられる。   The method for introducing the DNA construct according to the present invention into a fungus including yeast is not particularly limited as long as it is a method for introducing DNA into a fungus. Examples thereof include an electroporation method, a spheroplast method, and a lithium acetate method. .

また、バクテリアやアーキアなどの原核生物への本発明に係るDNAコンストラクトの導入方法は、原核生物にDNAを導入する方法であれば特に限定されず、例えばカルシウムイオンを用いる方法、エレクトロポレーション法等が挙げられる。   Further, the method for introducing the DNA construct according to the present invention into prokaryotes such as bacteria and archaea is not particularly limited as long as it is a method for introducing DNA into prokaryotes. For example, a method using calcium ions, an electroporation method, etc. Is mentioned.

動物細胞を宿主細胞とする場合は、サル細胞COS-7、Vero、チャイニーズハムスター卵巣細胞(CHO細胞)、マウスL細胞などが用いられる。動物細胞への本発明に係るDNAコンストラクトの導入方法としては、動物細胞にDNAを導入する方法であれば特に限定されず、例えばエレクトロポレーション法、リン酸カルシウム法、リポフェクション法等が挙げられる。   When animal cells are used as host cells, monkey cells COS-7, Vero, Chinese hamster ovary cells (CHO cells), mouse L cells, and the like are used. The method for introducing the DNA construct according to the present invention into animal cells is not particularly limited as long as it is a method for introducing DNA into animal cells, and examples thereof include an electroporation method, a calcium phosphate method, and a lipofection method.

昆虫細胞を宿主とする場合は、Sf9細胞などが用いられる。昆虫細胞への本発明に係るDNAコンストラクトの導入方法としては、例えばリン酸カルシウム法、リポフェクション法、エレクトロポレーション法などが挙げられる。   When insect cells are used as hosts, Sf9 cells and the like are used. Examples of the method for introducing the DNA construct according to the present invention into insect cells include a calcium phosphate method, a lipofection method, and an electroporation method.

植物細胞を宿主細胞とする場合は、植物器官(例えば葉、花弁、茎、根、種子等)に由来する細胞、植物組織(例えば表皮、師部、柔組織、木部、維管束等)に由来する細胞又は植物培養細胞などが用いられる。植物細胞への本発明に係るDNAコンストラクトの導入方法としては、例えばエレクトロポレーション法、アグロバクテリウム法、パーティクルガン法及びPEG法等が挙げられる。   When using plant cells as host cells, cells derived from plant organs (e.g. leaves, petals, stems, roots, seeds, etc.), plant tissues (e.g. epidermis, phloem, soft tissue, xylem, vascular bundles, etc.) Originated cells or plant cultured cells are used. Examples of methods for introducing the DNA construct according to the present invention into plant cells include the electroporation method, the Agrobacterium method, the particle gun method, and the PEG method.

PCR法、サザンハイブリダイゼーション法、ノーザンハイブリダイゼーション法等によって、本発明に係るDNAが宿主細胞に導入されたか否かの確認を行うことができる。例えば、本発明に係る細胞からDNAを調製し、本発明に係るDNAに対する特異的プライマーDNAを設計し、合成してPCRを行う。次いで、PCR増幅産物についてアガロースゲル電気泳動、ポリアクリルアミドゲル電気泳動又はキャピラリー電気泳動等を行い、臭化エチジウム、SYBR Green等により染色することにより本発明に係るDNAが導入されたことを確認する。また、予め蛍光色素等により標識したプライマーDNAを用いてPCRを行い、増幅産物を検出することもできる。さらに、マイクロプレート等の固相に増幅産物を結合させ、蛍光又は酵素反応等により増幅産物を確認する方法を採用してもよい。   Whether or not the DNA according to the present invention has been introduced into the host cell can be confirmed by PCR, Southern hybridization, Northern hybridization or the like. For example, DNA is prepared from the cell according to the present invention, a specific primer DNA for the DNA according to the present invention is designed, synthesized, and subjected to PCR. Subsequently, the PCR amplification product is subjected to agarose gel electrophoresis, polyacrylamide gel electrophoresis, capillary electrophoresis or the like, and stained with ethidium bromide, SYBR Green or the like to confirm that the DNA according to the present invention has been introduced. Moreover, PCR can be performed using primer DNA previously labeled with a fluorescent dye or the like to detect the amplification product. Furthermore, a method may be employed in which the amplification product is bound to a solid phase such as a microplate and the amplification product is confirmed by fluorescence or enzyme reaction.

以上に説明した本発明に係るDNAを、以上に説明した宿主細胞に導入することで、該細胞はステロールなどの特別な栄養素を要求することなく、ゲラニルゲラニオール高生産に十分な量のゲラニルゲラニル二リン酸を合成し、結果としてその脱リン酸化物であるゲラニルゲラニオール、特に(all-E)ゲラニルゲラニオールを生産することできる。ここで、(all-E)ゲラニルゲラニオールとは、全トランス型であるゲラニルゲラニオールを意味する。上記で説明したように(all-E)ゲラニルゲラニオールは、生物の代謝経路で合成される幾何異性を有し、産業上の利用価値が高い。 By introducing the DNA according to the present invention described above into the host cell described above, the cell does not require a special nutrient such as sterol, and a sufficient amount of geranylgeranyl dilin for high production of geranylgeraniol. It is possible to synthesize an acid and as a result produce its dephosphorylated geranylgeraniol, in particular (all- E ) geranylgeraniol. Here, (all- E ) geranylgeraniol means geranylgeraniol which is an all-trans type. As described above, (all- E ) geranylgeraniol has a geometric isomerism synthesized in the metabolic pathway of living organisms, and has high industrial utility value.

S. cerevisiaeに代表されるメバロン酸経路を有する細胞の場合、ゲラニルゲラニオールを始めとするプレニルアルコールを合成する代謝経路上流部分では、図1に示すように、グルコースやエタノール等の炭素源から合成された及び脂質分解によって生成されたアセチル-CoAからメバロン酸を経てイソペンテニル二リン酸が合成される。そして、さらにイソペンテニル二リン酸は、イソペンテニル二リン酸イソメラーゼにより可逆的にジメチルアリル二リン酸に異性化される。また、図1に示すように、ゲラニル二リン酸、ファルネシル二リン酸及びゲラニルゲラニル二リン酸は、イソペンテニル二リン酸及びジメチルアリル二リン酸を基質として順次合成される。さらに、図1に示すように、プレニルアルコールであるファルネソール、ネロリドール及びゲラニルゲラニオールは、ファルネシル二リン酸及びゲラニルゲラニル二リン酸から合成される。一方、ファルネシル二リン酸からは、図1に示すように、スクアレン合成酵素によりスクアレンが合成される。スクアレンは、ステロールの前駆体物質となり、最終的にエルゴステロールとなる。 In the case of a cell having a mevalonate pathway typified by S. cerevisiae , the upstream portion of the metabolic pathway for synthesizing prenyl alcohol such as geranylgeraniol is synthesized from a carbon source such as glucose or ethanol as shown in FIG. Isopentenyl diphosphate is synthesized via mevalonic acid from acetyl-CoA produced by lipolysis. Further, isopentenyl diphosphate is reversibly isomerized to dimethylallyl diphosphate by isopentenyl diphosphate isomerase. Further, as shown in FIG. 1, geranyl diphosphate, farnesyl diphosphate, and geranyl geranyl diphosphate are sequentially synthesized using isopentenyl diphosphate and dimethylallyl diphosphate as substrates. Furthermore, as shown in FIG. 1, the prenyl alcohols farnesol, nerolidol and geranylgeraniol are synthesized from farnesyl diphosphate and geranylgeranyl diphosphate. On the other hand, squalene is synthesized from farnesyl diphosphate by squalene synthase as shown in FIG. Squalene becomes a precursor material of sterol, and finally becomes ergosterol.

上記代謝経路において、ゲラニルゲラニル二リン酸合成酵素活性のある本発明に係るポリペプチドの作用によってイソペンテニル二リン酸とファルネシル二リン酸との縮合反応が起き、ゲラニルゲラニル二リン酸が合成され、その脱リン酸化物のゲラニルゲラニオールが生産されることとなる。   In the above metabolic pathway, the action of the polypeptide according to the present invention having geranylgeranyl diphosphate synthase activity causes a condensation reaction between isopentenyl diphosphate and farnesyl diphosphate to synthesize geranylgeranyl diphosphate and release it. The phosphorous oxide geranylgeraniol will be produced.

なお、図1並びに以下の説明において、各化合物を以下のように略記する場合もある。
イソペンテニル二リン酸(isopentenyl diphosphate;IPP)
ジメチルアリル二リン酸(dimethylallyl diphosphate;DMAPP)
ゲラニル二リン酸(geranyl diphosphate;GPP)
ファルネシル二リン酸(farnesyl diphosphate;FPP)
ファルネソール(farnesol;FOH)
ネロリドール(nerolidol;NOH)
ゲラニルゲラニル二リン酸(geranylgeranyl diphosphate;GGPP)
ゲラニルゲラニオール(geranylgeraniol;GGOH)
In addition, in FIG. 1 and the following description, each compound may be abbreviated as follows.
Isopentenyl diphosphate (IPP)
Dimethylallyl diphosphate (DMAPP)
Geranyl diphosphate (GPP)
Farnesyl diphosphate (FPP)
Farnesol (FOH)
Nerolidol (NOH)
Geranylgeranyl diphosphate (GGPP)
Geranylgeraniol (GGOH)

本発明に係る細胞を培養する培地としては、上述した細胞の種類に応じて適宜選択すればよい。真菌及び原核生物を含む微生物を宿主細胞として得られた本発明に係る細胞を培養する培地は、微生物が資化し得る炭素源、窒素源、無機塩類等を含有し、微生物の培養を効率的に行うことができる培地であれば、天然培地、合成培地のいずれを用いてもよい。炭素源としては、グルコース、ガラクトース、フラクトース、スクロース、ラフィノース、デンプン等の炭水化物、酢酸、プロピオン酸等の有機酸、エタノール、プロパノール等のアルコール類が挙げられる。窒素源としては、アンモニア、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、リン酸アンモニウム等の無機酸若しくは有機酸のアンモニウム塩又はその他の含窒素化合物が挙げられ、その他ペプトン、肉エキス、コーンスティープリカー、各種アミノ酸等が挙げられる。無機塩類としては、リン酸第一カリウム、リン酸第二カリウム、リン酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム、硫酸第一鉄、硫酸マンガン、硫酸銅、炭酸カルシウム等が挙げられる。   What is necessary is just to select suitably as a culture medium which culture | cultivates the cell which concerns on this invention according to the kind of cell mentioned above. A medium for culturing cells according to the present invention obtained by using microorganisms including fungi and prokaryotes as host cells contains a carbon source, a nitrogen source, inorganic salts, etc. that can be assimilated by the microorganisms, and efficiently cultures the microorganisms. As long as the medium can be used, either a natural medium or a synthetic medium may be used. Examples of the carbon source include carbohydrates such as glucose, galactose, fructose, sucrose, raffinose and starch, organic acids such as acetic acid and propionic acid, and alcohols such as ethanol and propanol. Examples of nitrogen sources include ammonia, ammonium salts of inorganic or organic acids such as ammonium chloride, ammonium sulfate, ammonium acetate, and ammonium phosphate, or other nitrogen-containing compounds. Others include peptone, meat extract, corn steep liquor, and various amino acids. Etc. Examples of inorganic salts include monopotassium phosphate, dipotassium phosphate, magnesium phosphate, magnesium sulfate, sodium chloride, ferrous sulfate, manganese sulfate, copper sulfate, and calcium carbonate.

また、培地にテルペノイド、油脂、界面活性剤等を添加したり、培地中の上記に示す窒素源や炭素源の濃度を高くすることで、ゲラニルゲラニオールの生産効率をさらに高めることもできる。これらの添加剤としては以下のものを例示できる。   Further, the production efficiency of geranylgeraniol can be further increased by adding terpenoids, fats and oils, surfactants and the like to the medium, and increasing the concentrations of the nitrogen source and the carbon source shown above in the medium. The following can be illustrated as these additives.

テルペノイド:スクアレン、トコフェロール、IPP、DMAPP
油脂:大豆油、魚油、アーモンド油、オリーブ油
界面活性剤:タージトール、トリトンX-305、スパン85、アデカノールLG-109(旭電化製)、アデカノールLG-294(旭電化製)、アデカノールLG-295S (旭電化製)、アデカノールLG-297 (旭電化製)、アデカノールB-3009A (旭電化製)、アデカプロニックL-61 (旭電化製)
Terpenoids: squalene, tocopherol, IPP, DMAPP
Fats and oils: soybean oil, fish oil, almond oil, olive oil Surfactant: Taditol, Triton X-305, Span 85, Adecanol LG-109 (Asahi Denka), Adecanol LG-294 (Asahi Denka), Adecanol LG-295S ( Asahi Denka), Adecanol LG-297 (Asahi Denka), Adecanol B-3009A (Asahi Denka), Adekapronic L-61 (Asahi Denka)

テルペノイド濃度は0.01%(w/v)以上、好ましくは1〜3%(w/v)であり、油脂濃度は0.01%(w/v)以上、好ましくは1〜3%(w/v)であり、界面活性剤濃度は0.005〜1%(w/v)、好ましくは0.05〜0.5%(w/v)である。   The terpenoid concentration is 0.01% (w / v) or more, preferably 1 to 3% (w / v), and the fat concentration is 0.01% (w / v) or more, preferably 1 to 3% (w / v). The surfactant concentration is 0.005 to 1% (w / v), preferably 0.05 to 0.5% (w / v).

培養は、通常、振盪培養又は通気攪拌培養などの好気的条件下、26℃〜36℃で行う。S. cerevisiaeを宿主細胞とした場合には30℃で2〜7日、E. coliを宿主細胞とした場合には37℃で12〜18時間行うことが好ましい。pHの調整は、無機又は有機酸、アルカリ溶液等を用いて行う。さらに培養は、必要に応じてアンピシリン、クロラムフェニコール又はオーレオバシジンA等の抗生物質を培地に添加して行ってもよい。 The culture is usually performed at 26 ° C. to 36 ° C. under aerobic conditions such as shaking culture or aeration and agitation culture. 2-7 days at 30 ° C. in the case of the S. cerevisiae as a host cell, when the E. coli host cell is preferably performed 12 to 18 hours at 37 ° C.. The pH is adjusted using an inorganic or organic acid, an alkaline solution, or the like. Furthermore, the culture may be carried out by adding an antibiotic such as ampicillin, chloramphenicol or aureobasidin A to the medium as necessary.

本方法においては、本発明に係るDNAコンストラクトを導入した細胞を培養し、得られる培養物からゲラニルゲラニオールを採取することができる。「培養物」とは、培養上清のほか、培養細胞若しくは培養菌体自体又は細胞若しくは菌体の破砕物のいずれをも意味するものである。   In this method, cells into which the DNA construct according to the present invention has been introduced are cultured, and geranylgeraniol can be collected from the resulting culture. “Culture” means not only the culture supernatant but also cultured cells or cultured cells per se or disrupted cells or cells.

本方法においては、ゲラニルゲラニオールを生産することができる。なお、本発明に係る細胞を大量培養するには、ジャーファーメンター培養装置等を用いることもできる。培養後、ゲラニルゲラニオールが細胞内に生産される場合には、ホモジナイザー処理などを施して細胞を破砕することによりゲラニルゲラニオールを採取する。また、ゲラニルゲラニオールが細胞内に留まるか細胞外に分泌されるかに関わらず、細胞を破砕せずに有機溶媒等で直接抽出してもよい。この場合、有機溶媒としてペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタンなどの脂肪族炭化水素、イソプロパノール、ブタノール、ペンチルアルコール、ヘキシルアルコールなどの脂肪族アルコール、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香属炭化水素、クロロフォルム、四塩化炭素、トリクロロエチレンなどの塩素有機化合物、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテルなどのエーテル化合物、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ペンチル、酢酸アミル、カプロン酸メチル、などのエステル化合物、ジエチルケトンなどのケトン化合物、カプリル酸、カプロン酸、などのカルボン酸、石油エーテル、石油ベンジンなどの上記溶媒の混合物、パーム油、大豆油、ナタネ油などのアシルグリセロール混合物などを用いることができるが、特に脂肪族炭化水素、特にペンタンが好ましい。ゲラニルゲラニオールが細胞外に分泌生産される場合には、培養液をそのまま使用するか、遠心分離等により細胞を除去する。その後、上記有機溶媒による抽出等により前記培養物中からゲラニルゲラニオールを採取し、必要に応じてさらに各種クロマトグラフィー等を用いて単離精製することができる。   In this method, geranylgeraniol can be produced. In addition, a jar fermenter culture apparatus etc. can also be used in order to culture the cell which concerns on this invention in large quantities. When geranylgeraniol is produced intracellularly after culturing, geranylgeraniol is collected by crushing the cells by performing a homogenizer treatment or the like. Further, regardless of whether geranylgeraniol stays in the cell or is secreted outside the cell, it may be directly extracted with an organic solvent or the like without disrupting the cell. In this case, the organic solvent is an aliphatic hydrocarbon such as pentane, hexane, heptane or octane, an aliphatic alcohol such as isopropanol, butanol, pentyl alcohol or hexyl alcohol, an aromatic hydrocarbon such as benzene, toluene or xylene, chloroform, or four. Chlorine organic compounds such as carbon chloride and trichlorethylene, ether compounds such as diethyl ether and dipropyl ether, ester compounds such as methyl acetate, ethyl acetate, pentyl acetate, amyl acetate and methyl caproate, ketone compounds such as diethyl ketone, and capryl Acids, caproic acid, and other carboxylic acids, petroleum ether, petroleum benzine and other solvent mixtures, and palm oil, soybean oil, rapeseed oil, and other acylglycerol mixtures can be used. Iodine, especially pentane is preferred. When geranylgeraniol is secreted and produced extracellularly, the culture solution is used as it is, or the cells are removed by centrifugation or the like. Thereafter, geranylgeraniol can be collected from the culture by extraction with the above organic solvent, etc., and can be further isolated and purified using various chromatographies and the like as necessary.

一般に、アミノ酸を始めとする生育上極めて重要な一次代謝産物では、当該産物の合成反応に直接関与する遺伝子を強化又は抑制することによって、当該産物の生産性を向上させる試みが行われ成果を出している。しかしながら、ゲラニルゲラニオール等の二次代謝産物においては、その合成経路の強化又は抑制を行っても、原料物質が一次代謝産物等の合成に消費されることが多く、生産性を向上させることが困難である。すなわち、ゲラニルゲラニル二リン酸合成酵素活性を増強させたとしても、ゲラニルゲラニオールの生合成が強化される蓋然性は低いといえる。さらに、ゲラニルゲラニオール合成経路と競合するファルネシル二リン酸からステロールへの合成経路を遮断しようとしてファルネシル二リン酸合成酵素遺伝子を完全に一般的によく知られる野生型ゲラニルゲラニル二リン酸合成酵素に置換できたとしても、生育に必須なステロール合成能が無くなり致死性になる可能性が極めて高いといえる。   In general, for primary metabolites that are extremely important for growth, including amino acids, attempts have been made to improve the productivity of the product by enhancing or suppressing genes directly involved in the synthesis reaction of the product. ing. However, in secondary metabolites such as geranylgeraniol, even if the synthesis pathway is strengthened or suppressed, the raw material is often consumed for the synthesis of the primary metabolite and it is difficult to improve productivity. It is. That is, even if the geranylgeranyl diphosphate synthase activity is enhanced, the probability that the biosynthesis of geranylgeraniol is enhanced is low. In addition, the farnesyl diphosphate synthase gene can be completely replaced by the well-known wild-type geranylgeranyl diphosphate synthase in an attempt to block the farnesyl diphosphate to sterol synthesis pathway that competes with the geranylgeraniol synthesis pathway. Even so, it can be said that there is an extremely high possibility that the sterol synthesizing ability essential for growth is lost and it becomes lethal.

しかしながら、本発明においては、本発明に係るDNAを細胞に導入することで、一般的な栄養源を用いるだけでもゲラニルゲラニオールを生産させることができることを実証した。   However, in the present invention, it was demonstrated that geranylgeraniol can be produced simply by using a general nutrient source by introducing the DNA according to the present invention into a cell.

以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれら実施例に限定されるものではない。
〔実施例1〕 発現ベクターの作製
(1-1)E. coli-S. cerevisiaeシャトルベクター
Stratagene社よりプラスミドpRS405を購入した。Invitrogen社 (Carlsbad, CA) からpYES2を購入した。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail using an Example, the technical scope of this invention is not limited to these Examples.
[Example 1] Preparation of expression vector
(1-1) E. coli - S. cerevisiae shuttle vector
Plasmid pRS405 was purchased from Stratagene. PYES2 was purchased from Invitrogen (Carlsbad, CA).

(1-2) ゲノムDNA
S. cerevisiaeゲノムDNAは、タカラバイオから酵母ゲノムDNA調製用キット「Genとるくん」を購入し、添付のプロトコルに従ってS. cerevisiae YPH499 からゲノムDNAを調製した。
(1-2) Genomic DNA
S. cerevisiae genomic DNA was purchased from Takara Bio, a yeast genomic DNA preparation kit “Gentoru-kun”, and genomic DNA was prepared from S. cerevisiae YPH499 according to the attached protocol.

(1-3) pRSベクターへCYC1t断片の挿入
CYC1転写ターミネーターCYC1t断片をPCRで調製した。以下のPCR用オリゴDNA:XhoI-Tcyc1FW とApaI-Tcyc1RVとの組合せをPCR用プライマーDNAとして、鋳型としてpYES2を用いてPCRを行った。
XhoI-Tcyc1FW:5'- TGC ATC TCG AGG GCC GCA TCA TGT AAT TAG -3'(配列番号5)
ApaI-Tcyc1RV:5'- CAT TAG GGC CCG GCC GCA AAT TAA AGC CTT CG -3'(配列番号6)
(1-3) Insertion of CYC1 t fragment into pRS vector
The CYC1 transcription terminator CYC1 t fragment was prepared by PCR. PCR was performed using the following combination of PCR oligo DNA: XhoI-Tcyc1FW and ApaI-Tcyc1RV as PCR primer DNA and pYES2 as a template.
XhoI-Tcyc1FW: 5'-TCC ATC TCG AGG GCC GCA TCA TGT AAT TAG -3 '(SEQ ID NO: 5)
ApaI-Tcyc1RV: 5'-CAT TAG GGC CCG GCC GCA AAT TAA AGC CTT CG-3 '(SEQ ID NO: 6)

反応は、0.1μg pYES2, 50 pmol プライマー DNA, MgSO4 含有1x Pfu バッファー(Promega, Madison, WI), 10 nmol dNTP, 1.5 u Pfu DNA ポリメラーゼ (Promega)及び 1μl perfect match ポリメラーゼエンハンサー (Stratagene)を含む50μlの反応液を調製し、95℃ 2分、(95℃ 45秒、60℃ 30秒、72℃ 1分)×30サイクル、72℃ 5分、4℃ストックの反応条件で行った。増幅したDNAをXhoIとApaIで切断し、アガロースゲル電気泳動で260 bpのDNA断片を精製しCYC1t-XAとした。
pRS405ベクターのXhoI-ApaI部位にCYC1t-XAを挿入し、pRS405Tcycとした。
The reaction was performed with 50 μl of 0.1 μg pYES2, 50 pmol primer DNA, MgSO4 containing 1x Pfu buffer (Promega, Madison, WI), 10 nmol dNTP, 1.5 u Pfu DNA polymerase (Promega) and 1 μl perfect match polymerase enhancer (Stratagene). A reaction solution was prepared, and the reaction was performed at 95 ° C. for 2 minutes, (95 ° C. for 45 seconds, 60 ° C. for 30 seconds, 72 ° C. for 1 minute) × 30 cycles, 72 ° C. for 5 minutes, and 4 ° C. stock reaction conditions. The amplified DNA was cleaved with Xho I and Apa I, and a 260 bp DNA fragment was purified by agarose gel electrophoresis to obtain CYC1t-XA.
CYC1t-XA was inserted into the Xho I- Apa I site of the pRS405 vector to obtain pRS405Tcyc.

(1-4) 転写プロモーターの調製
S. cerevisiaeゲノムDNAを鋳型にしてPCRにより転写プロモーターを含むDNA断片を調製した。使用したDNAプライマーは以下の通りである。
SacI-Ptdh3FW:5'-CAC GGA GCT CCA GTT CGA GTT TAT CAT TAT CAA-3'(配列番号7)
SacII-Ptdh3RV:5'-CTC TCC GCG GTT TGT TTG TTT ATG TGT GTT TAT TC -3'(配列番号8)
(1-4) Preparation of transcription promoter
A DNA fragment containing a transcription promoter was prepared by PCR using S. cerevisiae genomic DNA as a template. The DNA primers used are as follows.
SacI-Ptdh3FW: 5'-CAC GGA GCT CCA GTT CGA GTT TAT CAT TAT CAA-3 '(SEQ ID NO: 7)
SacII-Ptdh3RV: 5'-CTC TCC GCG GTT TGT TTG TTT ATG TGT GTT TAT TC -3 '(SEQ ID NO: 8)

TDH3(GAP)転写プロモーターTDH3p(GAPp)増幅用に上記SacI-Ptdh3FW及びSacII-Ptdh3RVをPCR用DNAプライマーに用い、鋳型には酵母ゲノムDNAを用いた。反応溶液は、0.46 μg 酵母ゲノムDNA, 100 pmol プライマー DNA, 1x ExTaq バッファー(タカラバイオ), 20 nmol dNTP, 0.5 u ExTaq DNAポリメラーゼ(タカラバイオ)及び1 μl perfect match ポリメラーゼエンハンサーを含む100 μl溶液を調製し、95℃ 2分、(95℃ 45秒、60℃ 1分、72℃ 2分)×30サイクル、72℃ 4分、4℃ストックの反応条件で行った。増幅したDNAをSacIとSacIIで切断し、アガロースゲル電気泳動で620 bpのDNA断片を精製し、TDH3pとした。 The above SacI-Ptdh3FW and SacII-Ptdh3RV were used as PCR DNA primers for amplification of the TDH3 (GAP) transcription promoter TDH3p (GAPp), and yeast genomic DNA was used as a template. Prepare 100 μl solution containing 0.46 μg yeast genomic DNA, 100 pmol primer DNA, 1x ExTaq buffer (Takara Bio), 20 nmol dNTP, 0.5 u ExTaq DNA polymerase (Takara Bio) and 1 μl perfect match polymerase enhancer. The reaction conditions were 95 ° C. for 2 minutes, (95 ° C. for 45 seconds, 60 ° C. for 1 minute, 72 ° C. for 2 minutes) × 30 cycles, 72 ° C. for 4 minutes, and 4 ° C. stock. The amplified DNA was cleaved with Sac I and Sac II, and a 620 bp DNA fragment was purified by agarose gel electrophoresis to obtain TDH3p .

(1-5) 2μ DNA複製開始領域の調製
YEpベクターであるpYES2をSspIとNheIで切断後、2μ DNA複製開始点(2 μ ori)を含む1.5 kbp断片をアガロースゲル電気泳動により精製し、Klenow酵素で平滑末端化し、このDNA断片を2μOriSNとした。
(1-5) Preparation of 2μ DNA replication initiation region
After cleaving the YEp vector pYES2 with Ssp I and Nhe I, a 1.5 kbp fragment containing 2 μ DNA replication origin (2 μ ori) was purified by agarose gel electrophoresis, blunted with Klenow enzyme, and this DNA fragment was 2 μOriSN.

(1-6)YEp型発現ベクターの作製
pRS405TcycをBAP(bacterial alkaline phosphatase, タカラバイオ)処理したNaeI部位に2μOriSNを挿入し、E. coli SURE2に形質転換した後プラスミドDNAを調製した。これを、DraIII及びEcoRI、HpaI、又は、PstI及びPvuIIにより切断後、アガロースゲル電気泳動し、2μ oriの挿入とその向きをチェックした。作製したpRS405TcycにpYES2と同じ向きで2 μ oriが挿入されたプラスミドをpRS435Tcyc2μOriとした。
(1-6) Preparation of YEp type expression vector
2 μOriSN was inserted into the Nae I site where pRS405Tcyc was treated with BAP (bacterial alkaline phosphatase, Takara Bio) and transformed into E. coli SURE2 to prepare plasmid DNA. This was cleaved with Dra III and Eco RI, Hpa I, or Pst I and Pvu II, and then subjected to agarose gel electrophoresis to check the insertion of 2 μori and its orientation. A plasmid in which 2 μori was inserted into the prepared pRS405Tcyc in the same direction as pYES2 was designated as pRS435Tcyc2μOri.

pRS435Tcyc2μOriのSacI-SacII部位に、転写プロモーターを含む断片TDH3p(GAPp)を挿入しDNAをクローン化した。その結果、pRS435Tcyc2μOriからpRS435GAPが得られた。 A fragment TDH3 p (GAPp) containing a transcription promoter was inserted into the Sac I- Sac II site of pRS435Tcyc2μOri to clone the DNA. As a result, pRS435GAP was obtained from pRS435Tcyc2μOri.

(1-7)多コピーインテグレーション用ベクターの作製
(1-7-1) rDNAをターゲットとした多コピーYIpプラスミドを以下pRS(Ribosomal DNA Sequence)と呼ぶ。また、δ配列をターゲットとした多コピーYIpプラスミドをpDI(Delta Integration)と呼ぶ。pRS及びpDIの後に続く3桁の数字の意味は下記の通りである。
5XX:rDNA をターゲット
6XX:TyレトロトランスポゾンLTR(δ配列)をターゲット
X0X:γインテグレーション、E. coli由来の配列(Ampr, Col E1)がインテグレーションされる
X1X:γインテグレーション、E. coli由来の配列(Ampr, Col E1)はインテグレーションされない
X2X:Ωインテグレーション、E. coli由来の配列(Ampr, Col E1)はインテグレーションされない
XX4:TRPマーカー:HMG1
XX5:LEUマーカー:BTS1及びその融合遺伝子・変異遺伝子
XX6:URAマーカー:DPP1及びその融合遺伝子・変異遺伝子
XX8:G418マーカー:その他の遺伝子。
(1-7) Preparation of vector for multi-copy integration
(1-7-1) The multicopy YIp plasmid targeting rDNA is hereinafter referred to as pRS (Ribosomal DNA Sequence). A multicopy YIp plasmid targeting the δ sequence is called pDI (Delta Integration). The meaning of the three digits following pRS and pDI is as follows.
5XX: Targeting rDNA
6XX: Targets Ty retrotransposon LTR (δ sequence)
X0X: γ integration, sequences derived from E. coli (Ampr, Col E1) are integrated
X1X: γ integration, sequences derived from E. coli (Ampr, Col E1) are not integrated
X2X: Ω integration, sequences from E. coli (Ampr, Col E1) are not integrated
XX4: TRP marker: HMG1
XX5: LEU marker: BTS1 and its fusion and mutant genes
XX6: URA marker: DPP1 and its fusion and mutant genes
XX8: G418 marker: other genes.

γインテグレーションとΩインテグレーションの概要については図2に示した。γインテグレーション(図2A及びB)では、発現カセットの両側にターゲット遺伝子が残るので、ターゲット遺伝子同士の組換えによって導入した遺伝子が抜け落ちる可能性がある。また、同一サイトに複数コピーがタンデムにインテグレーションされることがある。これらの理由で、γインテグレーションでは一世代当たり1%程度の挿入DNAの脱落が起こることがある。一方、Ωインテグレーション(図2C)ではこのような脱落は起こりにくいと考えられる。   The outline of γ integration and Ω integration is shown in FIG. In γ integration (FIGS. 2A and 2B), since the target gene remains on both sides of the expression cassette, there is a possibility that the gene introduced by recombination of the target genes may be lost. Also, multiple copies may be integrated in tandem at the same site. For these reasons, in the γ integration, about 1% of inserted DNA may be lost per generation. On the other hand, in the Ω integration (Fig. 2C), such a drop-off is unlikely to occur.

バクテリア由来の配列がインテグレーションされると、インテグレーションされた遺伝子が不安定になるとの報告(Lee FW, Da Silva NA. (1997) Appl. Microbiol. Biotechnol.,48,339-345; Awane K, Naito A, Araki H, Oshima Y. (1992) Gene, 2, 121)があるので、E. coli由来の配列がインテグレーションされないプラスミドも作製することにした(図2B及びC)。 A report that the integrated genes become unstable when bacterial sequences are integrated (Lee FW, Da Silva NA. (1997) Appl. Microbiol. Biotechnol., 48 , 339-345; Awane K, Naito A , Araki H, Oshima Y. (1992) Gene, 2 , 121), therefore, it was decided to prepare a plasmid in which the sequence derived from E. coli was not integrated (FIGS. 2B and C).

例えばpRS504はrDNAサイトをターゲットとし、γインテグレーションで、E. coli由来の配列がインテグレーションされており、TRP1マーカーを使用している、ということを意味している。また、上記で示したように、導入する遺伝子毎に各マーカーを割り振ることとした。 For example, pRS504 means that the rDNA site is targeted, the sequence derived from E. coli is integrated by γ integration, and the TRP1 marker is used. Moreover, as shown above, each marker was assigned to each gene to be introduced.

多コピーインテグレーション用ベクター作製に用いたPCR反応は以下の条件で行った。
KOD plus DNA polymerase(TOYOBO)0.02 U/μlと付属の溶液(1x KOD plus buffer、0.2 mM dNTP mix、及び1 mM MgSO4)、プライマー対(それぞれ3 pmol/μl)及び鋳型DNA(プラスミドの場合は1 ng/μl、ゲノムDNAの場合は4 ng/μl)を混合し、20μlのPCR反応液を調製した。PCRは、94 ℃, 2min - (94 ℃, 15 sec - Tm ℃, 30 sec - 68 ℃, X min) x 25サイクル - 4 ℃ストックの条件で行った。アニーリング温度Tm(℃)はプライマーのTmとし、68 ℃での伸長時間X(min)は、増幅するDNA 1kbあたり1minとした。
The PCR reaction used to prepare the vector for multicopy integration was performed under the following conditions.
KOD plus DNA polymerase (TOYOBO) 0.02 U / μl and accompanying solution (1x KOD plus buffer, 0.2 mM dNTP mix, and 1 mM MgSO4), primer pair (3 pmol / μl each) and template DNA (1 for plasmid) ng / μl and 4 ng / μl in the case of genomic DNA) were mixed to prepare a 20 μl PCR reaction solution. PCR was performed under the conditions of 94 ° C., 2 min- (94 ° C., 15 sec-Tm ° C., 30 sec-68 ° C., X min) × 25 cycles-4 ° C. stock. The annealing temperature Tm (° C.) was the Tm of the primer, and the extension time X (min) at 68 ° C. was 1 min per 1 kb of DNA to be amplified.

下記に多コピーインテグレーション用ベクター作製に用いた遺伝子操作手法を示す。
PCR増幅産物のクローニングには、Zero Blunt TOPO PCR Cloning Kit(Invitrogen)を用いてpCR -Blunt II TOPOベクターにPCR増幅産物を導入した。PCRプライマーのリン酸化には、T4 polynucleotid Kinase(TOYOBO)を用いた。E. coliへのプラスミドDNAの導入はZ-Competent E. coli Transformation Kit(ZYMO RESEARCH)を用いた。E. coliからのプラスミドの抽出にはQIA Prep Spin Miniprepkit(50) (QIAGEN)を用いた。ベクターからのインサートの切り出しは、制限酵素切断後、1%アガロースゲルで電気泳動し、RECOCHIP(タカラバイオ)又はZymoclean Gel DNA Recovery Kit(ZYMO RESEARCH)を用いてゲルから回収することにより行った。制限酵素断片の平滑化にはT4 DNA polymerase(タカラバイオ)又はKOD plus DNA polymeraseを用いた。制限酵素断片の脱リン酸化にはTsAP(Thermosensitive Alkaline Phosphatase; GIBCO BRL)を用いた。ライゲーション反応にはLigaFast Rapid DNA Ligation System(Promega)を用いた。また、酵母のゲノムDNAの抽出にはGenとるくん(タカラバイオ)を用いた。
The gene manipulation technique used for the preparation of the vector for multicopy integration is shown below.
For cloning of PCR amplification products, the PCR amplification products were introduced into the pCR-Blunt II TOPO vector using Zero Blunt TOPO PCR Cloning Kit (Invitrogen). T4 polynucleotid Kinase (TOYOBO) was used for phosphorylation of PCR primers. For introduction of plasmid DNA into E. coli , Z-Competent E. coli Transformation Kit (ZYMO RESEARCH) was used. QIA Prep Spin Miniprepkit (50) (QIAGEN) was used for extraction of the plasmid from E. coli . The insert was cut out from the vector after restriction enzyme digestion, electrophoresis on a 1% agarose gel, and recovery from the gel using RECOCHIP (Takara Bio) or Zymoclean Gel DNA Recovery Kit (ZYMO RESEARCH). T4 DNA polymerase (Takara Bio) or KOD plus DNA polymerase was used to smooth the restriction enzyme fragment. TsAP (Thermosensitive Alkaline Phosphatase; GIBCO BRL) was used for dephosphorylation of restriction enzyme fragments. For the ligation reaction, LigaFast Rapid DNA Ligation System (Promega) was used. In addition, Gen Toru-kun (Takara Bio) was used for extraction of genomic DNA of yeast.

(1-7-2) pRS504の作製
TRP1マーカーをもつプラスミドpRS434GAP(特開2002-199883号公報)をもとにしてpRS504を作製した。ターゲットとしたrDNA配列は、Nietoらの文献(Nieto A, Prieto JA, Sanz P. (1999) Biotechnol. Prog., 15, 459-66)を参考にした。使用したPCRプライマーを下記に示す:
AatTRP1-50F: 5'- TTTCCGACGTCCACGTGAGTATACGTGATTAAG -3'(配列番号9)
(下線はAatII認識部位を示す)
TRP1d-R: 5'- AGGCAAGTGCACAAACAATACTT -3'(配列番号10)
R4: 5'- ATGAGAGTAGCAAACGTAAGTCTAA -3'(配列番号11)
K-R7: 5'- TGACTGGTACCTTTCCTCTAATCAGGTTCCACC -3'(配列番号12)
(下線はKpnI認識部位を示す)
(1-7-2) Preparation of pRS504
PRS504 was prepared based on the plasmid pRS434GAP (JP 2002-199883 A) having a TRP1 marker. The target rDNA sequence was referred to Nieto et al. (Nieto A, Prieto JA, Sanz P. (1999) Biotechnol. Prog., 15 , 459-66). The PCR primers used are shown below:
AatTRP1-50F: 5'-TTTTCCGACGTC CACGTG AGTATACGTGATTAAG-3 '(SEQ ID NO: 9)
(Underline indicates Aat II recognition site)
TRP1d-R: 5′-AGGCAAGTGCACAAACAATACTT-3 ′ (SEQ ID NO: 10)
R4: 5′-ATGAGAGTAGCAAACGTAAGTCTAA-3 ′ (SEQ ID NO: 11)
K-R7: 5'-TGACT GGTACC TTTCCTCTAATCAGGTTCCACC -3 '(SEQ ID NO: 12)
(Underline indicates Kpn I recognition site)

AatTRP1-50FとTRP1d-RをPCRプライマーとし、pRS434GAPを鋳型DNAとしてTRP1d(0.8 kb)を増幅した。また、R4とK-R7をPCRプライマーとし、YPH499ゲノムDNAを鋳型としてrDNAの一部(1.3 kb:以下R47と呼ぶ)を増幅した。なお、次のライゲーション反応に用いるために、プライマーTRP1d-RとR4は、あらかじめリン酸化したものを用いた。TRP1d断片とR47断片をアガロースゲル電気泳動で精製したものを混合し、ライゲーションを行った。このライゲーション反応液を鋳型とし、AatTRP1-50FとK-R7をPCRプライマーとしてPCRを行い、TRP1dとR47が連結された遺伝子(2.0 kb;以下TR47と呼ぶ)を増幅した。TR47をアガロースゲル電気泳動で精製したのち、pCR-Blunt II TOPOベクターにサブクローニングした(以下TOPO-TR47と呼ぶ)。TOPO-TR47のシークエンシングを行い、サブクローニングしたTR47断片にPCRによる変異が入っていないことを確認した。次に、制限酵素AatIIとKpnIを用いてTOPO-TR47とpRS434GAPを消化し、それぞれTR47断片とTDH3p(GAPp)を含む3.2 kb断片を切り出した。この二つの断片をライゲーションして得られたプラスミドをpRS504とした(図3)。 TRP1 d (0.8 kb) was amplified using AatTRP1-50F and TRP1d-R as PCR primers and pRS434GAP as template DNA. A part of rDNA (1.3 kb: hereinafter referred to as R47) was amplified using R4 and K-R7 as PCR primers and YPH499 genomic DNA as a template. For use in the next ligation reaction, primers TRP1d-R and R4 were previously phosphorylated. Ligation was performed by mixing TRP1 d fragment and R47 fragment purified by agarose gel electrophoresis. Using this ligation reaction solution as a template, PCR was performed using AatTRP1-50F and K-R7 as PCR primers, and a gene in which TRP1 d and R47 were linked (2.0 kb; hereinafter referred to as TR47) was amplified. TR47 was purified by agarose gel electrophoresis and then subcloned into the pCR-Blunt II TOPO vector (hereinafter referred to as TOPO-TR47). TOPO-TR47 was sequenced and it was confirmed that the subcloned TR47 fragment had no PCR mutation. Next, TOPO-TR47 and pRS434GAP were digested using restriction enzymes Aat II and Kpn I to cut out a 3.2 kb fragment containing TR47 fragment and TDH3 p (GAPp), respectively. The plasmid obtained by ligating these two fragments was designated as pRS504 (FIG. 3).

(1-7-3) pRS514の作製
TRP1マーカーをもつプラスミドpRS434GAP(特開2002-199883号公報)をもとにしてpRS514を作製した。ターゲットとしたrDNA配列はpRS504と同じである。使用したPCRプライマーを以下に示す:
KpnTRP1-50dR:5'- TGACTGGTACCAGGCAAGTGCACAAACAATACTT -3'(配列番号13)
(下線はKpnI認識部位を示す)
S-R4: 5'- TATTGAGCTCATGAGAGTAGCAAACGTAAGTCTAA -3'(配列番号14)
(下線はSacI認識部位を示す)
BB-R5: 5'- CAGGTGCGCGC GGTAACCCAGTTCCTCACTA -3'(配列番号15)
(下線はBssHII及びBstPI認識部位を示す)
AB-R6:5'- GTGAGGACGTC GGTTACCCGGGGCACCTGTCAC -3'(配列番号16)
(下線はAatII及びBstPI認識部位を示す)
A-R7:5'- CACTCGACGTCTTTCCTCTAATCAGGTTCCACC -3'(配列番号17)
(下線はAatII認識部位を示す)
(1-7-3) Preparation of pRS514
PRS514 was prepared based on the plasmid pRS434GAP (JP 2002-199883 A) having the TRP1 marker. The targeted rDNA sequence is the same as pRS504. The PCR primers used are shown below:
KpnTRP1-50dR: 5'-TGACT GGTACC AGGCAAGTGCACAAACAATACTT-3 '(SEQ ID NO: 13)
(Underline indicates Kpn I recognition site)
S-R4: 5'-TATT GAGCTC ATGAGAGTAGCAAACGTAAGTCTAA-3 '(SEQ ID NO: 14)
(Underline indicates Sac I recognition site)
BB-R5: 5'-CAGGT GCGCGC GGTAACC CAGTTCCTCACTA-3 '(SEQ ID NO: 15)
(Underline indicates Bss HII and Bst PI recognition sites)
AB-R6: 5'-GTGAG GACGTC GGTTACC CGGGGCACCTGTCAC-3 '(SEQ ID NO: 16)
(Underline indicates Aat II and Bst PI recognition sites)
A-R7: 5′-CACTC GACGTC TTTCCTCTAATCAGGTTCCACC -3 ′ (SEQ ID NO: 17)
(Underline indicates Aat II recognition site)

AatTRP1-50FとKpnTRP1-50dRをPCRプライマーとし、pRS434GAPを鋳型DNAとしてTRP1dマーカーDNA(0.8 kb;以下AK-TRP1dと呼ぶ)を増幅した。S-R4とBB-R5をPCRプライマーとし、YPH499ゲノムDNAを鋳型としてrDNAの一部(0.6 kb:以下SBB-R45と呼ぶ)を増幅した。AB-R6とA-R7をPCRプライマーとし、YPH499ゲノムDNAを鋳型としてrDNAの一部(0.7 kb:以下ABA-R67と呼ぶ)を増幅した。次いで、増幅されたAK-TRP1d、SBB-R45及びABA-R67断片を、pCR-Blunt II TOPOベクターにサブクローニングし(それぞれTOPO-AKTRP1d、TOPO-SBBR45、TOPO-ABAR67と呼ぶ)、シークエンスを行ってPCRエラーがないことを確認した。次に、制限酵素AatIIとKpnIを用いてTOPO-AKTRP1dとpRS434GAPを消化し、それぞれAK-TRP1d断片とTDH3p含む3.2 kb断片を切り出した。これら二つの断片をライゲーションして得られたプラスミドをpTRPと呼ぶ。制限酵素SacIとBssHIIを用いてTOPO-SBBR45を消化し、SBB-R45断片を切り出した。SBB-R45断片をpTRPのSacI-BssHIIサイトにライゲーションして得られたプラスミドをpTRP-R45と呼ぶ。制限酵素AatIIを用いてTOPO-ABAR67を消化し、ABA-R67断片を切り出した。ABA-R67断片をpTRP-R45のAatIIサイトにライゲーションし、図3に示される方向にABA-R67断片が挿入されたプラスミドを選抜してpRS514とした。 TRP1 d marker DNA (0.8 kb; hereinafter referred to as AK-TRP1d) was amplified using AatTRP1-50F and KpnTRP1-50dR as PCR primers and pRS434GAP as template DNA. A part of rDNA (0.6 kb: hereinafter referred to as SBB-R45) was amplified using S-R4 and BB-R5 as PCR primers and YPH499 genomic DNA as a template. A part of rDNA (0.7 kb: hereinafter referred to as ABA-R67) was amplified using AB-R6 and A-R7 as PCR primers and YPH499 genomic DNA as a template. The amplified AK-TRP1d, SBB-R45 and ABA-R67 fragments were then subcloned into the pCR-Blunt II TOPO vector (referred to as TOPO-AKTRP1d, TOPO-SBBR45, and TOPO-ABAR67, respectively), followed by sequencing and PCR Confirmed that there were no errors. Next, TOPO-AKTRP1d and pRS434GAP were digested using restriction enzymes Aat II and Kpn I to cut out 3.2 kb fragments containing AK-TRP1d fragment and TDH3 p, respectively. The plasmid obtained by ligating these two fragments is called pTRP. TOPO-SBBR45 was digested with restriction enzymes Sac I and Bss HII, and the SBB-R45 fragment was excised. The plasmid obtained by ligating the SBB-R45 fragment to the Sac I- Bss HII site of pTRP is called pTRP-R45. TOPO-ABAR67 was digested with the restriction enzyme Aat II to excise the ABA-R67 fragment. The ABA-R67 fragment was ligated to the Aat II site of pTRP-R45, and a plasmid having the ABA-R67 fragment inserted in the direction shown in FIG. 3 was selected as pRS514.

(1-7-4) pRS524の作製
TRP1マーカーをもつプラスミドpRS434GAPをもとにしてpRS514を作製した。ターゲットとしたrDNA配列はpRS504と同じである。使用したPCRプライマーを以下に示す:
AF-R4: 5'- GCCGCGACGTC GGCCGGCCATGAGAGTAGCAAACGTAAGTCTAA -3'(配列番号18)
(下線はAatII及びFseI認識部位を示す)
A-R5:: 5'- ACAGGGACGTCGGGTAACCCAGTTCCTCACT -3' (配列番号19)
(下線はAatII認識部位を示す)
S-R6:: 5'- CTGGGGAGCTCGGGGCACCTGTCACTTTG -3' (配列番号20)
(下線はSacI認識部位を示す)
BF-R7:: 5'- CCAAA GCGCGC GGCCGGCC TTTCACGGAATGGTACGTTTGAT -3' (配列番号21)
(下線はBssHI及びFseI認識部位を示す)
(1-7-4) Preparation of pRS524
PRS514 was constructed based on the plasmid pRS434GAP having the TRP1 marker. The targeted rDNA sequence is the same as pRS504. The PCR primers used are shown below:
AF-R4: 5'- GCCGC GACGTC GGCCGGCC ATGAGAGTAGCAAACGTAAGTCTAA -3 '(SEQ ID NO: 18)
(Underline indicates Aat II and Fse I recognition sites)
A-R5 :: 5'- ACAGG GACGTC GGGTAACCCAGTTCCTCACT -3 '(SEQ ID NO: 19)
(Underline indicates Aat II recognition site)
S-R6 :: 5'-CTGGG GAGCTC GGGGCACCTGTCACTTTG-3 '(SEQ ID NO: 20)
(Underline indicates Sac I recognition site)
BF-R7 :: 5'- CCAAA GCGCGC GGCCGGCC TTTCACGGAATGGTACGTTTGAT -3 '(SEQ ID NO: 21)
(Underline indicates Bss HI and Fse I recognition sites)

AF-R4とA-R5をPCRプライマーとし、YPH499ゲノムDNAを鋳型としてrDNAの一部(0.6 kb:以下AFA-R45と呼ぶ)を増幅した。S-R6とBF-R7をPCRプライマーとし、YPH499ゲノムDNAを鋳型としてrDNAの一部(0.7 kb:以下SBF-R67と呼ぶ)を増幅した。次いで、増幅されたAFA-R45及びSBF-R67断片を、pCR-Blunt II TOPOベクターにサブクローニングし(それぞれTOPO-AFAR45、TOPO-SBFR67と呼ぶ)、シークエンスを行ってPCRエラーがないことを確認した。制限酵素SacIとBssHIIを用いてTOPO-SBFR67を消化し、SBF-R67断片を切り出した。SBF-R67断片をpTRPのSacI-BssHIIサイトにライゲーションして得られたプラスミドをpTRP-R67と呼ぶ。制限酵素AatIIを用いてTOPO-AFAR45を消化し、AFA-R45断片を切り出した。AFA-R45断片をpTRP-R67のAatIIサイトにライゲーションし、図3に示される方向にAFA-R45断片が挿入されたプラスミドを選抜してpRS524とした。 A part of rDNA (0.6 kb: hereinafter referred to as AFA-R45) was amplified using AF-R4 and A-R5 as PCR primers and YPH499 genomic DNA as a template. A part of rDNA (0.7 kb: hereinafter referred to as SBF-R67) was amplified using S-R6 and BF-R7 as PCR primers and YPH499 genomic DNA as a template. Next, the amplified AFA-R45 and SBF-R67 fragments were subcloned into the pCR-Blunt II TOPO vector (referred to as TOPO-AFAR45 and TOPO-SBFR67, respectively) and sequenced to confirm that there were no PCR errors. TOPO-SBFR67 was digested with restriction enzymes Sac I and Bss HII, and the SBF-R67 fragment was excised. The plasmid obtained by ligating the SBF-R67 fragment to the Sac I- Bss HII site of pTRP is called pTRP-R67. TOPO-AFAR45 was digested with the restriction enzyme Aat II, and the AFA-R45 fragment was excised. The AFA-R45 fragment was ligated to the Aat II site of pTRP-R67, and a plasmid having the AFA-R45 fragment inserted in the direction shown in FIG. 3 was selected as pRS524.

(1-7-5) pRS515の作製
pRS514のマーカー遺伝子TRP1dをLEU2dに入れ替えることでpRS515を作製した。LEU2dはErhartらの報告(Erhart E, Hollenberg CP. (1983) J. Bacteriol., 156, 625-635)を参考にして、LEU2のプロモーターの長さが29 bpとなるように設計した。使用したPCRプライマーを以下に示す。
Pma-LEU2d-F: 5'- CACGTG TCGACTACGTCGTAAGGCCGTTT -3'(配列番号22)
(下線はPmaCI認識部位を示す)
Kpn-LEU2d-R: 5'- GGTACC AAGGATATACCATTCTAATGTCTGCCCC -3'(配列番号23)
(下線はKpnI認識部位を示す)
(1-7-5) Preparation of pRS515
pRS515 was prepared by replacing the marker gene TRP1 d of pRS514 with LEU2 d. LEU2 d was designed so that the length of the LEU2 promoter was 29 bp with reference to Erhart et al. Report (Erhart E, Hollenberg CP. (1983) J. Bacteriol., 156 , 625-635). The PCR primers used are shown below.
Pma-LEU2d-F: 5'- CACGTG TCGACTACGTCGTAAGGCCGTTT-3 '(SEQ ID NO: 22)
(Underline indicates Pma CI recognition site)
Kpn-LEU2d-R: 5'- GGTACC AAGGATATACCATTCTAATGTCTGCCCC -3 '(SEQ ID NO: 23)
(Underline indicates Kpn I recognition site)

Pma-LEU2d-FとKpn-LEU2d-RをPCRプライマーとし、pRS435GAPを鋳型DNAとしてLEU2dマーカーDNA(1.6 kb;以下PK-LEU2dと呼ぶ)を増幅した。増幅されたPK-LEU2d断片を、pCR-Blunt II TOPOベクターにサブクローニングし(以下TOPO-PKLEU2dと呼ぶ)、シークエンスを行ってPCRエラーがないことを確認した。制限酵素PmaCIとKpnIを用いてTOPO-PKLEU2dを消化し、PK-LEU2d断片を切り出す計画であったが、KpnIでLEU2d内部が切断されることが判明したため、KpnIのかわりにpCR-Blunt II TOPOの制限酵素サイトXhoIを用いることにした。制限酵素PmaCIとXhoIを用いてTOPO-PKLEU2dを消化し、アガロースゲル電気泳動でPK-LEU2d断片を切り出した。この断片のKpnIサイトをT4 DNA polymeraseを用いて平滑化した。次に、制限酵素PmaCIとKpnIを用いてpRS514を消化してマーカー遺伝子TRP1dを取り除いた断片をアガロースゲル電気泳動で精製し、KOD plus DNA polymeraseを用いてKpnIサイトを平滑化した。この断片に、PK-LEU2d(Kpn Iサイトを平滑化したもの)をライゲーションし、図4に示した方向にLEU2d断片が挿入されたプラスミドを選抜してpRS515とした。pRS515のKpnIサイト周辺のシークエンスを行ったところ、下記のように42 baseのpCR-Blunt II TOPOベクター由来配列(下線部分)が挿入されていた。
5'- 1601-GGTACCAAGGGCGAATTCTGCAGATATCCATCACACTGGCGGCCGCTC-1648 -3'(配列番号24)
LEU2 d marker DNA (1.6 kb; hereinafter referred to as PK-LEU2d) was amplified using Pma-LEU2d-F and Kpn-LEU2d-R as PCR primers and pRS435GAP as template DNA. The amplified PK-LEU2d fragment was subcloned into the pCR-Blunt II TOPO vector (hereinafter referred to as TOPO-PKLEU2d) and sequenced to confirm that there were no PCR errors. Restriction enzyme Pma with CI and Kpn I digested the TOPO-PKLEU2d, was the planned cutting out the PKLEU2d fragment, because it was found that the LEU2d internally Kpn I is cleaved, in place of the Kpn I pCR Blunt II TOPO restriction enzyme site Xho I was used. TOPO-PKLEU2d was digested with restriction enzymes Pma CI and Xho I, and the PK-LEU2d fragment was excised by agarose gel electrophoresis. The Kpn I site of this fragment was smoothed using T4 DNA polymerase. Next, a fragment obtained by digesting pRS514 using restriction enzymes Pma CI and Kpn I to remove the marker gene TRP1 d was purified by agarose gel electrophoresis, and the Kpn I site was smoothed using KOD plus DNA polymerase. This fragment was ligated PK-LEU2d (Kpn I site obtained by smoothing), it was pRS515 was selected plasmids direction LEU2 d fragment shown is inserted in FIG. As a result of sequencing around the Kpn I site of pRS515, a 42 base pCR-Blunt II TOPO vector-derived sequence (underlined portion) was inserted as shown below.
5'-1601-GGTACC AAGGGCGAATTCTGCAGATATCCATCACACTGGCGGCCGCTC -1648 -3 '(SEQ ID NO: 24)

(1-7-6) pRS525の作製
pRS524のマーカー遺伝子TRP1dをLEU2dに入れ替えることでpRS525を作製した。LEU2d断片は上記「pRS515の作製」と同様に、制限酵素PmaCIとXhoIを用いてTOPO-PKLEU2dを消化したのちKpnIサイトをT4 DNA polymeraseを用いて平滑化したものを用いた。次に、制限酵素PmaCIとKpnIを用いてpRS524を消化してマーカー遺伝子TRP1dを取り除いた断片をアガロースゲル電気泳動で精製し、KOD plus DNA polymeraseを用いてKpnIサイトを平滑化した。この断片に、PK-LEU2d(KpnIサイトを平滑化したもの)をライゲーションし、図4に示した方向にLEU2d断片が挿入されたプラスミドを選抜してpRS525とした。pRS525のKpnIサイト周辺のシークエンスを行ったところ、下記のように42 baseのpCR-Blunt II TOPOベクター由来配列(下線部分)が挿入されていた。
5'- 1601- GGTACCAAGGGCGAATTCTGCAGATATCCATCACACTGGCGGCCGCTC -1648 -3'(配列番号24)
(1-7-6) Preparation of pRS525
pRS525 was prepared by replacing the marker gene TRP1 d of pRS524 with LEU2 d. The LEU2 d fragment was prepared by digesting TOPO-PKLEU2d using restriction enzymes Pma CI and Xho I and then smoothing the Kpn I site using T4 DNA polymerase, as in the above-mentioned “production of pRS515”. Next, a fragment obtained by digesting pRS524 using restriction enzymes Pma CI and Kpn I to remove the marker gene TRP1 d was purified by agarose gel electrophoresis, and the Kpn I site was smoothed using KOD plus DNA polymerase. This fragment was ligated PK-LEU2d (Kpn I site obtained by smoothing), it was pRS525 was selected plasmids direction LEU2 d fragment shown is inserted in FIG. When sequencing was performed around the Kpn I site of pRS525, a 42 base pCR-Blunt II TOPO vector-derived sequence (underlined portion) was inserted as shown below.
5'- 1601- GGTACC AAGGGCGAATTCTGCAGATATCCATCACACTGGCGGCCGCTC -1648 -3 '(SEQ ID NO: 24)

(1-7-7) pDI626の作製
URA3マーカーをもつプラスミドpRS436GAP(特開2002-199883号公報)をもとにしてpDI626を作製した。ターゲットとしたδ配列は、YOLWTy1-1(chromosome XV, from coordinates 117,702 to 123,627)のLTR配列部分(338 base;117,702 to 118,039)である。また、後述するように、マーカーはpRS436GAPのAatII-Sse8387 Iサイトを削除することにより、プロモーターが23 baseの長さに削られたURA3dである。使用したPCRプライマーを下記に示す:
T7-F: 5'- GCGTAATACGACTCACTATAGGG -3'(配列番号25)
2μm-R:5'- CCTGATGCGGTATTTTCTCCTTAC -3' (配列番号26)
Aat-TY1F:5'- GACGTCTGTTGGAATAAAAATCCACTATCG -3'(配列番号27)
(下線はAatII認識部位を示す)
Sse-TY2R:5'- CCTGCAGGATTCCGTTTTATATGTTTATATTCATTG -3' (配列番号28)
(下線はSse8387I認識部位を示す)
SacI-TY3F:5'- GAGCTCGAGGAATAATCGTAATATTAGTATGTA -3' (配列番号29)
(下線はSacI認識部位を示す)
Bss-TY4R:5'- GCGCGCTGAGAAATTTGTGGGTAATTAGATAAT -3' (配列番号30)
(下線はBssHII認識部位を示す)
(1-7-7) Preparation of pDI626
PDI626 was prepared based on the plasmid pRS436GAP (JP 2002-199883 A) having the URA3 marker. The targeted δ sequence is the LTR sequence part (338 base; 117,702 to 118,039) of YOLWTy1-1 (chromosome XV, from coordinates 117,702 to 123,627). As will be described later, the markers by removing the Aat II- Sse 8387 I site PRS436GAP, a URA3 d which promoter was cut to a length of 23 base. The PCR primers used are shown below:
T7-F: 5'- GCGTAATACGACTCACTATAGGG-3 '(SEQ ID NO: 25)
2 μm-R: 5′-CCTGATGCGGTATTTTCTCCTTAC -3 ′ (SEQ ID NO: 26)
Aat-TY1F: 5'- GACGTC TGTTGGAATAAAAATCCACTATCG-3 '(SEQ ID NO: 27)
(Underline indicates Aat II recognition site)
Sse-TY2R: 5'- CCTGCAGG ATTCCGTTTTATATGTTTATATTCATTG-3 '(SEQ ID NO: 28)
(Underline indicates Sse 8387I recognition site)
SacI-TY3F: 5'- GAGCTC GAGGAATAATCGTAATATTAGTATGTA-3 '(SEQ ID NO: 29)
(Underline indicates Sac I recognition site)
Bss-TY4R: 5'- GCGCGC TGAGAAATTTGTGGGTAATTAGATAAT-3 '(SEQ ID NO: 30)
(Underline indicates Bss HII recognition site)

T4 polynucleotid Kinaseを用いてリン酸化したT7-Fと2μm-RをPCRプライマーとし、pRS436GAPを鋳型DNAとしてinverse PCRを行い、4.7 kbのDNA断片を増幅した。得られた断片をセルフライゲーションした後、メチル化されている鋳型DNA(pRS436GAP)を制限酵素DpnIで分解除去した。このようにして、pRS436GAPから2μm oriを取り除いたプラスミド(以下pRS436-2μmと呼ぶ)を作製した。 Inverse PCR was performed using T7-F phosphorylated with T4 polynucleotid Kinase and 2 μm-R as PCR primers and pRS436GAP as template DNA to amplify a 4.7 kb DNA fragment. After the obtained fragment was self-ligated, the methylated template DNA (pRS436GAP) was digested and removed with the restriction enzyme DpnI . In this way, a plasmid from which 2 μm ori was removed from pRS436GAP (hereinafter referred to as pRS436-2 μm) was prepared.

一方、Aat-TY1FとSse-TY2RをPCRプライマーとし、YPH499ゲノムDNAを鋳型としてδ配列の一部(180 b;以下T12と呼ぶ)を増幅した。SacI-TY3FとBss-TY4RをPCRプライマーとし、YPH499ゲノムDNAを鋳型としてδ配列の一部(158 b;以下T34と呼ぶ)を増幅した。次いで、増幅されたT12及びT34断片を、それぞれpCR-Blunt II TOPOベクターにサブクローニングし(それぞれTOPO-T12、TOPO-T34と呼ぶ)、シークエンスを行ってPCRエラーがないことを確認した。制限酵素AatIIとSse8387Iを用いてTOPO-T12を消化し、T12断片を切り出した。T12断片をpRS436-2μmのAatII-Sse8387Iサイトにライゲーションして得られたプラスミドを以下pDIT12と呼ぶ。次に、制限酵素SacIとBssHIIを用いてTOPO-T34を消化し、T34断片を切り出した。T34断片をpDIT12のSacI-BssHIIサイトにライゲーションして得られたプラスミドをpDI626とした(図5)。 On the other hand, a part of the δ sequence (180 b; hereinafter referred to as T12) was amplified using Aat-TY1F and Sse-TY2R as PCR primers and YPH499 genomic DNA as a template. A part of the δ sequence (158 b; hereinafter referred to as T34) was amplified using SacI-TY3F and Bss-TY4R as PCR primers and YPH499 genomic DNA as a template. The amplified T12 and T34 fragments were then subcloned into pCR-Blunt II TOPO vectors (referred to as TOPO-T12 and TOPO-T34, respectively) and sequenced to confirm that there were no PCR errors. TOPO-T12 was digested with restriction enzymes Aat II and Sse 8387I to excise the T12 fragment. The plasmid obtained by ligating the T12 fragment to the ARS II- Sse 8387I site of pRS436-2 μm is hereinafter referred to as pDIT12. Next, TOPO-T34 was digested with restriction enzymes Sac I and Bss HII, and the T34 fragment was excised. The plasmid obtained by ligating the T34 fragment to the Sac I- Bss HII site of pDIT12 was designated as pDI626 (FIG. 5).

(1-7-8) pDI628の作製
pDI626のURA3dマーカーを、G418耐性マーカー(Tn903由来の遺伝子APT1、1696 bp)と入れ替えることによりpDI628を作製した。pDI626を制限酵素Sse8387IとKpnIで消化し、URA3dを含まない断片(3.6 kb)をアガロースゲル電気泳動で精製した。この断片の両末端をT4 DNA polymerase用いて平滑化し、TsAPをもちいて脱リン酸化したのち、G418耐性マーカーDNAをライゲーションして得られたプラスミドをpDI628とした(図5)。
(1-7-8) Preparation of pDI628
pDI628 was prepared by replacing the URA3 d marker of pDI626 with a G418 resistance marker (Tn903-derived gene APT1 , 1696 bp). was digested with restriction enzymes Sse 8387I and Kpn I to pDI626, fragments that do not contain URA3 d a (3.6 kb) were purified by agarose gel electrophoresis. Both ends of this fragment were blunted using T4 DNA polymerase, dephosphorylated using TsAP, and then the plasmid obtained by ligating G418 resistance marker DNA was designated as pDI628 (FIG. 5).

〔実施例2〕 HMG-CoA還元酵素遺伝子のクローニング
(2-1) HMG-CoA還元酵素遺伝子のクローニング
S. cerevisiae HMG-CoA還元酵素遺伝子HMG1のクローニングを、以下のように行った。
GenBankに登録されているS. cerevisiae由来HMG-CoA還元酵素遺伝子HMG1(A.N.M22002)(M. E. Basson, et al., Mol. Cell. Biol. 8, 3797-3808 (1988))の情報をもとに以下のN末端、C末端にマッチするプライマーを作製した:
N末端側プライマー: 5'- atg ccg ccg cta ttc aag gga ct -3' (配列番号31)
C末端側プライマー: 5'- tta gga ttt aat gca ggt gac gg -3' (配列番号32)
[Example 2] Cloning of HMG-CoA reductase gene
(2-1) Cloning of HMG-CoA reductase gene
Cloning of the S. cerevisiae HMG-CoA reductase gene HMG1 was performed as follows.
Based on the information of S. cerevisiae- derived HMG-CoA reductase gene HMG1 (ANM22002) (ME Basson, et al., Mol. Cell. Biol. 8, 3797-3808 (1988)) registered in GenBank Primers that match the N-terminus and C-terminus of were prepared:
N-terminal primer: 5'-atg ccg ccg cta ttc aag gga ct -3 '(SEQ ID NO: 31)
C-terminal primer: 5'-tta gga ttt aat gca ggt gac gg -3 '(SEQ ID NO: 32)

これらのプライマーを用いて酵母のcDNAライブラリー(Clontech)を鋳型としたPCRを行った。
PCRは、Perfect Match ポリメラーゼエンハンサーを使用し、94℃ 45秒の変性、55℃ 1分のアニーリング及び72℃ 2分の伸長を1サイクルとしてこれを30サイクル行った。
Using these primers, PCR was performed using a yeast cDNA library (Clontech) as a template.
PCR was performed using Perfect Match polymerase enhancer for 30 cycles of denaturation at 94 ° C for 45 seconds, annealing at 55 ° C for 1 minute, and extension at 72 ° C for 2 minutes.

PCR終了後、目的の断片(3.2kbp)が確認されたので、HMG1をTAクローニング可能なpT7Blue Tベクターにクローニングし(これをpT7-HMG1とした)、HMG1の塩基配列を決定した。その結果、配列番号33の塩基配列及び配列番号34のアミノ酸配列を確認した。決定された塩基配列は、GenBankに登録される配列に示される塩基配列と一部異なっており、PCRエラー(C203T、T426C、T1026C、A1167G、T1248C、G1557A、A1605G、T1820C、A2451G、A2726G、T2787C、G2940A)を起こしていた。ここで塩基置換変異表記法は、置換前の塩基の1文字表記、置換される塩基の位置(開始コドンATGのAを1番とした時の番号)、置換後の塩基の1文字表記の順で表す。例えば、C203Tは開始コドンから第203番目の塩基CをTに置換した変異を表す。このPCRエラーを含んだ変異型HMG-CoA還元酵素遺伝子をHMG1'とする。 After completion of PCR, the target fragment (3.2 kbp) was confirmed, so HMG1 was cloned into a pT7Blue T vector capable of TA cloning (this was designated as pT7-HMG1), and the base sequence of HMG1 was determined. As a result, the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 33 and the amino acid sequence of SEQ ID NO: 34 were confirmed. The determined base sequence is partially different from the base sequence shown in the sequence registered in GenBank, and PCR errors (C203T, T426C, T1026C, A1167G, T1248C, G1557A, A1605G, T1820C, A2451G, A2726G, T2787C, G2940A). Here, the base substitution mutation notation refers to the one-letter code of the base before substitution, the position of the base to be substituted (number when the A of the start codon ATG is No. 1), and the one-letter code of the base after substitution. Represented by For example, C203T represents a mutation in which the 203rd base C is replaced with T from the start codon. The mutant HMG-CoA reductase gene containing this PCR error is designated as HMG1 ′.

(2-2) HMG-CoA還元酵素遺伝子のPCRエラーの修正
(2-1)で示したPCRエラー12箇所のうち、DNAがコードするアミノ酸が変ってしまう変異が3箇所存在し(C203T、T1820C、A2451G)、その他はナンセンス変異であった。そこで、pT7HMG1からHMG1’遺伝子断片をサブクローニングし、HMG1部分のPCRエラーによるC203T、T1820C、A2451G変異部分を修正した。
(2-2) Correction of PCR error in HMG-CoA reductase gene
Of the 12 PCR errors shown in (2-1), there were 3 mutations (C203T, T1820C, A2451G) in which the amino acid encoded by the DNA was changed, and the others were nonsense mutations. Therefore, the HMG1 ′ gene fragment was subcloned from pT7HMG1, and the C203T, T1820C, and A2451G mutation portions due to PCR errors in the HMG1 portion were corrected.

HMG-CoA還元酵素遺伝子HMG1のPCRエラー型DNAであるHMG1'を有するpT7HMG1からHMG1'遺伝子断片をサブクローニングし、HMG1部分のPCRエラーによるアミノ酸置換変異部分を、部位特異的変異誘発法により修正し、pALHMG106を作製した。作製方法の詳細は以下の通りであった。 Subclone HMG1 'gene fragment from pT7HMG1 having HMG1 ' which is PCR error type DNA of HMG-CoA reductase gene HMG1 , and correct amino acid substitution mutation part due to PCR error of HMG1 part by site-directed mutagenesis method, pALHMG106 was produced. The details of the manufacturing method were as follows.

プラスミドpT7HMG1をクローン化HMG1’として用いた。また、部位特異的変異導入用ベクターとしてpALTER-1を購入した(Promega)。 Plasmid pT7HMG1 was used as cloned HMG1 ′ . In addition, pALTER-1 was purchased as a site-directed mutagenesis vector (Promega).

部位特異的変異(site-directed mutagenesis)は、Promega発行の「Protocols and application guide, third edition, 1996 Promega, ISBN 1-882274-57-1」に記載の方法で行った。変異導入用オリゴは、次の3種類を化学合成した:
HMG1(190-216): 5'- CCAAATAAAGACTCCAACACTCTATTT -3'(配列番号35)
HMG1(1807-1833): 5'- GAATTAGAAGCATTATTAAGTAGTGGA -3'(配列番号36)
HMG1(2713-2739): 5'- GGATTTAACGCACATGCAGCTAATTTA -3'(配列番号37)
Site-directed mutagenesis was performed by the method described in “Protocols and application guide, third edition, 1996 Promega, ISBN 1-882274-57-1” published by Promega. The following three types of mutagenesis oligos were chemically synthesized:
HMG1 (190-216): 5'-CCAAATAAAGACTCCAACACTCTATTT-3 '(SEQ ID NO: 35)
HMG1 (1807-1833): 5'-GAATTAGAAGCATTATTAAGTAGTGGA-3 '(SEQ ID NO: 36)
HMG1 (2713-2739): 5'-GGATTTAACGCACATGCAGCTAATTTA-3 '(SEQ ID NO: 37)

部位特異的変異導入は、pT7HMG1をSmaI、ApaLI、SalIで切断し、3.2kbpのHMG1’断片をアガロースゲル電気泳動で調製した。これをpALTER-1のSmaI-SalI部位に挿入し、pALHMG1を作製した。pALHMG1をアルカリ変性後、上記変異導入オリゴ、リペアオリゴとしてAmp repair oligo(Promega)、ノックアウトオリゴとしてTet knockout oligo(Promega)をアニーリングさせ、E. coli ES1301(Promega)に導入後、125μg/mlアンピシリンで部位特異的変異が導入されたプラスミドを保持する形質転換体を集積培養し、プラスミドDNAを調製した。次いで、以下の配列を有するプライマーを用いて塩基配列をチェックした:
HMG1(558-532): 5'- GTCTGCTTGGGTTACATTTTCTGAAAA -3'(配列番号38)
HMG1(1573-1599): 5'- CATACCAGTTATACTGCAGACCAATTG -3'(配列番号39)
HMG1(2458-2484): 5'- GAATACTCATTAAAGCAAATGGTAGAA -3'(配列番号40)
塩基配列をチェックした結果、HMG1(190-216)、 HMG1(1807-1833)、 HMG1(2713-2739)に相当する配列は全てこれらオリゴヌクレオチドの配列に修正されていた。このようにHMG1内の配列が修正されたプラスミドをpALHMG106とした。
For site-directed mutagenesis, pT7HMG1 was cleaved with Sma I, Apa LI and Sal I, and a 3.2 kbp HMG1 ′ fragment was prepared by agarose gel electrophoresis. This was inserted into the Sma I- Sal I site of pALTER-1 to prepare pALHMG1. After pALHMG1 is denatured with alkali, the above mutation-introducing oligo, repair oligo (Amp repair oligo (Promega)) and knockout oligo (Tet knockout oligo (Promega)) are annealed and introduced into E. coli ES1301 (Promega), and then 125 μg / ml ampicillin. The transformant carrying the plasmid introduced with the site-specific mutation was accumulated and cultured to prepare plasmid DNA. The base sequence was then checked using primers having the following sequences:
HMG1 (558-532): 5'-GTCTGCTTGGGTTACATTTTCTGAAAA-3 '(SEQ ID NO: 38)
HMG1 (1573-1599): 5'-CATACCAGTTATACTGCAGACCAATTG-3 '(SEQ ID NO: 39)
HMG1 (2458-2484): 5'-GAATACTCATTAAAGCAAATGGTAGAA-3 '(SEQ ID NO: 40)
As a result of checking the base sequence, the sequences corresponding to HMG1 (190-216), HMG1 (1807-1833), and HMG1 (2713-2739) were all corrected to the sequences of these oligonucleotides. The plasmid whose sequence in HMG1 was corrected in this way was designated as pALHMG106.

〔実施例3〕 ファルネシル二リン酸合成酵素遺伝子のクローニング
PCRでSacFPS遺伝子ERG20約0.9 kbp断片(配列番号3)を、酵母のcDNAライブラリー(Clontech)を鋳型にして増幅した。PCRプライマー及び反応液組成は以下の通りであった:
プライマー1 (SCFPS1): 5'- ATG GCT TCA GAA AAA GAA ATT AG -3'(配列番号41)
プライマー2 (SCFPS 2): 5'- CTA TTT GCT TCT CTT GTA AAC TT -3'(配列番号42)
[Example 3] Cloning of farnesyl diphosphate synthase gene
A SacFPS gene ERG20 approximately 0.9 kbp fragment (SEQ ID NO: 3) was amplified by PCR using a yeast cDNA library (Clontech) as a template. The PCR primer and reaction solution composition was as follows:
Primer 1 (SCFPS1): 5'- ATG GCT TCA GAA AAA GAA ATT AG -3 '(SEQ ID NO: 41)
Primer 2 (SCFPS 2): 5'-CTA TTT GCT TCT CTT GTA AAC TT -3 '(SEQ ID NO: 42)

Figure 0004379087
Figure 0004379087

上記反応溶液を用い、94℃ 45秒、55℃ 1分、72℃ 2分を30サイクルのPCRを行った。
得られたPCR断片をアガロースゲル電気泳動で精製後、pT7Blue-T (Novagen, Madison, WI)へT/Aライゲーションによりクローニングした。ERG20はpT7Blue-T内のlacZと同じ方向に挿入されていた(図6)。クローニングした断片の塩基配列決定を行いSGD (Saccharomyces Genome Database, http://genome-www.stanford.edu/Saccharomyces/)に示される配列と比較したところ、1-300塩基と610-1059塩基の部分でのPCRエラーは無かった。
作製したプラスミドDNAをpT7ERG20とした。
Using the above reaction solution, PCR was carried out for 30 cycles of 94 ° C. for 45 seconds, 55 ° C. for 1 minute, and 72 ° C. for 2 minutes.
The obtained PCR fragment was purified by agarose gel electrophoresis and then cloned into pT7Blue-T (Novagen, Madison, Wis.) By T / A ligation. ERG20 was inserted in the same direction as lacZ in pT7Blue-T (FIG. 6). The base sequence of the cloned fragment was determined and compared with the sequence shown in SGD (Saccharomyces Genome Database, http://genome-www.stanford.edu/Saccharomyces/). There was no PCR error at.
The prepared plasmid DNA was designated as pT7ERG20.

〔実施例4〕 ファルネシル二リン酸合成酵素遺伝子への変異導入
(4-1) ERG20のサブクローニング
国際公開第02/053746号パンフレットの記載と同様にしてクローニングしたERG20をpRS435GAPにサブクローニングしたpRS435GAP-ERG20を作製した。pRS435GAP-ERG20から、転写プロモーターTDH3p(GAPp)及びERG20を含むSacI-ApaI断片約2.0kbpを切り出し、pRS405のSacI-ApaI 部位に挿入した。これをpRS405-ERG20とした。
[Example 4] Mutation introduction into farnesyl diphosphate synthase gene
(4-1) Subcloning of ERG20 pRS435GAP-ERG20 was prepared by subcloning ERG20 cloned into pRS435GAP in the same manner as described in WO 02/053746. from pRS435GAP-ERG20, excised Sac I- Apa I fragment of about 2.0kbp containing a transcription promoter TDH3 p (GAPp) and ERG20, and inserted into Sac I- Apa I site of pRS405. This was designated as pRS405-ERG20.

次にS. cerevisiaeゲノムDNAを鋳型にし、下記DNAプライマーを用いてpyrobest DNA polymerase(タカラバイオ)を用いたPCRでSET2及びQCR8部分断片それぞれ526bp、509bpを調製した(図6参照)。
SET2-F(SacI): 5'- TAT CGA GCT CTA TTA GTT TCG ACA TGC G -3'(配列番号43)
SET2-R(BglII): 5'- TCA TAG ATC TAC GCA CTC ACA CTT TGG T -3' (配列番号44)
QCR8-F(BamHI): 5'- GAT TGG ATC CTA GAT AAG GAC CAT GTA T -3' (配列番号45)
QCR8-R(PstI): 5'- ATA TCT GCA GTG AGA CTT AAA TCT TCT AA -3' (配列番号46)
Next, SET2 and QCR8 partial fragments of 526 bp and 509 bp, respectively, were prepared by PCR using S. cerevisiae genomic DNA as a template and the following DNA primers and using a probest DNA polymerase (Takara Bio) (see FIG. 6).
SET2-F (SacI): 5'-TAT CGA GCT CTA TTA GTT TCG ACA TGC G-3 '(SEQ ID NO: 43)
SET2-R (BglII): 5'-TCA TAG ATC TAC GCA CTC ACA CTT TGG T -3 '(SEQ ID NO: 44)
QCR8-F (BamHI): 5'- GAT TGG ATC CTA GAT AAG GAC CAT GTA T -3 '(SEQ ID NO: 45)
QCR8-R (PstI): 5'-ATA TCT GCA GTG AGA CTT AAA TCT TCT AA -3 '(SEQ ID NO: 46)

次に、図6に示すインテグレーション用DNA断片を得るために、クローニングベクターpSP72(Promega)へSET2、ERG20-LUE2、QCR8断片を順に挿入していった。PCRで得られたSET2断片526bpをSacIとBglIIで切断し、pSP72のSacI-BglII部位に挿入し、プラスミドpSP72-SET2を得た。次に、QCR8断片509bpをPstIとBamHIでで切断しpSP72-SET2のPstI-BamHI部位に挿入し、プラスミドpSP72-S2Q8を得た。さらにpRS405GAP-ERG20をAatIIで切断後平滑末端処理した後SacIで切断し、ERG20-LEU2断片を含む約5.3kbpをpSP72-S2Q8のSacI-SmaI部位に挿入し、プラスミドpSP72-SQERG20を得た。 Next, in order to obtain the integration DNA fragment shown in FIG. 6, the SET2, ERG20-LUE2, and QCR8 fragments were sequentially inserted into the cloning vector pSP72 (Promega). The SET2 fragment 526bp obtained by PCR was cleaved with Sac I and Bgl II, it was inserted into Sac I- Bgl II sites of pSP72, to obtain a plasmid pSP72-SET2. Next, the QCR8 fragment 509 bp was cleaved with Pst I and Bam HI and inserted into the Pst I- Bam HI site of pSP72-SET2, resulting in plasmid pSP72-S2Q8. Further, pRS405GAP-ERG20 was digested with Aat II, blunt-ended, then digested with Sac I, about 5.3 kbp containing the ERG20 - LEU2 fragment was inserted into the Sac I- Sma I site of pSP72-S2Q8, and plasmid pSP72-SQERG20 was inserted. Obtained.

(4-2) 変異型ERG20の作製
SacFPSのアスパラギン酸リッチドメインIを含む近傍のアミノ酸配列(第94番目のアミノ酸AlaからC末端側へ1文字表記で記した)、すなわち配列番号1に記載のアミノ酸配列を基にして表2のような変異型SacFPSをコードする変異型ERG20の作製を計画した。
(4-2) Production of mutant ERG20
Table 2 shows the amino acid sequence in the vicinity of SacFPS containing the aspartate-rich domain I (indicated by one letter from the 94th amino acid Ala to the C-terminal side), that is, the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1. A mutant ERG20 encoding a novel mutant SacFPS was planned.

Figure 0004379087
Figure 0004379087

以下、アミノ酸配列の変異の記述は次のように行う;ERG20m1:F96S、ERG20m2:Y95F-F96S、ERG20m3:Y95S-F96S、ERG20m4:Y95A-F96S-102PC103、ERG20m5:Y95S。 The amino acid sequence mutations are described as follows: ERG20 m1: F96S, ERG20 m2: Y95F-F96S, ERG20 m3: Y95S-F96S, ERG20 m4: Y95A-F96S-102PC103, ERG20 m5: Y95S.

PCRによる変異導入用に以下のDNAプライマーを作製した。5'側の「p-」は5'リン酸化プライマーであることを示す。
ERG20(289-308): 5'- p-TTG GTC GCC GAT GAT ATG AT -3'(配列番号52)
ERG20(F96S):5'- p-AGA GTA AGC CTG CAA CAA CTC A -3'(配列番号53)
ERG20(Y95FF96S): 5'- p-AGA GAA AGC CTG CAA CAA CTC AAT G -3'(配列番号54)
ERG20(Y95SF96S): 5'- p-AGA GGA AGC CTG CAA CAA CTC AAT G -3' (配列番号55)
ERG20(Y95AF96S): 5'- p-GGC GAC CAA AGA GGC AGC CTG CAA CAA CTC AAT GC -3' (配列番号56)
ERG20(102PC103): 5'- p-GAT GAT ATG CCA TGT ATG GAC AAG TCC ATT ACC AG -3' (配列番号57)
ERG20(Y95S): 5'- p-GAA AGA AGC CTG CAA CAA CTC AAT G -3' (配列番号58)
The following DNA primers were prepared for mutation introduction by PCR. “P-” on the 5 ′ side indicates a 5 ′ phosphorylated primer.
ERG20 (289-308): 5'-p-TTG GTC GCC GAT GAT ATG AT -3 '(SEQ ID NO: 52)
ERG20 (F96S): 5'-p-AGA GTA AGC CTG CAA CAA CTC A-3 '(SEQ ID NO: 53)
ERG20 (Y95FF96S): 5'-p-AGA GAA AGC CTG CAA CAA CTC AAT G-3 '(SEQ ID NO: 54)
ERG20 (Y95SF96S): 5'-p-AGA GGA AGC CTG CAA CAA CTC AAT G-3 '(SEQ ID NO: 55)
ERG20 (Y95AF96S): 5'-p-GGC GAC CAA AGA GGC AGC CTG CAA CAA CTC AAT GC -3 '(SEQ ID NO: 56)
ERG20 (102PC103): 5'-p-GAT GAT ATG CCA TGT ATG GAC AAG TCC ATT ACC AG -3 '(SEQ ID NO: 57)
ERG20 (Y95S): 5'-p-GAA AGA AGC CTG CAA CAA CTC AAT G-3 '(SEQ ID NO: 58)

ERG20m1作製用にはERG20(F96S)とERG20(289-308)を、ERG20m2作製用にはERG20(Y95FF96S)とERG20(289-308)を、ERG20m3作製用にはERG20(Y95SF96S)とERG20(289-308)を、ERG20m4作製用にはERG20(Y95AF96S)とERG20(102PC103)を、ERG20m5作製用にはERG20(Y95S)とERG20(289-308)をそれぞれPCR用のDNAプライマーペアとして用い、pSP72-SQERG20を鋳型に、pyrobest DNA polymeraseを酵素に用いてPCRを行った。増幅したDNA断片をセルフライゲーションにより環化しE. coli JM109に形質転換し、DNAをクローン化した。得られたクローン化環化プラスミドDNAの塩基配列を部分決定し、計画どおり変異導入されていたDNAクローンを選抜した。計画どおりの配列を有するERG20m1、ERG20m2、ERG20m3、ERG20m4、ERG20m5を含むプラスミドDNAを、それぞれpERG20m1-4、pERG20m2-1、pERG20m3-9、pERG20m4-16、pERG20m5-1とした。また、上記変異型ERG20を含むプラスミドDNA作製中に、計画どおりに変異が導入できず、野生型ERG20と同じ配列を持っていたプラスミドDNAをpERG20とした。 ERG20 (F96S) and ERG20 (289-308) for ERG20 m1, ERG20 (Y95FF96S) and ERG20 (289-308) for ERG20 m2, ERG20 (Y95SF96S) and ERG20 for ERG20 m3 (289-308), ERG20 (Y95AF96S) and ERG20 (102PC103) for ERG20 m4 production, ERG20 (Y95S) and ERG20 (289-308) for ERG20 m5 production as DNA primer pairs for PCR, respectively PCR was performed using pSP72-SQERG20 as a template and a probest DNA polymerase as an enzyme. The amplified DNA fragment was circulated by self-ligation and transformed into E. coli JM109, and the DNA was cloned. The base sequence of the obtained cloned cyclized plasmid DNA was partially determined, and a DNA clone that had been mutated as planned was selected. Plasmid DNAs containing ERG20 m1, ERG20 m2, ERG20 m3, ERG20 m4 and ERG20 m5 having the sequence as planned were designated as pERG20m1-4, pERG20m2-1, pERG20m3-9, pERG20m4-16 and pERG20m5-1, respectively. In addition, during preparation of plasmid DNA containing the above mutant ERG20, a plasmid DNA that could not be mutated as planned and had the same sequence as wild type ERG20 was designated as pERG20.

〔実施例5〕 HMG-CoA還元酵素遺伝子過剰発現株の作製
(5-1) HMG1発現用DNAコンストラクトの作製
pALHMG106に挿入されたHMG1に基づいて、特開2002-199883号公報の実施例と同じ方法でpRS434GAP-HMG1を作製した。pRS434GAP-HMG1からHMG1を切り出し、YIp型ベクターpRS504GAPのマルチクローニング部位挿入し、HMG1発現用の多コピーインテグレーション用DNA断片を作製することにした。しかし、pRS434GAP-HMG1はTDHpとHMG1の開始コドンの間に、クローニング用ベクター由来の配列が挿入されているため、転写効率が低下している可能性がある。そこで次のようにしてこの挿入配列を取り除いた。使用したPCRプライマーを以下に示す:
SacHMG1-F:5'- CCGCGGAACAAAATGCCGCCGCTATTCAAGGG -3'(配列番号59)
(下線部はSacII認識部位を示す)
TthHMG647R:5'- GACCCGGTCTTCCTCATGTC -3'(配列番号60)
(下線部はTth111I認識部位を示す)
[Example 5] Preparation of HMG-CoA reductase gene overexpression strain
(5-1) Preparation of DNA construct for HMG1 expression
Based on HMG1 inserted into pALHMG106, pRS434GAP-HMG1 was produced in the same manner as in the example of JP-A-2002-199883. It was decided to cut out HMG1 from pRS434GAP-HMG1 and insert the multicloning site of YIp type vector pRS504GAP to produce a DNA fragment for multicopy integration for HMG1 expression. However, since pRS434GAP-HMG1 has a cloning vector-derived sequence inserted between the initiation codons of TDH p and HMG1 , transcription efficiency may be reduced. Therefore, this insertion sequence was removed as follows. The PCR primers used are shown below:
SacHMG1-F: 5'- CCGCGG AACAAAATGCCGCCGCTATTCAAGGG-3 '(SEQ ID NO: 59)
(Underlined indicates Sac II recognition site)
TthHMG647R: 5'- GACCCGGTC TTCCTCATGTC-3 '(SEQ ID NO: 60)
(Underlined indicates Tth 111I recognition site)

pRS434GAP-HMGを鋳型とし、上記プライマーを用いてPCRを行い、HMG1の開始コドンからTth111I部位(開始コドンATGのAの下流647b)までを増幅した。SacHMG1-Fにより、HMG1の開始コドン上流にAACAAA配列(S. cerevisiaeで高発現している18遺伝子の開始コドン上流のコンセンサス配列(Hamilton R, Watanabe CK, de Boer HA. (1987) Nucleic Acids Res., 15, 3581-93))とSacII認識部位が付加される。このPCR産物をpCR-Blunt II TOPOベクターにサブクローニングし、シークエンスを行ってPCRエラーがないことを確認した。このPCR産物から再びSacII-Tth111Iで切り出した断片を、pRS434GAP-HMG1のSacII-Tth111I部分と入れ代えることにより、HMG1の開始コドン上流の配列を最適化したプラスミド(以下pRS434GAPa-HMG1と呼ぶ)を作製した。 PCR was performed using pRS434GAP-HMG as a template and the above primers to amplify from the start codon of HMG1 to the Tth 111I site (647b downstream of A of start codon ATG). SacHMG1-F allows the AACAAA sequence upstream of the start codon of HMG1 (a consensus sequence upstream of the start codon of 18 genes highly expressed in S. cerevisiae (Hamilton R, Watanabe CK, de Boer HA. (1987) Nucleic Acids Res. , 15 , 3581-93)) and a Sac II recognition site. This PCR product was subcloned into the pCR-Blunt II TOPO vector and sequenced to confirm that there were no PCR errors. By replacing the fragment excised again with Sac II- Tth 111I from this PCR product with the Sac II- Tth 111I part of pRS434GAP-HMG1, an optimized plasmid upstream of the start codon of HMG1 (hereinafter referred to as pRS434GAPa-HMG1). Called).

次いで、pRS434GAPa-HMG1を制限酵素SacIIとXhoIで消化し、HMG1断片約3.2 kbpを切り出して、pRS504、pRS514及びpRS524のSacII-XhoI部位に挿入して得られたプラスミドを、それぞれpRS504HMG1、pRS514HMG1及びpRS524HMG1とした。 Next, pRS434GAPa-HMG1 was digested with restriction enzymes Sac II and Xho I, and about 3.2 kbp of HMG1 fragment was excised and inserted into the Sac II- Xho I sites of pRS504, pRS514 and pRS524, respectively. PRS514HMG1 and pRS524HMG1.

(5-2) 組換え酵母の作製
20-50μgのpRS504HMG1、pRS514HMG1及びpRS524HMG1プラスミドDNAを、それぞれ図3に示したEcoO65I-BstPI、PvuII-BstPI、FseI-BssHIIで消化して線状化し、エタノール沈澱後5μlの滅菌水に溶解して形質転換に用いた。Frozen EZ yeast transformation kit(Zymo Research)を使用して酵母、S. cerevisiaeYPH499株(以下、「YPH499」と呼ぶ)の形質転換を行った後、適当な選択培地プレートに接種した。数日後に生育してきた形質転換体のコロニーを、新しい選択培地プレートにストリークすることによりコロニーを純化し、以降の実験に用いた。
(5-2) Production of recombinant yeast
The pRS504HMG1, pRS514HMG1 and pRS524HMG1 plasmid DNA 20-50μg, Eco O65I- Bst PI shown in FIGS 3, Pvu II- Bst PI, was linearized by digestion with Fse I- Bss HII, ethanol precipitation after 5μl of sterile Dissolved in water and used for transformation. The yeast, S. cerevisiae strain YPH499 (hereinafter referred to as “YPH499”) was transformed using a Frozen EZ yeast transformation kit (Zymo Research) and then inoculated on an appropriate selective medium plate. The colonies of the transformant that grew several days later were streaked on a new selective medium plate to purify the colonies and used for the subsequent experiments.

(5-3) スクアレン生産量の測定
スクアレン生産量によってHMG1過剰発現株のプレニルアルコール生産潜在能力を見積もることができることが、特開2002-199883号公報や国際公開第02/053746号パンフレットで示されている。本実施例でも、スクアレン生産量を指標に組換え体の選抜を行うことにした。
(5-3) Measurement of squalene production volume It is shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-199883 and WO 02/053746 that the prenyl alcohol production potential of HMG1 overexpressing strain can be estimated by the squalene production volume. ing. Also in this example, it was decided to select recombinants using squalene production as an index.

200μlの選択培地をマイクロタイタープレートに入れ、(5-2)において作製の組換え酵母を接種して30℃で2日間静置培養し、前培養液とした。前培養液20μlを2mlのYPD7+ade培地(1% Yeast extract、2% Polypeptone、2% D-glucose、40 mg/L adenine hemisulfate salt(SIGMA)、pH7)に接種した。30℃、4日間、130rpmで回転振盪培養を行ったのち、40μlの培養液を水で30倍に希釈して600nmの吸光度(OD600)を測定した。   200 μl of a selective medium was put in a microtiter plate, inoculated with the recombinant yeast prepared in (5-2), and statically cultured at 30 ° C. for 2 days to obtain a preculture solution. 20 μl of the preculture was inoculated into 2 ml of YPD7 + ade medium (1% Yeast extract, 2% Polypeptone, 2% D-glucose, 40 mg / L adenine hemisulfate salt (SIGMA), pH 7). After rotary shaking culture at 130 rpm for 4 days at 30 ° C., 40 μl of the culture solution was diluted 30-fold with water, and the absorbance at 600 nm (OD600) was measured.

スクアレン生産量の測定は以下のようにして行った。上記培養液を2ml容のエッペンドルフチューブに移し、遠心分離により上澄と沈澱(菌体)とを分けた。上澄には2mlのメタノールと4mlのペンタンを加え15秒間ボルテックスミキサーで攪拌したのち、ペンタン層を分取した。沈澱(菌体)には200μlのTEバッファーと約300μlのガラスビーズ(425-600 microns, Acid-Washed; SIGMA)を加えたのちボルテックスミキサーで30分間激しく撹拌して菌体を破砕した。200μlのメタノールと1mlのペンタンを加えてボルテックスミキサーで3分間撹拌した後、遠心分離してペンタン層を分取した。もう一度1mlのペンタンを加えて同様に抽出し、上澄と沈澱(菌体)を抽出したペンタン層を合わせてガラス試験管に入れ、ドラフト内でペンタンを気化させて溶質成分を濃縮したのち約1mlのペンタンに溶解し、内部標準物質として50μl/ml ウンデカノールを10μl加えGC/MS分析に供した。   The measurement of squalene production was performed as follows. The culture solution was transferred to a 2 ml Eppendorf tube, and the supernatant and precipitate (cells) were separated by centrifugation. To the supernatant, 2 ml of methanol and 4 ml of pentane were added and stirred with a vortex mixer for 15 seconds, and then the pentane layer was separated. To the precipitate (cells), 200 μl of TE buffer and about 300 μl of glass beads (425-600 microns, Acid-Washed; SIGMA) were added, and the cells were crushed by vigorous stirring for 30 minutes with a vortex mixer. 200 μl of methanol and 1 ml of pentane were added, and the mixture was stirred with a vortex mixer for 3 minutes, and then centrifuged to separate the pentane layer. Add 1 ml of pentane again and extract in the same way. Combine the pentane layer from which the supernatant and precipitate (bacteria) were extracted, put them in a glass test tube, evaporate pentane in a fume hood, and concentrate the solute components. 10 μl of 50 μl / ml undecanol was added as an internal standard substance and subjected to GC / MS analysis.

本発明でのGC/MS分析は、全て以下の条件で行った。分析装置は、ヒューレットパッカード社製HP6890/5973 GC/MSシステムを用いた。
インレット温度:250℃
ディテクター温度:260℃
MSゾーン温度
MS Quad:150℃
MS Source:230℃
スキャンパラメーター
Low Mass:35
High Mass:200
Threshold:40
インジェクションパラメーター
モード:自動インジェクション
サンプル量:2μl
洗浄回数:メタノールで3回、ヘキサンで2回
スプリット比:1:20
カラム:ヒューレットパッカード社製HP-5MS(O.25mm×30M、フィルム厚O.25μm)
キャリアーガス:1ヘリウム1.0ml/min
ソルベントディレイ:2min
オ一ブン昇温条件:l15℃、1.5分保持→70/分で250℃まで昇温、2分保持→70/分で300℃まで昇温、7分保持
ポストタイム:O
内部標準:1-ウンデカノール/エタノール溶液(1μl/ml)を各バイアルに10μ1添加
注入口ライナー:スプリット/スプリットレス ライナー
All GC / MS analyzes in the present invention were performed under the following conditions. The analyzer used was an HP6890 / 5973 GC / MS system manufactured by Hewlett-Packard Company.
Inlet temperature: 250 ℃
Detector temperature: 260 ℃
MS zone temperature
MS Quad: 150 ° C
MS Source: 230 ° C
Scan parameters
Low Mass: 35
High Mass: 200
Threshold: 40
Injection parameter mode: Automatic injection sample volume: 2μl
Number of washings: 3 times with methanol, 2 times with hexane Split ratio: 1:20
Column: HP-5MS manufactured by Hewlett-Packard (O.25mm × 30M, film thickness O.25μm)
Carrier gas: 1 helium 1.0ml / min
Solvent delay: 2 min
Oven temperature rise condition: l15 ° C, hold for 1.5 minutes → heat up to 250 ° C at 70 / min, hold for 2 minutes → heat up to 300 ° C at 70 / min, hold for 7 minutes Post time: O
Internal standard: 1-undecanol / ethanol solution (1 μl / ml) added to each vial 10 μ1 Inlet liner: Split / splitless liner

解析:TICを取り込んだ後、69マスをセレクションし1ウンデカノール(RT=3.39min)、ファルネソール(RT=4.23min)、ゲラニルゲラニオ一ル(RT=5.78min)のピーク面積を積分した。内部標準のウンデカノールに対するピーク面積比より定量。   Analysis: After capturing TIC, 69 masses were selected and the peak areas of 1 undecanol (RT = 3.39min), farnesol (RT = 4.23min), and geranylgeraniol (RT = 5.78min) were integrated. Quantified from the ratio of peak area to the internal standard undecanol.

pRS504HMG1、pRS514HMG1及びpRS524HMG1をYPH499にそれぞれ導入した株を、YPD7+ade培地で4日間培養し、破砕抽出を行ってスクアレンの生産量を測定した結果を図7に示す。図7の上部のグラフは、スクアレン生産量(mg/L)を示し、下部のグラフは、対応する吸光度(OD600)を示す。なお、横軸の数字は、サンプル番号(#)を示す。比較として、YEp型プラスミドでHMG1を導入した特許願2000-403067記載のYH1(pRS434HMG1/YPH499)のスクアレン生産量は最大で135 mg/lであった。これに比べて本実施例で作製した多コピー型YIpプラスミドでHMG1を導入した場合、最大で267 mg/l(pRS504HMG1/YPH499#13)のスクアレンが生産された。この結果から、本実施例で作製したプラスミドを用いてHMG1を導入することにより、YEp型プラスミドを用いた場合よりスクアレンの生産性が2倍に向上した株が得られた。 FIG. 7 shows the results of measuring the amount of squalene produced by culturing the strains into which pRS504HMG1, pRS514HMG1 and pRS524HMG1 were respectively introduced into YPH499, culturing them in YPD7 + ade medium for 4 days, crushing and extracting. The upper graph in FIG. 7 shows squalene production (mg / L), and the lower graph shows the corresponding absorbance (OD600). The numbers on the horizontal axis indicate sample numbers (#). As a comparison, the maximum amount of squalene produced by YH1 (pRS434HMG1 / YPH499) described in Patent Application 2000-403067 in which HMG1 was introduced with a YEp-type plasmid was 135 mg / l. In contrast, when HMG1 was introduced using the multicopy YIp plasmid prepared in this Example, 267 mg / l (pRS504HMG1 / YPH499 # 13) of squalene was produced at the maximum. From these results, by introducing HMG1 using the plasmid prepared in this Example, a strain in which the productivity of squalene was improved twice as compared with the case of using the YEp type plasmid was obtained.

γインテグレーション型のpRS504HMG1、pRS514HMG1に比べて、Ωインテグレーション型のpRS524HMG1を形質転換した場合、形質転換効率が低く、得られる形質転換体の数が少ない傾向があった。こればΩインテグレーションでは一ケ所のインテグレーションにつき2回の組換えが必要である(図2参照)ためであると考えられる。スクアレンの生産性は、γ型の方がΩ型に比べて高い傾向が認められた。   When Ω-integration type pRS524HMG1 was transformed as compared with γ-integration type pRS504HMG1 and pRS514HMG1, there was a tendency that the transformation efficiency was low and the number of transformants obtained was small. In this case, it is considered that the Ω integration requires two recombination per integration (see FIG. 2). The squalene productivity tended to be higher in the γ type than in the Ω type.

(5-4)HGM1過剰発現組換え株の選抜
(5-3)の結果から、pRS504HMG1/YPH499#13をプレニルアルコール生産潜在能力の高いHMG1過剰発現株(以下、「pRS504HMG1/YPH499」と呼ぶ)として選抜した。
(5-4) Selection of recombinant strains overexpressing HGM1
From the results of (5-3), pRS504HMG1 / YPH499 # 13 was selected as an HMG1 overexpressing strain (hereinafter referred to as “pRS504HMG1 / YPH499”) having a high prenyl alcohol production potential.

〔実施例6〕 変異型SceFPS導入組換え体の作製
S. cerevisiaeゲノム中の野生型ERG20遺伝子の転写プロモーターからポリペプチドコード領域までをそっくり、「TDH3p(GAPp)-ERG20m」で表される実施例4で作製したDNA断片で置換した組換え体を以下の方法で作製した。pERG20、pERG20m1-4、pERG20m2-1、pERG20m3-9、pERG20m4-16、pERG20m5-1の各プラスミドDNAをFrozen EZ yeast transformation kit(Zymo Research)を使用してYPH499とpRS504HMG1/YPH499#13の2種の宿主株に導入した後、適当な選択培地プレートに接種し、数日後に生育してきた組換え体のコロニーを、新しい選択培地プレートにストリークすることによりコロニーを純化した。以下、例えばpERG20m1-4を導入したYPH499をERG20m1/YPH499-1と表す。なお「-1」は実験上の作業番号である。
[Example 6] Production of mutant SceFPS-introduced recombinant
A recombinant in which the transcriptional promoter of the wild-type ERG20 gene in the S. cerevisiae genome to the polypeptide coding region is completely replaced with the DNA fragment prepared in Example 4 represented by “ TDH3p (GAPp) -ERG20m”. It was produced by the following method. Each plasmid DNA of pERG20, pERG20m1-4, pERG20m2-1, pERG20m3-9, pERG20m4-16, pERG20m5-1 was used with Frozen EZ yeast transformation kit (Zymo Research), and two types of YPH499 and pRS504HMG1 / YPH499 # 13 After introduction into a host strain, the colonies were purified by inoculating a suitable selective medium plate and streaking recombinant colonies that had grown several days later into a new selective medium plate. Hereinafter, for example, YPH499 introduced with pERG20m1-4 is represented as ERG20m1 / YPH499-1. Note that “-1” is an experimental work number.

作製した組換え体からゲノムDNAを調製し、PCRによって置換断片の確認を行った。ほとんどが図6に示すように、SET2QCR8の2箇所で組換わり計画どおりに置換変異していたが、一部はSET2部分の代わりにERG20コード領域の5'端付近で組換わっており、結果としてERG20遺伝子中の転写プロモーターERG20pが残った組換え体も得られた。この組換え体は転写プロモーターTDH3pが変異型ERG20を転写せずに、野生型転写プロモーターERG20pが変異型ERG20を転写することになる。そこで、例えばERG20m1-4をYPH499に導入し、野生型転写プロモーターERG20pが変異型ERG20を転写する組換え体をERG20p-ERG20m1/YPH499-1と表す。なお、「-1」は実験上の作業番号である。 Genomic DNA was prepared from the prepared recombinant, and the replacement fragment was confirmed by PCR. As shown in Fig. 6, most of the SET2 and QCR8 were recombined and substituted as planned, but some were recombined near the 5 'end of the ERG20 coding region instead of the SET2 part. As a result, a recombinant in which the transcription promoter ERG20 p in the ERG20 gene remained was also obtained. In this recombinant, the transcription promoter TDH3 p does not transcribe mutant ERG20 , and the wild type transcription promoter ERG20 p transcribes mutant ERG20 . Therefore, for example, by introducing ERG20m1-4 into YPH499, expressed as ERG20p-ERG20m1 / YPH499-1 recombinant wild-type transcriptional promoter ERG20 p transcribes the mutant ERG20. “-1” is an experimental work number.

〔実施例7〕 変異型SceFPS導入組換え体のプレニルアルコール生産
組換え体の培養を上記(5-3)と同様に行った後に、菌体破砕処理はせずに直接培養懸濁液を直接有機溶媒したサンプルをGC/MSで分析し、プレニルアルコール生産量を定量した。結果を下記の表3に示す。生産量の単位は全てmg/L、株名の「-」以降の番号は作業番号。
[Example 7] Prenyl alcohol production of mutant SceFPS-introduced recombinants After the recombinants were cultured in the same manner as in (5-3) above, the culture suspension was directly used without disrupting the cells. Samples with organic solvent were analyzed by GC / MS to quantify prenyl alcohol production. The results are shown in Table 3 below. The unit of production is mg / L, and the numbers after “-” in the stock name are work numbers.

Figure 0004379087
Figure 0004379087

表3に示される結果から判るように、ERG20m1がコードする変異型SceFPSを細胞内で発現させれば、GGOH生産能力のある細胞を得ることができることが示された。また、HMG-CoA還元酵素高発現株pRS504HMG1/YPH499であるとさらにGGOH生産能力が高まることが示された。ERG20m1の転写プロモーターはERG20pでも構わないが、TDH3pの方がより好ましい。さらに、本発明に係る細胞であるGGOH生産細胞の培養には、ステロールなど特殊な培地添加成分は全く必要が無い。 As can be seen from the results shown in Table 3, it was shown that if the mutant SceFPS encoded by ERG20 m1 is expressed in cells, cells capable of producing GGOH can be obtained. In addition, it was shown that the GGOH production capacity was further enhanced in the case of the HMG-CoA reductase high expression strain pRS504HMG1 / YPH499. Transcriptional promoter of ERG20 m1 does not matter even ERG20 p but, more preferably towards the TDH3 p. Furthermore, no special medium-added components such as sterol are required for culturing GGOH-producing cells, which are cells according to the present invention.

ERG20m1以外の変異型SceFPSを用いた置換変異株にはGGOH生産能力がないことも明らかとなった。つまり、既にOhnuma etal., J Biol Chem., 271, 30748-30754(1996)で報告されているように、ファルネシル二リン酸合成酵素活性から単にゲラニルゲラニル二リン酸合成酵素活性に変換するようにアスパラギン酸リッチドメインI上流のアミノ酸配列を改変しただけでは、GGOH生産能力のある細胞作製に適した変異型ファルネシル二リン酸合成酵素遺伝子は作製できない事がわかる。ステロールなどの特殊な培地添加をせずに、一般的な培地で細胞を培養するだけで高濃度のGGOH生産させる細胞を作製するためにはERG20m1がコードするポリペプチドのように生育に必須なファルネシル二リン酸合成酵素活性とGGOH生産に必要なGGPP合成酵素活性がうまくバランス取れている事が必須と考えられる。 It was also revealed that substitution mutants using mutant SceFPS other than ERG20 m1 do not have GGOH production ability. That is, as already reported in Ohnuma etal ., J Biol Chem., 271 , 30748-30754 (1996), asparagine was simply converted from farnesyl diphosphate synthase activity into geranylgeranyl diphosphate synthase activity. It can be seen that a mutant farnesyl diphosphate synthase gene suitable for the production of cells capable of producing GGOH cannot be produced simply by modifying the amino acid sequence upstream of acid-rich domain I. In order to produce cells that produce high concentrations of GGOH just by culturing the cells in a general medium without the addition of a special medium such as sterol, it is essential for growth like the polypeptide encoded by ERG20 m1. It is essential that the farnesyl diphosphate synthase activity and the GGPP synthase activity required for GGOH production are well balanced.

細胞におけるプレニルアルコール生合成経路を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the prenyl alcohol biosynthetic pathway in a cell. γインテグレーションとΩインテグレーションのインテグレーションパターンの概要を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the outline | summary of the integration pattern of (gamma) integration and (omega) integration. pRS434GAP、pRS504、pRS514及びpRS524のプラスミドマップを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the plasmid map of pRS434GAP, pRS504, pRS514, and pRS524. pRS435GAP、pRS515及びpRS525のプラスミドマップを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the plasmid map of pRS435GAP, pRS515, and pRS525. pRS436GAP、pDI626及びpDI628のプラスミドマップを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the plasmid map of pRS436GAP, pDI626, and pDI628. ゲノムDNAとインテグレーション用DNA断片との組換えを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows recombination with a genomic DNA and the DNA fragment for integration. HMG1をインテグレーションしたYPH499のスクアレン生産量を示す特性図である。It is a characteristic figure which shows the amount of squalene production of YPH499 which integrated HMG1 .

配列番号5〜23、25〜32、38〜46及び52〜60は、プライマーである。
配列番号2において、第96番目のアミノ酸(Xaa)は、フェニルアラニン以外の他のアミノ酸を表す。
配列番号24は、pRS515又はpRS525のKpnIサイト周辺の配列である。
配列番号35〜37は、変異導入用オリゴである。
Sequence number 5-23, 25-32, 38-46, and 52-60 are primers.
In SEQ ID NO: 2, the 96th amino acid (Xaa) represents an amino acid other than phenylalanine.
SEQ ID NO: 24 is the sequence around the Kpn I site of pRS515 or pRS525.
SEQ ID NOs: 35 to 37 are mutagenesis oligos.

Claims (12)

以下の(a)又は(b)のポリペプチドをコードするDNA。
(a)配列番号2で表されるアミノ酸配列において、96番目のアミノ酸がセリンであるアミノ酸配列からなるポリペプチド
(b)配列番号2で表されるアミノ酸配列において、96番目のアミノ酸がセリンであり、96番目のアミノ酸を除く1又は数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、且つゲラニルゲラニル二リン酸合成酵素活性を有するポリペプチド。
DNA encoding the following polypeptide (a) or (b).
(a) a polypeptide comprising an amino acid sequence in which the 96th amino acid is serine in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2
(b) in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, consisting of an amino acid sequence in which the 96th amino acid is serine, and one or several amino acids except the 96th amino acid are deleted, substituted or added; A polypeptide having geranylgeranyl diphosphate synthase activity.
以下の(a)又は(b)のポリペプチド。
(a)配列番号2で表されるアミノ酸配列において、96番目のアミノ酸がセリンであるアミノ酸配列からなるポリペプチド
(b)配列番号2で表されるアミノ酸配列において、96番目のアミノ酸がセリンであり、96番目のアミノ酸を除く1又は数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、且つゲラニルゲラニル二リン酸合成酵素活性を有するポリペプチド。
The following polypeptide (a) or (b):
(a) a polypeptide comprising an amino acid sequence in which the 96th amino acid is serine in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2
(b) in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, consisting of an amino acid sequence in which the 96th amino acid is serine, and one or several amino acids except the 96th amino acid are deleted, substituted or added; A polypeptide having geranylgeranyl diphosphate synthase activity.
請求項1記載のDNAを有するDNAコンストラクト。 A DNA construct comprising the DNA of claim 1 . 請求項3記載のDNAコンストラクトを保持する細胞。 A cell holding the DNA construct according to claim 3 . 宿主細胞がステロール非要求性株であることを特徴とする、請求項4記載の細胞。 The cell according to claim 4 , wherein the host cell is a sterol non-requiring strain. 上記ステロールがコレステロール又はエルゴステロールであることを特徴とする、請求項5記載の細胞。 6. The cell according to claim 5 , wherein the sterol is cholesterol or ergosterol. 宿主細胞がHMG-CoA還元酵素高発現株であることを特徴とする、請求項4記載の細胞。 5. The cell according to claim 4 , wherein the host cell is a HMG-CoA reductase high expression strain. 内在するファルネシル二リン酸合成酵素遺伝子が上記DNAコンストラクトによって置換されていることを特徴とする、請求項4記載の細胞。 The cell according to claim 4 , wherein the endogenous farnesyl diphosphate synthase gene is replaced by the DNA construct. 請求項4〜8のいずれか1項記載の細胞を培養し、培養物中からゲラニルゲラニオールを回収する、ゲラニルゲラニオールの製造方法。 A method for producing geranylgeraniol, comprising culturing the cell according to any one of claims 4 to 8 and recovering geranylgeraniol from the culture. 上記回収が細胞を破砕せず培養物を直接有機溶媒抽出することを特徴とする、請求項9記載のゲラニルゲラニオールの製造方法。 10. The method for producing geranylgeraniol according to claim 9 , wherein the recovery directly extracts an organic solvent from the culture without disrupting the cells. 上記有機溶媒がペンタンであることを特徴とする、請求項10記載のゲラニルゲラニオールの製造方法。 The method for producing geranylgeraniol according to claim 10 , wherein the organic solvent is pentane. 上記ゲラニルゲラニオールが(all-E)ゲラニルゲラニオールであることを特徴とする、請求項9記載のゲラニルゲラニオールの製造方法。 The method for producing geranylgeraniol according to claim 9 , wherein the geranylgeraniol is (all- E ) geranylgeraniol.
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