JP4465468B2 - Factors controlling alkaloid productivity - Google Patents

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本発明は、植物の二次代謝産物の一つであり、医薬品として利用度の高いイソキノリンアルカロイドの生合成を制御する転写因子をコードするポリヌクレオチドを含む遺伝子、および該遺伝子によってコードされる転写因子、ならびに該遺伝子を用いるイソキノリンアルカロイドの生産方法に関する。   The present invention relates to a gene comprising a polynucleotide encoding a transcription factor that is one of plant secondary metabolites and controls biosynthesis of isoquinoline alkaloids that are highly used as pharmaceuticals, and a transcription factor encoded by the gene And an isoquinoline alkaloid production method using the gene.

長い進化の過程で植物は特異的で高度な二次代謝系を獲得してきた。二次代謝産物の種類は数万から数百万ともいわれ、一般的にアルカロイド、テルペノイド、フラボノイド、フェニルプロパノイドに分類される。これら二次代謝産物の機能は主に外敵からの防御と考えられているが未だ得られている情報は非常に少ない。   In the course of long evolution, plants have acquired specific and advanced secondary metabolic systems. Secondary metabolites are said to be tens of thousands to millions, and are generally classified into alkaloids, terpenoids, flavonoids, and phenylpropanoids. Although the functions of these secondary metabolites are thought to be mainly defenses from external enemies, there is still very little information available.

植物が生産する様々な二次代謝産物は香料、色素、医薬品などとして多用されているが、その生産効率ならびに品質の均質性に問題があり、化学合成への転換が行われてきた。しかし、化学合成にともなう様々な問題ならびに天然物指向の高まりとともに、植物が本来持つ生産性をもとにした物質生産系の開発が求められている。   Various secondary metabolites produced by plants are widely used as fragrances, pigments, pharmaceuticals, etc., but there are problems in their production efficiency and quality homogeneity, and conversion to chemical synthesis has been performed. However, with the various problems associated with chemical synthesis and the growing trend toward natural products, there is a need to develop a material production system based on the inherent productivity of plants.

特に、多様な二次代謝産物のなかでも生理活性を有するアルカロイド種は、現在においても市販されている医薬品の成分として非常に高い需要があり、大量に供給する方法が検討されている。一般にアルカロイド種は含窒素複素環をもつ天然高分子で化学構造が複雑なために化学的合成は困難であり、植物体からの抽出が主たる生産法である。ところが植物から採取できる量は少なく、人為的改良を施した植物体による高生産システムの確立が要望されている。そこで、遺伝子工学的手法を導入することにより生合成効率の上昇、人工的な経路による新生成物の産出などを目的とした代謝工学という新たな分野が試みられている(非特許文献1、2参照)。   In particular, among the various secondary metabolites, alkaloid species having physiological activity are still in great demand as components of pharmaceuticals on the market today, and methods for supplying them in large quantities are being studied. In general, alkaloid species are natural polymers with nitrogen-containing heterocycles, and their chemical structure is difficult due to their complex chemical structure, and extraction from plants is the main production method. However, the amount that can be collected from plants is small, and there is a demand for establishment of a high production system using artificially improved plants. Therefore, a new field of metabolic engineering has been attempted for the purpose of increasing biosynthesis efficiency by introducing genetic engineering techniques and producing new products by artificial routes (Non-Patent Documents 1 and 2). reference).

植物の多くの代謝経路は転写制御を受け、代謝経路に関連する遺伝子の転写は発生、環境またはホルモンプロセスなどにより制御される。従来からの植物代謝経路を人為的に操作して有用物質を蓄積させる方法は、代謝経路の律速段階である工程を制御することによるものであった。しかし律速段階の同定は困難であることが多く、最終生成物の蓄積は複数の酵素活性によって制限されることが多いため、かかる方法はあまり成功していない。   Many metabolic pathways in plants are subject to transcriptional control, and transcription of genes associated with metabolic pathways is controlled by development, environment, or hormonal processes. The conventional method for artificially manipulating plant metabolic pathways to accumulate useful substances is by controlling processes that are the rate-limiting step of metabolic pathways. However, such methods are not very successful because the identification of the rate limiting step is often difficult and the accumulation of the final product is often limited by multiple enzyme activities.

そのため、複数の代謝工程を制御しうる転写因子を操作する方法が提案されるが、転写制御は複雑なメカニズムであり、所望の代謝産物を得ることは困難であった。すなわち、転写制御を行うためには、標的配列に結合するか、あるいは転写を活性化する複数のタンパク質が必要であることが多い。さらに、転写因子を過剰発現させることにより代謝経路を活性化しようとしても、植物の成長・発達が阻害されることがあった。   Therefore, a method for manipulating a transcription factor capable of controlling a plurality of metabolic processes is proposed, but transcription control is a complicated mechanism, and it is difficult to obtain a desired metabolite. That is, in order to control transcription, a plurality of proteins that bind to a target sequence or activate transcription are often required. Furthermore, even if an attempt is made to activate a metabolic pathway by overexpressing a transcription factor, plant growth and development may be inhibited.

複数の代謝経路の工程を制御することによって所望の代謝産物を得る試みは有望であるが、植物の二次代謝経路は複雑であることからいままでアルカロイド生合成系を包括的に制御しうる転写因子は同定されていない。   Although attempts to obtain a desired metabolite by controlling the processes of multiple metabolic pathways are promising, transcription that can comprehensively control the alkaloid biosynthetic system so far is complicated because the secondary metabolic pathway of plants is complicated. The factor has not been identified.

アルカロイドのなかでも、イソキノリン誘導体及び生合成的にこれに由来するイソキノリン系アルカロイドには、ベルベリン、モルフィン、パパベリンなど強い生理活性を有するものが多く、多くの医薬品に使用されている。このイソキノリンアルカロイドの生合成系の前半部分は各化合物で共通しているため、イソキノリンアルカロイドの生合成系の遺伝子ならびに制御遺伝子の単離、同定が不可欠である。   Among the alkaloids, many isoquinoline derivatives and isoquinoline-based alkaloids derived from the biosynthetic origin have strong physiological activities such as berberine, morphine, and papaverine, and are used in many pharmaceuticals. Since the first half of this isoquinoline alkaloid biosynthesis system is common to each compound, it is indispensable to isolate and identify isoquinoline alkaloid biosynthesis system genes and regulatory genes.

本発明者は、アルカロイド高生産性オウレン細胞から、アルカロイド生合成酵素遺伝子ならびにその制御遺伝子を包括的に単離する方法を提案し、実際にベルベリン生合成系に関与すると期待できる多くの新規遺伝子・制御候補遺伝子を単離している(特許文献1)。   The present inventor has proposed a method for comprehensively isolating alkaloid biosynthetic enzyme genes and their control genes from alkaloid-highly producing aurene cells, and has been able to expect many novel genes A control candidate gene has been isolated (Patent Document 1).

具体的には、薬用植物として知られるオウレンのベルベリン生合成系の研究を進めた結果、現在までに多くのベルベリン生合成関連遺伝子を単離、同定することにより生合成経路の全貌を明らかにしつつある。   Specifically, as a result of research on the berberine biosynthesis system of auren, known as a medicinal plant, we have clarified the entire biosynthetic pathway by isolating and identifying many genes related to berberine biosynthesis. is there.

即ち、ベンジルイソキノリンアルカロイドであるベルベリンは、図1に示すようにアミノ酸であるチロシン2分子から13段階の酵素反応によって生合成される。本発明者はこれまでにベルベリン生産性の高い培養細胞を材料として生合成酵素を精製し、それぞれの酵素に対応する遺伝子を単離、同定してきた。   That is, berberine, which is a benzylisoquinoline alkaloid, is biosynthesized from two amino acid tyrosine molecules as shown in FIG. The present inventors have so far purified biosynthetic enzymes using cultured cells with high berberine productivity as materials, and isolated and identified genes corresponding to the respective enzymes.

これまで、インドールアルカロイドを生産するニチニチソウにおいてアルカロイド生合成系遺伝子の転写因子ORCAが報告されているが、同遺伝子による発現制御は部分的であり、包括的な生合成制御遺伝子ではない。イソキノリンアルカロイド生合成系においても、複数の工程を包括的に制御する転写因子は今まで知られていない。
特開2004−121233号公報 Current Opinion in Plant Biology 2004 7;202-209 Current Opinion in Biotechnology 2002 13;181-187
So far, the transcription factor ORCA of the alkaloid biosynthesis gene has been reported in periwinkle that produces indole alkaloid, but the expression control by this gene is partial and is not a comprehensive biosynthesis control gene. Even in the isoquinoline alkaloid biosynthesis system, no transcription factor that comprehensively controls a plurality of steps has been known.
JP 2004-121233 A Current Opinion in Plant Biology 2004 7; 202-209 Current Opinion in Biotechnology 2002 13; 181-187

本発明は、アルカロイド生合成系の複数の遺伝子の転写を包括的に制御することが出来る転写因子を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a transcription factor capable of comprehensively controlling transcription of a plurality of genes in an alkaloid biosynthesis system.

上記課題を解決するため、本発明者は、新規な遺伝子機能解析法と、きわめてアルカロイド生合成能力の高いオウレン培養細胞から単離したcDNAライブラリーを用いることにより、オウレンのアルカロイド生合成系遺伝子を全て発現制御することが出来る転写因子の単離に成功した。このような、代謝経路の包括的な生合成制御因子の単離は初めてである。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has obtained a new gene function analysis method and a cDNA library isolated from cultured aurene cells having a very high alkaloid biosynthetic capacity, thereby obtaining the auren alkaloid biosynthesis gene. We have succeeded in isolating transcription factors that can all regulate expression. This is the first isolation of comprehensive biosynthetic regulators of metabolic pathways.

具体的には、ベルベリン高生産性オウレン株156-1のESTライブラリーを作成し、このライブラリーから転写制御に関わるタンパク質の遺伝子を選抜した。そしてオウレンプロトプラストにおける当該遺伝子の一過的RNAi法による抑制と、該一過性形質転換体におけるベルベリン生合成系酵素である6OMT(ノルコクラウリン-6-O-メチルトランスフェラーゼ)の発現レベルのモニターによって、イソキノリンアルカロイド生合成系を効果的に制御するトランスな転写因子をスクリーニングし、本発明の転写因子をコードするクローンを単離、同定した。   Specifically, an EST library of berberine highly productive auren strain 156-1 was created, and genes of proteins involved in transcriptional control were selected from this library. And by the transient RNAi method suppression of the gene in our protoplasts and the monitoring of the expression level of 6OMT (norcoclaurin-6-O-methyltransferase), a berberine biosynthesis enzyme, in the transient transformant The present inventors screened a trans transcription factor that effectively controls the isoquinoline alkaloid biosynthesis system, and isolated and identified a clone encoding the transcription factor of the present invention.

すなわち、本発明は、配列番号1(図2、図5および配列表を参照されたい)で表される塩基配列の第86〜772塩基からなるポリヌクレオチドを含む遺伝子を提供する。配列番号1で表される配列のうち、本発明による転写因子をコードする領域、即ちオープンリーディングフレーム(ORF)は塩基番号86−772である。したがって、本発明は、配列番号1で表される配列のうち、ヌクレオチド86−772からなる遺伝子を提供する。しかし、配列番号1の塩基番号86〜772に相当する領域を含む限り、いずれの遺伝子も本発明の範囲に含まれる。   That is, this invention provides the gene containing the polynucleotide which consists of the 86th-772 bases of the base sequence represented by sequence number 1 (refer FIG.2, FIG.5 and a sequence table). Of the sequence represented by SEQ ID NO: 1, the region encoding the transcription factor according to the present invention, ie, the open reading frame (ORF), has base numbers 86-772. Therefore, this invention provides the gene which consists of nucleotide 86-772 among the sequences represented by sequence number 1. However, any gene is included in the scope of the present invention as long as it includes a region corresponding to nucleotide numbers 86 to 772 of SEQ ID NO: 1.

また、本発明には、配列番号1で表される塩基配列の第86〜772塩基からなるポリヌクレオチドにおいて1もしくは数個の塩基または塩基対が欠失、置換もしくは付加された塩基配列からなり、かつイソキノリンアルカロイド生合成系遺伝子発現を誘導する転写因子をコードするポリヌクレオチドを含む遺伝子も含まれる。ここで、「1もしくは数個の塩基または塩基対が欠失、置換もしくは付加」とは、部位特異的突然変異誘発法等の公知の変異導入法により置換、欠失、挿入、及び/または付加できる程度の数の塩基が置換、欠失、挿入、及び/または付加されることを意味する。   Further, the present invention comprises a nucleotide sequence in which one or several bases or base pairs are deleted, substituted or added in the polynucleotide consisting of the 86th to 772th bases of the base sequence represented by SEQ ID NO: 1. Also included are genes comprising a polynucleotide encoding a transcription factor that induces isoquinoline alkaloid biosynthesis gene expression. Here, “one or several bases or base pairs are deleted, substituted or added” means substitution, deletion, insertion and / or addition by a known mutagenesis method such as site-directed mutagenesis. It means that as many bases as possible are substituted, deleted, inserted and / or added.

さらに本発明には、配列番号1で表される塩基配列の第86〜772塩基からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ、イソキノリンアルカロイド生合成系遺伝子発現を誘導する転写因子をコードするポリヌクレオチドを含む遺伝子も含まれる。なお、本発明においてストリンジェントなハイブリダイゼーション条件とは、6M尿素、 0.4% SDS、0.5x SSCの条件またはこれと同等のストリンジェンシーのハイブリダイゼーション条件を指す。   Furthermore, the present invention provides a transcription factor which hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide comprising the 86th to 772th bases of the base sequence represented by SEQ ID NO: 1 and induces isoquinoline alkaloid biosynthesis system gene expression. Also included are genes comprising a polynucleotide encoding. In the present invention, stringent hybridization conditions refer to hybridization conditions of 6M urea, 0.4% SDS, 0.5x SSC or equivalent stringency.

本発明にはまた、配列番号1で表される塩基配列の第86〜772塩基からなるポリヌクレオチドとヌクレオチドレベルで60%以上の相同性を示し、かつ、イソキノリンアルカロイド生合成系遺伝子発現を誘導する転写因子をコードするポリヌクレオチドを含む遺伝子も含まれる。相同性は好ましくは60%以上、より好ましくは70%以上、80%以上、90%以上、さらに好ましくは、92.5%以上、95%以上、98%以上である。配列の同一性は、FASTA検索 (Pearson W.R. and D.J. Lipman (1988) Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 85:2444-2448)やBLAST検索により決定することができる。   The present invention also shows homology of 60% or more at the nucleotide level with a polynucleotide comprising the 86th to 772th bases of the base sequence represented by SEQ ID NO: 1 and induces isoquinoline alkaloid biosynthesis system gene expression. Also included are genes comprising a polynucleotide encoding a transcription factor. The homology is preferably 60% or more, more preferably 70% or more, 80% or more, 90% or more, and further preferably 92.5% or more, 95% or more, 98% or more. Sequence identity can be determined by FASTA search (Pearson W.R. and D.J. Lipman (1988) Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 85: 2444-2448) or BLAST search.

本発明はまた、以下の(a)または(b)のタンパク質をコードする遺伝子:
(a)配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号2で表されるアミノ酸配列において1もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつイソキノリンアルカロイド生合成系遺伝子発現を誘導する転写因子として作用するタンパク質、
を提供する。
The present invention also provides a gene encoding the following protein (a) or (b):
(A) a protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2,
(B) a protein comprising an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 and acting as a transcription factor for inducing the expression of an isoquinoline alkaloid biosynthesis system gene ,
I will provide a.

本発明において、「1もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加」とは、部位特異的突然変異誘発法等の公知の変異タンパク質作製法により置換、欠失、挿入、及び/または付加できる程度の数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/または付加されることを意味する。また、ここにいう「変異」は、主として公知の変異タンパク質作製法により人為的に導入された変異を意味するが、天然に存在する同様の変異タンパク質を単離精製したものであってもよい。   In the present invention, “deletion, substitution or addition of one or several amino acids” can be replaced, deleted, inserted and / or added by a known mutant protein production method such as site-directed mutagenesis. It means that a certain number of amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added. Further, the “mutation” here means a mutation artificially introduced mainly by a known method for producing a mutant protein, but may be a product obtained by isolating and purifying a similar naturally occurring mutant protein.

本発明によって提供される上記遺伝子は、イソキノリンアルカロイド産生植物由来であるのが好ましく、オウレン由来であるのがさらに好ましい。   The gene provided by the present invention is preferably derived from an isoquinoline alkaloid-producing plant, and more preferably derived from aurene.

本発明は、配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質を提供するが、配列番号2で表されるアミノ酸配列において1もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつイソキノリンアルカロイド生合成系遺伝子発現を誘導する転写因子として作用するタンパク質、ならびに、配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質とアミノ酸レベルで60%以上の相同性を示し、かつ、イソキノリンアルカロイド生合成系遺伝子発現を誘導する転写因子として作用するタンパク質も本発明に含まれる。あるいは本発明によって提供される上記遺伝子によってコードされるタンパク質を提供する。ここで、1もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加なる語は上記の通りの意味であり、相同性は好ましくは60%以上、より好ましくは70%以上、80%以上、90%以上、さらに好ましくは、92.5%以上、95%以上、98%以上である。配列の同一性は上記のように、FASTA検索 (Pearson W.R. and D.J. Lipman (1988) Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 85:2444-2448)やBLAST検索により決定することができる。   The present invention provides a protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, which comprises an amino acid sequence in which one or several amino acids have been deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2. An isoquinoline alkaloid biosynthetic biosynthesis system gene, a protein that acts as a transcription factor, and a protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 that exhibits 60% or more homology at the amino acid level, and an isoquinoline alkaloid Proteins that act as transcription factors that induce biosynthetic gene expression are also included in the present invention. Alternatively, a protein encoded by the gene provided by the present invention is provided. Here, the term in which one or several amino acids are deleted, substituted or added has the same meaning as described above, and the homology is preferably 60% or more, more preferably 70% or more, 80% or more, 90% or more. More preferably, they are 92.5% or more, 95% or more, or 98% or more. Sequence identity can be determined by FASTA search (Pearson W.R. and D.J. Lipman (1988) Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 85: 2444-2448) or BLAST search as described above.

本発明はまた、本発明により提供される遺伝子を含む組換えベクター、該組換えベクターを含む形質転換植物細胞および該形質転換植物細胞を含む形質転換植物も提供する。形質転換植物細胞および形質転換植物は好ましくは、イソキノリンアルカロイド産生植物である。本発明により形質転換される植物の具体例としては、オウレン属植物、ケシ、ハナビシソウなどが挙げられ、さらに好ましくはオウレンである。   The present invention also provides a recombinant vector containing the gene provided by the present invention, a transformed plant cell containing the recombinant vector, and a transformed plant containing the transformed plant cell. The transformed plant cell and transformed plant are preferably isoquinoline alkaloid producing plants. Specific examples of the plant transformed according to the present invention include a plant belonging to the genus Oren, poppy, or Gypsophila, and more preferable is Auren.

本発明は更に、本発明の形質転換植物細胞を培養し、細胞内でイソキノリンアルカロイド生合成系遺伝子発現を誘導する転写因子を過剰発現させる工程、および、得られる培養物からイソキノリンアルカロイドを採取する工程を含む、イソキノリンアルカロイドの生産方法を提供する。好ましくはイソキノリンアルカロイドはベルベリンである。本発明の方法により生産されるイソキノリンアルカロイドの他の具体例としては、モルヒネ、コデイン、テバイン、パパベリン、コプチシン、パルマチン、コロンバミン、シノメニン、ベルバミン、アロモリン、エメチン、レチクリン、コクラウリン、ノルコクラウリン、スコウレリン、ツボクラウリン、コリダリン等が挙げられる。   The present invention further comprises a step of culturing the transformed plant cell of the present invention, overexpressing a transcription factor that induces isoquinoline alkaloid biosynthesis gene expression in the cell, and a step of collecting isoquinoline alkaloid from the resulting culture. A method for producing isoquinoline alkaloids is provided. Preferably the isoquinoline alkaloid is berberine. Other specific examples of isoquinoline alkaloids produced by the method of the present invention include morphine, codeine, thebaine, papaverine, coptisine, palmatin, columbamine, sinomenine, berbamine, allomolin, emetine, reticuline, coclaurine, norcoclaurine, scourelin, Examples include tuboclavlin and corridalin.

本発明はまた、上記形質転換植物を培養または栽培する工程を含むイソキノリンアルカロイド生産性植物の製造方法、および上記遺伝子を含むポリヌクレオチドで植物細胞を形質転換する工程、および、該形質転換した植物を再分化させて植物体を得る工程を含むイソキノリンアルカロイド生産性植物の製造方法も提供する。
ここで、形質転換植物は、植物体、植物器官、植物組織または植物培養細胞のいずれであってもよい。
The present invention also provides a method for producing an isoquinoline alkaloid-producing plant comprising a step of culturing or cultivating the transformed plant, a step of transforming a plant cell with a polynucleotide comprising the gene, and the transformed plant There is also provided a method for producing an isoquinoline alkaloid-producing plant comprising the step of obtaining a plant body by redifferentiation.
Here, the transformed plant may be any of a plant body, a plant organ, a plant tissue, or a plant cultured cell.

本発明はまた、上記遺伝子の発現を阻害する工程を含む、植物においてイソキノリンアルカロイド生合成を阻害する方法を提供する。ここで本発明の遺伝子の発現の阻害は従来公知のいずれの手段によって行ってもよく、例えば、アンチセンス法やRNAi法が挙げられる。好ましくは発現の阻害はRNAi法により行う。   The present invention also provides a method for inhibiting isoquinoline alkaloid biosynthesis in a plant, comprising the step of inhibiting the expression of the gene. Here, inhibition of the expression of the gene of the present invention may be performed by any conventionally known means, and examples thereof include an antisense method and an RNAi method. Preferably, inhibition of expression is performed by RNAi method.

本発明により、イソキノリンアルカロイドの生合成系の制御により、イソキノリンアルカロイドである医薬として有用なベルベリンの大量生産が可能となる。また、イソキノリンアルカロイドにはモルヒネなどのその他の有用なアルカロイドも含まれるため、かかる有用二次代謝産物の大量生産を可能にする手段が提供される。   According to the present invention, by controlling the biosynthesis system of isoquinoline alkaloid, mass production of berberine useful as a pharmaceutical that is an isoquinoline alkaloid becomes possible. Isoquinoline alkaloids also include other useful alkaloids such as morphine, thus providing a means to enable mass production of such useful secondary metabolites.

以下本発明をさらに詳細に説明する。
本発明に係る遺伝子について
本発明は、イソキノリンアルカロイド生合成酵素発現を促す転写因子をコードする遺伝子を提供する。
配列番号1に示す塩基配列は、キンポウゲ科のセリバオウレン(Coptis japonica)の培養細胞から得られたcDNAライブラリーに含まれるEST(expression sequence tag:発現している遺伝子断片)として、本願発明者によって配列決定されたものである。そして、かかる塩基配列を有するESTは、データベース上の配列情報に基づいた相同性の解析から、イソキノリンアルカロイドの生合成を調節する転写因子をコードする遺伝子であることが示唆された。
The present invention is described in further detail below.
About the gene according to the present invention The present invention provides a gene encoding a transcription factor that promotes the expression of an isoquinoline alkaloid biosynthetic enzyme.
The nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 is sequenced by the present inventor as an EST (expression sequence tag: expressed gene fragment) contained in a cDNA library obtained from a cultured cell of Coptis japonica belonging to the family Ranunculaceae. It has been decided. The EST having such a base sequence was suggested to be a gene encoding a transcription factor that regulates the biosynthesis of isoquinoline alkaloids from the analysis of homology based on the sequence information on the database.

本発明に係る遺伝子は好ましくは、配列番号1に示す塩基配列の塩基第86〜第772からなるポリヌクレオチドであるが、この部分に相当する部分が含まれる限り、いずれの遺伝子であってもよい。配列番号1に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、イソキノリンアルカロイドであるベルベリンを高生産するオウレン培養細胞から従来公知の方法によって調製したcDNAライブラリーから得ることが出来る。   The gene according to the present invention is preferably a polynucleotide comprising nucleotides 86 to 772 of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1, but any gene may be used as long as a portion corresponding to this portion is included. . The polynucleotide consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 can be obtained from a cDNA library prepared by a conventionally known method from cultured aurene cells that highly produce berberine, an isoquinoline alkaloid.

上記配列番号1に示す塩基配列の塩基第86〜第772からなるポリヌクレオチドは、イソキノリンアルカロイド生合成系遺伝子発現を正に制御する転写因子をコードするORFであると確認された。該転写因子は、シロイヌナズナのbHLHドメインと相同性を示すタンパク質である。これまでにアルカロイド生合成系を包括的に制御する転写因子は全く知られておらず、本発明の転写因子の利用によって、アルカロイド生合成系の遺伝子の包括的誘導が期待できるものである。   The polynucleotide consisting of bases 86 to 772 of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 was confirmed to be an ORF encoding a transcription factor that positively controls isoquinoline alkaloid biosynthesis gene expression. The transcription factor is a protein having homology with the Arabidopsis bHLH domain. Transcription factors that comprehensively control the alkaloid biosynthesis system have not been known so far, and comprehensive induction of genes of the alkaloid biosynthesis system can be expected by using the transcription factor of the present invention.

本発明はまた、配列番号2に記載の転写因子として作用するタンパク質と機能的に同等なタンパク質をコードする遺伝子を包含する。ここで「転写因子として作用するタンパク質と機能的に同等」とは、対象となるタンパク質が配列番号2に記載のタンパク質と同等の生物学的機能、即ちイソキノリンアルカロイド生合成系遺伝子の発現を調節する機能を有することを指す。イソキノリンアルカロイド生合成系遺伝子としては、TYDC(チロシンデカルボキシラーゼ)、NCS(ノルコクラウリン合成酵素)、6-OMT(ノルコクラウリン-6-O-メチルトランスフェラーゼ)、CNMT(コクラウリン-N-メチルトランスフェラーゼ)、CYP80B2(チトクロームP450 80B2)、4'OMT((S)-3'-ヒドロキシ-N-メチルコクラウリン-4'-O-メチルトランスフェラーゼ、BBE(ベルベリンブリッジ酵素)、SMT(スコウレリン-9-O-メチルトランスフェラーゼ)、CYP719A(チトクロームP450 719A:カナディン合成酵素)をコードする遺伝子などを挙げることができる。   The present invention also includes a gene encoding a protein that is functionally equivalent to the protein that acts as the transcription factor described in SEQ ID NO: 2. As used herein, “functionally equivalent to a protein acting as a transcription factor” regulates the biological function equivalent to the protein of SEQ ID NO: 2, that is, the expression of an isoquinoline alkaloid biosynthesis gene. It means having a function. Isoquinoline alkaloid biosynthesis genes include TYDC (tyrosine decarboxylase), NCS (norcoclaurine synthase), 6-OMT (norcoclaurine-6-O-methyltransferase), CNMT (coclaurin-N-methyltransferase) , CYP80B2 (cytochrome P450 80B2), 4'OMT ((S) -3'-hydroxy-N-methylcoclaurine-4'-O-methyltransferase, BBE (berberine bridge enzyme), SMT (scoulerin-9-O- Methyltransferase), a gene encoding CYP719A (cytochrome P450 719A: canadine synthase), and the like.

本発明の遺伝子には、例えば、配列番号2に記載のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、付加および/または挿入されたアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする変異体、誘導体、アレル、バリアントおよびホモログが含まれる。   Examples of the gene of the present invention include mutants, derivatives, and the like that encode a protein comprising an amino acid sequence in which one or several amino acids are substituted, deleted, added and / or inserted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2. Alleles, variants and homologs are included.

アミノ酸配列が改変されたタンパク質をコードする遺伝子を調製するための当業者によく知られた方法としては、例えば、部位特異的突然変異誘発(site-directed mutagenesis)法(Kramer, W.& Fritz,H.-J. Methods in Enzymology, 154: 350-367(1987))が挙げられる。また、塩基配列の変異によりコードするタンパク質のアミノ酸配列が変異することは、自然界においても生じ得る。このように天然型の本発明の転写因子(配列番号2)をコードするアミノ酸配列において1もしくは数個のアミノ酸が置換、欠失もしくは付加したアミノ酸配列を有するタンパク質をコードする遺伝子であっても、天然型(配列番号2)の転写因子と同等の機能を有するタンパク質をコードする限り、本発明の遺伝子に含まれる。また、たとえ、塩基配列が変異した場合でも、それがタンパク質中のアミノ酸の変異を伴わない場合(縮重変異)もあり、このような縮重変異体も本発明の遺伝子に含まれる。対象となる遺伝子を構成するDNAの塩基の変異数は、アミノ酸レベルにおいて、典型的には、100アミノ酸以内、好ましくは50アミノ酸以内、さらに好ましくは20アミノ酸以内、さらに好ましくは10アミノ酸以内(例えば、5アミノ酸以内、3アミノ酸以内)である。   Methods well known to those skilled in the art for preparing genes encoding proteins with altered amino acid sequences include, for example, site-directed mutagenesis (Kramer, W. & Fritz, H.-J. Methods in Enzymology, 154: 350-367 (1987)). In addition, the amino acid sequence of the encoded protein may be mutated in nature due to the mutation of the base sequence. In this way, even a gene encoding a protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are substituted, deleted or added in the amino acid sequence encoding the natural transcription factor of the present invention (SEQ ID NO: 2), So long as it encodes a protein having a function equivalent to that of a natural transcription factor (SEQ ID NO: 2), it is included in the gene of the present invention. Moreover, even if the base sequence is mutated, it may not be accompanied by a mutation of an amino acid in the protein (degenerate mutation), and such a degenerate mutant is also included in the gene of the present invention. The number of base mutations in the DNA constituting the gene of interest is typically within 100 amino acids, preferably within 50 amino acids, more preferably within 20 amino acids, and even more preferably within 10 amino acids (for example, Within 5 amino acids, within 3 amino acids).

上記遺伝子を獲得する方法は特に限定されるものではなく、一般的な方法が採用される。例えば、該遺伝子を、それを有する生物のゲノムDNA、cDNAライブラリーなどから適切な制限酵素で切り出し、精製すればよい。即ち、本発明の転写因子をコードする遺伝子には、ゲノムDNA、cDNA、および化学合成DNAが含まれる。ゲノムDNAおよびcDNAの調製は、当業者にとって常套手段を利用して行うことが可能である。ゲノムDNAは、例えば、植物細胞または組織からゲノムDNAを抽出し、ゲノミックライブラリー(ベクターとしては、プラスミド、ファージ、コスミド、BAC、PACなどが利用できる)を作成し、これを展開して、本発明タンパク質をコードするDNA(配列番号1)を基に調製したプローブを用いてコロニーハイブリダイゼーションあるいはプラークハイブリダイゼーションを行うことにより調製することが可能である。   The method for obtaining the gene is not particularly limited, and a general method is employed. For example, the gene may be excised from a genomic DNA or cDNA library of an organism having the gene with an appropriate restriction enzyme and purified. That is, the gene encoding the transcription factor of the present invention includes genomic DNA, cDNA, and chemically synthesized DNA. Preparation of genomic DNA and cDNA can be performed by those skilled in the art using conventional means. For genomic DNA, for example, genomic DNA is extracted from plant cells or tissues, a genomic library (plasmids, phages, cosmids, BACs, PACs, etc. can be used as vectors) is developed and expanded. It can be prepared by carrying out colony hybridization or plaque hybridization using a probe prepared based on DNA encoding the protein of the invention (SEQ ID NO: 1).

また、本発明の転写因子をコードするDNA(配列番号1)に特異的なプライマーを作成し、これを利用したPCRを行うことによって調製することも可能である。また、cDNAは、例えば、植物細胞または組織から抽出したmRNAを基にcDNAを合成し、これをλZAP等のベクターに挿入してcDNAライブラリーを作成し、これを展開して、上記と同様にコロニーハイブリダイゼーションあるいはプラークハイブリダイゼーションを行うことにより、また、PCRを行うことにより調製することが可能である。   It is also possible to prepare a primer specific for the DNA (SEQ ID NO: 1) encoding the transcription factor of the present invention and perform PCR using this primer. In addition, for example, cDNA is synthesized based on mRNA extracted from plant cells or tissues, and inserted into a vector such as λZAP to create a cDNA library. It can be prepared by performing colony hybridization or plaque hybridization, or by performing PCR.

なお、上記遺伝子を有する生物としては、イソキノリンアルカロイド産生性植物、例えば、ケシ、ハナビシソウ、オウレン(培養細胞)などを挙げることができる。そして、上記オウレン培養細胞の中でも特に、ベルベリン生産性の高い培養細胞を用いて精製を行えば、より確実に目的の遺伝子を単離することができる。   Examples of the organism having the above gene include isoquinoline alkaloid-producing plants such as poppies, red-bellied shrimp, and oren (cultured cells). In particular, the target gene can be more reliably isolated by purification using cultured cells having high berberine productivity, among the above-mentioned cultured aurene cells.

本発明の転写因子をコードするDNAは、例えば、イソキノリンアルカロイド生合成系遺伝子の発現を活性化することにより、イソキノリンアルカロイドの大量生産に利用することが考えられる。イソキノリンアルカロイドの過剰発現は、産業上様々な利点を有する。例えば、オウレン培養細胞にて過剰発現させることにより、ベルベリンの大量生産や、ケシにて過剰発現させることにより、モルヒネの大量生産が可能となる。また、例えば、該転写因子の発現を抑制することにより、モルヒネを作らないケシの分子育種等、新たな園芸品種の作出も可能となる。   The DNA encoding the transcription factor of the present invention can be used for mass production of isoquinoline alkaloids by, for example, activating the expression of isoquinoline alkaloid biosynthesis genes. Overexpression of isoquinoline alkaloids has various industrial advantages. For example, berberine can be mass-produced by overexpressing it in cultured aurene cells, or morphine can be mass-produced by overexpressing it in poppy. In addition, for example, by suppressing the expression of the transcription factor, new horticultural varieties such as molecular breeding of poppies that do not produce morphine can be produced.

本発明の転写因子は、bHLHモチーフを有するため、bHLH型の転写因子であると考えられる。実際、配列番号1に示す塩基配列を有するクローン48の発現を阻害したところ、イソキノリンアルカロイド生合成系遺伝子の転写を顕著に阻害した。したがって、クローン48は、イソキノリンアルカロイド生合成系の遺伝子発現を活性化する転写因子である。   Since the transcription factor of the present invention has a bHLH motif, it is considered to be a bHLH type transcription factor. In fact, when the expression of clone 48 having the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 was inhibited, transcription of the isoquinoline alkaloid biosynthesis gene was markedly inhibited. Therefore, clone 48 is a transcription factor that activates gene expression of the isoquinoline alkaloid biosynthesis system.

イソキノリンアルカロイド生合成を制御する転写因子をコードする遺伝子の全長cDNAの単離方法
本発明に係る遺伝子は、オウレン培養細胞由来のイソキノリンアルカロイド生合成系を制御する転写因子をコードする遺伝子のESTであるため、それを用いて、オウレン属植物(オウレン培養細胞を含む)、あるいはその他の植物から上記イソキノリンアルカロイド生合成系転写因子をコードする遺伝子の全長cDNAをクローニングすることが可能である。この場合のクローニング方法としても、従来公知の方法を利用することが可能であり、特に限定されるものではない。
Method for Isolating Full-Length cDNA of Gene Encoding Transcription Factor that Controls Isoquinoline Alkaloid Biosynthesis The gene according to the present invention is an EST of a gene encoding a transcription factor that controls an isoquinoline alkaloid biosynthesis system derived from cultured urethane cells. Therefore, it is possible to clone a full-length cDNA of a gene encoding the above isoquinoline alkaloid biosynthesis transcription factor from a plant belonging to the genus Oren (including cultured cells of aurium) or other plants. As a cloning method in this case, a conventionally known method can be used and is not particularly limited.

イソキノリンアルカロイド生合成経路は広く植物界に共通して保存されているため、これに関与する遺伝子である6-OMT等の遺伝子、そして、これらの遺伝子の発現を制御する転写因子も多くの植物が共通して有している。従って、本発明の遺伝子は定法に従い、多くの植物から単離することができる。また、本発明の遺伝子は、ホスファイトトリエステル法(H.Hunkapiller et al.,Nature、vol.310、p.105-111、1984)等の一般的な方法により、化学合成して得ることもできる。   Since the isoquinoline alkaloid biosynthetic pathway is widely conserved in the plant kingdom, many plants also have genes such as 6-OMT, which are genes involved in this, and transcription factors that control the expression of these genes. Have in common. Therefore, the gene of the present invention can be isolated from many plants according to a conventional method. The gene of the present invention can also be obtained by chemical synthesis by a general method such as the phosphite triester method (H. Hunkapiller et al., Nature, vol. 310, p. 105-111, 1984). it can.

具体的には、ゲノムの少なくとも一部がデータベース化されている植物の場合には、上記ポリヌクレオチドの塩基配列に基づいて相同性のある塩基配列をデータベース中から検索すればよい。例えば、汎用されている相同性検索アルゴリズムであるBLASTによる塩基配列の相同性検索を好適に用いることができる。   Specifically, in the case of a plant in which at least a part of the genome is databased, a homologous base sequence may be searched from the database based on the base sequence of the polynucleotide. For example, a base sequence homology search by BLAST, which is a widely used homology search algorithm, can be preferably used.

また、ゲノムがデータベース化されていない植物の場合には、例えば、従来公知のDNAライブラリーを用いたハイブリダイゼーション法を用いることもできる。具体的には、適切なクローニングベクターを使用して対象となる植物からゲノムライブラリー又はcDNAライブラリーを調製する工程と、上記ポリヌクレオチドの少なくとも一部をプローブとして用いてハイブリダイゼーションを行い、ライブラリーから上記プローブにポジティブの断片を検出する工程とを含む方法を用いることができる。このように、本発明に係る遺伝子はプローブとしても有用である。プローブに用いる領域には、目的とする遺伝子に特異的な配列が含まれることが好ましい。また、プローブとして使用されるポリヌクレオチドの長さは、100bp以上が好ましい。   In the case of a plant whose genome is not databased, for example, a conventionally known hybridization method using a DNA library can also be used. Specifically, a step of preparing a genomic library or cDNA library from a target plant using an appropriate cloning vector, hybridization is performed using at least a part of the polynucleotide as a probe, and the library And a step of detecting a positive fragment for the probe. Thus, the gene according to the present invention is also useful as a probe. The region used for the probe preferably contains a sequence specific to the target gene. The length of the polynucleotide used as the probe is preferably 100 bp or more.

より具体的には、配列番号2に記載の転写因子と機能的に同等なタンパク質をコードする遺伝子を調製するために、当業者によく知られた方法としては、ハイブリダイゼーション技術(Southern, E.M. Journal of Molecular Biology, 98, 503(1975))やポリメラーゼ連鎖反応(PCR)技術(Saiki, R. K. et al. Science, 230, 1350-1354(1985)、Saiki, R. K. et al. Science, 239,487-491(1988))を利用する方法が挙げられる。即ち、当業者にとっては、本発明により提供される遺伝子であるクローン48(配列番号1)もしくはその一部をプローブとして、また該遺伝子に特異的にハイブリダイズするオリゴヌクレオチドをプライマーとして、植物細胞から該遺伝子と高い相同性を有する遺伝子を単離することは通常行いうることである。このようにハイブリダイズ技術やPCR技術により単離しうる本発明の転写因子と同等の機能を有するタンパク質をコードする遺伝子もまた本発明の遺伝子に含まれる。   More specifically, in order to prepare a gene encoding a protein functionally equivalent to the transcription factor shown in SEQ ID NO: 2, a method well known to those skilled in the art includes a hybridization technique (Southern, EM Journal). of Molecular Biology, 98, 503 (1975)) and polymerase chain reaction (PCR) technology (Saiki, RK et al. Science, 230, 1350-1354 (1985), Saiki, RK et al. Science, 239,487-491 (1988) )). That is, for those skilled in the art, clone 48 (SEQ ID NO: 1), which is a gene provided by the present invention, or a part thereof is used as a probe, and an oligonucleotide that specifically hybridizes to the gene is used as a primer from plant cells. It is usually possible to isolate a gene having high homology with the gene. A gene encoding a protein having a function equivalent to that of the transcription factor of the present invention that can be isolated by a hybridization technique or a PCR technique is also included in the gene of the present invention.

このような遺伝子を単離するためには、好ましくはストリンジェントな条件下でハイブリダイゼーション反応を行う。本発明においてストリンジェントなハイブリダイゼーション条件とは、上記のように6M尿素、 0.4% SDS、0.5x SSCの条件またはこれと同等のストリンジェンシーのハイブリダイゼーション条件を指す。よりストリンジェンシーの高い条件、例えば、6M尿素、0.4% SDS、0.1x SSCの条件を用いれば、より相同性の高い遺伝子の効率的な単離を期待することができる。これにより単離された遺伝子は、アミノ酸レベルにおいて、本発明のタンパク質のアミノ酸配列(配列番号2)と高い相同性を有すると考えられる。高い相同性とは、アミノ酸配列全体で、少なくとも50%以上、さらに好ましくは70%以上、さらに好ましくは90%以上(例えば、95%以上)の配列の同一性を指す。配列の同一性は、FASTA検索 (Pearson W.R. and D.J. Lipman (1988) Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 85:2444-2448)やBLAST検索により決定することができる。   In order to isolate such a gene, the hybridization reaction is preferably carried out under stringent conditions. In the present invention, stringent hybridization conditions refer to hybridization conditions of 6M urea, 0.4% SDS, 0.5x SSC or equivalent stringency as described above. By using conditions with higher stringency, such as 6M urea, 0.4% SDS, and 0.1x SSC, efficient isolation of genes with higher homology can be expected. The isolated gene is considered to have high homology with the amino acid sequence of the protein of the present invention (SEQ ID NO: 2) at the amino acid level. High homology refers to sequence identity of at least 50% or more, more preferably 70% or more, more preferably 90% or more (for example, 95% or more) in the entire amino acid sequence. Sequence identity can be determined by FASTA search (Pearson W.R. and D.J. Lipman (1988) Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 85: 2444-2448) or BLAST search.

ある遺伝子が転写因子としての機能を有するタンパク質をコードするか否かは、例えば当業者により一般的に行われているゲルシフトアッセイによって調べることができる。具体的には、次のような方法で行うことができる。まず被検DNAを、その遺伝子産物が例えばこれに限定されないが、GSTとの融合タンパク質を生成するようにベクターへ組み込み、該ベクターからの融合タンパク質を発現させる。発現産物をGSTを指標に精製し、bHLH結合モチーフを含む標識したDNAプローブと混合する。この混合液を、非変性アクリルアミドゲルを用いた電気泳動により解析を行う。検出されたゲル上のバンドの位置から、結合活性を評価することができる。   Whether or not a gene encodes a protein having a function as a transcription factor can be examined by, for example, a gel shift assay generally performed by those skilled in the art. Specifically, it can be performed by the following method. First, a test DNA is incorporated into a vector so as to generate a fusion protein with GST, although the gene product is not limited thereto, for example, and the fusion protein from the vector is expressed. The expression product is purified using GST as an indicator and mixed with a labeled DNA probe containing a bHLH binding motif. This mixed solution is analyzed by electrophoresis using non-denaturing acrylamide gel. The binding activity can be evaluated from the position of the detected band on the gel.

また、ある遺伝子がイソキノリンアルカロイド生合成系遺伝子の発現を活性化する機能を有するタンパク質をコードするか否かは、例えばレポーターアッセイにより調べることができる。具体的には、次のような方法で行うことができる。まず、イソキノリンアルカロイド生合成系酵素の1つのプロモーターの下流にレポーター遺伝子を連結させたベクターを構築する。該ベクターと、被検DNAの遺伝子産物を発現するベクターとをレポーターアッセイ用の細胞へ導入し、レポーター遺伝子産物の活性を測定することにより、被検DNA遺伝子産物の転写活性の評価を行う。該レポーターアッセイに使用することができるプロモーターとしては、例えば上記のTYDC、NCS、6-OMT、CNMT、CYP80B2、4'OMT、BBE、SMT、CYP719Aの上流のプロモーターを挙げることができる。レポーター遺伝子としては、その発現を検出し得るものであれば特に制限はなく、当業者が一般的に各種アッセイ系に使用するレポーター遺伝子を用いることができる。好適なレポーター遺伝子としては、例えば、β-グルクロニダーゼ(GUS)遺伝子を挙げることができる。   Whether a gene encodes a protein having a function of activating the expression of an isoquinoline alkaloid biosynthesis gene can be examined by, for example, a reporter assay. Specifically, it can be performed by the following method. First, a vector is constructed in which a reporter gene is linked downstream of one promoter of an isoquinoline alkaloid biosynthesis system enzyme. The transcription activity of the test DNA gene product is evaluated by introducing the vector and a vector expressing the gene product of the test DNA into a reporter assay cell and measuring the activity of the reporter gene product. Examples of promoters that can be used in the reporter assay include promoters upstream of the above TYDC, NCS, 6-OMT, CNMT, CYP80B2, 4′OMT, BBE, SMT, and CYP719A. The reporter gene is not particularly limited as long as its expression can be detected, and reporter genes generally used by those skilled in the art for various assay systems can be used. Suitable reporter genes include, for example, β-glucuronidase (GUS) gene.

その他にも遺伝子が転写因子としての機能を有するタンパク質をコードするか否かは、当業者に周知のサウスウエスタン法、酵母ワンハイブリッド法などを用いて判定することが出来る。   In addition, whether or not a gene encodes a protein having a function as a transcription factor can be determined using a Southwestern method or a yeast one-hybrid method well known to those skilled in the art.

形質転換細胞の作製方法
本発明の遺伝子を発現する形質転換植物を作製する場合には、本発明のタンパク質をコードする遺伝子を適当なベクターに挿入して、これを植物細胞に導入し、これにより得られた形質転換植物細胞を再生させる。
Method for producing transformed cell When producing a transformed plant that expresses the gene of the present invention, the gene encoding the protein of the present invention is inserted into an appropriate vector and introduced into a plant cell, thereby The resulting transformed plant cell is regenerated.

また、本発明に係る形質転換細胞は、上記遺伝子または組換えベクターが導入された形質転換細胞である。より具体的に言えば、本発明に係る形質転換細胞は、本発明による転写因子をコードする遺伝子が導入された形質転換細胞である。ここで、「遺伝子または組換えベクターが導入された」とは、公知の遺伝子工学的手法(遺伝子操作技術)により、宿主内に所望によりベクター内に組み込まれた遺伝子が例えばプロモーターの作用により、発現可能に導入されることを意味する。   The transformed cell according to the present invention is a transformed cell into which the above gene or recombinant vector has been introduced. More specifically, the transformed cell according to the present invention is a transformed cell into which a gene encoding the transcription factor according to the present invention has been introduced. Here, “a gene or a recombinant vector has been introduced” means that a gene incorporated into the vector as desired in a host is expressed by, for example, the action of a promoter, by a known genetic engineering technique (gene manipulation technique). It means to be introduced as possible.

本発明に係る形質転換細胞は、上記遺伝子を直接、あるいは上記遺伝子が組み込まれたベクターを宿主に導入することによって得られる。上記宿主は、特に限定されるものではないが、例えば、酵母、大腸菌などの微生物、あるいは、植物、動物などを挙げることができる。しかしながら、上記ベクターに組み込まれた遺伝子が、植物の一種であるオウレン培養細胞由来のものであることから、上記宿主としては、植物が好ましく、植物の中でもオウレン属植物、ケシやハナビシソウのようなイソキノリンアルカロイドを生産する植物が特に好ましい。なお、上記植物の範疇には、上述のように、個体としての植物のみならず、植物の器官、組織、細胞なども含まれる。なお、形質転換は一過性でもよいが、好ましくは安定に上記遺伝子が組み込まれるものである。   The transformed cell according to the present invention can be obtained by introducing the above gene directly or by introducing a vector incorporating the above gene into a host. Although the said host is not specifically limited, For example, microorganisms, such as yeast and E. coli, a plant, an animal, etc. can be mentioned. However, since the gene incorporated in the vector is derived from cultured plant auren, which is a kind of plant, the host is preferably a plant, and among the plants, the plant belonging to the genus Oren, isoquinoline such as poppy and genus Plants that produce alkaloids are particularly preferred. As described above, the category of the plant includes not only an individual plant but also an organ, tissue, cell, and the like of the plant. The transformation may be transient, but preferably the gene is stably integrated.

得られた遺伝子は、植物にて発現可能なプロモーター、例えば、カリフラワーモザイクウィルスの35Sプロモーター(CaMV35Sプロモーター)、ノパリンシンセターゼのプロモーター、リブロース2リン酸カルボキシラーゼ/オキシゲナーゼの小サブユニットのプロモーター等の下流域にセンス方向、あるいはアンチセンス方向に連結して使用する。なお、目的遺伝子(本発明において、発現の促進あるいは発現の抑制を図る対象となる遺伝子)の発現を促進するためには本発明の遺伝子をセンス方向にプロモーターに連結し、逆に、目的遺伝子の発現を抑制するためには、例えば、本発明の遺伝子をアンチセンス方向にプロモーターに連結する。あるいは2本鎖RNAを生産するようにプロモーターに連結する。また、目的遺伝子の発現促進を図る場合には、プロモーターにセンス方向に連結した本発明の遺伝子と共に、その目的遺伝子を他のプロモーターの下流域に連結したものを、一つのベクターに組込み、あるいは、別個のベクターとして植物細胞に導入してもよい。   The obtained gene is expressed under a promoter that can be expressed in plants, for example, cauliflower mosaic virus 35S promoter (CaMV35S promoter), nopaline synthetase promoter, ribulose diphosphate carboxylase / oxygenase small subunit promoter, etc. It is used by connecting to the basin in the sense direction or the antisense direction. In order to promote the expression of a target gene (in the present invention, a gene for which expression is to be promoted or suppressed), the gene of the present invention is linked to a promoter in the sense direction. In order to suppress the expression, for example, the gene of the present invention is linked to a promoter in the antisense direction. Alternatively, it is linked to a promoter so as to produce double-stranded RNA. In addition, when promoting the expression of the target gene, the gene of the present invention linked to the promoter in the sense direction and the target gene linked to the downstream region of another promoter are incorporated into one vector, or You may introduce | transduce into a plant cell as a separate vector.

上記形質転換細胞を含む形質転換植物を作製する方法としては、具体的には、例えば、ポリエチレングリコール法、電気穿孔法(エレクトロポーレーション)、アグロバクテリウムを介する方法、パーティクルガン法など当業者に公知の種々の方法を用いることができる。形質転換植物細胞からの植物体の再生は、植物細胞の種類に応じて当業者に公知の方法で行うことが可能である(Toki et al., Plant Physiol. 100:1503-1507(1995)参照)。例えば、形質転換植物体を作出する手法については、ポリエチレングリコールによりプロトプラストへ遺伝子導入し、植物体を再生させる方法(Datta,S.K. (1995) In Gene Transfer To Plants(Potrykus I and Spangenberg Eds.) pp66-74)、電気パルスによりプロトプラストへ遺伝子導入し、植物体を再生させる方法(Toki et al (1992) Plant Physiol. 100, 1503-1507)、パーティクルガン法により細胞へ遺伝子を直接導入し、植物体を再生させる方法(Christou et al. (1991) Bio/technology, 9: 957-962.)およびアグロバクテリウムを介して遺伝子を導入し、植物体を再生させる方法(Hiei et al. (1994) Plant J. 6: 271-282.)などを挙げることができるが、特に限定されるものではない。また、上記形質転換方法は、宿主となる植物などの種類(例えば、単子葉植物・双子葉植物)に応じて適宜選択されることが好ましい。   As a method for producing a transformed plant containing the transformed cells, specifically, for example, a polyethylene glycol method, an electroporation method (electroporation), an Agrobacterium-mediated method, a particle gun method, etc. Various known methods can be used. Plant regeneration from transformed plant cells can be performed by methods known to those skilled in the art depending on the type of plant cell (see Toki et al., Plant Physiol. 100: 1503-1507 (1995)). ). For example, as a method for producing a transformed plant, a method of regenerating a plant by introducing a gene into a protoplast with polyethylene glycol (Datta, SK (1995) In Gene Transfer To Plants (Potrykus I and Spangenberg Eds.) Pp66- 74), gene transfer to protoplasts by electric pulses to regenerate plants (Toki et al (1992) Plant Physiol. 100, 1503-1507), gene transfer directly to cells by particle gun method, A method of regeneration (Christou et al. (1991) Bio / technology, 9: 957-962.) And a method of introducing a gene through Agrobacterium to regenerate the plant (Hiei et al. (1994) Plant J 6: 271-282.), But is not particularly limited. In addition, the transformation method is preferably selected as appropriate depending on the type of plant or the like serving as a host (for example, monocotyledonous plants or dicotyledonous plants).

一旦、ゲノム内に本発明の遺伝子が導入された形質転換植物体が得られれば、該植物体から有性生殖または無性生殖により子孫を得ることが可能である。また、該植物体やその子孫あるいはクローンから繁殖材料(例えば、種子、果実、切穂、塊茎、塊根、株、カルス、プロトプラスト等)を得て、それらを基に該植物体を量産することも可能である。本発明には、本発明の遺伝子が導入された植物細胞、該細胞を含む植物体、該植物体の子孫およびクローン、並びに該植物体、その子孫、およびクローンの繁殖材料が含まれる。   Once a transformed plant into which the gene of the present invention has been introduced into the genome is obtained, offspring can be obtained from the plant by sexual reproduction or asexual reproduction. It is also possible to obtain a propagation material (for example, seeds, fruits, cuttings, tubers, tuberous roots, strains, callus, protoplasts, etc.) from the plant body, its descendants or clones, and mass-produce the plant body based on them. Is possible. The present invention includes plant cells into which the gene of the present invention has been introduced, plants containing the cells, progeny and clones of the plants, and propagation materials for the plants, their progeny, and clones.

本発明において使用することができるベクターとしては、従来から微生物や植物、植物細胞などの形質転換に使用されているベクターを挙げることができる。そして、上記ベクターは、上記遺伝子またはその断片の他に、従来公知の遺伝子を発現させるための恒常発現型または発現制御型のプロモーター、形質転換体の選抜を容易にする薬剤耐性遺伝子、アグロバクテリウムのバイナリ−ベクター系を使用するためのバイナリ−ベクター系を使用するための複製開始点などを含んでいてもよい。   Examples of vectors that can be used in the present invention include vectors conventionally used for transformation of microorganisms, plants, plant cells, and the like. In addition to the gene or a fragment thereof, the vector includes a constitutive expression type or expression control type promoter for expressing a conventionally known gene, a drug resistance gene that facilitates selection of transformants, Agrobacterium A replication origin for using the binary-vector system for using the binary-vector system may be included.

より具体的には、大腸菌などの微生物へ導入される場合には、pBluescript系のベクターや、pETベクターなどを使用することができる。植物細胞の形質転換に用いられるベクターとしては、該細胞内で導入遺伝子を発現させることが可能なものであれば特に制限はない。例えば、植物細胞内での恒常的な遺伝子発現を行うためのプロモーター(例えば、カリフラワーモザイクウイルスの35Sプロモーター)を有するベクターや外的な刺激により誘導的に活性化されるプロモーター(例えば、エチレン応答性PR5dプロモーター、水分ストレス誘導性rd29Aプロモーター等)を有するベクターを用いることも可能である。また、組織特異的な発現を保証するプロモーター(例えば、根特異的PR5dプロモーター、塊茎特異的パタチンプロモーター、緑葉特異的rbcSプロモーター等)を好適に用いることもできる。エレクトロポレーション法を用いて植物細胞への導入を図る場合には、ベクターに特に制限はない。また、上記薬剤耐性遺伝子としてはアンピシリン耐性遺伝子、カナマイシン耐性遺伝子、ハイグロマイシン耐性遺伝子などを挙げることができる。上記プロモーターとしては、カリフラワーモザイクウィルス由来の35Sプロモーター(恒常発現型)や熱ショック誘導タンパク質のプロモーター(発現制御型)を挙げることができる。   More specifically, when introduced into microorganisms such as E. coli, pBluescript vectors, pET vectors, and the like can be used. The vector used for the transformation of plant cells is not particularly limited as long as the transgene can be expressed in the cells. For example, a vector having a promoter (for example, cauliflower mosaic virus 35S promoter) for constitutive gene expression in plant cells or a promoter (eg, ethylene responsiveness) that is inducibly activated by external stimulation. It is also possible to use a vector having a PR5d promoter, a water stress-inducible rd29A promoter, etc. In addition, promoters that guarantee tissue-specific expression (eg, root-specific PR5d promoter, tuber-specific patatin promoter, green leaf-specific rbcS promoter, etc.) can also be suitably used. When introducing into plant cells using electroporation, the vector is not particularly limited. Examples of the drug resistance gene include ampicillin resistance gene, kanamycin resistance gene, and hygromycin resistance gene. Examples of the promoter include a cauliflower mosaic virus-derived 35S promoter (constant expression type) and a heat shock inducing protein promoter (expression control type).

複製開始点としては、Ti又はRiプラスミド由来の複製開始点などを挙げることができる。プロモーターに連結されたDNAは、マイクロインジェクション法、エレクトロポレーション法、ポリエチレングリコール法、融合法、高速バリスティックベネトレーション法等を用いて、そのまま植物細胞に直接導入することもできるが、植物への遺伝子導入用プラスミドに組込み、これをベクターとして、植物感染能のあるウィルスや細菌を介して間接的に植物細胞に導入することもできる。かかるウィルスとしては、例えば、カリフラワーモザイクウィルス、ジェミニウィルス、タバコモザイクウィルス、ブロムモザイクウィルス等が使用でき、また、細菌としては、アグロバクテリウム・ツメファシエンス(Agrobacterium tumefaciens 以下、A.ツメファシエンスと略す。)、アグロバクテリウム・リゾジェネス(Agrobacterium rhizogenes)等を使用することができる。A.ツメファシエンスを用いるアグロバクテリウム法により、植物への遺伝子導入を行う場合には、かかるプラスミドとして、例えばpBI101、pBI121(いずれもClontech社)等を用いることができる。   Examples of the replication origin include replication origins derived from Ti or Ri plasmids. The DNA linked to the promoter can be directly introduced into plant cells as it is using the microinjection method, electroporation method, polyethylene glycol method, fusion method, high-speed ballistic penetration method, etc. It can also be incorporated into a plasmid for gene introduction and introduced into a plant cell indirectly via a virus or bacterium capable of infecting the plant as a vector. As such viruses, for example, cauliflower mosaic virus, gemini virus, tobacco mosaic virus, brom mosaic virus and the like can be used, and as bacteria, Agrobacterium tumefaciens (hereinafter referred to as A. tumefaciens), Agrobacterium rhizogenes etc. can be used. When introducing a gene into a plant by the Agrobacterium method using A. tumefaciens, for example, pBI101, pBI121 (both from Clontech) and the like can be used.

本発明においてベクターが導入される植物細胞には、種々の形態の植物細胞、例えば、懸濁培養細胞、プロトプラスト、葉の切片、カルスなどが含まれる。   Plant cells into which a vector is introduced in the present invention include various forms of plant cells, such as suspension culture cells, protoplasts, leaf sections, and callus.

単離した転写因子をコードする遺伝子を利用したアルカロイド生産
本発明者は、本発明以前に単離・同定されたアルカロイド生合成関連遺伝子を用いて、ハナビシソウのアルカロイド生合成活性を分子変換できること、あるいは、オウレンによるベルベリンの生合成活性を向上できること(Sato F et al. Proc Natl Acad Sci (USA) 98: 367-372(2001))を示している。
Alkaloid production using a gene encoding an isolated transcription factor The present inventor can use alkaloid biosynthesis-related genes isolated and identified prior to the present invention to convert alkaloid biosynthesis activity of Scots almonds, or This shows that the biosynthesis activity of berberine by aurene can be improved (Sato F et al. Proc Natl Acad Sci (USA) 98: 367-372 (2001)).

一方、本発明の遺伝子の発現が抑制された形質転換植物を作製する場合には、実施例に記載のように当業者に周知のRNAi法を用いればよい。RNAi法によると、内在性遺伝子の発現の抑制は、標的遺伝子配列と同一もしくは類似した配列を有するDNAの形質転換によって達成されうる。例えば、本発明の転写因子の発現が阻害された植物体を得るためには、配列番号1に記載の配列に基づいてインビトロで二本鎖RNA(dsRNA)を作成し、これを直接植物細胞に導入すればよい。あるいは当業者に周知のRNAi用コンストラクトである、inverted repeat を形成するように構築したベクターDNAを目的の植物へ形質転換することによっても達成されうる。RNAiに用いる配列は、標的遺伝子の配列と完全に同一である必要はないが、少なくとも70%以上、好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%以上(例えば、95%以上)の配列の同一性を有する。配列の同一性は、上記した検索を利用して決定することができる。dsRNAは、少なくとも、連続する18塩基、好ましくは20塩基、さらに好ましくは22塩基以上(例えば、25塩基)からなる。   On the other hand, when producing a transformed plant in which expression of the gene of the present invention is suppressed, an RNAi method known to those skilled in the art may be used as described in the Examples. According to the RNAi method, suppression of endogenous gene expression can be achieved by transformation of DNA having a sequence identical or similar to the target gene sequence. For example, in order to obtain a plant body in which the expression of the transcription factor of the present invention is inhibited, a double-stranded RNA (dsRNA) is prepared in vitro based on the sequence shown in SEQ ID NO: 1, and this is directly applied to plant cells. What is necessary is just to introduce. Alternatively, it can also be achieved by transforming a vector DNA constructed to form inverted repeat, which is a construct for RNAi well known to those skilled in the art, into a target plant. The sequence used for RNAi need not be completely identical to the sequence of the target gene, but at least 70% or more, preferably 80% or more, more preferably 90% or more (for example, 95% or more). Have Sequence identity can be determined using the search described above. The dsRNA consists of at least 18 consecutive bases, preferably 20 bases, more preferably 22 bases or more (for example, 25 bases).

あるいは、本発明のタンパク質をコードする遺伝子の発現を抑制するための遺伝子を適当なベクターに挿入して、これを植物細胞に導入し、これにより得られた形質転換植物細胞を再生させてもよい。「本発明のタンパク質をコードする遺伝子の発現の抑制」には、遺伝子の転写の抑制およびタンパク質への翻訳の抑制が含まれる。また、遺伝子の発現の完全な停止のみならず発現の減少も含まれる。   Alternatively, a gene for suppressing the expression of the gene encoding the protein of the present invention may be inserted into an appropriate vector, which is introduced into a plant cell, and the resulting transformed plant cell may be regenerated. . “Suppression of the expression of the gene encoding the protein of the present invention” includes suppression of gene transcription and suppression of protein translation. Also included is a decrease in expression as well as complete cessation of gene expression.

RNAi法以外に、植物における特定の内在性遺伝子の発現を抑制する方法としては、アンチセンス技術を利用する方法が当業者に最もよく利用されている。内在性遺伝子の発現の抑制は、また、リボザイムをコードするDNAを利用して行うことも可能である。リボザイムとは触媒活性を有するRNA分子のことをいう。標的を切断できるよう設計されたリボザイムは、植物細胞中で転写されるようにカリフラワーモザイクウイルスの35Sプロモーターなどのプロモーターおよび転写終結配列に連結される。リボザイムを用いて本発明で標的となる遺伝子の転写産物を特異的に切断し、該遺伝子の発現を抑制することができる。   In addition to the RNAi method, as a method for suppressing the expression of a specific endogenous gene in plants, a method using an antisense technique is most commonly used by those skilled in the art. Suppression of endogenous gene expression can also be performed using DNA encoding a ribozyme. A ribozyme refers to an RNA molecule having catalytic activity. The ribozyme designed to cleave the target is linked to a promoter such as the cauliflower mosaic virus 35S promoter and a transcription termination sequence so that it is transcribed in plant cells. A ribozyme can be used to specifically cleave the transcription product of the target gene in the present invention, thereby suppressing the expression of the gene.

このような結果から、上記形質転換細胞を作製すれば、容易に植物の二次代謝機能を変換/向上できるとともに、微生物細胞系を用いた物質変換も可能となる。さらに、これらの遺伝子が過剰発現するようなプロモーター(例えば、カリフラワーモザイクウィルス由来の35Sプロモーターなど)を含むベクターに組み込んで、上記形質転換細胞を作製すれば、アルカロイド生合成系の酵素を大量生産することができる。   From these results, if the transformed cells are prepared, the secondary metabolic function of the plant can be easily converted / improved, and substance conversion using a microbial cell system is also possible. Furthermore, if the above transformed cells are prepared by incorporating them into a vector containing a promoter overexpressing these genes (for example, 35S promoter derived from cauliflower mosaic virus), an enzyme for alkaloid biosynthesis is mass-produced. be able to.

上記形質転換細胞を含む形質転換植物には、完全な植物体のみならず、その一部、植物器官、植物組織または植物培養細胞も含まれるものとする。さらに、上記植物には、予め形質転換された遺伝子組み換え植物やその子孫を起源とする植物組織、プロトプラスト、細胞、カルス、器官、植物種子、胚芽、花粉、卵細胞、接合子などの増殖可能な植物材料;花、茎、実、葉、根などを含む植物の一部等も含まれるものとする。   The transformed plant containing the transformed cell includes not only a complete plant but also a part thereof, a plant organ, a plant tissue, or a plant cultured cell. In addition, the above plants include plant tissues, protoplasts, cells, calli, organs, plant seeds, germs, pollen, egg cells, zygotes, etc. that originate from genetically modified plants and their progeny that have been transformed beforehand. Materials: Part of plants including flowers, stems, fruits, leaves, roots, etc. shall be included.

また、本発明には、上記形質転換植物を培養または栽培する工程を含むイソキノリンアルカロイド生産性植物の製造方法、および上記遺伝子を含むポリヌクレオチドで植物細胞を形質転換する工程、および、該形質転換した植物を再分化させて植物体を得る工程を含むイソキノリンアルカロイド生産性植物の製造方法も含まれる。かかる方法によれば、効率的かつ簡便に、イソキノリンアルカロイドを生産することができる。   The present invention also provides a method for producing an isoquinoline alkaloid-producing plant comprising a step of culturing or cultivating the transformed plant, a step of transforming a plant cell with a polynucleotide comprising the gene, and the transformed plant. A method for producing an isoquinoline alkaloid-producing plant comprising the step of redifferentiating a plant to obtain a plant body is also included. According to such a method, isoquinoline alkaloid can be produced efficiently and simply.

上述の方法を用いれば、オウレンひいてはその他種々の植物(例えば、ケシやハナビシソウ、エンゴサクのようなケシ科植物、タマサキツヅラフジのようなツヅラフジ科植物、メギのようなメギ科植物など)から、ベルベリン、マグノフロリン、モルフィン、パパベリン、サングイナリン、コリダリン、セファランチンなどといったイソキノリン系のアルカロイドを産生させることができる可能性が拓ける。   By using the above-mentioned method, berberine and other various plants (for example, poppy plants such as poppies, blossoms, engosaku, ramid plants such as ramafuji, barberry plants such as barberry) The possibility of producing isoquinoline-based alkaloids such as magnoflorin, morphine, papaverine, sanguinarine, coridaline, cephalanthin and the like is opened up.

本発明において、目的遺伝子の発現が促進・抑制された植物体は、上記のような方法により本発明の遺伝子が導入された植物細胞を、増殖・再分化させることにより得ることができる。かかる植物細胞の増殖・再分化のための条件は、植物の種類等に応じて適当に選択すればよい。   In the present invention, a plant body in which the expression of the target gene is promoted / suppressed can be obtained by proliferating / redifferentiating a plant cell into which the gene of the present invention has been introduced by the method described above. The conditions for such plant cell growth / redifferentiation may be appropriately selected according to the type of plant.

本発明の遺伝子の過剰発現により、TYDC、NCS、6-OMT、CNMT、CYP80B2、4'OMT、BBE、SMT、CYP719A遺伝子等の発現を促進することができ、逆に本発明の遺伝子の発現阻害により、かかる酵素をコードする遺伝子の発現が抑制される。さらに、これらの遺伝子に限らず、これらが有する前記共通配列がその転写調節領域に存在している遺伝子であれば、いずれも、本発明の遺伝子及びベクターによりその発現を制御することができる。   Overexpression of the gene of the present invention can promote the expression of TYDC, NCS, 6-OMT, CNMT, CYP80B2, 4'OMT, BBE, SMT, CYP719A genes, etc. Thus, the expression of the gene encoding such an enzyme is suppressed. Furthermore, not only these genes but also any gene in which the common sequence possessed by these genes is present in the transcriptional regulatory region can be controlled by the gene and vector of the present invention.

また、本発明により遺伝子の発現を促進・抑制できる植物も、特に限定されない。基本的に、イソキノリンアルカロイド生合成経路を有する植物であれば、本発明の効果を得ることができると考えられる。例えば、キンポウゲ科のオウレン、アキカラマツ、トリカブト、メギ科のメギ、ツヅラフジ科のオオツヅラフジ、コロンボ、ケシ科のケシ、エンゴサク、ハナビシソウ、ミカン科のキハダ等に本発明は適用することができる。   Moreover, the plant which can promote / suppress gene expression according to the present invention is not particularly limited. Basically, any plant having an isoquinoline alkaloid biosynthetic pathway is considered to achieve the effects of the present invention. For example, the present invention can be applied to the Astragalus aurium, Aki larch, Aconite, Barberry, Barnacle, Oleander, Colombo, Poppy, Engosaku, Hanabishi, Citrus, etc.

本発明に係るタンパク質、それをコードする遺伝子およびその利用法
本発明に係るタンパク質は、上記遺伝子によってコードされる配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質あるいは、配列番号2で表されるアミノ酸配列において1もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつイソキノリンアルカロイド生合成系遺伝子発現を誘導する転写因子として作用するタンパク質、もしくは、配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質とアミノ酸レベルで60%以上の相同性を示し、かつ、イソキノリンアルカロイド生合成系遺伝子発現を誘導する転写因子として作用するタンパク質である。
The protein according to the present invention, the gene encoding the same and the use thereof The protein according to the present invention is a protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 encoded by the above gene or the amino acid represented by SEQ ID NO: 2. A protein consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the sequence and acting as a transcription factor for inducing the expression of an isoquinoline alkaloid biosynthesis system, or the amino acid represented by SEQ ID NO: 2 It is a protein that exhibits a homology of 60% or more at the amino acid level with a protein comprising a sequence and acts as a transcription factor that induces the expression of an isoquinoline alkaloid biosynthesis system gene.

また、本発明に係るタンパク質は、タンパク質の精製や検出等を容易に行うために、公知のHAやFlag等の付加配列を末端に含ませてもよいし、融合タンパク質であってもよい。また、N-グリコシル化などの各種修飾を受けていてもよい。   In addition, the protein according to the present invention may contain a known additional sequence such as HA or Flag at the end or may be a fusion protein in order to easily purify and detect the protein. Further, it may be subjected to various modifications such as N-glycosylation.

本発明による組換えベクターは、上記遺伝子が組み込まれたものである。上記ベクターは、公知の形質転換方法によって植物や微生物などの宿主に発現可能に導入されることによって、当該宿主において組み込まれた遺伝子あるいは遺伝子断片を発現させて本発明によるタンパク質を得ることが出来る。なお、本発明によるタンパク質は下記のように組換え産生により得られたものでもよいし、植物細胞から単離、精製したものでもよく、その起源は特に限定されない。   The recombinant vector according to the present invention has the above gene incorporated therein. The above vector can be expressed in a host such as a plant or a microorganism by a known transformation method so that the gene or gene fragment incorporated in the host can be expressed to obtain the protein according to the present invention. The protein according to the present invention may be obtained by recombinant production as described below, or may be isolated and purified from plant cells, and its origin is not particularly limited.

組み換えタンパク質を調製する場合には、通常、本発明のタンパク質をコードする遺伝子を適当な発現ベクターに挿入し、該ベクターを適当な細胞に導入し、形質転換細胞を培養して発現させたタンパク質を精製する。組み換えタンパク質は、精製を容易にするなどの目的で、他のタンパク質との融合タンパク質として発現させることも可能である。例えば、大腸菌を宿主としてマルトース結合タンパク質との融合タンパク質として調製する方法(米国New England BioLabs社発売のベクターpMALシリーズ)、グルタチオン-S-トランスフェラーゼ(GST)との融合タンパク質として調製する方法(Amersham Pharmacia Biotech社発売のベクターpGEXシリーズ)、ヒスチジンタグを付加して調製する方法(Novagen社のpETシリーズ)などを利用することが可能である。宿主細胞としては、組み換えタンパク質の発現に適した細胞であれば特に制限はなく、上記の大腸菌の他、例えば、酵母、種々の動植物細胞、昆虫細胞などを用いることが可能である。宿主細胞へのベクターの導入には、当業者に公知の種々の方法を用いることが可能である。例えば、大腸菌への導入には、カルシウムイオンを利用した導入方法(Mandel, M.& Higa, A. Journal of Molecular Biology, 53, 158-162(1970)、Hanahan, D. Journal of Molecular Biology, 166, 557-580(1983))を用いることができる。宿主細胞内で発現させた組み換えタンパク質は、該宿主細胞またはその培養上清から、当業者に公知の方法により精製し、回収することが可能である。組み換えタンパク質を上記したマルトース結合タンパク質などとの融合タンパク質として発現させた場合には、容易にアフィニティー精製を行うことが可能である。   When preparing a recombinant protein, generally, a gene encoding the protein of the present invention is inserted into an appropriate expression vector, the vector is introduced into an appropriate cell, and the transformed cell is cultured and expressed. Purify. The recombinant protein can be expressed as a fusion protein with another protein for the purpose of facilitating purification or the like. For example, a method for preparing a fusion protein with maltose binding protein using E. coli as a host (vector pMAL series released by New England BioLabs, USA), a method for preparing a fusion protein with glutathione-S-transferase (GST) (Amersham Pharmacia Biotech Vector pGEX series released by the company), a method of preparing by adding a histidine tag (pET series from Novagen), etc. can be used. The host cell is not particularly limited as long as it is a cell suitable for the expression of a recombinant protein. For example, yeast, various animal and plant cells, insect cells and the like can be used in addition to the above-mentioned E. coli. Various methods known to those skilled in the art can be used to introduce a vector into a host cell. For example, for introduction into E. coli, introduction methods using calcium ions (Mandel, M. & Higa, A. Journal of Molecular Biology, 53, 158-162 (1970), Hanahan, D. Journal of Molecular Biology, 166 557-580 (1983)). The recombinant protein expressed in the host cell can be purified and recovered from the host cell or its culture supernatant by methods known to those skilled in the art. When the recombinant protein is expressed as a fusion protein with the above-described maltose-binding protein, affinity purification can be easily performed.

得られた組換えタンパク質を用いれば、これに結合する抗体を調製することができる。例えば、ポリクローナル抗体は、精製した本発明のタンパク質若しくはその一部のペプチドをウサギなどの免疫動物に免疫し、一定期間の後に血液を採取し、血ぺいを除去することにより調製することが可能である。また、モノクローナル抗体は、上記タンパク質若しくはペプチドで免疫した動物の抗体産生細胞と骨腫瘍細胞とを融合させ、目的とする抗体を産生する単一クローンの細胞(ハイブリドーマ)を単離し、該細胞から抗体を得ることにより調製することができる。これにより得られた抗体は、本発明のタンパク質の精製や検出などに利用することが可能である。本発明には、本発明のタンパク質に結合する抗体が含まれる。   If the obtained recombinant protein is used, an antibody that binds to the protein can be prepared. For example, a polyclonal antibody can be prepared by immunizing an immunized animal such as a rabbit with the purified protein of the present invention or a partial peptide thereof, collecting blood after a certain period, and removing the blood clot. is there. In addition, the monoclonal antibody is obtained by fusing an antibody-producing cell of an animal immunized with the protein or peptide and a bone tumor cell, and isolating a single clone cell (hybridoma) that produces the target antibody. Can be prepared. The antibody thus obtained can be used for purification and detection of the protein of the present invention. The present invention includes antibodies that bind to the proteins of the present invention.

これらのタンパク質および遺伝子は、イソキノリンアルカロイド生合成の制御に関与する転写因子として作用するものであり、それ自体非常に有用なものである。さらに、これらのタンパク質およびこれらタンパク質をコードする遺伝子を用いて、アルカロイド生合成系の改変に利用することができる。また、本発明に係る形質転換細胞、または上記タンパク質を用いることで、in vivo、in vitroを問わず、イソキノリンアルカロイドを生産することもできる。また、同タンパク質と結合するゲノムタンパク質を単離することにより、新規な生合成遺伝子を単離することも可能である。すなわち、このイソキノリンアルカロイドの生産方法は、少なくとも上記タンパク質または形質転換細胞を用いていればよく、その他の具体的な方法、条件、材料(基質など)、酵素、緩衝液、pH、温度、反応時間などは、適宜設定可能であり、限定されるものではない。例えば、上記タンパク質以外の従来公知のイソキノリンアルカロイド生合成に関与する酵素、例えば、コクラウリン-N-メチルトランスフェラーゼ、N-メチル−コクラウリン-3'-ヒドロキシラーゼ、ベルベリンブリッジ酵素、スコウレリン-9-O-メチルトランスフェラーゼ、ノルコクラウリン-6-O-メチルトランスフェラーゼ、(S)-3'-ヒドロキシ-N-メチルコクラウリン4'-O-メチルトランスフェラーゼなどとともに用いてもよい。
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に制限されるものではない。
These proteins and genes act as transcription factors involved in the control of isoquinoline alkaloid biosynthesis and are very useful in themselves. Furthermore, these proteins and genes encoding these proteins can be used to modify the alkaloid biosynthesis system. Moreover, isoquinoline alkaloid can also be produced in vivo and in vitro by using the transformed cell according to the present invention or the above protein. It is also possible to isolate a novel biosynthetic gene by isolating a genomic protein that binds to the protein. That is, the production method of this isoquinoline alkaloid is only required to use at least the above protein or transformed cell, and other specific methods, conditions, materials (substrate, etc.), enzyme, buffer solution, pH, temperature, reaction time. These can be set as appropriate and are not limited. For example, conventionally known enzymes involved in biosynthesis of isoquinoline alkaloids other than the above proteins, such as coclaurin-N-methyltransferase, N-methyl-coclaurin-3′-hydroxylase, berberine bridge enzyme, skorelin-9-O-methyl It may be used together with transferase, norcoclaurine-6-O-methyltransferase, (S) -3′-hydroxy-N-methylcoclaurine 4′-O-methyltransferase, and the like.
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not restrict | limited to these Examples.

ESTライブラリーの作成
特開2004-121233号に記載のように行った。以下にこれを簡単に説明する。
(1)ESTの単離と網羅的塩基配列決定
京都大学大学院生命科学研究科全能性統御機構学研究室で確立され、長年維持培養されてきたオウレン(Coptis japonica)培養細胞のベルベリン高生産株156-1株(選抜株)から、従来文献(Choi, et al., J. Biol. Chem, 277:830-835, 2002)に記載の方法によってmRNAを抽出した。
Preparation of EST library The EST library was prepared as described in JP-A No. 2004-121233. This will be briefly described below.
(1) Isolation of ESTs and comprehensive nucleotide sequencing 156 High-berberine production strain of Coptis japonica cultured cells that have been established and maintained for many years in the omnipotent regulatory mechanism laboratory of the Graduate School of Life Sciences, Kyoto University MRNA was extracted from -1 strain (selected strain) by the method described in the conventional literature (Choi, et al., J. Biol. Chem, 277: 830-835, 2002).

なお、上記オウレンのベルベリン高生産株156-1株は、特開平11−178579号公報、特開平11−178579号公報、および、F. Sato, and Y.Yamada, Phytochemistry, 23(2):281-385(1984)などに記載の方法によって作製・選抜することも可能である。そして、該mRNAから、Gubler and Hoffmanの方法に従い、Rous associated virus 2 reverse transcriptase(Takara)ならびにSuperScript II reverse transcriptase(Invitrogen)を用いて逆転写を行った。得られたcDNAをpDR196ベクターにサブクローニングした後、ランダムに選抜した約5000個のクローンの5'側塩基配列をMegabase system(Amersham Pharmacia)を用いて決定した。   In addition, the berberine high production strain 156-1 of the aurene is disclosed in JP-A-11-178579, JP-A-11-178579, and F. Sato, and Y. Yamada, Phytochemistry, 23 (2): 281. -385 (1984) can also be used for the production and selection. Then, reverse transcription was performed from the mRNA using Rous associated virus 2 reverse transcriptase (Takara) and SuperScript II reverse transcriptase (Invitrogen) according to the method of Gubler and Hoffman. After subcloning the obtained cDNA into the pDR196 vector, the 5 ′ base sequences of about 5000 randomly selected clones were determined using the Megabase system (Amersham Pharmacia).

ESTマクロアレーをもとにしたベルベリン生合成関連遺伝子の選択
EST解析に用いたクローンをPCR増幅した後、Biomek 2000ロボットを用いて0.38mm間隔で、Biodyne ATM(Pall)膜にブロットしたものをマクロアレーとした。マクロアレーに対して、異なるアルカロイド生産性を有するオウレン培養細胞株(高生産株として156-1SMT、低生産株としてCjY及びCj8)から抽出したmRNAをSuperscript II reverse transcriptase(Gibco BRL)によって、逆転写し、32P標識したものをプローブとしてそれぞれの細胞における遺伝子発現量を定量化した。
Selection of berberine biosynthesis-related genes based on EST macroarray
A clone used for EST analysis was subjected to PCR amplification, and then blotted onto a Biodyne ATM (Pall) membrane at 0.38 mm intervals using a Biomek 2000 robot was used as a macroarray. In contrast to macroarrays, mRNA extracted from cultured aurene cell lines with different alkaloid productivity (156-1SMT as high-producing strains, CjY and Cj8 as low-producing strains) was reverse-transcribed with Superscript II reverse transcriptase (Gibco BRL). The amount of gene expression in each cell was quantified using 32 P-labeled probe.

マクロアレーにおける検出では、先ず、室温で0.5%SDS処理を5分間行い、弱く結合したDNAを除き、milliQ水で洗浄した。その後、100μg/ml ssDNAを含むExpressHyb(Clontech)溶液にて60℃、5-6時間プレハイブリダイゼーションを行った後、プローブを添加し、60℃で最低16時間ハイブリダイゼーションした。その後、60℃、30分間の2×SSC、1%SDS処理を4回、60℃、30分間の0.1×SSC、0.5%SDSを1回、室温で2×SSC処理を一回行い、Phosphor imaging plates(Fujix BAS2000)を用いて定量化した。データは、Array VisionTM(Imaging Research Inc.、Canada)で解析した。   For detection in the macroarray, first, 0.5% SDS treatment was performed at room temperature for 5 minutes to remove weakly bound DNA and washed with milliQ water. Thereafter, prehybridization was performed with ExpressHyb (Clontech) solution containing 100 μg / ml ssDNA at 60 ° C. for 5-6 hours, and then a probe was added, and hybridization was performed at 60 ° C. for at least 16 hours. Then, 60 ° C, 30 minutes 2 x SSC, 1% SDS treatment 4 times, 60 ° C, 30 minutes 0.1 x SSC, 0.5% SDS once, 2x SSC treatment once at room temperature, Phosphor imaging Quantification was performed using plates (Fujix BAS2000). Data was analyzed with Array Vision ™ (Imaging Research Inc., Canada).

クローン48の配列決定と機能の推定
マクロアレー解析の結果、156-1SMT及びCj8において高い発現を示し、CjYにおいて発現の低い遺伝子がベルベリン生合成関連遺伝子としての可能性が高いと判断した。
As a result of sequencing of clone 48 and presumed macroarray analysis of the function, it was judged that a gene having high expression in 156-1SMT and Cj8 and having low expression in CjY is highly likely to be a berberine biosynthesis-related gene.

クローン48は、前述のESTライブラリーからランダムに単離したクローンの塩基配列を決定すると共に、Blastx検索を行い、既知の転写因子あるいはシグナル伝達因子と相同性を示すクローンとして単離してきたものである。実際に該クローンが転写因子として機能するかどうかは、後述の一過性RNAiによるスクリーニングにより評価し、約50クローンのスクリーニングの結果、新たに機能を見いだしたものである。   Clone 48 has been isolated as a clone showing homology with known transcription factors or signal transduction factors by determining the base sequence of clones randomly isolated from the above-mentioned EST library and conducting Blastx searches. is there. Whether or not the clone actually functions as a transcription factor was evaluated by screening with transient RNAi described later, and as a result of screening about 50 clones, a new function was found.

そのなかから、アルカロイド生合成を促進する候補遺伝子と考えられたEST(転写因子としての機能を果たすと推定されたもの)クローン48をさらに配列決定した。即ち、Marathon cDNA Amplification Kit(Clontech)を用いて全長cDNAを単離し、その塩基配列決定を行った。決定されたその塩基配列は、配列番号1に示すものである。この配列を図2に示す。クローン48の全長配列(ORF 684bp)を元に、BLASTxにより相同性検索した結果、シロイヌナズナの推定bHLH転写因子(Arabidopsis thaliana, putative bHLH transcription factor protein)(E-value 1e-04)との相同性が見いだされた。   Among them, the EST clone 48, which was considered to be a candidate gene that promotes alkaloid biosynthesis, was further sequenced. That is, full-length cDNA was isolated using Marathon cDNA Amplification Kit (Clontech), and its nucleotide sequence was determined. The determined base sequence is shown in SEQ ID NO: 1. This arrangement is shown in FIG. As a result of homology search using BLASTx based on the full-length sequence of clone 48 (ORF 684bp), homology with Arabidopsis thaliana putative bHLH transcription factor protein (E-value 1e-04) I found it.

クローン48の遺伝子機能解析およびノザン解析によるベルベリン生合成系酵素の発現量の確認
ベルベリン生産性の異なる培養細胞株(SMT:ベルベリン高生産株、Cj8:SMT株の高生産性は低いが生合成酵素遺伝子の発現が高い株、CjY:ベルベリン低生産株)の継代1週間目の細胞より抽出したトータルRNAをホルムアルデヒドを含むゲルで電気泳動し、Biodyne ATM(Pall)メンブレンにブロッティングした。相同性検索によってベルベリン生合成系の転写因子であることが推定されたクローン48の機能を確認するために、該3種のオウレン株におけるクローン48の発現レベルおよびベルベリン生合成遺伝子の1つである4'OMT((S)-3'-ヒドロキシ-N-メチルコクラウリン-4'-O-メチルトランスフェラーゼ)のmRNAの細胞における発現を、従来文献(Hibi N., Higashiguchi S., Hashimoto T., Yamada Y., 1994, Plant Cell 6: 723-735)に記載の方法に従って確認した。RNAの抽出は、TRIzolを用いたTIGR植物RNA抽出法(http://www.powow.com/akatlab/tigr.html)に従って行った。
Confirmation of expression level of berberine biosynthetic enzymes by gene function analysis and northern analysis of clone 48 Cultured cell lines with different berberine productivity (SMT: high berberine production strain, Cj8: SMT strain with high productivity but low biosynthesis enzymes Total RNA extracted from cells in the first week of passage of a strain with high gene expression (CjY: low berberine production strain) was electrophoresed on a gel containing formaldehyde and blotted onto a Biodyne ATM (Pall) membrane. In order to confirm the function of clone 48, which was estimated to be a transcription factor of the berberine biosynthesis system by homology search, it is one of the expression level of clone 48 and the berberine biosynthesis gene in these three kinds of auren strains The expression of 4'OMT ((S) -3'-hydroxy-N-methylcoclaurine-4'-O-methyltransferase) mRNA in cells was compared with that in previous literature (Hibi N., Higashiguchi S., Hashimoto T., Yamada Y., 1994, Plant Cell 6: 723-735). RNA extraction was performed according to the TIGR plant RNA extraction method (http://www.powow.com/akatlab/tigr.html) using TRIzol.

ノザン解析の結果を図3および図4に示す。
クローン48の発現レベルを測定した結果が図3である。クローン48のmRNAの発現レベルは明らかに、ベルベリン生合成系の酵素発現とよい相関を示した。
4'OMTの発現レベルを測定した結果が図4である。図3および図4から、クローン48の発現レベルとベルベリン生合成系酵素である4'OMTの発現レベルは明らかな正の相関を示した。即ち、クローン48のタンパク発現レベルの高い株SMT、中程度の株Cj8、低生産株CjYの4'OMTの転写レベルはそれぞれ、高レベル、中程度そして低レベルであった。
The results of Northern analysis are shown in FIGS.
The results of measuring the expression level of clone 48 are shown in FIG. The expression level of clone 48 mRNA clearly showed a good correlation with enzyme expression in the berberine biosynthesis system.
The results of measuring the expression level of 4′OMT are shown in FIG. From FIG. 3 and FIG. 4, the expression level of clone 48 and the expression level of 4′OMT, which is a berberine biosynthetic enzyme, showed a clear positive correlation. That is, the 4′OMT transcription level of clone SMT, medium strain Cj8, and low-producing strain CjY, in which the protein expression level of clone 48 is high, was high, medium and low, respectively.

RNAiによるクローン48の機能解析
クローン48の発現を抑制することによって、ベルベリン生合成系の遺伝子の発現にどのような影響が及ぼされるかを調べるために一過性RNAi法を用いた実験を行った。
Functional analysis of clone 48 by RNAi An experiment using the transient RNAi method was conducted to investigate how the expression of berberine biosynthetic system is affected by suppressing the expression of clone 48. .

クローン48のdsRNA導入による一過性RNAi
従来から用いられているdsRNAを細胞内で発現するDNAコンストラクト(Inverted repeat structure)を作成し、これを細胞に導入して細胞内でdsRNAを発現させるRNAiプロトコールは非常に時間および手間のかかるものである。したがって本研究においては、インビトロで合成したdsRNAを用いる一過性RNAi法を用いた。オウレンベルベリン高生産株156-1を標的に用いた。
Transient RNAi by introduction of dsRNA in clone 48
The RNAi protocol that creates a DNA construct (inverted repeat structure) that expresses dsRNA in the cell and introduces it into the cell to express dsRNA in the cell is very time-consuming and laborious. is there. Therefore, in this study, the transient RNAi method using dsRNA synthesized in vitro was used. Ourenberberine high production strain 156-1 was used as a target.

dsRNAのインビトロ合成
dsRNAのインビトロ調製はR. Carthew and J. Kennerdell.(http://www.bioexchange.com/tools/protocol_detail. cfm? protocol_id=31#MMB101.
)によるプロトコールにしたがった。簡単に説明すると、以下のPCRプライマー(図5の破線部を参照)を用いてクローン48dsRNAをインビトロで作製した:
5'側:T7プロモーター配列+クローン48遺伝子特異的領域(小文字はT7プロモーター配列)
(5'-5'-taatacgactcactatagggagaccacGCACC AATAGATGCA CGAGA-3')(配列番号3)、
3'側:T7プロモーター配列+クローン48遺伝子特異的領域
(5'-taatacgactcactatagggagaccac GCAGAAGGTTCAGGAGCAAC-3')(配列番号4)
dsRNAのインビトロ合成にはRibomax Express kit (Promega)を用いた。dsRNAをフェノール-クロロホルム-イソプロパノール抽出によって精製し、RNAse-フリー水に溶解した。
In vitro synthesis of dsRNA
In vitro preparation of dsRNA is described in R. Carthew and J. Kennerdell. (http://www.bioexchange.com/tools/protocol_detail. cfm? protocol_id = 31 # MMB101.
). Briefly, clone 48dsRNA was generated in vitro using the following PCR primers (see dashed line in FIG. 5):
5 'side: T7 promoter sequence + clone 48 gene specific region (lower case is T7 promoter sequence)
(5'-5'-taatacgactcactatagggagaccacGCACC AATAGATGCA CGAGA-3 ') (SEQ ID NO: 3),
3 'side: T7 promoter sequence + clone 48 gene specific region
(5'-taatacgactcactatagggagaccac GCAGAAGGTTCAGGAGCAAC-3 ') (SEQ ID NO: 4)
Ribomax Express kit (Promega) was used for in vitro synthesis of dsRNA. dsRNA was purified by phenol-chloroform-isopropanol extraction and dissolved in RNAse-free water.

オウレンプロトプラストへの形質転換
オウレンプロトプラストを継代3週目のSMT細胞から、細胞壁消化用溶液(0.4% オノズカセルラーゼ R10 (Yakult Pharmaceutical Ind. Co.), 0.2% Macerozyme R10 (Yakult Pharmaceutical Ind. Co.), 0.01% Pectolyase, 0.6 M ソルビトール, 20 mM MES (pH 5.5)および 5 mM MgCl2を含有)を用いて調製した。約1gの細胞を10 mlの該溶液中で一晩28℃でインキュベートしてプロトプラストを得た。
Transformation of Ouren Protoplasts From SMT cells at the third week of passage, cell wall digestion solution (0.4% Onozuka cellulase R10 (Yakult Pharmaceutical Ind. Co.), 0.2% Macerozyme R10 (Yakult Pharmaceutical Ind. Co. ), 0.01% Pectolyase, 0.6 M sorbitol, 20 mM MES (pH 5.5) and 5 mM MgCl 2 ). Approximately 1 g of cells was incubated overnight at 28 ° C. in 10 ml of the solution to obtain protoplasts.

dsRNAのプロトプラストへの導入は、Chiu et al. Curr. Biol.,6, 325-330 (1996)に記載のようにして行った。簡単に説明すると、W5溶液(154 mM NaCl, 125 mM CaCl2.2H2O, 5 mM KCl および5 mMグルコース)で3回洗浄した後、プロトプラストをMaCaM 溶液に(0.4M マンニトール, 20 mM CaCl2.2H2Oおよび 5 mM MES(pH 5.8))に、2 x 106 プロトプラスト/mlにて懸濁した。 dsRNA was introduced into protoplasts as described in Chiu et al. Curr. Biol., 6, 325-330 (1996). Briefly, after washing 3 times with W5 solution (154 mM NaCl, 125 mM CaCl 2 .2H 2 O, 5 mM KCl and 5 mM glucose), the protoplasts were added to MaCaM solution (0.4M mannitol, 20 mM CaCl 2 Suspended in 2 H 2 O and 5 mM MES (pH 5.8) at 2 × 10 6 protoplasts / ml.

dsRNAとプロトプラストを MaCaM溶液中で穏やかに混合し、等量のポリエチレングリコール(PEG)溶液(40% PEG、0.4 Mマンニトール 0.1 M Ca(N03)2.4H20、pH 10に溶解)を少しずつ添加した。穏やかに混合した後プロトプラストを28℃で30分インキュベートし、遠心後、4mlのW5溶液に再懸濁した。28℃、40 rpmにて24または72時間インキュベートした後、プロトプラストを回収し、標的クローン48、様々なアルカロイド生合成系遺伝子(具体的には、TYDC(チロシンデカルボキシラーゼ、NCS(ノルコクラウリン合成酵素)、6OMT(ノルコクラウリン-6-O-メチルトランスフェラーゼ)、CNMT(コクラウリン-N-メチルトランスフェラーゼ)、CYP80B2(チトクロームP450 80B2:N-メチルコクラウリン-3'-ヒドロキシラーゼ)、4'OMT((S)-3'-ヒドロキシ-N-メチルコクラウリン-4'-O-メチルトランスフェラーゼ)、BBE(ベルベリンブリッジ酵素)、SMT(スコウレリン-9-O-メチルトランスフェラーゼ)、CYP719A(チトクロームP450 719A:カナディン合成酵素)。それぞれが関与する工程については、図7を参照)、およびコントロールとしてアルカロイド生合成に関係のないGAPDH、アクチンの転写レベルを測定した。 The dsRNA and protoplasts were mixed gently at MaCaM solution, an equal volume of polyethylene glycol (PEG) solution (40% PEG, 0.4 M mannitol 0.1 M Ca (N0 3) dissolved in 2 .4H 2 0, pH 10) slightly Added in increments. After gentle mixing, the protoplasts were incubated at 28 ° C. for 30 minutes, centrifuged and resuspended in 4 ml of W5 solution. After incubating at 28 ° C. and 40 rpm for 24 or 72 hours, protoplasts are recovered, and target clone 48, various alkaloid biosynthesis genes (specifically, TYDC (tyrosine decarboxylase, NCS (norcoclaurine synthase)) ), 6OMT (norcoclaurin-6-O-methyltransferase), CNMT (coclaurin-N-methyltransferase), CYP80B2 (cytochrome P450 80B2: N-methylcoclaurin-3'-hydroxylase), 4'OMT (( S) -3'-hydroxy-N-methylcoclaurine-4'-O-methyltransferase), BBE (berberine bridge enzyme), SMT (scourelin-9-O-methyltransferase), CYP719A (cytochrome P450 719A: canadine synthesis) Enzymes), see Figure 7 for the processes involved, and GA as a control not related to alkaloid biosynthesis PDH and actin transcription levels were measured.

トータルRNAの抽出および逆転写およびRT-PCR
約2〜7μgのトータルRNAを3〜4 x 105 のオウレンプロトプラストからRNeasy kit (Qiagen)を用いて製造業者の指示に従って抽出した。DNAse Iで処理した後、10 μlのアリコットをSuperscript III (Invitrogen)を用いた逆転写に供した。逆転写は42℃で行った。
Total RNA extraction and reverse transcription and RT-PCR
About 2-7 μg of total RNA was extracted from 3-4 × 10 5 Ouren protoplasts using RNeasy kit (Qiagen) according to the manufacturer's instructions. After treatment with DNAse I, 10 μl aliquots were subjected to reverse transcription using Superscript III (Invitrogen). Reverse transcription was performed at 42 ° C.

PCRはGoTaq DNAポリメラーゼ(Promega, USA)を用いてPE 9700 (Perkin-Elmer)中にて行った。各酵素について用いたプライマーについては以下に例示する。
SMT; (GGATTTCTTTCAGTATGCTGG およびTCTCTATCCGTCTCCCAATC), (配列番号5および6)
4'OMT; (ATGTTCTGGACATCAAAGCTCおよびACCAACATCAACAAGTGAGTC), (配列番号7および8)
6OMT; (GCAGTGCAACTTGATCTAGCCおよびAGCTGGTTTTTCTCAGGGTGC), (配列番号9および10)
CNMT; (GCAACAGAGGTTGAGACCTTG およびGCTGCTAGTCCTTTCTGGATG) (配列番号11および12)。
転写産物の量は、DyNAmoHS SybrGreen qPCRキットならびにMJ Research CFD-0200LCXを用いたリアルタイムPCRにより定量を行った。結果を図6および図7に示す。
PCR was performed in PE 9700 (Perkin-Elmer) using GoTaq DNA polymerase (Promega, USA). The primers used for each enzyme are exemplified below.
SMT; (GGATTTCTTTCAGTATGCTGG and TCTCTATCCGTCTCCCAATC), (SEQ ID NO: 5 and 6)
4'OMT; (ATGTTCTGGACATCAAAGCTC and ACCAACATCAACAAGTGAGTC), (SEQ ID NO: 7 and 8)
6OMT; (GCAGTGCAACTTGATCTAGCC and AGCTGGTTTTTCTCAGGGTGC), (SEQ ID NO: 9 and 10)
CNMT; (GCAACAGAGGTTGAGACCTTG and GCTGCTAGTCCTTTCTGGATG) (SEQ ID NOs: 11 and 12).
The amount of transcript was quantified by real-time PCR using the DyNAmoHS SybrGreen qPCR kit and MJ Research CFD-0200LCX. The results are shown in FIG. 6 and FIG.

図6は、クローン48のdsRNAを導入した株でのクローン48、生合成系と関係のないGAPDHおよびアクチンの発現レベルを示す。クローン48のdsRNAの導入により、RNAi現象が効果的にクローン48の発現を阻害することが確認される。また、生合成系と関係のない遺伝子(アクチン、GAPDH)の発現はクローン48の発現レベルの抑制によっては影響を受けないことが確認された。   FIG. 6 shows the expression levels of clone 48, GAPDH and actin unrelated to the biosynthetic system in the clone-introduced dsRNA-introduced strain. By introducing the dsRNA of clone 48, it is confirmed that the RNAi phenomenon effectively inhibits the expression of clone 48. It was also confirmed that the expression of genes (actin, GAPDH) not related to the biosynthetic system was not affected by the suppression of the expression level of clone 48.

図7は、クローン48のdsRNAを導入した株での様々なベルベリン生合成系遺伝子の発現レベルを示す。クローン48の発現をRNAiにより抑制することによって、ベルベリン生合成系の遺伝子の発現がすべて抑制されることが確認された。これらの実験からクローン48がベルベリン生合成系を正に調節する包括的な転写因子であることが支持された。   FIG. 7 shows the expression levels of various berberine biosynthetic genes in strains into which clone 48 dsRNA was introduced. It was confirmed that by suppressing the expression of clone 48 with RNAi, the expression of all genes of the berberine biosynthesis system was suppressed. These experiments supported that clone 48 is a comprehensive transcription factor that positively regulates the berberine biosynthesis system.

以上のように本発明者らは、本発明による新規タンパク質がイソキノリンアルカロイド生合成酵素発現に関わる転写活性化因子であることを明らかにした。   As described above, the present inventors have clarified that the novel protein according to the present invention is a transcriptional activator involved in isoquinoline alkaloid biosynthetic enzyme expression.

本発明により、イソキノリンアルカロイド生合成系の転写因子をコードする遺伝子が提供される。かかる遺伝子の単離により、医薬品原料として有用なイソキノリンアルカロイドを工業的に大量生産する手段が確保されることになり、医薬品産業へ大きく貢献できる可能性を有している。   According to the present invention, a gene encoding a transcription factor of an isoquinoline alkaloid biosynthesis system is provided. By isolating such a gene, a means for industrially mass-producing isoquinoline alkaloids useful as a raw material for pharmaceuticals will be secured, which has the potential to greatly contribute to the pharmaceutical industry.

イソキノリンアルカロイド生合成経路を示す図である。It is a figure which shows an isoquinoline alkaloid biosynthesis pathway. 本発明による転写因子をコードするクローン48の全長ヌクレオチド配列を示す図である。FIG. 3 shows the full-length nucleotide sequence of clone 48 encoding a transcription factor according to the present invention. ベルベリン生産性の異なる株におけるクローン48の発現量を示す図である。It is a figure which shows the expression level of the clone 48 in the strain | stump | stock from which berberine productivity differs. ベルベリン生産性の異なる株における生合成酵素の1つ、4'OMTの発現量を示す図である。It is a figure which shows the expression level of 4'OMT of one of the biosynthetic enzymes in the strain from which berberine productivity differs. 本発明による転写因子をコードするクローン48および実施例に用いたプライマーを示す図である。It is a figure which shows the primer used for the clone 48 which codes the transcription factor by this invention, and an Example. 一過性RNAiによるクローン48の発現の特異的な抑制を示す図である。It is a figure which shows specific suppression of the expression of the clone 48 by transient RNAi. クローン48の発現減少に伴うイソキノリンアルカロイド生合成経路の遺伝子の発現抑制を示す図である。It is a figure which shows the expression suppression of the gene of the isoquinoline alkaloid biosynthesis pathway accompanying the expression reduction of the clone 48. FIG.

Claims (20)

配列番号1で表される塩基配列の第86〜772塩基からなるポリヌクレオチドを含む遺伝子。   A gene comprising a polynucleotide comprising the 86th to 772th bases of the base sequence represented by SEQ ID NO: 1. 配列番号1で表される塩基配列の第86〜772塩基からなるポリヌクレオチドにおいて1もしくは数個の塩基または塩基対が欠失、置換もしくは付加された塩基配列からなり、かつイソキノリンアルカロイド生合成系遺伝子発現を誘導する転写因子をコードするポリヌクレオチドを含む遺伝子。   An isoquinoline alkaloid biosynthetic gene comprising a nucleotide sequence in which one or several bases or base pairs have been deleted, substituted or added in a polynucleotide comprising the 86th to 772th bases of the base sequence represented by SEQ ID NO: 1 A gene comprising a polynucleotide encoding a transcription factor that induces expression. 配列番号1で表される塩基配列の第86〜772塩基からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ、イソキノリンアルカロイド生合成系遺伝子発現を誘導する転写因子をコードするポリヌクレオチドを含む遺伝子。   A polynucleotide encoding a transcription factor that hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide consisting of nucleotides 86 to 772 of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 and induces expression of an isoquinoline alkaloid biosynthesis system gene. Including genes. 配列番号1で表される塩基配列の第86〜772塩基からなるポリヌクレオチドとヌクレオチドレベルで90%以上の相同性を示し、かつ、イソキノリンアルカロイド生合成系遺伝子発現を誘導する転写因子をコードするポリヌクレオチドを含む遺伝子。 A polynucleotide encoding a transcription factor that exhibits 90 % or more homology at the nucleotide level with a polynucleotide comprising the 86th to 772th bases of the base sequence represented by SEQ ID NO: 1 and induces isoquinoline alkaloid biosynthesis gene expression A gene containing nucleotides. 以下の(a)または(b)のタンパク質をコードする遺伝子:
(a)配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号2で表されるアミノ酸配列において1もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつイソキノリンアルカロイド生合成系遺伝子発現を誘導する転写因子として作用するタンパク質。
Genes encoding the following proteins (a) or (b):
(A) a protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2,
(B) a protein comprising an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 and acting as a transcription factor for inducing the expression of an isoquinoline alkaloid biosynthesis system gene .
イソキノリンアルカロイド産生植物由来である請求項1から5のいずれかの遺伝子。   The gene according to any one of claims 1 to 5, which is derived from an isoquinoline alkaloid-producing plant. オウレン由来である請求項6の遺伝子。   The gene of claim 6, which is derived from auren. 以下の(c)または(d)のタンパク質:
(c)配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質、
(d)配列番号2で表されるアミノ酸配列において1もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつイソキノリンアルカロイド生合成系遺伝子発現を誘導する転写因子として作用するタンパク質。
The following protein (c) or (d):
(C) a protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2,
(D) a protein comprising an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 and acting as a transcription factor for inducing the expression of an isoquinoline alkaloid biosynthesis system gene .
以下の(e)または(f)のタンパク質:
(e)配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質、
(f)配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質とアミノ酸レベルで90%以上の相同性を示し、かつ、イソキノリンアルカロイド生合成系遺伝子発現を誘導する転写因子として作用するタンパク質。
The following protein (e) or (f):
(E) a protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2,
(F) A protein that exhibits 90 % or more homology at the amino acid level with a protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 and acts as a transcription factor that induces isoquinoline alkaloid biosynthesis gene expression.
請求項1から7のいずれかの遺伝子によってコードされるタンパク質。   A protein encoded by the gene of any one of claims 1 to 7. 請求項1から7のいずれかの遺伝子を含む組換えベクター。   A recombinant vector comprising the gene according to any one of claims 1 to 7. 請求項11の組換えベクターを含む形質転換植物細胞。   A transformed plant cell comprising the recombinant vector of claim 11. イソキノリンアルカロイド産生植物細胞である請求項12の形質転換植物細胞。   The transformed plant cell according to claim 12, which is an isoquinoline alkaloid-producing plant cell. オウレン細胞である請求項13の形質転換植物細胞。   The transformed plant cell according to claim 13, which is an auren cell. 請求項12から14のいずれかの形質転換植物細胞を培養し、細胞内でイソキノリンアルカロイド生合成系遺伝子発現を誘導する転写因子を過剰発現させる工程、および、得られる培養物からイソキノリンアルカロイドを採取する工程を含む、イソキノリンアルカロイドの生産方法。   A step of culturing the transformed plant cell according to any one of claims 12 to 14, overexpressing a transcription factor that induces isoquinoline alkaloid biosynthesis system gene expression in the cell, and collecting the isoquinoline alkaloid from the obtained culture A method for producing an isoquinoline alkaloid, comprising a step. イソキノリンアルカロイドがベルベリンである請求項15の方法。   16. The method of claim 15, wherein the isoquinoline alkaloid is berberine. 請求項12から14のいずれかの形質転換植物細胞を含む形質転換植物。   A transformed plant comprising the transformed plant cell according to claim 12. 形質転換植物が植物体、植物器官、植物組織または植物培養細胞である請求項17の形質転換植物。   The transformed plant according to claim 17, wherein the transformed plant is a plant, a plant organ, a plant tissue, or a plant cultured cell. 請求項1から7のいずれかの遺伝子の発現を阻害する工程を含む、植物においてイソキノリンアルカロイド生合成を阻害する方法。   A method for inhibiting isoquinoline alkaloid biosynthesis in a plant, comprising the step of inhibiting the expression of a gene according to any one of claims 1 to 7. 発現の阻害をRNAi法により行う請求項19の方法。 The method according to claim 19 , wherein the inhibition of expression is carried out by RNAi method.
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