JP4553126B2 - Matsunomadara beetle chitinase cDNA - Google Patents

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Description

この発明は、松くい虫防除のためのマツノマダラカミキリキチナーゼをコードするDNA、および該塩基配列から推定されるキチナーゼとして作用するタンパク質のアミノ酸配列に関する。   The present invention relates to a DNA encoding a pinewood spotted chitinase for controlling pine worms, and an amino acid sequence of a protein acting as a chitinase deduced from the base sequence.

アカマツ、クロマツ、リュウキウマツなどの日本在来のマツ類が被害にあう、松くい虫によるマツ枯損は、マツノザイセンチュウを主原因とすることが明らかになっている。マツノザイセンチュウは、マツノマダラカミキリにより媒介され、マツノマダラカミキリが、マツの小枝の皮をかじる(後食)際に、その後食痕から樹体内に侵入するとされている。マツノザイセンチュウは、マツの樹体内に侵入し増殖し、マツを弱らせるが、その弱ったマツがマツノマダラカミキリの産卵に適したものとなる。ふ化したマツノマダラカミキリの幼虫は、内樹皮を食害して松を枯らしてしまう。このように、マツノマダラカミキリとマツノザイセンチュウの共生により、マツ枯損は拡大されることになる。   It has been clarified that pine wilt caused by pine weevil is mainly caused by pine wood nematodes, which are damaged by Japanese pine species such as Japanese red pine, black pine, and Ryuki pine. The pinewood nematode is mediated by the pinewood beetle, and when the pinewood beetle bites the bark of the pine twig (after-eating), it is said that it will invade the tree from the traces. The pine wood nematode enters and grows in the pine tree and weakens the pine, but the weakened pine is suitable for spawning the pine wood beetle. The hatched pine beetle larvae eat the inner bark and die the pine. In this way, the pine wilt is increased by the symbiosis of the pinewood beetle and the pinewood nematode.

従来、マツ樹体内に侵入したマツノザイセンチュウやマツノマダラカミキリの幼虫を直接駆除して、マツの樹勢を回復させる方法として、天敵利用や誘引剤利用があるが、現在のところ実用段階に至ってはいない。また、薬剤の土壌施用は、予防効果が解明されているが、安全性が慎重に検討されている段階で使用は許可されていない。したがって、現在は、マツノマダラカミキリの後食を予防することによる、マツノザイセンチュウの侵入を防ぐ対策がなされている。すなわち、大規模の面積で、薬剤による危被害の恐れがない場合は、空中からスミチオンやセビモールなどの薬剤散布が行なわれ、小規模の面積,または薬剤による危被害の恐れがあるような場合は、樹冠までとどくような強力な噴霧機でスミチオンまたはバイジット等の薬剤を地上から散布している。しかしながら、このような防除方法は、人体へも悪影響を及ぼし、残留された農薬の環境汚染が問題となる。   Conventionally, there are natural enemies and attractants used as a method to restore the pine tree vigor by directly extermination of the pine wood nematode and pine wood beetle larvae that have invaded into the pine tree. Not in. In addition, the soil application of drugs has been elucidated for its preventive effect, but its use is not permitted when safety is carefully considered. Therefore, measures are currently being taken to prevent the invasion of pinewood nematodes by preventing the after-meal of pinewood beetle. In other words, if there is no danger of chemical damage in a large area, spraying of chemicals such as Sumithion and Cevimol is performed from the air, and if there is a risk of danger from a small area or chemical The sprayer is sprayed from the ground with a powerful sprayer that reaches the crown. However, such a control method has an adverse effect on the human body, and environmental pollution of the remaining agricultural chemicals becomes a problem.

キチナーゼは、キチン質を加水分解する酵素であり、節足動物及び甲殻類等の脱皮、植物の生体防御、微生物の生育等に利用されている。本発明者らは、すでにヤマイモ由来のキチナーゼが植物病原菌防除剤として有効であることを明らかにしている。(特許文献1)   Chitinase is an enzyme that hydrolyzes chitin, and is used for molting of arthropods and crustaceans, biological defense of plants, growth of microorganisms, and the like. The present inventors have already clarified that a chitinase derived from yam is effective as a phytopathogenic fungus control agent. (Patent Document 1)

本発明者らは、特許文献2で、上記ヤマイモ由来のキチナーゼをコードする遺伝子の塩基配列を明らかにし、ヤマイモ由来のキチナーゼがファミリー19に属することを見出している。   The present inventors have clarified the base sequence of the gene encoding the chitinase derived from the yam in Patent Document 2 and found that the chitinase derived from the yam belongs to the family 19.

生物を利用したキチナーゼの生産方法としては、すでにいくつか知られており、原生動物由来のキチナーゼをコードするDNAを利用するもの、(特許文献3)、遺伝子操作により細菌が生産するキチナーゼ
をコードするDNAを形成させ、これを用いてキチナーゼ を大量に製造する方法(特許文献4)、放線菌由来のキチナーゼを生産する方法(特許文献5)等がある。
Several methods for producing chitinase using organisms are already known, which use DNA encoding protozoan-derived chitinase (Patent Document 3), and encode chitinase produced by bacteria by genetic manipulation. There are a method of forming DNA and producing chitinase in large quantities using this (Patent Document 4), a method of producing actinomycetes-derived chitinase (Patent Document 5), and the like.

特開2000-109405公報JP 2000-109405 A 特開2003-250561公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-250561 特開平9-299091公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-299091 特開2004-298127公報JP 2004-298127 A 特開2000-093182公報JP2000-093182A

上記のように、従来の松くい虫防除剤は、有機合成化合物を利用した薬剤であり、人体や環境への影響が問題になっている。本発明は、マツノマダラカミキリキチナーゼのcDNAの塩基配列を解明し、その塩基配列からマツノマダラカミキリキチナーゼのアミノ酸配列を推定し、生物由来の、安全な松くい虫防除剤として有効なキチナーゼ薬剤の開発を可能にしようとするものである。   As described above, the conventional pine worm control agent is a drug using an organic synthetic compound, and its influence on the human body and the environment has become a problem. The present invention elucidates the base sequence of the pinewood spotted beetle chitinase cDNA, deduces the amino acid sequence of the pine beetle beetle chitinase from the base sequence, and develops a chitinase drug effective as a safe pine worm control agent derived from an organism. Is to make it possible.

本発明は、配列番号1または3に示される塩基配列を有するDNAを要旨とする。   The gist of the present invention is a DNA having the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 3.

上記塩基配列が、マツノマダラカミキリに由来し、キチナーゼAまたはキチナーゼBの遺伝子のコーディング領域の塩基配列であり、その場合、本発明は、配列番号1または3に示される、マツノマダラカミキリに由来し、キチナーゼAまたはキチナーゼBの遺伝子のコーディング領域の塩基配列を有するDNAを要旨とする。   The above-mentioned base sequence is derived from the Japanese pine beetle, and is the base sequence of the coding region of the chitinase A or chitinase B gene. In this case, the present invention is derived from the pine-nosed beetle shown in SEQ ID NO: 1 or 3. The gist is DNA having the base sequence of the coding region of the chitinase A or chitinase B gene.

配列番号1または3に示される塩基配列において、1若しくは数個の塩基が欠失、置換若しくは付加された塩基配列からなり、かつキチナーゼとして作用するタンパク質をコードすることを特徴としており、その場合、本発明は、配列番号1または3に示される塩基配列において、より具体的には、マツノマダラカミキリに由来し、キチナーゼAまたはキチナーゼBの遺伝子のコーディング領域の塩基配列を有する配列番号1または3に示される塩基配列において、1若しくは数個の塩基が欠失、置換若しくは付加された塩基配列からなり、かつキチナーゼとして作用するタンパク質をコードする塩基配列からなるDNAを要旨とする。   The base sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 3 is characterized by encoding a protein consisting of a base sequence in which one or several bases are deleted, substituted or added, and acting as a chitinase, The present invention relates to the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 3, more specifically, SEQ ID NO: 1 or 3 derived from the pinewood beetle and having the nucleotide sequence of the coding region of the chitinase A or chitinase B gene. The gist of the present invention is DNA consisting of a base sequence in which one or several bases are deleted, substituted or added, and a base sequence encoding a protein acting as a chitinase.

昆虫キチナーゼ(family18)の共通配列(conserved region 2)を含むことを特徴としており、その場合、本発明は、配列番号1または3に示される塩基配列、より具体的には配列番号1または3に示される、マツノマダラカミキリに由来し、キチナーゼAまたはキチナーゼBの遺伝子のコーディング領域の塩基配列、あるいは配列番号1または3に示される塩基配列において、1若しくは数個の塩基が欠失、置換若しくは付加された塩基配列からなり、かつキチナーゼとして作用するタンパク質をコードする塩基配列であって、昆虫キチナーゼ(family18)の共通配列(conserved region 2)を含むことを特徴とするDNAを要旨とする。   Including the consensus sequence (conserved region 2) of insect chitinase (family 18), in this case, the present invention provides the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 3, more specifically, SEQ ID NO: 1 or 3. The base sequence of the coding region of the chitinase A or chitinase B gene, or the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 3 is deleted, substituted or added in the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 3 The gist of the present invention is a DNA comprising a base sequence that encodes a protein that acts as a chitinase and that contains a consensus sequence (conserved region 2) of an insect chitinase (family 18).

上記DNA配列の相補的な配列からなることを特徴としており、その場合、本発明は、配列番号1または3に示される塩基配列、より具体的には配列番号1または3に示される、マツノマダラカミキリに由来し、キチナーゼAまたはキチナーゼBの遺伝子のコーディング領域の塩基配列、あるいは配列番号1または3に示される塩基配列において、1若しくは数個の塩基が欠失、置換若しくは付加された塩基配列からなり、かつキチナーゼとして作用するタンパク質をコードする塩基配列、好ましくは昆虫キチナーゼ(family18)の共通配列(conserved region 2)を含むことを特徴とする塩基配列からなるDNA配列の相補的な配列からなるDNAを要旨とする。   In this case, the present invention relates to a base sequence represented by SEQ ID NO: 1 or 3, more specifically, matsunomadara represented by SEQ ID NO: 1 or 3. From the base sequence of the coding region of the chitinase A or chitinase B gene derived from beetle, or the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 3, wherein one or several bases are deleted, substituted or added A DNA comprising a sequence complementary to a DNA sequence comprising a base sequence encoding a protein acting as a chitinase, preferably a consensus sequence (conserved region 2) of an insect chitinase (family 18) Is the gist.

また、本発明は、上記のいずれかのDNAによってコードされ、かつキチナーゼとして作用するタンパク質を要旨とする。   The gist of the present invention is a protein encoded by any of the above DNAs and acting as a chitinase.

さらにまた、本発明は、上記のいずれかのDNAによってコードされ、かつキチナーゼとして作用するタンパク質であって以下の(a)ないし(d)のいずれかのタンパク質からなるタンパク質を要旨とする。
(a)配列表の配列番号2に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質。
(b)配列表の配列番号2に記載されたアミノ酸配列において、1若しく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、かつキチナーゼ活性を有するタンパク質。
(c)配列表の配列番号4に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質。
(d)配列表の配列番号4に記載されたアミノ酸配列において、1若しく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、かつキチナーゼ活性を有するタンパク質。
Furthermore, the gist of the present invention is a protein encoded by any one of the above-described DNAs and acting as a chitinase, which is composed of any one of the following proteins (a) to (d).
(A) A protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing.
(B) A protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing and having chitinase activity.
(C) A protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 4 in the sequence listing.
(D) A protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 4 in the sequence listing and having chitinase activity.

生後(産卵後)40日のマツノマダラカミキリの幼虫から、2種類のキチナーゼ(Chitinase A,Chitinase B)をクローニングした。マツノマダラカミキリの幼虫のキチナーゼは、2種類とも他の昆虫のキチナーゼがもっているキチン結合領域(chitin binding domain)をその配列の中に持っていなかった。
本発明により、マツノマダラカミキリキチナーゼのcDNAの塩基配列、およびその塩基配列から推定されるマツノマダラカミキリキチナーゼのアミノ酸配列を提供することができ、それゆえ本発明は、マツノマダラカミキリ由来のファミリー18に属する新規なキチナーゼをコードする遺伝子を提供することができる。その塩基配列から推定されるアミノ酸配列をもったマツノマダラカミキリキチナーゼを生産する可能性が出てきたのであり、生物由来の、安全な松くい虫防除剤として有効なキチナーゼ薬剤の開発の第一歩に寄与することができた。
Two types of chitinases (Chitinase A and Chitinase B) were cloned from the larvae of the pine beetle 40 days after birth (after laying eggs). The larva chitinase of the Japanese pine beetle larva did not have a chitin binding domain in its sequence, which both chitinases of other insects have.
According to the present invention, it is possible to provide the nucleotide sequence of the pinewood beetle chitinase cDNA and the amino acid sequence of the pinewood beetle chitinase deduced from the nucleotide sequence. A gene encoding the novel chitinase to which it belongs can be provided. The possibility of producing a pinewood spotted beetle chitinase with an amino acid sequence deduced from its base sequence has emerged, and the first step in the development of a chitinase drug effective as a safe pine worm control agent derived from organisms Was able to contribute.

[キチナーゼ活性の出現]
マツノマダラカミキリのキチナーゼ遺伝子発現時期を解明するため、先ず、キチナーゼ活性が出現する時期を調べた。そのため、マツノマダラカミキリの幼虫を人工飼育し、キチナーゼ活性の生育に伴う毎日の変動を、native PAGE 上で活性染色により追跡した。その結果、産卵後、約40日に、キチナーゼ活性が急激に増加することが分かった。
[Appearance of chitinase activity]
In order to elucidate the expression time of the chitinase gene in the pine beetle, first, the time when the chitinase activity appears was examined. For this reason, larvae of the pine beetle beetle were artificially raised, and daily fluctuations associated with the growth of chitinase activity were followed by activity staining on native PAGE. As a result, it was found that chitinase activity increased rapidly about 40 days after egg laying.

[mRNAの単離とcDNAのクローニング]
キチナーゼの活性が見られた時期のマツノマダラカミキリの幼虫から全mRNAを抽出し、つぎにmRNA特有のPoly A tail に結合するオリゴTをプライマーに用いてRT-PCR によりcDNAを合成した。その中から、キチナーゼのcDNAを選ぶため、これまで報告されている昆虫キチナーゼ、特に甲虫のキチナーゼのアミノ酸配列からPCR用のプライマーをデザインした。そのプライマーを用いて、3‘RACE法と5’RACE法により、マツノマダラカミキリ全長のcDNAを得た。さらに、情報に従い塩基配列を解読した。
その結果、キチナーゼAとBは、それぞれ、オープンリーディングフレームは1116と1164bpであり、それらのキチナーゼは371と387個のアミノ酸残基からなり、推定分子量は41.5と42.3 kDa、推定pIは、4.36と4.45の酸性キチナーゼであることが分かった。また、ファミリー18に特有のConserved region 1と2が見られた。マツノマダラカミキリは、これまで昆虫で報告されているようにファミリー18キチナーゼを発現していることが分かった。
[Isolation of mRNA and cloning of cDNA]
Total mRNA was extracted from the larvae of the pine beetle at the time when the activity of chitinase was observed, and then cDNA was synthesized by RT-PCR using Oligo T binding to Poly A tail peculiar to mRNA as a primer. In order to select a chitinase cDNA, PCR primers were designed from the amino acid sequences of insect chitinases reported so far, particularly beetle chitinases. Using the primers, a full-length cDNA of the pinewood beetle was obtained by the 3′RACE method and the 5′RACE method. Furthermore, the base sequence was decoded according to the information.
As a result, chitinase A and B have an open reading frame of 1116 and 1164 bp, respectively, and their chitinase consists of 371 and 387 amino acid residues, the estimated molecular weights are 41.5 and 42.3 kDa, and the estimated pI is 4.36. It was found to be 4.45 acid chitinase. Conserved regions 1 and 2 unique to Family 18 were also seen. The pinewood beetle was found to express family 18 chitinases as previously reported in insects.

[考察]
マツノマダラカミキリキチナーゼのC末端側に、カイコやタバコスズメガの鱗翅目キチナーゼで見られるようなキチン結合領域が欠損していることであった。また、マツノマダラカミキリのキチナーゼが同じ甲虫のSpruce beetle のキチナーゼと同様にキチン結合領域を欠損していることから、甲虫の脱皮においては、キチナーゼの作用においてこのキチン結合領域が無くても良いのかなど、今後の解明が期待される。さらに、この知見は、マツノマダラカミキリに対するバイオ農薬の開発においても重要と思われる。
[Discussion]
The chitin-binding region found in the lepidopterous chitinases of silkworms and tobacco tin mega was deficient on the C-terminal side of the pinewood spotted chitinase. In addition, the chitinase of the pine beetle beetle lacks the chitin-binding region in the same way as the Spruce beetle chitinase of the same beetle, so in the beetle molting, it is not necessary to have this chitin-binding region in the action of chitinase, etc. Future elucidation is expected. In addition, this finding may be important in the development of bio-pesticides for the pinewood beetle.

本発明のDNAとしては、配列表の配列番号1または3に表示の塩基配列を有するDNA、キチナーゼA及びキチナーゼBの遺伝子のコーディング領域の塩基配列であって、配列番号1または3表示の塩基配列(塩基)を有する遺伝子が含まれる。また、上記遺伝子の塩基配列とストリンジェントの条件下でハイブリダイズし、かつ類似の活性を有するものが含まれる。   The DNA of the present invention includes DNA having the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 3 in the sequence listing, the nucleotide sequence of the coding region of the chitinase A and chitinase B genes, and the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 3 A gene having (base) is included. Also included are those that hybridize with the base sequence of the above gene under stringent conditions and have similar activity.

さらに、本発明のアミノ酸配列には、配列表の配列番号2または4に表示のアミノ酸配列、ならびに、マツノマダラカミキリ由来キナーゼ活性を有し、かつ配列表の配列番号2または4に表示のアミノ酸配列にアミノ酸の置換、削除、付加、挿入を行って得られる誘導体を包含するアミノ酸配列が含まれる。   In addition, the amino acid sequence of the present invention includes the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or 4 in the sequence listing, and the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or 4 in the pine wood beetle-derived kinase activity. Includes amino acid sequences including derivatives obtained by amino acid substitution, deletion, addition, and insertion.

本発明のDNAの好ましい態様は、キチナーゼをコードする新規な遺伝子であり、微生物中で該遺伝子を発現させることを可能にする遺伝子として高い有用性を有することが期待される。
たとえば、本発明のキチナーゼ遺伝子を微生物プラスミドに組み込むことにより、微生物によりこの遺伝子を発現させることが期待できる。このようなプラスミドは、宿主微生物において機能する(自律複製する)複製起源を少なくとも有していなければならない。また、形質転換株を選択する際のマーカーとして用いる選択マーカー遺伝子を有していることが極めて望ましい。選択マーカー遺伝子としては抗生物質耐性等を賦与することができる遺伝子、例えば、アンピシリン耐性遺伝子、テトラサイクリン耐性遺伝子等が良く知られている。更に、前記プラスミドは、構造遺伝子を発現させることができるプロモーター配列を有していることが多いが、プロモーター配列を構造遺伝子とともに挿入しても良い。以上の技術はよく知られているものであり、当業者はこれらの技術の中で適切なものを選択し、使用することができる。
A preferred embodiment of the DNA of the present invention is a novel gene encoding chitinase, and is expected to have high utility as a gene that allows the gene to be expressed in microorganisms.
For example, by incorporating the chitinase gene of the present invention into a microbial plasmid, it can be expected that the gene is expressed by a microorganism. Such a plasmid must have at least an origin of replication that functions (autonomously replicates) in the host microorganism. In addition, it is highly desirable to have a selection marker gene used as a marker when selecting a transformed strain. As selection marker genes, genes that can confer antibiotic resistance and the like, for example, ampicillin resistance genes, tetracycline resistance genes, and the like are well known. Furthermore, the plasmid often has a promoter sequence capable of expressing the structural gene, but the promoter sequence may be inserted together with the structural gene. The above techniques are well known, and those skilled in the art can select and use an appropriate one of these techniques.

プラスミドは、微生物細胞内に導入されて微生物細胞内で機能する。プラスミドを微生物細胞内に導入する方法は良く知られており、当業者はそれら既知の方法の中から適切なものを選択し、使用することができる。宿主微生物は、バチラス・サチラス、エシェリヒア・コリ(以下「大腸菌」)、サッカロマイセス・セレビシエが良く知られ、使用されている。特に大腸菌は、遺伝子の増幅、選択に多く用いられる。枯草菌、大腸菌、酵母等の宿主の具体例と用いられるプラスミドの具体例は、数多くの文献に記載されており、当業者はそれらの中から適切なものを選択し、使用することができる。   The plasmid is introduced into the microbial cell and functions in the microbial cell. Methods for introducing plasmids into microbial cells are well known, and those skilled in the art can select and use an appropriate one of these known methods. As host microorganisms, Bacillus subtilis, Escherichia coli (hereinafter referred to as “E. coli”), and Saccharomyces cerevisiae are well known and used. In particular, Escherichia coli is often used for gene amplification and selection. Specific examples of hosts such as Bacillus subtilis, Escherichia coli and yeast and specific examples of plasmids to be used are described in many documents, and those skilled in the art can select and use appropriate ones.

プラスミドにより形質転換された微生物を培養してキチナーゼを得ることは特殊な方法である必要はない。即ち、上記微生物が良く生育できる培地及び条件下でこの微生物を培養し、培地中に、細胞内に又は細胞膜周辺にあるキチナーゼを採取する。キチナーゼ等のポリペプチドを単離、精製する方法もまた良く知られた方法があり、当業者は、これらの既知の方法を組み合わせることにより単離、精製することができる。   It does not have to be a special method to obtain a chitinase by culturing a microorganism transformed with a plasmid. That is, this microorganism is cultured under a medium and conditions under which the microorganism can grow well, and chitinase in the cell or around the cell membrane is collected in the medium. There are also well-known methods for isolating and purifying polypeptides such as chitinase, and those skilled in the art can isolate and purify them by combining these known methods.

以上のようにして得られる本発明のキチナーゼは、昆虫表皮キチンのみならず中腸の栄養囲膜キチンを加水分解する作用を持つことから、昆虫防除剤として使用することができる。昆虫防除剤として使用する場合は、キチナーゼ含む他の材料を、高圧または低圧の噴霧、注入、被覆、散布、および浸漬を含む処理法によって、マツノマダラカミキリに直接与えるかあるいは、マツの幹に適用することができる。   The chitinase of the present invention obtained as described above has an action of hydrolyzing not only insect epidermis chitin but also nutrient envelope chitin in the midgut, and therefore can be used as an insect control agent. When used as an insect control agent, other materials containing chitinase can be given directly to the pine beetle or applied to pine trunks by treatment methods including high-pressure or low-pressure spraying, pouring, coating, spraying, and dipping. can do.

以下、本発明を実施例により、さらに具体的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。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

実験手法(図1参照)
1.マツノマダラカミキリにおけるキチナーゼの出現時期の特定
マツノマダラカミキリ幼虫を産卵後から数えて60日間人工飼料で飼育した。キチナーゼのmRNAを単離するため、キチナーゼの出現時期を調べた。そのため、マツのマダラカミキリの幼虫を、その体重の3倍量の4℃の10mMのリン酸バッファー(pH 7.5)でホモゲナイズし、遠心分離(10,000rpm、10分間)によりその上澄みを集めた。その上澄み(10micro L)を中酸性用のnative PAGEで分離後、基質(glycol chitin)入りのゲルに電気でトランスブロットし、キチナーゼの活性染色を行った。キチナーゼの活性バンドは
Fluostain(キチンに結合して、紫外線照射により青い蛍光を出す蛍光色素)で染色して検出した。キチナーゼ活性の検出方法については、下記論文に基づいた
(D. Koga et al.: Induction pattern of chitinases in yam callus by inoculation with autoclaved Fusarium oxysporum, ethylene, and chitin and chitosan oligosaccharides. Biosci. Biotechnol. Biochem., 56, 280-285 (1992) )。
Experimental method (see Fig. 1)
1. Identification of the time of appearance of chitinase in the Japanese pine beetle The Japanese pine beetle larvae were bred on artificial diet for 60 days after laying. In order to isolate chitinase mRNA, the appearance time of chitinase was examined. Therefore, pine spotted beetle larvae were homogenized with 10 mM phosphate buffer (pH 7.5) at 4 ° C., 3 times the body weight, and the supernatant was collected by centrifugation (10,000 rpm, 10 minutes). The supernatant (10 microL) was separated by neutral PAGE for medium acidity, and then electroblotted onto a gel containing a substrate (glycol chitin) to perform activity staining of chitinase. The active band of chitinase is
Detection was performed by staining with Fluostain (a fluorescent dye that binds to chitin and emits blue fluorescence when irradiated with ultraviolet light). The detection method of chitinase activity was based on the following paper (D. Koga et al .: Induction pattern of chitinases in yam callus by inoculation with autoclaved Fusarium oxysporum, ethylene, and chitin and chitosan oligosaccharides. Biosci. Biotechnol. Biochem., 56, 280-285 (1992)).

検出結果を図2に示す。産卵後から39から40日後に高いキチナーゼ活性(2バンド以上)が見られた。   The detection results are shown in FIG. High chitinase activity (more than 2 bands) was observed 39 to 40 days after egg laying.

2.マツノマダラカミキリにおけるキチナーゼのmRNA抽出
キチナーゼが発現されている産卵後40日目の液体窒素で凍らせた幼虫20mgを乳鉢で粉砕し、RNAeasy Mini Kit (QIAGEN)を用いて、全RNAを抽出した。
2. Extraction of mRNA for chitinase in Japanese pine beetle 20 mg of larvae frozen with liquid nitrogen on the 40th day after egg laying where chitinase was expressed was ground in a mortar and total RNA was extracted using RNAeasy Mini Kit (QIAGEN).

3.3’RACE法(3’Rapid amplification of cDNA ends)によるcDNAの配列決定
まず、マツノマダラカミキリキチナーゼのmRNAの3’側の配列を明らかにするため、3’側のprimerとしては、mRNAに共通したpoly A tailに相補的なoligo dTにアダプターを付加したものを用いて、また、前項2で作成した全RNAを鋳型として、Omniscript RT kit(QIAGEN)を用いて、RT-PCRと2本鎖のcDNAの合成まで行った(図3参照)。
3. Sequencing of cDNA by 3'RACE method (3'Rapid amplification of cDNA ends) First, in order to clarify the 3'-side sequence of the pinewood spotted beetle chitinase mRNA, Using an oligo dT complementary to a common poly A tail with an adapter added, and using the total RNA prepared in 2 above as a template, Omniscript RT kit (QIAGEN) and RT-PCR The strand cDNA was synthesized (see FIG. 3).

さらに、そのcDNAを鋳型にして、5’側のprimerとして、数種の昆虫キチナーゼ(family 18)共通配列(conserved region 2)からDegenerate primerを作成して用い(図4,5参照)、一方、3’側のprimerとしては、上記のアダプターを用いてPCR(2.5U Taq
DNA polymerase, 10 mM Tris-HCl. PH 8.3, 1.5 mM MgCl2, 50mM KCl, 0.2mM dNTPs, 100 p mole each primer)を行った(図3の下の部分の反応)。そして、そのPCR産物(そのアガロース電気泳動の結果は図6)を、大腸菌を用いてサブクローニングし、その塩基配列を決定した。その結果、マツノマダラカミキリキチナーゼのmRNAと思われる塩基配列を得ることができた(図7)。
Furthermore, using the cDNA as a template, a degenerate primer was created from several insect chitinase (family 18) consensus sequence (conserved region 2) as a 5′-side primer (see FIGS. 4 and 5), As the 3 'primer, PCR (2.5U Taq
DNA polymerase, 10 mM Tris-HCl. PH 8.3, 1.5 mM MgCl2, 50 mM KCl, 0.2 mM dNTPs, 100 p mole each primer) (reaction in the lower part of FIG. 3). Then, the PCR product (the result of the agarose electrophoresis is FIG. 6) was subcloned using E. coli, and the base sequence was determined. As a result, a base sequence that was considered to be the mRNA of the pinewood spotted beetle chitinase could be obtained (FIG. 7).

4.5’RACE法(5’Rapid amplification of cDNA ends)によるcDNAの配列決定
mRNAの5’側の塩基配列を明らかにするために、5’RACE法を用いた(図8、9)。図8、9に示される方法は、前項2で抽出した全RNAを鋳型として、Omniscript RT kit(QIAGEN)を用いて、RT-PCRと2本鎖のcDNAの合成まで行ったところまでは3’RACE法と同じであるが、異なる点は.RT-PCR後、5’側にterminal deoxynucleotidyl transferase を用いてoligo dCを付加した点である。これを鋳型とし、5’側のprimerには、その相補塩基配列にアダプターを付加したもの(2nd PCRからはアダプターのみ)をprimerとし、一方、3’側のprimerは3’RACE法で解明された塩基配列を基にして作成したものを用いて、PCRを行った。
4. Sequencing of cDNA by 5'RACE method (5'Rapid amplification of cDNA ends)
In order to clarify the 5 ′ base sequence of mRNA, 5′RACE method was used (FIGS. 8 and 9). 8 and 9, the total RNA extracted in the previous item 2 was used as a template, and Omni-script RT kit (QIAGEN) was used to perform RT-PCR and double-stranded cDNA synthesis until 3 '. Same as the RACE method, but the differences are. After RT-PCR, oligo dC was added to the 5 ′ side using terminal deoxynucleotidyl transferase. This was used as a template, 'the side primer, obtained by adding an adapter to its complementary nucleotide sequence (2 nd from PCR adapter only) as primer, whereas the 3' 5 Elucidation primer side in 3'RACE method PCR was carried out using a product prepared on the basis of the prepared base sequence.

そのPCR産物(そのアガロース電気泳動の結果は図10)を大腸菌にサブクローニングして、塩基配列を解析した(図11、12)。   The PCR product (the result of the agarose electrophoresis shown in FIG. 10) was subcloned into Escherichia coli, and the nucleotide sequence was analyzed (FIGS. 11 and 12).

5.cDNA全長配列決定
マツノマダラカミキリキチナーゼのmRNAの全長を解析するため、5’RACE法により解明された塩基配列を基に合成した5’側のprimerと 3’RACE法で用いたアダプターを3‘側のprimerに用い、また、3’RACE法により作成したcDNA(first strand cDNA)を鋳型にして、信頼性の高いDNA polymerase のElongase Enzyme Mixture (GIBCO BRL)を用いてPCRを行った(図13)。
5). cDNA full-length sequencing To analyze the total length of the pinewood swordfish chitinase mRNA, the 5 'primer synthesized on the basis of the 5' RACE method and the adapter used in the 3 'RACE method are used on the 3' side. PCR was carried out using the highly reliable DNA polymerase Elongase Enzyme Mixture (GIBCO BRL) using the 3'RACE cDNA (first strand cDNA) as a template (Fig. 13). .

そのPCR産物を、大腸菌にサブクローニングし、その塩基配列を解析した。その結果、図14、15に示す2つのマツノマダラカミキリキチナーゼのcDNAの塩基配列を明らかにすることができた(配列表配列番号1、2)。また、アミノ酸配列も推定することできた(配列表配列番号2、4)。このキチナーゼのアミノ酸配列から、2つともファミリー18キチナーゼであると再確認できた。しかし、このマダラカミキリのキチナーゼの特徴として、他の昆虫キチナーゼでみられている、C末端側に付加的に存在している、キチン結合領域を、2つとも持っていなかった(図16)。   The PCR product was subcloned into E. coli and the nucleotide sequence was analyzed. As a result, it was possible to clarify the nucleotide sequences of the cDNAs of the two pine swordfish chitinase shown in FIGS. The amino acid sequence could also be estimated (SEQ ID NO: 2, 4). From the amino acid sequence of this chitinase, it was reconfirmed that both were family 18 chitinases. However, as a feature of this spotted chitinase, it did not have two chitin-binding regions that are additionally present on the C-terminal side, which are found in other insect chitinases (FIG. 16).

「松くい虫」に関係するマツノマダラカミキリのキチナーゼのcDNAをクローニングすることができた。この遺伝子は、我々が「松くい虫対策」として開発を進めているバイオ農薬に必要な遺伝子である。この遺伝子によって産生されるマツノマダラカミキリのキチナーゼは元来自分自身の脱皮に必要な酵素であるが、口から摂取すると逆に自分自身の消化管を消化(分解)し、死に至ることが期待される(『毒をもって毒を制す』)。そのため、本発明のcDNAは、「松くい虫対策」における世界初のバイオ農薬として、価値があるものと期待される。   We were able to clone the pine wood beetle chitinase cDNA related to “pine weevil”. This gene is necessary for bio-pesticides that we are developing as a measure against “pine pine worms”. The pine wood beetle chitinase produced by this gene is originally an enzyme required for molting itself, but it is expected to digest (decompose) its own digestive tract when it is ingested, leading to death. ("Control poison with poison"). For this reason, the cDNA of the present invention is expected to be valuable as the world's first biopesticide in “control of pinworms”.

キチナーゼcDNAクローニングの流れを説明する図面である。It is drawing explaining the flow of chitinase cDNA cloning. 生後(産卵後)37〜42日のカミキリの幼虫を用いたキチナーゼ活性染色の結果を示す図面に代わる写真である。It is a photograph replaced with drawing which shows the result of the chitinase activity dyeing | staining using the beetle larvae 37-42 days after birth (post-laying). 逆転写(Reverse transcription)と3’RACE法の原理を説明する図面である。It is drawing explaining the principle of reverse transcription (Reverse transcription) and 3'RACE method. 典型的な糖加水分解酵素Family18キチナーゼの構造を説明する図面である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is drawing explaining the structure of typical sugar hydrolase Family18 chitinase. Region 2部分の配列比較と Degenerate primerの設計を説明する図面である。It is a drawing explaining the sequence comparison of Region 2 part and the design of Degenerate primer. 生後37〜40日のカミキリの幼虫を用いた3’RACEの結果を示す図面に代わる写真である。It is the photograph replaced with drawing which shows the result of 3'RACE using the beetle larvae 37 to 40 days after birth. 生後40日のカミキリの幼虫での3’RACE産物のシーケンスの結果1を示す図面である。It is drawing which shows the result 1 of the sequence of 3'RACE product in the beetle larvae 40 days after birth. 5’RACE法の原理を説明する図面である。It is drawing explaining the principle of 5'RACE method. 5’RACE法の原理を説明する図8の続きの図面である。FIG. 9 is a continuation of FIG. 8 for explaining the principle of the 5 ′ RACE method. 生後40日のカミキリの幼虫でのChitinase A,Chitinase Bそれぞれの5’RACEの結果を示す図面に代わる写真である。It is a photograph replacing a drawing showing the results of 5'RACE of each of Chitinase A and Chitinase B in a 40-day-old beetle larva. Chitinase Aの5’RACE産物のシーケンス結果を示す図面である。It is drawing which shows the sequencing result of 5'RACE product of Chitinase A. Chitinase Bの5’RACE産物のシーケンス結果を示す図面である。It is drawing which shows the sequence result of 5'RACE product of Chitinase B. 全長Chitinase A を得るためのRT−PCRを説明する図面および図面に代わる写真である。It is the figure explaining RT-PCR for obtaining full-length Chitinase A, and the photograph replaced with a drawing. Chitinase A の全塩基配列と推定されるアミノ酸配列を示す図面である。It is a drawing showing the amino acid sequence deduced as the entire base sequence of Chitinase A. Chitinase B の全塩基配列と推定されるアミノ酸配列を示す図面であるIt is a drawing showing the deduced amino acid sequence of the entire nucleotide sequence of Chitinase B 典型的なFamily18 キチナーゼとマツノマダラカミキリのキチナーゼ(Chitinase A,Chitinase B)の構造比較を説明する図面である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is drawing explaining the structure comparison of typical Family18 chitinase and pine wood beetle chitinase (Chitinase A, Chitinase B).

Claims (7)

配列番号1または3に示される塩基配列を有するDNA。   DNA having the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 3. 上記塩基配列が、マツノマダラカミキリに由来し、キチナーゼAまたはキチナーゼBの遺伝子のコーディング領域の塩基配列である請求項1のDNA。   The DNA according to claim 1, wherein the base sequence is derived from a pine beetle, and is a base sequence of a coding region of a chitinase A or chitinase B gene. 配列番号1または3に示される塩基配列において、1若しくは数個の塩基が欠失、置換若しくは付加された塩基配列からなり、かつキチナーゼとして作用するタンパク質をコードすることを特徴とする請求項1または2のDNA。   The base sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 3, comprising a base sequence in which one or several bases are deleted, substituted or added, and encodes a protein that acts as a chitinase 2. DNA. 昆虫キチナーゼ(family18)の共通配列(conserved region 2)を含むことを特徴とする請求項1、2または3のDNA。   4. DNA according to claim 1, 2 or 3, characterized in that it comprises a conserved region 2 of insect chitinase (family 18). 請求項1ないし4のいずれかのDNA配列の相補的な配列からなることを特徴とするDNA。   DNA comprising a sequence complementary to the DNA sequence of any one of claims 1 to 4. 請求項1ないし5のいずれかのDNAによってコードされ、かつキチナーゼとして作用するタンパク質。   A protein encoded by the DNA of any one of claims 1 to 5 and acting as a chitinase. 以下の(a)ないし(d)のいずれかのタンパク質からなる請求項6のタンパク質。
(a)配列表の配列番号2に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質。
(b)配列表の配列番号2に記載されたアミノ酸配列において、1若しく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、かつキチナーゼ活性を有するタンパク質。
(c)配列表の配列番号4に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質。
(d)配列表の配列番号4に記載されたアミノ酸配列において、1若しく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、かつキチナーゼ活性を有するタンパク質。
The protein according to claim 6, comprising any one of the following proteins (a) to (d):
(A) A protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing.
(B) A protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing and having chitinase activity.
(C) A protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 4 in the sequence listing.
(D) A protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 4 in the sequence listing and having chitinase activity.
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