JP4691733B2 - 変異5−エノールピリビルシキミ酸−3−リン酸シンターゼ、この蛋白質をコードする遺伝子及びこの遺伝子を有する形質転換植物 - Google Patents
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Description
グリホセート(glyphosate)、スルホセート(sulfosate)及びフォサメチン(fosametine)はホスホノメチルグリシンファミリーである。それらは本質的にPEP(ホスホエノールピルビン酸)に関して5−エノールピルビルシキミ酸−3−リン酸シンターゼ(EC2.5.1.19)又はEPSPSの競合的阻害剤として作用する。それらの植物への適用後、それらは植物を移動して、急速に成長する部分、特に茎及び根の尖端に集積され、敏感な植物の駆除部分に損傷を生じさせる。
これらの産物の主要標的であるプラスチドEPSPSは芳香族アミノ酸の生合成の経路の酵素であり、それは一又はそれ以上の核遺伝子によりコードされ、細胞質前駆体の形で合成され、ついでプラスチドに移行され、成熟体としてそこに蓄積される。
グリホセート及びそのファミリー産物への植物の耐性は、植物又は細菌の起源の、この遺伝子の生成物のグリホセートによる阻害の特性に関して変異され又はそうではないEPSPS遺伝子を、それらのゲノムへ安定して導入することにより、得られる。グリホセートの作用の様式及び使用される遺伝子の生成物のグリホセートへの耐性の程度の観点から、プラスチドに実質的な量で蓄積されるように、この遺伝子の翻訳産物が発現されるようにするのが有利である。
プラスチド区画内にこのEPSPS酵素を局在化させると、その競合的阻害剤(グリホセート)に対してこの酵素をより抵抗性にする少なくとも一つの変異を有するEPSPSをコードする遺伝子を植物のゲノムに導入することにより、上記の種類の除草剤、特にN−ホスホノメチルグリシン又はグリホセートへの耐性を植物に与えることは、例えば、米国特許第4,535,060号により既知である。しかし、これらの方法は、農業条件下でこれらの植物の使用においてより大きい信頼性を得るように改良される必要がある。
本記述では、「植物」は光合成の可能な分化した多細胞生物体を意味すると理解され、「植物細胞」は植物を起源とし、カルスのような未分化組織又は胚又は植物部分又は種子のような分化組織を構成可能な細胞を意味すると理解される。
本発明の主題は、ホスホノメチルグリシンファミリー除草剤への耐性遺伝子を含む新しいキメラ遺伝子により形質転換された細胞の再生による、これらの除草剤への増加した耐性を有する形質転換植物の生成である。
本発明の主題は、その標的としてEPSPSを有する植物に除草剤に関して増加した耐性を与えるキメラ遺伝子でもある。このキメラ遺伝子は、転写方向順に、プロモーター領域、必要によりトランジットペプチド領域、グリホセート耐性酵素をコードする遺伝子配列及び3‘末端の非翻訳ポリアデニル化シグナル領域からなり、このグリホセート耐性遺伝子は、それから誘導される遺伝子と比較して、「aroA」(EPSPS)領域において「イソロイシンによるスレオニン102」置換を含むことで特徴づけられるものである。好ましくは、さらに、同じ領域に「セリンによるプロリン106」置換を有する。これらの置換は何らかの起源、特に植物、細菌、藻類又は菌類起源のEPSPS配列に導入され又は存在する。
トランジットペプチド領域において使用できるトランジットペプチドは、それ自体既知であり、例えばトウモロコシ、ヒマワリ、マメ、タバコ、又は同類を起源とする、植物由来である。第一及び第二のトランジットペプチドは、同一であるか、類似しているか又は異なっている。それらは、さらに、それぞれ、欧州特許第0508909号にあるように、一又はそれ以上のトランジットペプチドユニットからなる。この特性領域の役割は、成熟及び天然蛋白質を、及び特に上記変異EPSPSを、プラスミド区画で最大の効率で放出させることである。
本発明によるキメラ遺伝子のプロモーター領域は、有利には、植物で自然に発現される(チューブリン、イントロン、アクチン、ヒストン)少なくとも一つのプロモーター遺伝子又はプロモーターフラグメントからなりうる。
キメラ遺伝子の3’末端における非翻訳転写終止シグナル領域はいずれの起源でもよく、例えば、ノパリンシンターゼ遺伝子のような細菌起源のもの、又は欧州特許出願(欧州出願633317)にあるArabidopsis thalianaヒストンH4A748遺伝子のような植物起源ものであってもよい。
本発明によるキメラ遺伝子は、上記必須部分に加えて、少なくとも一つの非翻訳中間(リンカー)領域を含み、上記異なる転写領域の間に配置される。この中間領域は何らかの起源、例えば、細菌、ウイルス、又は植物起源である。
トウモロコシEPSPSをコードするcDNAの単離:
以下に、二つの変異の導入のための基質としてのトウモロコシEPSPScDNAの取得の、異なる段階を述べる。下記の操作全ては実施例の方法で与えられ、同じ結果に到達するために利用可能な異なる方法の中から行われる選択に対応する。この選択は結果の質に影響がなく、従って、いずれの適当な方法も同じ結果に到達するために当業者によって使用されるうる。DNAフラグメントの操作の方法の大部分は、Green Publishing Associates及びWiley−Interscienceにより出版された、Ausubel F.M. et al.、「Current Protocols in Molecular Biology」第1巻及び2巻(1989)に記載されている(以後、この研究で記述されたプロトコルへの参照は「参照CPMB」と示されるであろう)。この研究で記述されたプロトコルによって行われたDNAに関する操作は特に次の通りである:DNAフラグメントの連結、KlenowDNAポリメラーゼ及びT4DNAポリメラーゼによる処理、少量調製又は大量調製のいずれかとしての、プラスミド及びバクテリオファージλDNAの調製、及びそれぞれサザン法及びノーザン法によるDNA並びにRNA分析。この研究で記述された他の方法にも従い、これらのプロトコルへの重要な修正又は追加のみが以下に記述される。
実施例 1
1.Arabiodopsis thaliana EPSPSフラグメントの取得
a)それぞれの配列の二種の20量体オリゴヌクレオチド:
5‘−GCTCTGCTCATGTCTGCTCC−3‘
5‘−GCCCGCCCTTGACAAAGAAA−3’
がArabidopsis thaliana EPSPS遺伝子(Klee H.J. et al.(1987)Mol.Gen.Genet.、210、437−442)の配列から合成された。これら二種のオリゴヌクレオチドはそれぞれ公にされた配列の1523から1543まで及び1737から1717までの位置で、逆の配向である。
b)Arabidopsis thaliana(変種コロンビア)全DNAはClontech(カタログ参照:6970−1)から得られた。
c)50ナノグラム(ng)のDNAがオリゴヌクレオチドの各々の300ngと混合され、供給者により推奨されている増幅用の標準媒体の条件下にて、Perkin−Elmer9600装置にて35増幅周期に付される。生じた204−bpフラグメントはArabidosis thaliana EPSPSフラグメントを構成している。
2.BMSトウモロコシ細胞系からのcDNAライブラリーの構築
a)ろ過された細胞の5gが液体窒素中で磨砕され、全核酸が以下の修正を加えたShure et al.により記述された方法によって抽出される:
−溶解緩衝液のpHはpH9.0に調製され;
−イソプロパノールによる沈澱後、ペレットを水中に入れ、溶解後、2.5MLiClにされる。12時間℃でインキュベーション後、4℃で30,000gで15分間遠沈のペレットを再溶解する。ついでLiCl沈澱段階を繰り返す。再溶解したペレットは全核酸のRNA画分を構成している。
b)RNA画分のポリ(A)+RNA画分が「Current Protocol in Molecular Biology」に記載のようにオリゴ(dT)−セルロースカラム上のクロマトグラフィーにより得られる。
c)合成EcoRI末端を有する二本鎖cDNAの合成:これは、この合成に必要とされる異なる試薬のキットの形での供給者からのプロトコルにより行われる:In Vitrogen社からの「コピーキット」。
次のそれぞれの配列の、二つの一本鎖及び部分的に相補的なオリゴヌクレオチド:
5’−AATTCCCGGG−3’
5’−CCCGGG−3’(後者はリン酸化されている)
が平滑端二本鎖cDNAと結合される。
このアダプターの連結は二本鎖cDNAに付いたSmaI部位及び二本鎖cDNAの各末端の付着形のEcoRI部位の生成をもたらす。
d)ライブラリーの創成:
末端に人工的な付着EcoRI部位を有するcDNAを、供給者New England BiolabsのプロトコルによりEcoRIで切断し脱リン酸したバクテリオファージλgt10cDNAと結合する。
連結反応の一部を、供給者の指示により、キャプシド封入抽出物、すなわちGigapack Goldにてインビトロでキャプシド封入された。このライブラリーは細菌E.coli C600hflを用いて力価測定された。それによって得られたライブラリーは増幅され、同じ供給者の指示によって貯蔵され、BMSトウモロコシ細胞けん濁液cDNAライブラリーを構成する。
3.Arabidopsis thaliana EPSPプローブを用いるBMSトウモロコシ細胞けん濁液cDNAの選別
続くプロトコルは、Greene Publishing Association及びWiley−Interscience(1989)により公にされたAusubel F.M.et al.、「Current Protocols in Molecular Biology」1巻及び2巻(CPMB)のものである。簡潔に言えば、約106個の組換えファージが100ファージ/cm2の平均密度でLB皿上に塗布される。溶菌斑はAmersham Hybond N膜上で重複してレプリカされる。
DNAは1600kJ UV処理(Stratagene Stratalinker)によりフィルタ上に固定された。フィルタは6xSSC/0.1%SDS/0.25スキムミルク中で65℃で2時間予備ハイブリダイズされた。Arabidopsis thalianaEPSPSプローブは供給者の指示(Pharmacia Ready to Goキット)によるランダムプライミングにより[32P]dCTPを用いて標識された。得られた比活性はフラグメントμg当たり108cpmである。100℃で5分間の変性後、プローブは予備ハイブリダイゼーション媒体に加えられ、ハイブリダイゼーションを55℃で14時間続けられる。フィルタはKodak XAR5フィルム及びAmersham Hyperscreen RPN強化スクリーンで−80℃48時間蛍光撮影される。陽性スポットが生じた皿とフィルタ上の陽性スポットを配列させると、Arabidopsis thaliana EPSPSプローブと陽性ハイブリダイゼーション反応を示すファージに対応する区域を皿から拾うことを可能にする。この塗布し、移し、ハイブリダイズさせ及び回収するステップは、皿中のすべてのスポットが引き続き精製されたファージの100%がハイブリダイゼーションで陽性となるまで繰り返される。次いで個別のファージ溶菌斑は希釈剤λ媒体(Tris−Cl pH7.5;10mM MgSO4;0.1M NaCl;0.1%ゼラチン)中に取り出され;溶液中のこれらのファージはBMSトウモロコシ細胞けん濁液のEPSP−陽性クローンを構成する。
4.BNSトウモロコシ細胞けん濁液のEPSPクローンのDNAの調製及び分析
約5×108のファージが2/mlのOD600nm値のC600hfl細菌の20mlに加えられ、37℃で15分間インキュベートされる。このけん濁液はついで1−lErlenmeyer中の200mlの細菌成長培地中に希釈され、250rpmで回転撹拌機で撹拌される。培地が透明になると、濁った細菌の溶菌に対応する溶菌とし、これは約4時間の撹拌後に起こる。この上澄みはついで「Current Protocols in Molecular Biology」に記載のように処理される。得られたDNAはBMSトウモロコシ細胞けん濁液のEPSPクローンに対応する。
このDNAの1から2μgがEcoRIで切断され、0.8%LGTA/TBEアガロースゲル(CPMB参照)上で分離される。最終的証明は、生成したDNAがArabidopsis Thaliana EPSPSプローブとハイブリダイゼーションシグナルを実際に示すことを調べることにある。電気泳動後、DNAフラグメントは「Current Protocol in Molecular Biology」に記載されたサザンのプロトコルにより Amersham Hybond N膜上に移される。フィルタは上記3節に記載された条件によりArabidopsis thaliana EPSPSプローブとハイブリダイズさせられる。Arabidopsis thaliana EPSPSプローブとハイブリダイゼーションシグナルを示し、最長のEcoRIフラグメントを含むクローンは約1.7kbpのゲル上で推定された寸法を有する。
5.クローンpRPA−ML−711の取得
1.7−kbp挿入断片を含むファージクローンの10μgがEcoRIで消化され、0.8%LGTA/TBEアガロースゲル(CPMB参照)上で分離される。1.7−kbp挿入断片を含むゲルフラグメントは供給者、New England Biolabsのプロトコルによりβ−アガロースで処理される。1.7−kbpフラグメントの精製DNAは、「Current Protpcol in Molecular Biology」に記載された連結反応プロトコルによりEcoRIで切断されたプラスミドpUC19(New England Biolabs)のDNAと12℃で14時間連結される。上記連結反応混合物の2μlがエレクトロポレーションコンピーテントE.coliDH10Bの一部の形質転換のために使用され、形質転換は次の条件を用いるエレクトロポレーションで達成される:コンピーテント細菌の混合物及び連結反応媒体は、予め0℃まで冷却された厚さ0.2cm(Biorad)のエレクトロポレーションセルに導入される。Bioradで作られたエレクトロポレータを用いるエレクトロポレーションの物理的条件は2500V、25μF及び200Ωである。これらの条件下で、コンデンサの平均放電時間は4.2ミリ秒のオーダーである。細菌はついでSOC培地(CPMB参照)の1ml中に採られ、15−mlCorning管中回転撹拌機上で200rpmで1時間撹拌される。100μg/mlのカルベニシリンが補足されたLB/寒天培地上に塗布後、37℃一夜成長した細菌クローンの少量調製は、「Current Protocol in Molecular Biology」に記載されたプロトコルにより生成される。EcoRIによるDNAの消化及び0.8%LGTA/TBEアガロースゲル(CPMB参照)上の電気泳動での分離の後、1.7−kbp挿入断片を有するクローンが保持される。最終的証明は、精製DNAが実際にArabidopsis thaliana EPSPSプローブとのハイブリダイゼーションシグナルを示すことを調べることにより行う。電気泳動後、DNAフラグメントは「Current Protocol in Molecular Biology」に記載されたサザンのプロトコルによりAmersham Hybond N膜上に移される。フィルタは上記3節に記載された条件によりArabidopsis thaliana EPSPSプローブとハイブリダイズされる。1.7−kbp挿入断片を有し、Arabidopsis thaliana EPSPSプローブとハイブリダイズするプラスミドクローンは大規模に調製され、細菌の溶菌から生じるDNAは「Current Protocol in Molecular Biology」に記載されたようにCsCl勾配上で精製された。精製DNAは、供給者の指示によるPharmaciaキットを用いて、同じ供給者により指示されたM13直接及び逆共通プライマーをプライマーとして使用して、部分的に配列決定された。精製した部分配列は約0.5kbpに及ぶ。成熟蛋白質(約50アミノ酸残基)の領域の誘導されたアミノ酸配列は、米国特許USP4,971,908に記載された成熟トウモロコシEPSPSの対応するアミノ酸配列と100%同一性を示す。BMSトウモロコシ細胞けん濁液のEPSPDNAの1.7−kbpEcoRIフラグメントに対応するこのクローンは、pRPA−ML−711と命名された。このクローンの完全な配列はPharmaciaキットのプロトコルを用い、相補的オリゴヌクレオチド及び反対配向のものを各250bp近似的に合成して両方のストランドについて決定された。この1713−bpクローンの得られた完全な配列は配列番号1に示される。
6.クローンpRPA−ML−715の取得
クローンpRPA−ML−711の配列の分析、及び特に誘導されたアミノ酸配列とトウモロコシのそれとの比較は、トウモロコシEPSPSの成熟部分のNH2末端アラニンをコードするGCGコドンの92bp上流の配列延長を示す(米国特許第4,971,908号)。同様に、トウモロコシEPSPSの成熟部分のCOOH末端アスパラギンをコードするAATコドンの288bp下流の延長が観察される(米国特許第4,971,908号)。これら二つの部分は、NH2末端延長の場合には、プラスチド局在化に対するシグナルペプチドの配列の部分に、COOH末端延長の場合には、cDNAの非翻訳3’領域に対応するであろう。
米国特許第4,971,908号に記載されたように、トウモロコシEPSPScDNAの成熟部分をコードするcDNAを得るために、次の操作が行われた:
a)非翻訳3’領域の除去:pRPA−ML−712の構築:
クローンpRPA−ML−711は制限酵素AseIで切断され、この開裂から生じる末端はCPMBに記載されたプロトコルによりDNAポリメラーゼIのKlenowフラグメントによる処理で平滑端とされた。制限酵素SacIIによる開裂がついで行われた。これらの操作から生じるDNAは1%LGTA/TBEアガロースゲル(CPMB参照)上で電気泳動で分離された。
0.4−kbp「AseI−平滑末端/SacII挿入断片」を含むゲルフラグメントはゲルから切り取られ、上記5節に記載されたプロトコルにより精製された。クローンpRPA−ML−711のDNAはクローン化ベクターpUC19のポリリンカーに位置したHindIII部位で制限酵素HindIIIで切断され、この開裂から生じる末端はDNAポリメラーゼIのKlenowフラグメントによる処理で平滑端とされた。制限酵素SacIIによる開裂がついで行われた。これらの操作から生じるDNAは0.7%LGTA/TBEアガロースゲル(CPMB参照)上で電気泳動で分離された。
約3.7−kbpHindIII平滑断端/SacII挿入断片を含むゲルフラグメントはゲルから切り取られ、上記5節に記載されたプロトコルにより精製された。
二つの挿入断片は連結され、連結反応混合物の2μlが5節で記載のようにE.coli DH10Bを形質転換するために使用された。
異なるクローンのプラスミドDNAの内容はpRPA−ML−711について記載された方法により分析された。選ばれたプラスミドクローンの一つは約1.45−kbp EcoRI−HindIII挿入断片を含む。このクローンの末端の配列から、挿入断片の5’末端がpRPA−ML−711の対応する末端に正確に対応すること、及び3’末端が次の配列を有することが明らかになる:
「5’−・・・AATTAAGCTCTAGAGTCGACCTGCAGGCATGCAAGCTT−3’」。
下線を付けた配列はCOOH末端アミノ酸アスパラギンのコドンに対応し、次のコドンは翻訳停止コドンに対応する。下流のヌクレオチドはpUC19ポリリンカーの配列要素に対応する。成熟トウモロコシEPSPSの翻訳末端部位までのpRPA−ML−711配列からなり、HindIII部位までのpUCポリリンカーの配列が続くこのクローンは、pRPA−ML−712と命名された。
b)pRPA−ML−712の5’末端の修飾:pRPA−ML−715の構築:
クローンpRPA−ML−712は制限酵素PstI及びHindIIIで切断された。これらの操作から生じるDNAは0.8%LGTA/TBEアガロースゲル(CPMB参照)上で電気泳動により精製された。1.3−kbpPstI−EcoRI挿入断片を含むゲルフラグメントはゲルから切り取られ、上記5節に記載されたプロトコルにより精製された。この挿入断片は、次の配列の二つの部分的に相補的なオリゴヌクレオチドの各々の等分子量の存在で:
オリゴ1:5’−GAGCCGAGCTCCATGGCCGGCGCCGAGGAGATCGTGCTGCA−3’
オリゴ2:5’−GCACGATCTCCTCGGCGCCGGCCATGGAGCTCGGCTC−3’
及び制限酵素BamHI並びにHindIIIで消化されたプラスミドpUC19の存在で、連結された。
2μlの連結反応混合物は5節で記載のようにE.coliDH10Bを変換するために使用された。5節の記載の方法により異なるクローンのプラスミドDNA内容の分析後、約1.3−kbp挿入断片を有するクローンの一つは引き続く分析のために保持された。選ばれたクローンの5’末端の配列は、この領域のDNA配列が次であることを明らかにする:EcoRIからBamHI部位までのpUC19ポリリンカーの配列、クローン化で使用されたオリゴヌクレオチドの配列が続き、pRPA−ML−712に存在する配列の残りが続く。このクローンはpRPA−ML−713と命名された。このクローンは成熟EPSPシンターゼのN末端アラニンコドンの上流のNcoI部位に含まれるメチオニンATGコドンを有する。さらに、N末端のアラニン及びグリシンコドンは保存されたが、第三番目可変塩基において修飾された:最初のGCGGGTは修飾されたGCCGGCを与える。
クローンpRPA−ML−713は制限酵素HindIIIで切断され、この開裂の末端はDNAポリメラーゼIのKlenowフラグメントによる処理で平滑端とされた。制限酵素SacIによる開裂がついで行われた。この処理から生じるDNAは0.8%LGTA/TBEアガロースゲル(CPMB参照)上で電気泳動で分離された。1.3−kbp「HindIII平滑端/SacI」挿入断片を含むゲルフラグメントはゲルから切り取られ、上記5節に記載されたプロトコルにより精製された。この挿入断片は制限酵素XbaIで消化されたプラスミドpUC19の存在下に連結され、この開裂の末端はDNAポリメラーゼIのKlenowフラグメントによる処理で平滑断端とされた。制限酵素SacIによる開裂がついで行われた。2μlの連結反応混合物が5節で記載のようにE.coliDH10Bを形質転換するために使用された。5節で記載の方法により異なるクローンのプラスミドDNA内容の分析後、約1.3−kbp挿入断片を有するクローンの一つが引き続く分析のために保持された。選ばれたクローンの末端の配列はDNA配列が次であることを明らかにする:EcoRIからSacI部位までのpUC19ポリリンカーの配列、それから上記のオリゴヌクレオチド1の4bpGATCCが削除されたクローニングに使用されたオリゴヌクレオチドの配列が続き、HindIII部位までのpRPA−ML−712に存在する配列の残り及びXbaIからHindIIIまでのpUC19ポリリンカーの配列が続く。このクローンはpRPA−ML−715と命名された。
7.変異トウモロコシEPSPSをコードするcDNAの取得
全ての変異誘発段階は供給者の指示によるPharmacia U.S.E.変異誘発キットで行われた。この変異誘発システムの原理は次の通りである:プラスミドDNAは熱で変成され、一方で変異誘発オリゴヌクレオチド、他方で除去されるべきポリリンカーに存在する独特の制限酵素部位の存在を可能にするオリゴヌクレオチドの過剰モル量の存在で再連結される。再連結段階後、相補的ストランドの合成が、供給される適当な緩衝液中のT4DNAリガーゼ及び遺伝子32蛋白質の存在下で、T4DNAポリメラーゼの作用で行われる。合成生成物は、それに対する部位が変異誘発で消失したと推定される制限酵素の存在下にインキュベートされる。特にmutS変異を有するE.coli株はこのDNAの形質転換のためのホストとして使用される。液体培地中にて増殖させた後、全プラスミドDNAは調製され、前に使用した制限酵素の存在下でインキュベートされる。これらの処理の後、E.coli株DH10Bは形質転換のためのホストとして使用される。単離されたクローンのプラスミドDNAは調製され、導入された変異の存在が配列決定により証明される。
A)−EPSPシンターゼ活性の競合的阻害剤である産物に対してトウモロコシのEPSPS抵抗性に原則的に影響することのない部位又は配列の修飾:pRPA−ML−715から内部NcoI部位の除去。
pRPA−ML−715配列をN末端のアラニンコドンGCCの最初の塩基を位置1と置くことにより任意に番号を付ける。この配列は位置1217にNcoI部位を有する。部位修飾オリゴヌクレオチドは次の配列を有する:
5’−CCACAGGATGGCGATGGCCTTCTCC−3’。
上述の参考文献による配列決定すると、変異誘発後に読まれた配列は使用したオリゴヌクレオチドのものに対応している。NcoI部位は実際に除去され、この領域でアミノ酸への翻訳はpRPA−ML−715に存在する最初の配列を保存している。
このクローンはpRPA−ML−716と命名する。
このクローンの1340−bp配列は配列番号2及び配列番号3で示される。
B)−増加すべきEPSPシンターゼ活性の競合的阻害剤である産物に対するトウモロコシのEPSPS抵抗性を可能にする配列修飾。
次のオリゴヌクレオチドが使用された:
a)変異Thr102→Ile。
5’−GAATGCTGGAATCGCAATGCGGCCATTGACAGC−3’
b)変異Pro106→Ser。
5’−GAATGCTGGAACTGCAATGCGGTCCTTGACAGC−3’
c)変異Gly101→Ala及びThr102→Ile。
5’−CTTGGGGAATGCTGCCATCGCAATGCGGCCATTG−3’
d)変異Thr102→Ile及びPro106→Ser。
5’−GGGGAATGCTGGAATCGCAATGCGGTCCTTGACAGC−3’
配列決定後、三個の変異したフラグメントにおける変異誘発後に読まれた配列は、使用した変異誘発オリゴヌクレオチドのものに対応する変異領域を除いて、親pRPA−ML−716−DNA配列に同じである。これらのクローンは次のように命名される:変異Thr102→IleについてpRPA−ML−717、変異Pro106→SerについてpRPA−ML−718、変異Gly101→Ala及びThr102→IleについてpRPA−ML−719並びに変異Thr102→Ile及びPro106→SerについてpRPA−ML−720。
pRPA−ML−720の1340−bp配列は配列番号4及び配列番号5で示される。
1395−bpNcoI−HindIII挿入断片は、EPSPSの競合的阻害剤である除草剤への抵抗性、特にグリホセート抵抗性の導入のために使用された全ての構築物の基礎である。この挿入断片は、明細書の残りでは「トウモロコシEPSPS二重変異株」と呼ばれるだろう。
実施例 2:
異なる変異株のグリホセートインビトロ耐性
2.a:EPSPシンターゼの抽出
異なるEPSPシンターゼ遺伝子はNcoI−HindIIIカセットの形でNcoI及びHindIIIで切断されたプラスミドベクターpTrc99a(Pharmacia、参照:27−5007−01)に導入される。異なるEPSPシンターゼを過剰発現する組換えE.coliDH10B細菌はペレット化した細胞の10g当たり40mlの緩衝液中で超音波処理され、この同じ緩衝液(200mM Tris−HCl、pH7.8、50mMメルカプトエタノール、5mMEDTA及び1mMPMSF)で洗浄され、それに1gのポリビニルピロリドンが加えられる。けん濁液は4℃で15分間撹拌され、ついで27,000g及び4℃で20分間遠沈される。
硫酸アンモニウムが溶液を硫酸アンモニウムに関して40%飽和になるように上澄液に加えられる。混合物は27,000g及び4℃で20分間遠沈される。硫酸アンモニウムが溶液を硫酸アンモニウムに関して70%飽和になるように新しい上澄液に加えられる。混合物は27,000g及び4℃で30分間遠沈される。この蛋白質ペレットに存在するEPSPシンターゼは1mlの緩衝液(20mMTris−HCl pH7.8及び50mMメルカプトエタノール)中に取り出される。この溶液は4℃でこの同じ緩衝液の2リットルに対して一夜透析される。
2.b:酵素活性
各酵素の活性及びそのグリホセート抵抗性は次の反応混合物中37℃で10分にわたってインビトロで測定される:100mMマレイン酸、pH5.6、1mMホスホエノールピルビン酸、3mMシキミ酸3−リン酸(Knowel P.F.及びSprinson D.B.1970、Methods in Enzymol 17A、351−352によりAerobacter aerogenesATCC25597株から調製された)及び10mMフッ化カリウム。酵素抽出物はグリホセートの添加後最後の瞬間に加えられ、その最終濃度は0から20mMまで変化する。
活性は、Tausky H.A.及びShorr E.1953、J.Biol.Chem.202、675−685の方法により遊離されたリン酸を分析することにより測定される。
これらの条件下で、野性型(WT)酵素は0.12mMのグリホセート濃度ですでに85%阻害される。この濃度で、Ser106として知られている変異酵素は50%だけ阻害されるが、他の三種の変異体、Ile102、1le102/Ser106及びAla101/Ile102はほとんど又は全く阻害を示さなかった。
グリホセート濃度を、変異酵素Ile102の50%阻害を生じるために10倍、すなわち1.2mMにせねばならず、変異Ile102/Ser106、Ala/Ile及びAlaはまだ阻害されない。
変異Ala/Ile及びAlaの活性は10mMのグリホセート濃度まで阻害されないこと、及び変異Ile/Ser106のそれはグリホセート濃度が2倍、すなわち20mMでさえも、減少しないことは注目されるべきである。
実施例 3
形質転換タバコ植物の抵抗性
1−1−形質転換
ベクターpRPA−RD−173が、コスミドpTVK291(Komari et al.,1986)を運ぶAgrobacterium tumefaciens株EHA101(Hood et al.,1987)に導入される。形質転換技術はHorsh et al.(1985)の方法に基づく。
1−2−再生
葉外植片からのPBD6タバコ(起源SEITAフランス)の再生は、30g/lの蔗糖及び200μg/mlのカナマイシンからなるMurashige及びScoog(MS)基本培地で行われる。葉外植片は温室又はインビトロで栽培された植物から移され、三逐次段階により葉ディスク技術(Science,1985,Vol.227,pp.1229−1231)により形質転換される:第一は0.05mg/lのナフチル酢酸(NAA)及び2mg/lのベンジルアミノプリン(BAP)を含む30g/lの蔗糖を補足した培地上での芽の誘導からなる。この段階中に形成された芽はついで30g/lの蔗糖が補足されているが、いかなるホルモンも含まないMS培地での栽培により10日間発育させられる。発育した芽はついで塩類、ビタミン及び糖の含量の半分を有するがいかなるホルモンも含まない発根MS培地に移され、栽培される。約15日後、根が付いた芽は土壌に移される。
1−3−グリホセート抵抗性
20本の形質転換植物が再生され、pRPA−RD−173の構築物について温室に移された。これらの植物は5葉段階においてヘクタール当たり0.8kgのグリホセート活性物質に対応する「ラウンドアップ」の水性けん濁液で処理された。
結果は、処理後3週間記録された植物毒性の観察に対応する。これらの条件下で、pRPA−RD−173構築物で形質転換された植物が非常に良い耐性を示すが、非形質転換対照植物は完全に破壊された。
これらの結果は、同じグリホセート耐性をコードする遺伝子について本発明によるキメラ遺伝子の使用でもたらされた改良を明白に示す。
実施例 4
トウモロコシ細胞の形質転換及び選択
指数的成長段階の BMS(Black Mexican Sweet)トウモロコシ細胞に、Klein et al.1987(Klein T.M.,Wolf E.D.,Wu R.及びSandford J.C.(1987):High velocity microprojectiles for delivering nucleic acids into living cells、NATURE Vol.327pp.70−73)により記載された原理及びプロトコルによって構築物pRPA−RD−130により衝撃(bombard)を与えられる。
衝撃後二日、2mM N−(ホスホノメチル)グリシンを含む同じ培地に移される。
この培地で選別の8週間後、発育したカルスが選ばれ、ついで増幅され、PCRで分析され、キメラOTP−EPSPS遺伝子の存在を明らかにされる。
衝撃が与えられず2mM N−(ホスホノメチル)グリシンを含む同じ培地で育てられた細胞は除草剤で阻止され、発育しない。
本発明による形質転換植物は、導入されたキメラ遺伝子の発現に対応する表現型性格を有する系統及び雑種を得るための親として使用されるだろう。
プラスミド構築の説明
pRPA−RD−124:pRPA−ML−720への「nos」ポリアデニル化シグナルの付加による、トウモロコシ二重変異EPSPS遺伝子(Thr 102→Ile及びPro 106→Ser)を含むクローニングカセットの形成。pRPA−ML−720をHindIIIで切断し、E.coli DNAポリメラーゼ Iのクレノウフラグメントで処理して平滑末端を得る。NcoIで2回目の切断を行い、EPSPSフラグメントを精製する。次いで、EPSPS遺伝子を、精製したpRPA−RD−12(ノパリンシンターゼのポリアデニル化シグナルを含むクローニングカセット)と連結して、pRPA−RD−124を得る。有用な精製ベクターpRPA−RD−12を得るためには、該ベクターを前もってSalIで切断し、クレノウDNAポリメラーゼで処理し、次いでNcoIで2回目の切断を行う必要があった。
pRPA−RD−125:pRPA−RD−124への最適化トランジットペプチド(OTP)の付加による、プラスミドを標的とするEPSPS遺伝子を含むクローニングカセットの形成。pRPA−RD−7(ヨーロッパ特許出願EP652286号)をSphIで切断、T4 DNAポリメラーゼで処理し、次いでSpeIで切断し、OTPフラグメントを精製する。このOTPフラグメントを、前もってNcoIで切断しておいたpRPA−RD−124中にクローン化し、クレノウDNAフラグメントで処理して突出する3′部分を除去し、次いで、SpeIで切断する。次いで、このクローンの配列を決定して、OTPとEPSPS遺伝子との正しい翻訳融合を確実にすることにより、pRPA−RD−125を得る。
pRPA−RD−130:pRPA−RD−125へのH3C4トウモロコシヒストンプロモーター及びpRPA−RD−123(ヨーロッパ特許出願EP507698号)のadhlイントロン 1配列の付加による、モノコチレドンの組織中で二重突然変異EPSPS遺伝子を発現させるために植物中で発現させるカセットの形成。pRPA−RD−123(adhlイントロン 1と融合したH3C4トウモロコシヒストンプロモーターを含むカセット)をNcoI及びSacIで切断する。次いで、pRPA−RD−123由来のプロモーターを含むDNAフラグメントを精製し、前もってNcoI及びSacIで切断しておいたpRPA−RD−125と連結する。
pRPA−RD−159:pRPA−RD−125へのH4A748 Arabidopsisヒストン二プロモーター(ヨーロッパ特許出願EP507698号)の付加による、双子葉植物の組織中で「OTP−二重変異EPSPS遺伝子」を発現させるために植物中で発現させるカセットの形成。pRPA−RD−132〔H4A748二プロモーター(ヨーロッパ特許出願EP507698)を含むカセット〕をNcoI及びSacIで切断する。次いで、精製したプロモーターフラグメントを、前もってEcoI及びSacIで切断しておいたpRPA−RD−125中にクローン化する。
pRPA−RD−173:プラスミドpRPA−BL−150A(ヨーロッパ特許出願第508909号)へのpRPA−R−D−159の「H4A748プロモーター−OTP−二重変異EPSPS遺伝子」遺伝子の付加による、Agrobacterium tumefaciens形質転換ベクターの形成。pRPA−RD−159をNotIで切断し、クレノウポリメラーゼで処理する。次いで、このフラグメントをSmaIを含むpRPA−BL−150A中にクローン化する。
配列表
配列番号:1
配列の長さ:1713
配列の型:核酸
鎖の数:二本鎖
トポロジー:直鎖状
配列の種類:cDNA
起源
生物名:Zea mays
株名:Black Mexican Sweet
組織の種類:カルス
直接の起源
ライブラリー名:λ gt10
クローン名:pRPA−ML−711
配列
配列番号:2
配列の長さ:1340
配列の型:核酸
鎖の数:二本鎖
トポロジー:直鎖状
配列の種類:cDNA
起源
生物名:Zea mays
株名:Black Mexican Sweet
直接の起源
クローン名:pRPA−ML−716
配列の特徴
特徴を表す記号:CDS
存在位置:6..1337
配列
配列番号:3
配列の長さ:444
配列の型:アミノ酸
トポロジー:直鎖状
配列の種類:タンパク質
配列
配列番号:4
配列の長さ:1340
配列の型:核酸
鎖の数:二本鎖
トポロジー:直鎖状
配列の種類:cDNA
起源
生物名:Zea mays
株名:Black Mexican Sweet
直接の起源
クローン名:pRPA−ML−720
配列の特徴
特徴を表す記号:CDS
存在位置:6..1337
配列
配列番号:5
配列の長さ:444
配列の型:アミノ酸
トポロジー:直鎖状
配列の種類:タンパク質
配列
Claims (12)
- 配列番号5に記載の配列からなる変異型5−エノールピルビルシキミ酸−3−リン酸シンターゼ(EPSPS)をコードする植物DNAで形質転換された植物。
- 前記植物DNAがグリシン101のアラニンによる置換からなる変異をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の植物。
- 前記植物DNAが配列番号4に示す配列からなることを特徴とする、請求項1に記載の植物。
- コード配列並びに異種であり且つ植物中で機能し得る5’および3’位の調節成分を含むキメラ遺伝子で形質転換され、当該キメラ遺伝子がコード配列として、前記植物DNAを含むことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の植物。
- 前記キメラ遺伝子が植物ウイルスプロモーターを含むことを特徴とする、請求項4に記載の植物。
- 前記キメラ遺伝子が植物プロモーターを含むことを特徴とする、請求項4に記載の植物。
- 植物細胞を再生させることにより得られることを特徴とする植物であって、該植物細胞は、配列番号5に記載の配列からなるコード配列並びに異種であり且つ植物中で機能し得る5’および3’位の調節成分を含むキメラ遺伝子を含むことを特徴とする、前記植物。
- EPSPシンターゼを標的とする除草剤に対する耐性が改善された植物を作出する方法であって、植物細胞又はプロトプラストを、配列番号4に記載の配列からなる変異型5−エノールピルビルシキミ酸−3−リン酸シンターゼ(EPSPS)をコードする植物DNAで形質転換し、次いで形質転換された細胞を再生させることを特徴とする方法。
- 前記植物DNAがグリシン101のアラニンによる置換からなる変異をさらに含むことを特徴とする、請求項8に記載の方法。
- 前記植物DNAが配列番号4に示す配列からなることを特徴とする、請求項8に記載の方法。
- EPSPSを標的とする除草剤で植物を処理する方法であって、除草剤を請求項7に記載の植物に施用することを特徴とする方法。
- グリホサート又はグリホサート前駆体を施用することを特徴とする、請求項11に記載の方法。
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