JP4700395B2 - Promoters for use under acidic conditions and use thereof - Google Patents

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Description

本発明は、酸性条件下で使用するためのプロモーター、遺伝子組換え用DNA構築物、形質転換体、物質生産方法に関する。   The present invention relates to a promoter for use under acidic conditions, a DNA construct for gene recombination, a transformant, and a substance production method.

組換えDNA技術の進歩により、微生物、カビ、動植物および昆虫などの宿主で外来遺伝子を発現させ、その形質転換体を増殖させることによって、目的遺伝子産物を取得する技術が発展してきた。例えば、遺伝子組換え酵母などの培養によれば、発酵生産により大量の目的遺伝子産物を生産させることも可能である。L−乳酸などの有用な有機酸の生産については、L−乳酸脱水素酵素遺伝子を酵母サッカロマイセス・セレビシエ属に導入し、L−乳酸を生産させる試みが多数報告されている。   Advances in recombinant DNA technology have led to the development of techniques for obtaining target gene products by expressing foreign genes in hosts such as microorganisms, molds, animals and plants, and insects, and proliferating the transformants. For example, by culturing genetically modified yeast or the like, it is possible to produce a large amount of a target gene product by fermentation production. Regarding the production of useful organic acids such as L-lactic acid, many attempts have been reported to introduce L-lactic acid dehydrogenase gene into the genus Saccharomyces cerevisiae to produce L-lactic acid.

組換え体において目的産物の高生産性を確立するには、安定した遺伝子高発現系を構築することが必要である。本発明者らは、既に、染色体中のPDC1遺伝子プロモーターの下流に目的とする有用遺伝子(この場合は、L−乳酸脱水素酵素遺伝子)を結合させると同時に、酵母染色体中のPDC1遺伝子を破壊することによって、本来のPDC1遺伝子プロモーター機能を利用してL−乳酸脱水素酵素遺伝子を発現させつつ、本来の当該プロモーターによって発現されるPDC1タンパク質の発現を排除するシステムを開発した。このシステムを用いることで、従来困難であった安定した遺伝子高発現系を確立できることを見出している(特許文献1)。   In order to establish high productivity of a target product in a recombinant, it is necessary to construct a stable gene high expression system. The present inventors have already disrupted the PDC1 gene in the yeast chromosome at the same time as binding the intended useful gene (in this case, L-lactate dehydrogenase gene) downstream of the PDC1 gene promoter in the chromosome. Thus, a system has been developed that eliminates the expression of the PDC1 protein expressed by the original promoter while expressing the L-lactate dehydrogenase gene using the original PDC1 gene promoter function. It has been found that a stable gene high expression system, which has been difficult in the past, can be established by using this system (Patent Document 1).

かかる安定した遺伝子高発現系が確立されたといえども、このシステムにおいても組換え産物の生産性をより一層高める要請は依然として存在する。例えば、遺伝子組換え微生物を利用して乳酸を製造する場合、生成する乳酸によって培養液中のpHが低下するために、アルカリで中和しつつ培養して乳酸塩として採取するのが一般的である。乳酸塩として採取すると、これを脱塩しフリー乳酸とするプロセスが別途必要になる。乳酸の大量生産を考慮すると、こうしたプロセスを排除することが望まれる。また、中和剤の投入そのものを回避することも望まれる。   Even though such a stable gene high expression system has been established, there is still a demand for further enhancing the productivity of recombinant products in this system. For example, when producing lactic acid using genetically modified microorganisms, since the pH in the culture solution is lowered by the lactic acid produced, it is common to culture while neutralizing with alkali and collect it as lactate. is there. When collected as a lactate, a separate process for desalting it into free lactic acid is required. In view of the mass production of lactic acid, it is desirable to eliminate this process. It is also desirable to avoid charging the neutralizing agent itself.

また、生産性の向上のためには、新たなプロモーターの探索も必要である。酵母においては、グリセルアルデヒド三リン酸脱水素酵素1遺伝子(TDH1遺伝子)プロモーター(非特許文献1)、トリオースリン酸イソメラーゼ1遺伝子(TPI1遺伝子)プロモーター(非特許文献2)、細胞壁関連タンパク質12遺伝子(CCW12遺伝子)プロモーター(非特許文献3)及びリボゾーマルタンパク質S31遺伝子(RSP31遺伝子)プロモーター(非特許文献4)などが知られているが、これらのプロモーター活性の特徴についてはよく知られていない。
特開2003−164295号 Applied and Environmental Microbiology, Jan. 2003, p.495-503 Applied and Environmental Microbiology, June 2002, p.3024-3030 Journal of Bacteriology, May 1999, p. 3076-3086 Journal of Biological Chemistry, vol.273, No.49, Issue of December 4, pp. 32870-32877(1998)
In order to improve productivity, it is necessary to search for a new promoter. In yeast, glyceraldehyde triphosphate dehydrogenase 1 gene (TDH1 gene) promoter (Non-patent document 1), triose phosphate isomerase 1 gene (TPI1 gene) promoter (Non-patent document 2), cell wall-related protein 12 gene ( CCW12 gene) promoter (Non-patent document 3) and ribosomal protein S31 gene (RSP31 gene) promoter (Non-patent document 4) are known, but the characteristics of these promoter activities are not well known.
JP 2003-164295 A Applied and Environmental Microbiology, Jan. 2003, p.495-503 Applied and Environmental Microbiology, June 2002, p.3024-3030 Journal of Bacteriology, May 1999, p. 3076-3086 Journal of Biological Chemistry, vol.273, No.49, Issue of December 4, pp. 32870-32877 (1998)

上記したPDC1遺伝子プロモーターは中和剤を用いての有機酸生産においては有効なプロモーターであるが、本発明者らは、酸性条件下ではその発現能が低下するという知見を得ている。また、一層の製造工程の簡略化を考慮すれば、酸性条件下において特異的に高発現する新たなプロモーターが必要となってきていた。   Although the above-mentioned PDC1 gene promoter is an effective promoter in organic acid production using a neutralizing agent, the present inventors have found that its expression ability is reduced under acidic conditions. In consideration of further simplification of the manufacturing process, a new promoter that is highly expressed specifically under acidic conditions has been required.

そこで、本発明は、酸性条件下において高発現されるプロモーターを提供することを一つの目的とする。また、本発明は、組換え産物としてフリーの有機酸を培地から取得できる発酵生産に適したプロモーター、遺伝子組換えDNA構築物、形質転換体及び物質生産方法を提供することを他の一つの目的とする。また、本発明は、中和剤を使用することなく有機酸発酵させることができるプロモーター、遺伝子組換えDNA構築物、形質転換体及び物質生産方法を提供することをさらに他の一つの目的とする。さらに、本発明では、酵母のピルビン酸脱炭酸酵素遺伝子の発現を抑制した状態で有機酸生産するのに適したプロモーター、遺伝子組換えDNA構築物、形質転換体及び物質生産方法を提供することをさらに他の一つの目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a promoter that is highly expressed under acidic conditions. Another object of the present invention is to provide a promoter, a recombinant DNA construct, a transformant, and a substance production method suitable for fermentation production capable of obtaining a free organic acid as a recombinant product from a medium. To do. Another object of the present invention is to provide a promoter, a recombinant DNA construct, a transformant and a method for producing a substance that can be subjected to organic acid fermentation without using a neutralizing agent. Furthermore, the present invention further provides a promoter, a recombinant DNA construct, a transformant, and a substance production method suitable for producing an organic acid in a state where expression of a pyruvate decarboxylase gene in yeast is suppressed. One other purpose.

本発明者らは、組換え生物に非中和条件で乳酸発酵させることで培地からフリーの有機酸を取得することに着目し、こうした乳酸発酵が可能なプロモーターを探索した。すなわち、非中和条件下、有機酸生産においては酸性条件下で酵母に乳酸を生産させたときに高発現している遺伝子を探索した。この結果、数十種類の高発現遺伝子を見出し、さらにこれらについて選抜を行い、最終的に、これらの高発現遺伝子のプロモーターの下流に乳酸脱水素酵素遺伝子を結合したとき、非中和条件下において乳酸を高効率で生産する4種類のプロモーターを見出した。これらのプロモーターは、いずれも高発現プロモーターとして知られているものでもないが、特異的に酸性条件に耐性があるプロモーターであるといえる。本発明によれば、以下の手段が提供される。   The present inventors have focused on obtaining a free organic acid from a medium by subjecting a recombinant organism to lactic acid fermentation under non-neutralizing conditions, and searched for a promoter capable of such lactic acid fermentation. That is, in non-neutralizing conditions, in the production of organic acids, genes that were highly expressed when yeast was made to produce lactic acid under acidic conditions were searched for. As a result, dozens of types of highly expressed genes were found, further selected, and finally when lactate dehydrogenase genes were bound downstream of the promoters of these highly expressed genes, We have found four types of promoters that produce lactic acid with high efficiency. None of these promoters are known as high expression promoters, but can be said to be promoters that are specifically resistant to acidic conditions. According to the present invention, the following means are provided.

本発明の一つの態様によれば、以下の配列(a)〜(c)から選択されるポリヌクレオチドであって、酸性条件下においてプロモーター活性を有する、酸性条件下で使用するためのプロモーターが提供される。なお、この態様のプロモーターは、上記ポリヌクレオチドの一部分を有し、酸性条件下での発現用プロモーター活性を有する酸性条件下で使用するためのプロモーターであってもよい。
(a)配列番号1に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチド
(b)配列番号1に記載の塩基配列若しくはその一部に相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件でハイブリダイズするポリヌクレオチド
(c)配列番号1に記載の塩基配列において1あるいは複数個の塩基が欠失、置換及び/又は付加された塩基配列からなるポリヌクレオチド
According to one aspect of the present invention, there is provided a promoter selected from the following sequences (a) to (c), which has promoter activity under acidic conditions and is used under acidic conditions: Is done. In addition, the promoter of this aspect may be a promoter for use under acidic conditions having a part of the polynucleotide and having promoter activity for expression under acidic conditions.
(A) a polynucleotide comprising the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1 (b) a polynucleotide that hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide comprising the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1 or a base sequence complementary thereto, Nucleotide (c) a polynucleotide comprising a base sequence in which one or more bases have been deleted, substituted and / or added in the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1

また、本発明の他の一つの態様によれば、以下の配列(a)〜(c)から選択されるポリヌクレオチドであって、酸性条件下でプロモーター活性を有する酸性条件下で使用するためのプロモーターが提供される。なお、この態様のプロモーターは、上記ポリヌクレオチドの一部分を有し、酸性条件下での発現用プロモーター活性を有する酸性条件下で使用するためのプロモーターであってもよい。
(a)配列番号2に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチド
(b)配列番号2に記載の塩基配列若しくはその一部に相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件でハイブリダイズするポリヌクレオチド
(c)配列番号2に記載の塩基配列において1あるいは複数個の塩基が欠失、置換及び/又は付加された塩基配列からなるポリヌクレオチド
According to another embodiment of the present invention, a polynucleotide selected from the following sequences (a) to (c) for use under acidic conditions having promoter activity under acidic conditions: A promoter is provided. In addition, the promoter of this aspect may be a promoter for use under acidic conditions having a part of the polynucleotide and having promoter activity for expression under acidic conditions.
(A) a polynucleotide comprising the base sequence set forth in SEQ ID NO: 2 (b) a polynucleotide that hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide comprising the base sequence set forth in SEQ ID NO: 2 or a base sequence complementary to a part thereof. Nucleotide (c) a polynucleotide comprising a base sequence in which one or more bases are deleted, substituted and / or added in the base sequence set forth in SEQ ID NO:

また、本発明の他の一つの態様によれば、以下の配列(a)〜(c)から選択されるポリヌクレオチドであって、酸性条件下でプロモーター活性を有する酸性条件下で使用するためのプロモーターが提供される。なお、この態様のプロモーターは、上記ポリヌクレオチドの一部分を有し、酸性条件下での発現用プロモーター活性を有する酸性条件下で使用するためのプロモーターであってもよい。
(a)配列番号3に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチド
(b)配列番号3に記載の塩基配列若しくはその一部に相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件でハイブリダイズするポリヌクレオチド
(c)配列番号3に記載の塩基配列において1あるいは複数個の塩基が欠失、置換及び/又は付加された塩基配列からなるポリヌクレオチド
According to another embodiment of the present invention, a polynucleotide selected from the following sequences (a) to (c) for use under acidic conditions having promoter activity under acidic conditions: A promoter is provided. In addition, the promoter of this aspect may be a promoter for use under acidic conditions having a part of the polynucleotide and having promoter activity for expression under acidic conditions.
(A) a polynucleotide comprising the base sequence set forth in SEQ ID NO: 3 (b) a polynucleotide that hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide comprising the base sequence set forth in SEQ ID NO: 3 or a base sequence complementary thereto, Nucleotide (c) a polynucleotide comprising a base sequence in which one or more bases are deleted, substituted and / or added in the base sequence set forth in SEQ ID NO:

また、本発明のほかの一つの態様によれば、以下の配列(a)〜(c)から選択されるポリヌクレオチドであって、酸性条件下でプロモーター活性を有する酸性条件下で使用するためのプロモーターが提供される。なお、この態様のプロモーターは、上記ポリヌクレオチドの一部分を有し、酸性条件下での発現用プロモーター活性を有する酸性条件下で使用するためのプロモーターであってもよい。
(a)配列番号4に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチド
(b)配列番号4に記載の塩基配列若しくはその一部に相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件でハイブリダイズするポリヌクレオチド
(c)配列番号4に記載の塩基配列において1あるいは複数個の塩基が欠失、置換及び/又は付加された塩基配列からなるポリヌクレオチド
According to another aspect of the present invention, a polynucleotide selected from the following sequences (a) to (c), which is used under acidic conditions having promoter activity under acidic conditions: A promoter is provided. In addition, the promoter of this aspect may be a promoter for use under acidic conditions having a part of the polynucleotide and having promoter activity for expression under acidic conditions.
(A) a polynucleotide comprising the base sequence set forth in SEQ ID NO: 4 (b) a polynucleotide that hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide comprising the base sequence set forth in SEQ ID NO: 4 or a base sequence complementary thereto. A polynucleotide comprising a nucleotide sequence obtained by deleting, substituting and / or adding one or more nucleotides in the nucleotide sequence of nucleotide (c) SEQ ID NO: 4

さらにまた、本発明の他の一つの態様によれば、微生物における有機酸生産用プロモーターである、上記いずれかのプロモーターが提供される。特に、これらのプロモーターは、酵母による有機酸生産用プロモーターとすることができる。また、非中和条件下で有機酸を生産する有機酸生産用プロモーターとしてもよいし、pHが1.0〜3.0において有機酸を生産する有機酸生産用プロモーターとしてもよい。さらに、宿主のピルビン酸脱炭酸酵素遺伝子の発現が抑制された状態でピルビン酸に由来する有機酸を生産するための有機酸生産用プロモーターとしてもよい。   Furthermore, according to another aspect of the present invention, there is provided any one of the above promoters which is a promoter for organic acid production in a microorganism. In particular, these promoters can be promoters for organic acid production by yeast. Moreover, it is good also as a promoter for organic acid production which produces organic acid on non-neutralization conditions, and is good also as a promoter for organic acid production which produces organic acid in pH 1.0-3.0. Furthermore, it is good also as a promoter for organic acid production for producing the organic acid derived from pyruvic acid in the state in which the expression of the pyruvate decarboxylase gene of the host is suppressed.

また、上記いずれかのプロモーターは酸性条件誘導的プロモーターとして用いることができる。この酸性条件は乳酸酸性条件とすることができる。   Any of the above promoters can be used as an acidic condition-inducible promoter. This acidic condition can be a lactic acid acidic condition.

また、本発明の他の一つの態様によれば、グリセルアルデヒド三リン酸脱水素酵素1遺伝子(TDH1遺伝子)、トリオースリン酸イソメラーゼ1遺伝子(TPI1遺伝子)、細胞壁関連タンパク質12遺伝子(CCW12遺伝子)及びリボゾーマルタンパク質S31遺伝子(RSP31遺伝子)から選択されるいずれかの遺伝子のプロモーター活性を有する酸性条件下で使用するためのプロモーターが提供される。   According to another embodiment of the present invention, glyceraldehyde triphosphate dehydrogenase 1 gene (TDH1 gene), triose phosphate isomerase 1 gene (TPI1 gene), cell wall-related protein 12 gene (CCW12 gene) and A promoter for use under acidic conditions having the promoter activity of any gene selected from the ribosomal protein S31 gene (RSP31 gene) is provided.

本発明の他の一つの態様によれば、上記いずれかのプロモーターに機能的に結合された有機酸生産に関与するタンパク質をコードするDNAを備える、DNA構築物が提供される。   According to another aspect of the present invention, there is provided a DNA construct comprising DNA encoding a protein involved in organic acid production operably linked to any of the above promoters.

この態様においては、前記タンパク質は乳酸脱水素酵素活性を有するタンパク質とすることができる。また、前記タンパク質は、ウシ由来の乳酸脱水素酵素とすることができる。さらに、オートレギュレーション機構を備える酵母遺伝子の遺伝子破壊のための相同組換え用のDNAを備える構築物とすることができる。なお、この酵母遺伝子は、ピルビン酸脱炭酸酵素遺伝子とすることができる。   In this embodiment, the protein can be a protein having lactate dehydrogenase activity. The protein may be bovine-derived lactate dehydrogenase. Furthermore, it can be set as the structure provided with the DNA for homologous recombination for the gene disruption of the yeast gene provided with an autoregulation mechanism. This yeast gene can be a pyruvate decarboxylase gene.

本発明の他の一つの態様によれば、これらのいずれかのDNA構築物を保持する形質転換体が提供される。   According to another embodiment of the present invention, a transformant carrying any of these DNA constructs is provided.

この態様においては、前記プロモーター及び前記タンパク質をコードするDNAは、宿主染色体上に組み込まれていることが好ましい。また、宿主は酵母であることが好ましい。さらに、酵母はサッカロマイセス属に属するものであることが好ましい。また、宿主染色体上のオートレギュレーション機構を備える酵母遺伝子の発現が抑制されていてもよく、前記オートレギュレーション機構を備える酵母遺伝子は、ピルビン酸脱炭酸酵素遺伝子であることが好ましい。さらにまた、前記タンパク質は、乳酸脱水素酵素活性を有することが好ましい。   In this embodiment, the promoter and the DNA encoding the protein are preferably integrated on the host chromosome. The host is preferably yeast. Furthermore, the yeast preferably belongs to the genus Saccharomyces. In addition, expression of a yeast gene having an autoregulation mechanism on the host chromosome may be suppressed, and the yeast gene having the autoregulation mechanism is preferably a pyruvate decarboxylase gene. Furthermore, the protein preferably has lactate dehydrogenase activity.

本発明の他の一つの態様によれば、上記いずれかの形質転換体を準備する工程と、この形質転換体を有機酸を含む培地において培養する工程と、を備える、有機酸生産方法が提供される。   According to another aspect of the present invention, there is provided an organic acid production method comprising the steps of preparing any one of the above transformants and culturing the transformant in a medium containing an organic acid. Is done.

この態様においては、前記培養工程では、前記宿主細胞による有機酸生産により前記培地に有機酸を供給することとしてもよい。また、前記培養工程では、前記培地に有機酸を添加するようにしてもよい。また、前記タンパク質は、乳酸脱水素酵素活性を有するタンパク質であり、前記培養工程は、乳酸を生産する工程とすることができる。さらにまた、前記培養工程は、培地を中和することなく前記形質転換体を培養する工程とすることができる。また、前記培養工程は、培地のpHが1.0〜3.0の範囲で前記形質転換体を培養する工程とすることもできる。   In this aspect, in the culturing step, an organic acid may be supplied to the medium by organic acid production by the host cell. Further, in the culturing step, an organic acid may be added to the medium. The protein is a protein having lactate dehydrogenase activity, and the culturing step can be a step of producing lactic acid. Furthermore, the culture step can be a step of culturing the transformant without neutralizing the medium. Moreover, the said culture | cultivation process can also be set as the process of culturing the said transformant in the range of pH of a culture medium 1.0-3.0.

(プロモーター)
本発明のプロモーターは、本プロモーターに対して機能的に結合されたタンパク質をコードするDNAの発現を、有機酸の存在下においてはじめて活性化するか、有機酸の存在しないときよりも促進するか、あるいは有機酸の濃度が高まると促進するプロモーター活性を有する(以下、当該活性を本プロモーター活性という。)。ここで、「機能的な結合」とは、結合されたタンパク質をコードするDNAの発現を本プロモーターの影響下あるいは支配下におくような結合をいう。なお、「有機酸」とは、酸性を示す有機化合物であるが、有機酸が備える酸性基としては好ましくはカルボン酸基である。また、有機酸は、遊離の酸の他、有機酸塩を含む。このような有機酸として、具体的には、乳酸、酪酸、酢酸、ピルビン酸、コハク酸、ギ酸、リンゴ酸、クエン酸、マロン酸、プロピオン酸、アスコルビン酸、アジピン酸などを挙げることができ、好ましくは、乳酸である。乳酸には、L−乳酸、D−乳酸、及びDL−乳酸があるが、これらのいずれをも含む。「有機酸の存在下」とは、有機酸が本発明のプロモーター保持する宿主の成育環境において存在することを意味し、該有機酸は本発明のプロモーターを保持する宿主が生産するものであってもよいし、培地に対して添加されるなど宿主以外から供給されるものであってもよいし、これらの双方であってもよい。有機酸の培地における濃度は特に限定されず、本発明のプロモーターに機能的に結合されたDNAが発現されあるいは促進される範囲であればよい。
(promoter)
Whether the promoter of the present invention activates the expression of a DNA encoding a protein operably linked to the promoter for the first time in the presence of an organic acid, or promotes the expression compared to the absence of an organic acid, Alternatively, it has a promoter activity that is promoted when the concentration of the organic acid is increased (hereinafter, this activity is referred to as this promoter activity). As used herein, “functional binding” refers to binding that causes the expression of DNA encoding the bound protein to be under the influence or control of this promoter. The “organic acid” is an organic compound exhibiting acidity, but the acidic group provided in the organic acid is preferably a carboxylic acid group. Organic acids include organic acids in addition to free acids. Specific examples of such organic acids include lactic acid, butyric acid, acetic acid, pyruvic acid, succinic acid, formic acid, malic acid, citric acid, malonic acid, propionic acid, ascorbic acid, and adipic acid. Preferably, it is lactic acid. Lactic acid includes L-lactic acid, D-lactic acid, and DL-lactic acid, and includes any of these. “In the presence of an organic acid” means that the organic acid is present in the growth environment of the host retaining the promoter of the present invention, and the organic acid is produced by the host retaining the promoter of the present invention. Alternatively, it may be supplied from other than the host, such as added to the medium, or both of them. The concentration of the organic acid in the medium is not particularly limited as long as the DNA functionally bound to the promoter of the present invention is expressed or promoted.

本発明の酸性条件下で使用するためのプロモーターは、配列番号1に記載される塩基配列からなるポリヌクレオチドであって酸性条件下においてプロモーター活性を有するものが挙げられる。さらに、このようなプロモーターと相当的なプロモーターとしては以下のプロモーターを使用できる。   Examples of the promoter for use under acidic conditions of the present invention include a polynucleotide comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 and having promoter activity under acidic conditions. Furthermore, the following promoters can be used as such promoters and corresponding promoters.

一つの相同的プロモーターとしては、配列番号1に記載の塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件でハイブリダイズするポリヌクレオチドが挙げられる。このようなポリヌクレオチドは、配列番号1に記載の塩基配列からなるDNAあるいはその一部をプローブとして、一般的なハイブリダイゼーション技術(Southern,EM., J Mol Biol, 1975,98,503.)により得ることができる。また、かかるDNAは、配列番号1に記載の塩基配列からなるDNA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PCR技術(Saiki,RK.Science,1985,230,1350., et al.,Saiki, RK.et al.,Science,1988,239,487)により合成することもできる。こうしたDNAの単離に好ましく用いられるストリンジェントな条件としては、50%ホルムアミド存在下でハイブリダイゼーション温度が37℃であるハイブリダイゼーション条件あるいはこれと同様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意味している。よりストリンジェンシーの高い条件によれば、より相同性の高いDNAを単離できる。かかるハイブリダイゼーション条件としては、例えば、50%ホルムアミド存在下でハイブリダイゼーション温度が約42℃、さらにストリンジェンシーの高い条件としては、50%ホルムアミド存在下で約65℃のハイブリダイゼーション条件を挙げることができる。   One homologous promoter includes a polynucleotide that hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide comprising a base sequence complementary to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1. Such a polynucleotide is obtained by a general hybridization technique (Southern, EM., J Mol Biol, 1975, 98, 503.) using DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 or a part thereof as a probe. Obtainable. In addition, such DNA is prepared by PCR technology (Saiki, RK. Science, 1985, 230, 1350., et al., Saiki) using, as a primer, an oligonucleotide that specifically hybridizes to the DNA having the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1. , RK. Et al., Science, 1988, 239, 487). The stringent conditions preferably used for the isolation of such DNA mean hybridization conditions in which the hybridization temperature is 37 ° C. in the presence of 50% formamide or hybridization conditions with the same stringency. According to conditions with higher stringency, DNA with higher homology can be isolated. Such hybridization conditions include, for example, hybridization conditions of about 42 ° C. in the presence of 50% formamide, and conditions of about 65 ° C. in the presence of 50% formamide. .

他の一つの相同的プロモーターとしては、配列番号1に記載の塩基配列において1あるいは複数個の塩基が欠失、置換及び/又は付加された塩基配列からなるポリヌクレオチドであって酸性条件下でプロモーター活性を有するものが挙げられる。このようなDNAは、既に述べたハイブリダイゼーション技術やPCR技術等によって得ることもできるし、また、Site−directedmutagenesis法(Kramer, W.& Fritz,HJ.,Method Enzymol.,1987,154,350)によって、配列番号1に記載の塩基配列に人工的に変異を導入することによっても得ることができる。   Another homologous promoter is a polynucleotide comprising a nucleotide sequence in which one or more bases are deleted, substituted and / or added in the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1, and the promoter under acidic conditions The thing which has activity is mentioned. Such DNA can be obtained by the hybridization technique and the PCR technique already described, and the Site-directedmutageness method (Kramer, W. & Fritz, HJ., Method Enzymol., 1987, 154, 350). Can also be obtained by artificially introducing a mutation into the base sequence described in SEQ ID NO: 1.

なお、これらの相同的プロモーターにおける配列番号1記載の塩基配列との相同性は、単離されたDNAにおいて70%以上であることが好ましく、より好ましくは80%以上であり、さらに好ましくは90%以上である。なお、DNAの塩基配列のホモロジーは、公知の遺伝子解析プログラムBLASTなどによって決定することができる。なお、DNAの塩基配列のホモロジーは、遺伝子解析プログラムBLAST(http://blast.genome.ad.jp),FASTA(http://fasta.genome.ad.jp/SIT/FASTA.html)などによって決定することができる。   The homology with the nucleotide sequence described in SEQ ID NO: 1 in these homologous promoters is preferably 70% or more, more preferably 80% or more, and still more preferably 90% in the isolated DNA. That's it. The homology of the DNA base sequence can be determined by a known gene analysis program BLAST or the like. The DNA base sequence homology is determined by the gene analysis program BLAST (http://blast.genome.ad.jp), FASTA (http://fasta.genome.ad.jp/SIT/FASTA.html), or the like. Can be determined.

本発明のプロモーターとしては、配列番号2〜4に記載される塩基配列から選択されるいずれかの塩基配列からなるポリヌクレオチドであって、本プロモーター活性を有するものが挙げられる。これらの各配列番号2〜4については、配列番号1に記載したのと同様の相同的プロモーターを使用できる。   Examples of the promoter of the present invention include a polynucleotide having any one of the nucleotide sequences selected from the nucleotide sequences described in SEQ ID NOs: 2 to 4, and having the present promoter activity. For each of these SEQ ID NOs: 2 to 4, homologous promoters similar to those described in SEQ ID NO: 1 can be used.

本発明のこれらのプロモーターの配列番号1〜4の記載された塩基配列で示されるプロモーターは、それぞれ、酵母サッカロマイセスセレビジエのグリセルアルデヒド三リン酸脱水素酵素1遺伝子(TDH1遺伝子)、トリオースリン酸イソメラーゼ1遺伝子(TPI1遺伝子)、細胞壁関連タンパク質12遺伝子(CCW12遺伝子)及びリボゾーマルタンパク質S31遺伝子(RSP31遺伝子)プロモーター活性を有するDNA断片として取得されたものである。したがって、本発明のプロモーターは、酵母、あるいはサッカロマイセス属酵母のこれらの遺伝子のプロモーター活性を有するDNAあるいはかかるプロモーター領域に相同性を有し、本プロモーター活性を有するDNAであってもよい。このようなDNAは、配列番号1〜4のいずれかに記載の塩基配列の少なくとも一部からなるプローブを用いたハイブリダイゼーション技術や、該塩基配列にハイブリダイズするオリゴヌクレオチドプローブを用いたPCR技術を利用して、酵母から取得することができる。さらに、上述したストリンジェントな条件でハイブリダイズするDNAを選択することができる。   The promoters represented by the nucleotide sequences described in SEQ ID NOs: 1 to 4 of these promoters of the present invention are glyceraldehyde triphosphate dehydrogenase 1 gene (TDH1 gene) and triose phosphate isomerase of yeast Saccharomyces cerevisiae, respectively. 1 DNA (TPI1 gene), cell wall-related protein 12 gene (CCW12 gene) and ribosomal protein S31 gene (RSP31 gene) were obtained as DNA fragments having promoter activity. Therefore, the promoter of the present invention may be DNA having the promoter activity of these genes in yeast or Saccharomyces yeast, or DNA having homology to such a promoter region and having this promoter activity. Such DNA is obtained by performing a hybridization technique using a probe consisting of at least a part of the base sequence described in any one of SEQ ID NOs: 1 to 4 or a PCR technique using an oligonucleotide probe that hybridizes to the base sequence. It can be obtained from yeast. Furthermore, DNA that hybridizes under the stringent conditions described above can be selected.

なお、本発明のプロモーターは、本プロモーター活性を有する限りこのような各種形態のDNAの一部分であってもよい。   The promoter of the present invention may be a part of such various forms of DNA as long as it has this promoter activity.

なお、配列番号1〜4に記載の塩基配列からなる各DNAは、PDC1遺伝子が破壊されるとともにPDC1遺伝子プロモーターの制御下に乳酸脱水素酵素遺伝子を導入した乳酸生産酵母において中和剤を添加しない条件(非中和条件;pH1.0〜pH3.0)での乳酸発酵下におけるスクリーニングを経て選択されたものである。スクリーニングは、乳酸生産酵母を用いて前記中和条件下において乳酸発酵を行い、発酵開始後一定期間後において採取されたmRNAから得られるcDNAを、定量的PCR技術等により定量することにより高い発現量を示した遺伝子を選抜するものである。このようなスクリーニングにより、前記したような乳酸生産酵母において乳酸生産時(有機酸存在時)において、高発現する遺伝子を探索することができ、かかる遺伝子のプロモーターを単離することで、乳酸生産時(有機酸存在時)において高い転写活性を有するプロモーターを得ることができる。   In addition, each DNA which consists of a base sequence of sequence number 1-4 does not add a neutralizing agent in the lactic acid production yeast which introduce | transduced the lactate dehydrogenase gene under control of the PDC1 gene promoter while the PDC1 gene is destroyed. It was selected through screening under lactic acid fermentation under conditions (non-neutralizing conditions; pH 1.0 to pH 3.0). In screening, lactic acid fermentation is performed using the lactic acid-producing yeast under the neutralization conditions, and a high expression level is obtained by quantifying cDNA obtained from mRNA collected after a certain period of time after the start of fermentation by a quantitative PCR technique or the like. The gene which showed is selected. By such screening, it is possible to search for a gene that is highly expressed during lactic acid production (in the presence of an organic acid) in the lactic acid-producing yeast as described above, and by isolating the promoter of such gene, A promoter having a high transcription activity can be obtained (in the presence of an organic acid).

かかるスクリーニングによって得られるプロモーターは、同時に乳酸などの有機酸による酸性条件を含む酸性条件に対して耐性があるプロモーターであるとともに、こうした酸性条件下において遺伝子の発現を活性化する酸性条件誘導的プロモーターであるといえる。したがって、かかるプロモーターに乳酸脱水素酵素などの有機酸生産に関与する酵素活性を有するタンパク質をコードするDNAを機能的に結合することで、有機酸の生産量の増大によって有機酸の生産が抑制されない、あるいは逆に有機酸の生産量の増大によって酸性度が高まるとさらに有機酸の生産が促進される実用的な有機酸生産酵母などの形質転換体を得ることがおおいに期待される。また、PDC1プロモーターは恒常的プロモーターであって、酸性下においても一定の乳酸生産能を有するが、乳酸生産が進行して培地中の酸性度が高まるにつれ、プロモーター活性が停滞あるいは低下することが考えられるが、本プロモーターによれば、そうしたプロモーター活性の低下傾向は抑制又は回避される。   The promoter obtained by such screening is a promoter that is simultaneously resistant to acidic conditions including acidic conditions with organic acids such as lactic acid, and is an acidic condition-inducible promoter that activates gene expression under such acidic conditions. It can be said that there is. Therefore, by functionally binding a DNA encoding a protein having an enzyme activity involved in organic acid production such as lactate dehydrogenase to such a promoter, the production of organic acid is not suppressed due to an increase in the production amount of organic acid. Alternatively, conversely, it is highly expected to obtain a transformant such as a practical organic acid-producing yeast in which the production of organic acid is further promoted when the acidity is increased by increasing the production amount of organic acid. The PDC1 promoter is a constitutive promoter and has a certain ability to produce lactic acid even under acidic conditions. However, as lactic acid production proceeds and the acidity in the medium increases, the promoter activity may stagnate or decrease. However, according to the present promoter, such a tendency to decrease the promoter activity is suppressed or avoided.

このような本発明のプロモーターの活性は、いずれも知られていない特徴である。また、こうしたスクリーニングによって得られるプロモーターは、宿主のピルビン酸脱炭酸酵素遺伝子の発現が抑制されたいわば酵母にとって異常な状態での転写を活性化するプロモーターであるといえるが、本発明者らが見出したこれらの公知のプロモーターは、こうした特定の異常時において強いプロモーター活性を有するプロモーターであると推測される。   None of the activities of the promoter of the present invention is a known feature. In addition, the promoter obtained by such screening can be said to be a promoter that activates transcription in an abnormal state for yeast in which the expression of the pyruvate decarboxylase gene of the host is suppressed. These known promoters are presumed to be promoters having strong promoter activity at the time of such specific abnormalities.

したがって、本プロモーターは、微生物における有機酸生産用プロモーターとして使用することができる。また、特に、酵母による有機酸生産用プロモーターとして使用することができる。なお、微生物としての酵母については後段で詳細に説明する。また、本発明のプロモーターは、非中和条件下で有機酸を生産する有機酸生産用プロモーターとして使用することができる。さらに、本発明のプロモーターは、pHが1.0〜3.0において有機酸を生産する有機酸生産用プロモーターとして使用できる。さらに、本発明のプロモーターは、宿主のピルビン酸脱炭酸酵素遺伝子(典型的には、ピルビン酸脱炭酸酵素1遺伝子)の発現が抑制された状態でピルビン酸に由来する有機酸を生産するための有機酸生産用プロモーターとして使用できる。   Therefore, this promoter can be used as a promoter for organic acid production in microorganisms. In particular, it can be used as a promoter for organic acid production by yeast. The yeast as the microorganism will be described in detail later. In addition, the promoter of the present invention can be used as a promoter for organic acid production that produces an organic acid under non-neutralizing conditions. Furthermore, the promoter of this invention can be used as a promoter for organic acid production which produces organic acid in pH 1.0-3.0. Furthermore, the promoter of the present invention is for producing an organic acid derived from pyruvate in a state in which the expression of the host pyruvate decarboxylase gene (typically pyruvate decarboxylase 1 gene) is suppressed. It can be used as a promoter for organic acid production.

なお、取得したDNAが本プロモーター活性を有するか否かは、当業者において公知のレポーター遺伝子を用いたレポーターアッセイにより確認することもできる。レポーター遺伝子としては、特に制限することなく公知の遺伝子を用いることができ、例えば、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ遺伝子(CAT)、β−ガラクトシダーゼ遺伝子(LacZ)、ルシフェラーゼ遺伝子(LUC)、β−グルクロニダーゼ及びグリーンフロッセントプロテイン遺伝子(GFP)等を挙げることができる。この他、遺伝子の発現の確認を該遺伝子によってコードされるタンパク質量や該タンパク質(酵素)の活性(例えば、代謝産物の量)を測定可能な遺伝子を用いて、本プロモーター活性の存否を確認することも可能である。さらに他には、遺伝子が発現されることにより得られるmRNAを利用したノーザンハイブリダイゼーション法や定量的PCR法等を用いて遺伝子の転写レベルを測定することによっても本プロモーター活性を確認することができる。なお、本プロモーター活性は、有機酸の存在下において発現を活性化あるいは促進するものであるため、本プロモーター活性の確認にあたっては、有機酸が存在する培地あるいは有機酸を生産する宿主を用いることが好ましい。   In addition, it can also be confirmed by the reporter assay using a reporter gene well-known in the art whether the acquired DNA has this promoter activity. As the reporter gene, a known gene can be used without particular limitation, and examples thereof include chloramphenicol acetyltransferase gene (CAT), β-galactosidase gene (LacZ), luciferase gene (LUC), β-glucuronidase and Examples thereof include green florescent protein gene (GFP). In addition, the presence or absence of this promoter activity is confirmed using a gene that can measure the amount of protein encoded by the gene and the activity of the protein (enzyme) (for example, the amount of metabolites). It is also possible. Furthermore, this promoter activity can also be confirmed by measuring the transcription level of a gene using Northern hybridization method or quantitative PCR method using mRNA obtained by gene expression. . Since this promoter activity activates or promotes expression in the presence of an organic acid, a medium containing the organic acid or a host that produces the organic acid should be used to confirm the promoter activity. preferable.

なお、本発明のプロモーターを構成するポリヌクレオチドは、ゲノムDNAであってもよく、また、化学的な手法等により人工的に得られたDNAであってもよい。   The polynucleotide constituting the promoter of the present invention may be genomic DNA or DNA obtained artificially by a chemical technique or the like.

(DNA構築物)
本発明は、本プロモーターを含むDNA構築物も提供する。本発明のDNA構築物は、特に限定しないでプラスミド(DNA)、ウイルス(DNA)、バクテリオファージ(DNA)、レトロトランスポゾン(DNA)、人工染色体(YAC、PAC、BAC、MAC等)を、外来遺伝子の導入形態(染色体外あるいは染色体内)や宿主細胞の種類に応じて選択してベクターとしての形態をとることができる。したがって、本DNA構築物は、本プロモーターDNAの他、これらのいずれかの態様のベクターとしてのDNA等を備えることができる。本DNA構築物は、好ましくは、プラスミドベクター又はウイルスベクターの形態を採る。また、好ましい原核細胞性ベクター、真核細胞性ベクター、動物細胞性ベクター、植物細胞性ベクターは当該分野において周知である。本DNA構築物は、細胞質あるいは宿主細胞において宿主染色体外において保持されていてもよいし、また、宿主染色体に組み込まれて保持されていてもよい。
(DNA construct)
The present invention also provides a DNA construct comprising this promoter. The DNA construct of the present invention is not particularly limited, and a plasmid (DNA), virus (DNA), bacteriophage (DNA), retrotransposon (DNA), artificial chromosome (YAC, PAC, BAC, MAC, etc.) It can be selected according to the form of introduction (extrachromosomal or intrachromosomal) or the type of host cell and can take the form of a vector. Therefore, the present DNA construct can comprise the present promoter DNA, as well as DNA as a vector of any one of these aspects. The DNA construct preferably takes the form of a plasmid vector or a viral vector. Preferred prokaryotic vectors, eukaryotic cells, animal cells, and plant cells are well known in the art. This DNA construct may be retained outside the host chromosome in the cytoplasm or host cell, or may be incorporated and retained in the host chromosome.

本DNA構築物は、本プロモーターに対して機能的に結合された所望のタンパク質をコードするDNA(以下、コードDNAともいう。)を備えている。コードDNAは、cDNAのみならず、転写されても翻訳されないDNA配列を含むものであってもよい。タンパク質は特に限定しないが、コードDNAは乳酸等の有機酸生産のためのDNA、すなわち、有機酸生産に関連する酵素活性を有するタンパク質をコードするDNAとすることができる。かかるタンパク質をコードするDNAを本プロモーターに対して機能的に結合させることで、相乗的に有機酸生産が促進されることが期待される。このような酵素としては、乳酸生産の場合には、L−乳酸脱水素酵素、D−乳酸脱水素酵素等の酵素、ピルビン酸生産の場合にはピルビン酸キナーゼ等、酢酸生産の場合にはピルビン酸オキシダーゼ等、コハク酸生産の場合にはスクシニルCoAシンテターゼ等、リンゴ酸の場合にはフマル酸ヒドラターゼ等、クエン酸生産の場合にはクエン酸シンテターゼ等を例示できる。   The present DNA construct includes a DNA encoding a desired protein operably linked to the present promoter (hereinafter also referred to as a coding DNA). The coding DNA may include not only cDNA but also a DNA sequence that is transcribed but not translated. Although the protein is not particularly limited, the coding DNA may be DNA for producing an organic acid such as lactic acid, that is, DNA coding for a protein having an enzyme activity related to organic acid production. It is expected that organic acid production is synergistically promoted by functionally binding DNA encoding such a protein to this promoter. Examples of such enzymes include L-lactate dehydrogenase and D-lactate dehydrogenase in the case of lactic acid production, pyruvate kinase and the like in the case of pyruvate production, and pyruvin in the case of acetic acid production. Examples of acid oxidase include succinyl-CoA synthetase in the case of succinic acid production, fumarate hydratase in the case of malic acid, and citrate synthetase in the case of citric acid production.

乳酸脱水素酵素(LDH)としては、生物の種類に応じてあるいは生体内においても各種同族体が存在する。本発明において使用する乳酸脱水素酵素としては、天然由来のLDHの他、化学合成的あるいは遺伝子工学的に人工的に合成されたLDHも包含している。LDHとしては、好ましくは、乳酸菌などの原核生物もしくはカビなどの真核微生物由来であり、より好ましくは、植物、動物、昆虫などの高等真核生物由来であり、さらに好ましくは、ウシを始めとする哺乳類を含む高等真核生物由来である。L−LDHとしては、好ましくは、ウシ由来のLDH(L−LDH)である。例えば、ウシ由来のLDHとして配列番号:6に示すアミノ酸配列からなるタンパク質を挙げることができる。また、かかるLDHをコードするDNAとしては、配列番号:5に記載される塩基配列からなるDNAを挙げることができる。さらに、本発明におけるLDHは、これらのLDHのホモログも包含している。LDHホモログは、天然由来のLDHのアミノ酸配列において、1もしくは数個のアミノ酸の置換、欠失、挿入および/または付加されたアミノ酸でありかつLDH活性を有しているタンパク質、および、天然由来のLDHとアミノ配列の相同性が少なくとも70%、好ましくは80%以上を有しかつLDH活性を有しているタンパク質を含んでいる。   As a lactate dehydrogenase (LDH), various homologues exist depending on the kind of organism or in vivo. The lactate dehydrogenase used in the present invention includes not only naturally derived LDH but also LDH synthesized chemically or genetically. LDH is preferably derived from prokaryotes such as lactic acid bacteria or eukaryotic microorganisms such as mold, more preferably derived from higher eukaryotes such as plants, animals and insects, and more preferably cows and the like. It is derived from higher eukaryotes including mammals. L-LDH is preferably bovine-derived LDH (L-LDH). For example, a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6 can be mentioned as LDH derived from bovine. An example of such a DNA encoding LDH is a DNA comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 5. Furthermore, LDH in the present invention includes homologues of these LDHs. An LDH homolog is a protein having an LDH activity, which is an amino acid sequence having one or several amino acid substitutions, deletions, insertions and / or additions in the amino acid sequence of naturally occurring LDH, and a naturally occurring LDH It contains a protein having LDH and amino sequence homology of at least 70%, preferably 80% or more and having LDH activity.

本DNA構築物においては、相同組換えにより本プロモーター及びコードDNAを宿主染色体に組み込むための相同組換え用のDNA配列を備えることができる。このようなDNAを備えることにより、宿主染色体の所望の部位にこれらのDNAの組み込みを達成する他、所望の遺伝子の破壊を同時に達成することができる。相同組換え用DNA配列は、宿主染色体において本DNAを導入しようとするターゲット部位あるいはその近傍のDNA配列と相同なDNA配列である。相同組換え用DNA配列は、一つのターゲット遺伝子あるいはその近傍の少なくとも1箇所に相同である1の配列を有しており、好ましくは、ターゲット遺伝子あるいはその近傍の少なくとも2箇所にそれぞれ相同な配列を備えている。例えば、2個の相同組換え用DNA配列を、染色体上のターゲット部位の上流側と下流側のDNAとのそれぞれに相同なDNA配列とし、これらの相同組換え用DNA配列の間に本プロモーターやコードDNAを連結することが好ましい。   This DNA construct can be provided with a DNA sequence for homologous recombination for integrating the promoter and coding DNA into a host chromosome by homologous recombination. By providing such a DNA, the integration of these DNAs at a desired site of the host chromosome can be achieved, and the destruction of a desired gene can be achieved simultaneously. The DNA sequence for homologous recombination is a DNA sequence that is homologous to the DNA sequence at or near the target site into which the present DNA is to be introduced in the host chromosome. The DNA sequence for homologous recombination has one sequence that is homologous to at least one location in the vicinity of one target gene, or preferably, preferably a sequence that is homologous to at least two locations in the vicinity of the target gene. I have. For example, two DNA sequences for homologous recombination are made DNA sequences homologous to the upstream and downstream DNAs of the target site on the chromosome, and the promoter or It is preferable to link the coding DNA.

本DNA構築物は、宿主染色体上に相同組換えにより宿主染色体に本DNAを導入する場合であって、適切な相同組換え用DNAを選択することで、宿主染色体上の所望の部位において、本プロモーター及びコードDNAを組み込んで、本プロモーターDNAによりコードDNAの発現を制御することができるようになる。このような染色体上への組み込みを実現するための相同組換え用DNAの選択は、当業者において周知であり、当業者であれば必要に応じて適切な相同組換え用DNAを選択して相同組換え用DNA構築物を構成することができる。   The present DNA construct is a case where the present DNA is introduced into the host chromosome by homologous recombination on the host chromosome, and the promoter is selected at a desired site on the host chromosome by selecting an appropriate DNA for homologous recombination. And the coding DNA is incorporated, and the expression of the coding DNA can be controlled by the promoter DNA. The selection of DNA for homologous recombination for realizing such integration on a chromosome is well known to those skilled in the art, and those skilled in the art can select appropriate DNA for homologous recombination as needed and perform homologous recombination. Recombinant DNA constructs can be constructed.

なお、相同組換え用DNAの選択により、本プロモーターDNAの染色体組み込みと同時に宿主染色体上の所望の遺伝子を破壊することができる。破壊する遺伝子は、オートレギュレーション機構が存在する遺伝子であることが好ましいが、これについては後述する。例えば、サッカロマイセス属酵母などの酵母において、有機酸生産に関与するタンパク質をコードするDNAを用いて有機酸を生産する場合、ピルビン酸脱炭酸酵素遺伝子(特に、ピルビン酸脱炭酸酵素1遺伝子)を破壊することが好ましい。ピルビン酸脱炭酸酵素1遺伝子のプロモーターは強力であるからであり、後述するようにオートレギュレーション機構を備えているからである。該遺伝子を破壊する染色体組み込みにより、ピルビン酸脱炭酸酵素の発現を抑制すると同時に外来DNAによってコードされたタンパク質を発現させることができる。さらに、本プロモーターによって、外来コードDNAの発現は酸性条件下において発現が活性化されるため、発現されたタンパク質により有機酸生産が促進されることで一層外来コードDNAの発現が促進される。   By selecting the DNA for homologous recombination, the desired gene on the host chromosome can be destroyed simultaneously with the chromosomal integration of the promoter DNA. The gene to be destroyed is preferably a gene having an autoregulation mechanism, which will be described later. For example, when an organic acid is produced using a DNA encoding a protein involved in organic acid production in yeast such as Saccharomyces yeast, the pyruvate decarboxylase gene (particularly, the pyruvate decarboxylase 1 gene) is destroyed. It is preferable to do. This is because the promoter of pyruvate decarboxylase 1 gene is strong and has an autoregulation mechanism as described later. Chromosomal integration that disrupts the gene can suppress the expression of pyruvate decarboxylase and simultaneously express the protein encoded by the foreign DNA. Furthermore, since the expression of the foreign coding DNA is activated under acidic conditions by this promoter, the expression of the foreign coding DNA is further promoted by promoting the production of organic acid by the expressed protein.

特に、乳酸脱水素酵素をコードするDNAを用いて乳酸を生産する場合には、当該破壊形態が一層有効である。ピルビン酸脱炭酸酵素1遺伝子は、乳酸脱水素酵素の基質であるピルビン酸を基質とし乳酸脱水素酵素に対して競合的に作用するからである。該遺伝子を破壊することで、ピルビン酸脱炭酸酵素の発現を抑制し乳酸脱水素酵素を発現させることができ、同時に乳酸脱水素酵素は本プロモーターDNAにより有機酸(乳酸)存在下において発現が活性化されるため、乳酸生産がより一層促進されるものと期待される。このような染色体上への組み込みを達成するにあたっては、本DNA構築物は、例えば、ピルビン酸脱炭酸酵素の構造遺伝子の一部あるいはその近傍の配列(開始コドンの近傍の配列、開始コドンの上流域の配列(この構造遺伝子のプロモーターを含む)、構造遺伝子内の配列等)、あるいはさらに染色体上の該遺伝子の上流域及び/又は下流側と相同なDNA配列を含むことができる。好ましくは、サッカロマイセス属(特にセレビシエ)を宿主として、この宿主のピルビン酸脱炭酸酵素1遺伝子をターゲットとするDNA構築物とする。   In particular, when lactic acid is produced using DNA encoding lactate dehydrogenase, the disrupted form is more effective. This is because the pyruvate decarboxylase 1 gene acts competitively with lactate dehydrogenase using pyruvate, which is a substrate for lactate dehydrogenase, as a substrate. By disrupting the gene, the expression of pyruvate decarboxylase can be suppressed and lactate dehydrogenase can be expressed. At the same time, lactate dehydrogenase is activated in the presence of organic acid (lactic acid) by this promoter DNA. Therefore, lactic acid production is expected to be further promoted. In order to achieve such integration on the chromosome, the present DNA construct can be used, for example, a part of the structural gene of pyruvate decarboxylase or a sequence in the vicinity thereof (sequence in the vicinity of the start codon, upstream region of the start codon). Or a DNA sequence homologous to the upstream region and / or the downstream side of the gene on the chromosome. Preferably, a Saccharomyces genus (especially cerevisiae) is used as a host, and a DNA construct targeting the pyruvate decarboxylase 1 gene of this host is used.

ピルビン酸脱炭酸酵素遺伝子のプロモーターは強力なプロモーターであることから、本プロモーターDNAと組み合わせて使用することができる。すなわち、酵母染色体上のピルビン酸脱炭酸酵素遺伝子(好ましくはピルビン酸脱炭酸酵素1遺伝子)の内在部位において、当該遺伝子プロモーターによって本来制御されるべき構造遺伝子に替えて乳酸脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードするDNAを導入する相同組換え用DNA構築物と、酵母染色体上の本DNAプロモーターに内在部位において本DNAプロモーターによって本来制御されるべき構造遺伝子に替えて乳酸脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードするDNAを導入する相同組換え用DNA構築物とを用いることができる。PDC(好ましくはPDC1)遺伝子プロモーターと本プロモーターとの双方による発現促進効果と、PDC(好ましくはPDC1)構造遺伝子の破壊によるピルビン脱炭酸酵素遺伝子の発現抑制とによって、一層効果的な乳酸製造が期待される。また、PDC1遺伝子が破壊されていても、代替的に他のPDC5遺伝子等によりピルビン酸脱炭酸酵素は生合成されるため、酵母の増殖性能は担保されている。なお、このようなDNA構築物には、PDC1プロモーター活性を有するDNAを、プロモーターDNA及び相同組換え用DNAの双方の機能を発揮するものとして保持することができる。PDC1プロモーターDNAとしては、配列番号:9に記載の塩基配列からなるDNAの他、該DNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズするDNA、該塩基配列において1あるいは2以上の塩基が置換、欠失、付加、及び/又は挿入された配列からなるDNAを用いることができる。このようなDNAは、本プロモーターDNAと同様にして単離することができる。   Since the pyruvate decarboxylase gene promoter is a strong promoter, it can be used in combination with this promoter DNA. That is, a protein having lactate dehydrogenase activity in place of a structural gene to be originally controlled by the gene promoter at the endogenous site of the pyruvate decarboxylase gene (preferably pyruvate decarboxylase 1 gene) on the yeast chromosome A DNA construct for homologous recombination that introduces a DNA encoding DNA, and a protein having lactate dehydrogenase activity in place of a structural gene that should be originally controlled by the DNA promoter at a site endogenous to the DNA promoter on the yeast chromosome DNA constructs for homologous recombination that introduce DNA to be used can be used. Expected to produce more effective lactic acid by promoting expression by both PDC (preferably PDC1) gene promoter and this promoter and suppressing expression of pyruvin decarboxylase gene by disrupting PDC (preferably PDC1) structural gene Is done. Even if the PDC1 gene is disrupted, pyruvate decarboxylase is biosynthesized by another PDC5 gene or the like, so that the growth performance of yeast is ensured. In such a DNA construct, DNA having PDC1 promoter activity can be retained as exhibiting the functions of both promoter DNA and DNA for homologous recombination. PDC1 promoter DNA includes DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 9, DNA that hybridizes with the DNA under stringent conditions, substitution or deletion of one or more bases in the base sequence, DNA consisting of added and / or inserted sequences can be used. Such DNA can be isolated in the same manner as the promoter DNA.

PDC1遺伝子は、本発明者らが既に開示しているように、オートレギュレーション機構が存在する遺伝子である(特開2003−164295号)。オートレギュレーション機構とは、同じ機能を有する遺伝子が同一生物において複数存在し、通常、そのうちの少なくとも一つは発現しているが、残りは抑制されており、通常発現している遺伝子が破壊などにより機能しなくなった場合にのみ、残りの遺伝子が発現されてその機能を継続する機構を意味している。かかる機構が存在するため、例えば、酵母のPDC1遺伝子が破壊されたとしても、PDC5遺伝子が活性化され、酵母のエタノール生産機能は維持され、生理的機能が維持されることになる。このようなオートレギュレーション機構が存在する遺伝子を破壊することで、生物自体の生存、増殖機能を維持することができて、結果として、外来DNAを保持する形質転換体の増殖を維持しながら目的産物を効果的に生産させることができる。   As already disclosed by the present inventors, the PDC1 gene is a gene having an autoregulation mechanism (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-164295). The autoregulation mechanism is that multiple genes with the same function exist in the same organism, and at least one of them is normally expressed, but the rest is suppressed. It means a mechanism in which the remaining genes are expressed and continue their functions only when they stop functioning. Since such a mechanism exists, for example, even if the yeast PDC1 gene is disrupted, the PDC5 gene is activated, the yeast ethanol production function is maintained, and the physiological function is maintained. By destroying the gene in which such an autoregulation mechanism exists, it is possible to maintain the survival and proliferation function of the organism itself, and as a result, the target product while maintaining the growth of the transformant holding the foreign DNA. Can be produced effectively.

なお、宿主が本プロモーターを内在遺伝子のプロモーターとして宿主染色体上に備えている場合には、適切な相同組換え用DNAを選択することで、宿主染色体上において本プロモーターが本来的に存在する部位において、本プロモーター及びコードDNAを組み込むこともできる。こうすることで、染色体上の本プロモーターが本来制御すべき内在性コードDNAに替えて、本プロモーターによって外来性コードDNAを制御させることができる。この結果、本来発現が活性化されるべき内在性コードDNAの発現を抑止する一方、本プロモーターDNAが本来的に存在する染色体上の部位において、本プロモーターDNAによって外来性のコードDNAの発現を活性化させることができる。このようなDNA構築物は、本プロモーターと、本プロモーターによって制御される内在する構造遺伝子の少なくとも一部を相同組換え用DNAとして備えることでこのような宿主染色体上への組み込みが可能となる。   In addition, when the host has this promoter on the host chromosome as the promoter of the endogenous gene, by selecting an appropriate DNA for homologous recombination, at the site where this promoter originally exists on the host chromosome. The promoter and coding DNA can also be incorporated. By doing so, the exogenous coding DNA can be controlled by this promoter in place of the endogenous coding DNA that should be controlled by the present promoter on the chromosome. As a result, the expression of the endogenous coding DNA that should be activated originally is suppressed, while the expression of the foreign coding DNA is activated by the promoter DNA at the site on the chromosome where the promoter DNA is originally present. It can be made. Such a DNA construct can be incorporated into such a host chromosome by providing the present promoter and at least a part of the endogenous structural gene controlled by the present promoter as DNA for homologous recombination.

なお、DNA構築物には、ターミネーター他、必要に応じてエンハンサーなどのシスエレメント、スプライシングシグナル、ポリA付加シグナル、選択マーカー、リボソーム結合配列(SD配列)を連結することができる。選択マーカーとしては、特に限定しないで、薬剤抵抗性遺伝子、栄養要求性遺伝子などを始めとする公知の各種選択マーカー遺伝子を利用できる。例えば、アンピシリン耐性遺伝子、カナマイシン耐性G418遺伝子、ハイグロマイシン耐性遺伝子、ブレオマイシン耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子、ジヒドロ葉酸還元酵素遺伝子、クロラムフェニコール耐性遺伝子、シクロヘキサミド耐性遺伝子等を使用することができる。   In addition, a terminator, a cis element such as an enhancer, a splicing signal, a poly A addition signal, a selection marker, and a ribosome binding sequence (SD sequence) can be linked to the DNA construct as necessary. The selectable marker is not particularly limited, and various known selectable marker genes such as drug resistance genes and auxotrophic genes can be used. For example, ampicillin resistance gene, kanamycin resistance G418 gene, hygromycin resistance gene, bleomycin resistance gene, neomycin resistance gene, dihydrofolate reductase gene, chloramphenicol resistance gene, cyclohexamide resistance gene and the like can be used.

(形質転換体)
本DNA構築物は、適当な宿主細胞に、トランスフォーメーション法や、トランスフェクション法、接合法、プロトプラスト融合、エレクトロポレーション法、リポフェクション法、酢酸リチウム法、パーティクルガン法、リン酸カルシウム沈殿法、アグロバクテリウム法、PEG法、直接マイクロインジェクション法等の各種の適切な手段のいずれかにより、これを導入することができる。これにより本発明の形質転換体を得ることができる。本DNA構築物の導入後、その宿主細胞は、選択培地で培養される。
(Transformant)
This DNA construct can be applied to an appropriate host cell by transformation method, transfection method, conjugation method, protoplast fusion, electroporation method, lipofection method, lithium acetate method, particle gun method, calcium phosphate precipitation method, Agrobacterium method This can be introduced by any suitable means such as PEG method, direct microinjection method and the like. Thereby, the transformant of the present invention can be obtained. After the introduction of the DNA construct, the host cell is cultured in a selective medium.

宿主細胞は、Eshrichia coli、Bacillus subtilisなどの細菌、サッカロマイセス・セレビシエ、シゾサッカロマイセス・ポンベ(Saccharomyces pombe)などのサッカロマイセス属酵母、ピキア・パストリス(Pichia pastoris)などの酵母、sf9、sf21等の昆虫細胞、COS細胞、チャイニーズハムスター卵巣細胞(CHO細胞)などの動物細胞、サツマイモ、タバコなどの植物細胞などとすることができる。好ましくは、酵母などのアルコール発酵を行う微生物あるいは耐酸性微生物であり、例えば、サッカロマイセス・セレビシエなどのサッカロマイセス属を始めとする酵母である。具体的には、サッカロマイセス・セレビシエIFO2260株や同YPH株を例示できる。   Host cells include bacteria such as Eshrichia coli and Bacillus subtilis, yeasts such as Saccharomyces pombe such as Saccharomyces pombe, yeasts such as Pichia pastoris, and insect cells such as sf9 and sf21. Animal cells such as COS cells and Chinese hamster ovary cells (CHO cells), plant cells such as sweet potatoes and tobacco. Preferred are microorganisms that perform alcoholic fermentation such as yeast or acid-resistant microorganisms, for example, yeasts including Saccharomyces genus such as Saccharomyces cerevisiae. Specifically, Saccharomyces cerevisiae IFO2260 strain and YPH strain can be exemplified.

なお、本DNA構築物が宿主に導入されたか否か、あるいは染色体上の所望の部位に本DNA構築物が導入されたか否かの確認は、PCR法やサザンハイブリダイゼーション法により行うことができる。例えば、形質転換体からDNAを調製し、導入部位特異的プライマーによりPCRを行い、PCR産物について、電気泳動において予期されるバンドを検出することによって確認できる。あるいは蛍光色素などで標識したプライマーでPCRを行うことでも確認できる。これらの方法は、当業者において周知である。   Whether the present DNA construct has been introduced into the host or whether the present DNA construct has been introduced at a desired site on the chromosome can be confirmed by PCR or Southern hybridization. For example, it can be confirmed by preparing DNA from a transformant, performing PCR with an introduction site-specific primer, and detecting the expected band in electrophoresis for the PCR product. Alternatively, it can be confirmed by performing PCR with a primer labeled with a fluorescent dye or the like. These methods are well known to those skilled in the art.

本DNA構築物によって形質転換された形質転換体においては、DNA構築物の構成成分である本プロモーターやコードDNA等が染色体上あるいは染色体外因子(人工染色体を含む)上に存在することになる。上述のDNA構築物であって、相同組換えを達成できる相同組換え用DNA構築物が導入されると、宿主染色体上の所望の位置に本プロモーターと該DNAに対して機能的に結合されたコードDNAを保持する形質転換体が得られる。   In a transformant transformed with the present DNA construct, the present promoter, coding DNA, and the like, which are components of the DNA construct, are present on a chromosome or on an extrachromosomal factor (including an artificial chromosome). When a DNA construct for homologous recombination that is capable of achieving homologous recombination is introduced, the coding DNA functionally linked to the promoter and the DNA at a desired position on the host chromosome when the DNA construct is introduced. Is obtained.

宿主染色体に対する相同組換えにより得られる形質転換体の好ましい一形態は、本プロモーターが本来内在する染色体上の部位において、本プロモーターに対して機能的に結合されたコードDNAを備える形態である。かかる形質転換体によれば、酸性条件下において本プロモーターによりコードDNAの発現が活性化されるため、酸性条件下にて目的産物を効果的に得ることができる。この形態においては、好ましくは、コードDNAは、乳酸脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードしている。かかる形質転換体は、当該乳酸脱水素酵素活性により乳酸を製造し、さらに該乳酸製造によりさらなる該酵素活性の発現が促進され、乳酸製造が促進される。   One preferred form of a transformant obtained by homologous recombination with a host chromosome is a form comprising a coding DNA operably linked to the promoter at a site on the chromosome where the promoter is inherently present. According to such a transformant, since the expression of the coding DNA is activated by this promoter under acidic conditions, the target product can be effectively obtained under acidic conditions. In this form, preferably the coding DNA encodes a protein having lactate dehydrogenase activity. Such a transformant produces lactic acid by the lactic acid dehydrogenase activity, and further expression of the enzyme activity is promoted by the lactic acid production, thereby promoting lactic acid production.

また、本発明の形質転換体の好ましい他の一形態は、宿主(酵母等)染色体上のオートレギュレーション機構を備える遺伝子の発現が抑制されているとともに、該遺伝子のプロモーターに替えて本プロモーターと該DNAに機能的に結合されたコードDNAを備える形態である。かかる形質転換体によれば、特に、これらのDNAによって、宿主に致命的な機能障害を与えることなく、コードDNAを発現させることができる。コードDNAとして乳酸脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードするDNAを用いる場合、宿主の増殖性等に障害を及ぼすことを抑制して乳酸を製造することができる。なお、遺伝子の発現が抑制されているとは、該遺伝子が外来遺伝子の導入によって破壊されるか、あるいは該遺伝子において人工的あるいは天然の変異によって転写物や発現産物の活性が低下している場合などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。   In another preferred form of the transformant of the present invention, expression of a gene having an autoregulation mechanism on a host (yeast, etc.) chromosome is suppressed, and the present promoter and This is a form comprising coding DNA operably linked to DNA. According to such a transformant, in particular, these DNAs can express the coding DNA without giving a fatal functional disorder to the host. When a DNA encoding a protein having lactate dehydrogenase activity is used as the encoding DNA, lactic acid can be produced while inhibiting the host's growth properties from being impaired. Note that the expression of a gene is suppressed when the gene is destroyed by introduction of a foreign gene, or when the activity of a transcript or expression product is reduced due to an artificial or natural mutation in the gene. However, it is not limited to these.

また、本発明の形質転換体の好ましい他の一形態は、宿主(酵母等)染色体上のPDC遺伝子(好ましくはPDC1遺伝子)が破壊されているとともに、該遺伝子のプロモーターに替えて本プロモーターDNAと該DNAに機能的に結合されたコードDNAを備える形態である。かかる形質転換体によれば、特に、コードDNAとして乳酸脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードするDNAを用いる場合、競合するピルビン酸脱炭酸酵素の発現を抑制して、本プロモーターDNAにより乳酸脱水素酵素を発現させることができ、乳酸製造に適した形質転換体を得ることができる。既に述べたようにPDC1遺伝子を破壊しても、該遺伝子には、オートレギュレーション機構が存在するため、宿主の増殖性等が保持されている。   Another preferred form of the transformant of the present invention is that the PDC gene (preferably PDC1 gene) on the host (yeast etc.) chromosome is disrupted and the promoter DNA is replaced with the promoter of the gene. In this mode, the coding DNA is functionally linked to the DNA. According to such a transformant, particularly when DNA encoding a protein having lactate dehydrogenase activity is used as the coding DNA, the expression of the competing pyruvate decarboxylase is suppressed, and lactate dehydrogenation is performed by this promoter DNA. An enzyme can be expressed, and a transformant suitable for lactic acid production can be obtained. As described above, even if the PDC1 gene is disrupted, the gene has an autoregulation mechanism, so that the host's growth ability and the like are maintained.

さらに他の好ましい形質転換体の一形態としては、宿主染色体上に本プロモーターDNAと該DNAに機能的に結合したコードDNAを備えるとともに(例えば、上記した好ましい三形態のいずれかあるいはこれらの組み合わせで)、宿主染色体上あるいは宿主染色体外において、PDC1プロモーターと該DNAに機能的に結合したコードDNAを備える形態である。かかる形態によれば、コードDNAをいずれも乳酸等の有機酸の生合成に関連する酵素活性を有するタンパク質をコードするものとしたとき、PDC1プロモーターにより構成的に有機酸の生合成酵素の発現が活性化される一方、本プロモーターにより有機酸誘導的に有機酸生合成酵素の発現が活性化されるため、高効率な有機酸生産が期待される。特に、PDC1プロモーターとして宿主染色体上に内在するものを利用する形態であることが好ましい。この場合、PDC1プロモーターによる安定的な発現が可能となる。   Still another preferred form of the transformant comprises the present promoter DNA and a coding DNA operably linked to the DNA on the host chromosome (for example, any one of the above preferred three forms or a combination thereof). ), On the host chromosome or outside the host chromosome, the PDC1 promoter and a coding DNA operably linked to the DNA. According to this form, when all of the coding DNA encodes a protein having an enzyme activity related to biosynthesis of organic acid such as lactic acid, the expression of the organic acid biosynthetic enzyme is constitutively caused by the PDC1 promoter. On the other hand, since this promoter activates the expression of organic acid biosynthetic enzymes in an organic acid-inducible manner, high-efficiency organic acid production is expected. In particular, the PDC1 promoter is preferably in a form that utilizes an endogenous promoter on the host chromosome. In this case, stable expression by the PDC1 promoter is possible.

なお、これらの形質転換体においては、宿主は酵母であることが好ましく、なかでも、サッカロマイセス属酵母であることが好ましく、さらに、サッカロマイセスセレビジエであることが好ましい。さらに、コードDNAは、乳酸脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードするDNAであることが好ましく、より好ましくは、ウシ由来の乳酸脱水素酵素をコードするDNAである。   In these transformants, the host is preferably yeast, and among them, yeast of the genus Saccharomyces is preferable, and Saccharomyces cerevisiae is more preferable. Furthermore, the coding DNA is preferably DNA encoding a protein having lactate dehydrogenase activity, more preferably DNA encoding bovine lactate dehydrogenase.

本発明においては、宿主染色体において本プロモーターによりコードDNAを発現させることが重要である。特に、本来有機酸を生産しないあるいは本来の有機酸生産量より当該生産量を増大させるような形質転換体として取得しようとするとき、2μmDNAを利用したYEPタイプのプラスミドベクターによる方法がよく用いられているが、この場合、かかるコードDNAは保持されにくいことが報告されている。しかしながら、本発明においては、このようなDNA保持率が単に高いことのみによるとは思えない高い発現活性が見出されている。したがって、本発明によれば、酸性条件下で本プロモーターを染色体上において利用し、該DNAに機能的に結合したコードDNAの発現を活性化することでコードDNAの安定かつ予想を超える高発現性を備える遺伝子発現系を構築することができる。さらに、コードDNAが乳酸脱水素酵素のように有機酸の生合成に関連する酵素活性を有するタンパク質をコードするものとした場合には、本プロモーターによって発現が活性化されたコードDNAの最終産物たる有機酸によってさらに本プロモーターによるコードDNAの発現の活性化が期待できる。すなわち、相乗的かつ連続的なタンパク質の生合成及び最終産物の生合成の促進が期待できる。   In the present invention, it is important that the coding DNA is expressed by the promoter in the host chromosome. In particular, when trying to obtain a transformant that originally does not produce an organic acid or increases the production amount from the original organic acid production amount, a method using a YEP type plasmid vector using 2 μm DNA is often used. In this case, however, it has been reported that such coding DNA is difficult to be retained. However, in the present invention, a high expression activity that cannot be considered only due to such a high DNA retention rate has been found. Therefore, according to the present invention, the present promoter is utilized on the chromosome under acidic conditions, and the expression of the coding DNA operably linked to the DNA is activated, so that the coding DNA is stable and has a higher expression than expected. Can be constructed. Furthermore, when the coding DNA encodes a protein having an enzyme activity related to the biosynthesis of organic acid such as lactate dehydrogenase, it is the final product of the coding DNA whose expression is activated by this promoter. Further activation of the coding DNA by this promoter can be expected by the organic acid. That is, synergistic and continuous protein biosynthesis and final product biosynthesis can be promoted.

また、コードDNAとして乳酸脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードするDNAを用いた場合において、本プロモーターとコードDNAを宿主染色体のPDC1遺伝子に導入し破壊することにより、上記した効果に加えて、PDC1遺伝子の破壊によるピルビン酸脱炭酸酵素発現の抑制効果によって、効果的に乳酸製造を促進することができる。   In addition, in the case where DNA encoding a protein having lactate dehydrogenase activity is used as the coding DNA, this promoter and the coding DNA are introduced into the PDC1 gene of the host chromosome and destroyed, in addition to the above effects. Lactic acid production can be effectively promoted by the effect of suppressing the expression of pyruvate decarboxylase by gene disruption.

本発明のプロモーターの下流に乳酸脱水素酵素をコードするDNAを結合させて染色体中に導入するのにあたり、乳酸生産量の増大を目的として、この遺伝子導入断片を染色体中に複数個導入した形質転換体を作ることができる。この場合、本プロモーターは単一の種類を使用することができる他、本プロモーターを2種類以上組み合わせて使用することもできる。ここで、本プロモーターを2種類以上組み合わせて使用する形態とは、それぞれのプロモーターにコードDNAを結合させてそれぞれのプロモーターにより乳酸脱水素酵素を発現させる形態をいう。例えば、本プロモーターのうち2種類以上のプロモーターDNAのそれぞれに乳酸脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードするDNAを結合させて作製した1種あるいは2種類以上の遺伝子導入断片を導入した形質転換体を作ることができる。より具体的に例示すると、TDH1遺伝子プロモーターの下流にコードDNAを結合させた遺伝子導入断片と、TPI1遺伝子プロモーターの下流にコードDNAを結合させた遺伝子導入断片とを宿主に導入することで、CCW12遺伝子プロモーターによる乳酸脱水素酵素活性を有するタンパク質の発現と、RPS31遺伝子プロモーターによる乳酸脱水素酵素活性を有するタンパク質の発現とが同一形質転換体内で組み合わされて発現される形質転換体を得ることができる。   Transformation in which a plurality of gene transfer fragments are introduced into the chromosome for the purpose of increasing the amount of lactic acid production when DNA encoding lactate dehydrogenase is linked downstream of the promoter of the present invention and introduced into the chromosome You can make a body. In this case, the present promoter can be used in a single type, or two or more of the present promoters can be used in combination. Here, the form in which two or more of the present promoters are used in combination refers to a form in which a coding DNA is bound to each promoter and lactate dehydrogenase is expressed by each promoter. For example, a transformant in which one or more gene transfer fragments prepared by binding a DNA encoding a protein having lactate dehydrogenase activity to each of two or more promoter DNAs of the present promoter is introduced. Can be made. More specifically, the CCW12 gene can be obtained by introducing into a host a gene introduction fragment in which a coding DNA is bound downstream of a TDH1 gene promoter and a gene introduction fragment in which a coding DNA is bound downstream of a TPI1 gene promoter. A transformant expressed by combining expression of a protein having lactate dehydrogenase activity by a promoter and expression of a protein having lactate dehydrogenase activity by an RPS31 gene promoter in the same transformant can be obtained.

本発明を拘束するものではないが、このように宿主染色体上で該染色体上に本来的に内在するプロモーター(本プロモーターやPDC1プロモーター)を用いて乳酸脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードするDNAの発現を活性化することにより、予測を超えた乳酸生産量の増大が得られたことは、染色体上のこれらのプロモーターの本来内在される部位において、これらのプロモーターにより本来制御されるべき構造遺伝子に替えて乳酸脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードするDNAを発現させたことに主たる起因があると考えられる。すなわち、染色体上のこれらのプロモーター部位において該プロモーターを利用して他の乳酸脱水素酵素を代替的に発現させるか、あるいは該プロモーター及び構造遺伝子に替えて他のプロモーターにより乳酸脱水素酵素を代替的に発現させることが重要であると考えられる。さらに、これらの起因事項に加え、PDC1プロモーターについては、PDC1プロモーターが強力な構成的プロモーターであり、かつオートレギュレーション機構を備える遺伝子のプロモーターであることも乳酸生産量の増大に寄与していると考えられ、また、本プロモーターについては、有機酸(乳酸)の存在下において発現を活性化する誘導的プロモーターであることが寄与していると考えられる。   Although not restricting the present invention, the DNA encoding a protein having lactate dehydrogenase activity using a promoter (this promoter or PDC1 promoter) inherently present on the chromosome in the host chromosome as described above. By activating the expression, an unexpected increase in lactic acid production was obtained because of the structural genes that are supposed to be controlled by these promoters at the sites of these promoters on the chromosome. Instead, it is considered that there is a main reason for expressing DNA encoding a protein having lactate dehydrogenase activity. That is, other lactate dehydrogenases are alternatively expressed using these promoters at these promoter sites on the chromosome, or lactate dehydrogenase is substituted by other promoters in place of the promoter and structural gene. It is thought that it is important to make it express. Furthermore, in addition to these causes, regarding the PDC1 promoter, it is considered that the PDC1 promoter is a strong constitutive promoter and also a gene promoter having an autoregulation mechanism, which contributes to an increase in lactic acid production. Moreover, it is considered that this promoter contributes to being an inducible promoter that activates expression in the presence of an organic acid (lactic acid).

(有機酸などの物質生産方法)
本発明の物質生産方法は、これらの形質転換体のいずれかを準備する工程と、この形質転換体を有機酸を含む培地において培養する工程と、を備えている。本DNA構築物が導入されて得られる形質転換体を培養することにより、培養液などの培地中に外来遺伝子の発現産物であるタンパク質を生成させることができる。このような物質生産方法によれば、酸性条件下においてコードDNAの発現が促進されるため、培地に有機酸を添加するなどにより有機酸を培地に存在させることで、有用タンパク質の生産を促進することができる。また、コードDNAが有機酸生産に関与するタンパク質をコードするものである場合には、形質転換体による有機生産によって有機酸を培地に供給して有機酸を培地に存在させることができる。この結果、該コードDNAの発現が促進されて有機酸が生産されれば、それによって、さらにコードDNAの発現が促進される。なお、コードDNAが有機酸生産に関与するタンパク質をコードするものであっても、培地に外部から有機酸を添加することができる。
(Methods for producing organic acids and other substances)
The substance production method of the present invention comprises the steps of preparing one of these transformants and culturing the transformant in a medium containing an organic acid. By culturing a transformant obtained by introducing the present DNA construct, a protein that is an expression product of a foreign gene can be produced in a medium such as a culture solution. According to such a substance production method, since the expression of the coding DNA is promoted under acidic conditions, the production of useful proteins is promoted by adding the organic acid to the medium, for example, by adding the organic acid to the medium. be able to. When the coding DNA encodes a protein involved in organic acid production, the organic acid can be supplied to the medium by organic production by the transformant so that the organic acid is present in the medium. As a result, if the expression of the coding DNA is promoted and an organic acid is produced, the expression of the coding DNA is further promoted thereby. Even if the coding DNA encodes a protein involved in organic acid production, an organic acid can be added to the medium from the outside.

本発明の方法において、前記培養工程は、培地を中和することなく前記形質転換体を培養することができる。培地を中和しないことで、中和操作を省略できる。また、本発明方法によって乳酸等の有機酸を製造する場合には、中和によって生じた有機酸の塩を再び脱塩してフリーの有機酸とする工程を省略できる。こうした培養工程は、例えば、有機酸としての乳酸の生産方法の場合には中和剤を使用しない場合には、pHは1.0〜3.0の範囲となることが通常であり、この範囲になるように有機酸や無機酸を添加することもできる。この範囲は、本発明のプロモーターが特異的に高発現するpH条件だからである。また、より好ましいpHは2.0以上であり、さらに好ましくは、2.5以上である。また、3.0以下であることが好ましく、より好ましくは、2.8以下である。   In the method of the present invention, in the culture step, the transformant can be cultured without neutralizing the medium. By not neutralizing the medium, the neutralization operation can be omitted. Moreover, when manufacturing organic acids, such as lactic acid, by the method of this invention, the process of desalting the organic acid salt produced by neutralization again to make a free organic acid can be omitted. In such a culturing step, for example, in the case of a method for producing lactic acid as an organic acid, the pH is usually in the range of 1.0 to 3.0 when no neutralizing agent is used. An organic acid or an inorganic acid can be added so that This range is because the pH conditions allow the promoter of the present invention to be highly expressed specifically. Moreover, more preferable pH is 2.0 or more, More preferably, it is 2.5 or more. Moreover, it is preferable that it is 3.0 or less, More preferably, it is 2.8 or less.

その他の培養条件として、静置培養、振とう培養、または通気攪拌培養等の通気条件を適宜選択して行うことができる。温度は、25℃〜40℃程度とし、また、培養時間は24〜120時間程度とすることができる。なお、培養中は、必要に応じてアンピシリン、テトラサイクリンなどの抗生物質を培地に添加することができる。   As other culture conditions, aeration conditions such as stationary culture, shaking culture, and aeration-agitation culture can be appropriately selected and performed. The temperature can be about 25 ° C. to 40 ° C., and the culture time can be about 24 to 120 hours. During the culture, antibiotics such as ampicillin and tetracycline can be added to the medium as needed.

なお、この他、培養工程においては、形質転換体の種類に応じて培養条件を選択することができる。このような培養条件は、当業者においては周知である。乳酸などの有機酸の生産にあたっては、必要に応じて産物である乳酸等の中和を行うかあるいは、連続的に乳酸を除去する等の処理を行うこともできる。大腸菌や酵母等の微生物を宿主として得られた形質転換体を培養する培地としては、微生物が資化可能な炭素源、窒素源、無機塩類等を含有し、形質転換体の培養を効率的に行うことができる培地であれば、天然培地、合成培地のいずれも使用することができる。炭素源としては、グルコース、フルクトース、スクロース、デンプン、セルロース等の炭水化物、エタノール、プロパノール等のアルコールを用いることができる。窒素源としては、アンモニア、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、リン酸アンモニウム等の無機酸もしくは有機酸のアンモニウム塩またはその他の含窒素化合物の他、ペプトン、肉エキス、コーンスティープリカー等を用いることができる。無機物としては、リン酸第一カリウム、リン酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム、硫酸第一鉄、硫酸マンガン、硫酸銅、炭酸カルシウムなどを用いることができる。なお、有機酸としては、必ずしも添加する必要はないが、酢酸、プロピオン酸、乳酸等の有機酸を添加することができる。   In addition, in the culture step, culture conditions can be selected according to the type of transformant. Such culture conditions are well known to those skilled in the art. In the production of an organic acid such as lactic acid, neutralization of the product lactic acid or the like can be performed as necessary, or treatment such as continuous removal of lactic acid can be performed. As a medium for culturing transformants obtained using microorganisms such as Escherichia coli and yeast as a host, the medium contains a carbon source, nitrogen source, inorganic salts, etc. that can be assimilated by the microorganisms. As long as the medium can be used, either a natural medium or a synthetic medium can be used. As the carbon source, carbohydrates such as glucose, fructose, sucrose, starch and cellulose, and alcohols such as ethanol and propanol can be used. As the nitrogen source, ammonium salt of inorganic acid or organic acid such as ammonia, ammonium chloride, ammonium sulfate, ammonium acetate, ammonium phosphate or other nitrogen-containing compounds, peptone, meat extract, corn steep liquor, etc. may be used. it can. Examples of inorganic substances that can be used include potassium phosphate, magnesium phosphate, magnesium sulfate, sodium chloride, ferrous sulfate, manganese sulfate, copper sulfate, and calcium carbonate. The organic acid is not necessarily added, but organic acids such as acetic acid, propionic acid, and lactic acid can be added.

培地から有機酸を分離する工程を実施することにより、有機酸を得ることができる。なお、本発明において培地とは、培養上清の他、培養細胞あるいは菌体、細胞若しくは菌体の破砕物を包含している。本方法においてアルカリの中和剤を使用することなく培養工程を実施して乳酸などの有機酸を生産する場合には、有機酸がフリーの状態で培地に含まれるので容易に分離でき、このため脱塩プロセス及びその後の回収プロセスを省略できる。   An organic acid can be obtained by carrying out the step of separating the organic acid from the medium. In the present invention, the culture medium includes cultured cells or microbial cells, cells or crushed cells, in addition to the culture supernatant. In this method, when an organic acid such as lactic acid is produced by carrying out the culturing step without using an alkali neutralizing agent, the organic acid is contained in the medium in a free state, so that it can be easily separated. The desalting process and the subsequent recovery process can be omitted.

培養終了後、培養物から遺伝子産物を分離するには、通常の乳酸精製手段を使用することができる。例えば、形質転換細胞内に生産された場合は、常法により菌体を超音波破壊処理、摩砕処理、加圧破砕などに細胞を破壊して、遺伝子産物を細胞と分離することができる。この場合、必要に応じてプロテアーゼを添加する。また、培養上清に遺伝子産物が生産された場合には、この溶液を、ろ過、遠心分離などにより固形分を除去する。   In order to separate the gene product from the culture after completion of the culture, ordinary lactic acid purification means can be used. For example, when produced in transformed cells, the cells can be disrupted by ultrasonic disruption treatment, grinding treatment, pressure disruption, etc., and the gene product can be separated from the cells by conventional methods. In this case, protease is added as necessary. When a gene product is produced in the culture supernatant, the solid content of this solution is removed by filtration, centrifugation, or the like.

これらの粗抽出画分に対しては、従来公知の各種精製分離法等を利用して、乳酸を精製することができる。また、必要に応じて、当該粗抽出画分及びその精製物に対してエステル化等を行うことにより、各種の乳酸誘導体を得ることができる。   For these crudely extracted fractions, lactic acid can be purified using various conventionally known purification separation methods. Moreover, various lactic acid derivatives can be obtained by performing esterification etc. with respect to the said crude extraction fraction and its refined | purified material as needed.

以下に、本発明の具体例を記載するが、本発明を以下の具体例に限定する趣旨ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の態様で実施できる。
(定量的PCR法によるプロモーターの発現解析)
乳酸生産能をもつ組換え酵母として、特開2003−259878(特願2002−65879)で作製した組換え酵母を用い、中和剤を使用しない非中和条件下(pH1.0〜pH3.0)で乳酸発酵を行い、発酵開始6時間後と、30時間後の菌体を採取し、これよりRNAを調整した。RNAの調整にはRneasyMiniキット(キアゲン社製)を用いた。得られたRNAをファーストストランドcDNA合成キット(ロシュ・ダイアグノスティックス社製)に従って、cDNA合成を行った。
Although the specific example of this invention is described below, it is not the meaning which limits this invention to the following specific example, and can be implemented with a various aspect in the range which does not deviate from the summary of this invention.
(Promoter expression analysis by quantitative PCR)
As a recombinant yeast having the ability to produce lactic acid, a recombinant yeast prepared in JP-A No. 2003-259878 (Japanese Patent Application No. 2002-65879) is used, under non-neutralizing conditions (pH 1.0 to pH 3.0) without using a neutralizing agent. ), Lactic acid fermentation was performed, and the bacterial cells were collected 6 hours and 30 hours after the start of the fermentation, and RNA was prepared therefrom. For RNA adjustment, an RneasyMini kit (Qiagen) was used. The obtained RNA was subjected to cDNA synthesis according to a first strand cDNA synthesis kit (Roche Diagnostics).

なお、使用した前記組換え酵母は、酵母IFO2260株(社団法人発行研究所登録株)のトリプトファン合成欠損株を10mlYPD培地にて30℃で対数増殖期まで培養を行い、集菌およびTEバッファーによる洗浄を行い、ついで、0.5mlTEバッファーと0.5mM酢酸リチウムを加え、30℃で振盪培養を行った後に、後述するpBTrp−PDC1−LDHKCBベクターを制限酵素ApaIおよびSacI(いずれも宝酒造製)で処理して添加し、得られたコロニーをトリプトファン選択培地にて培養して安定性が確認できた選抜株について安定したトリプトファン合成能と所定の染色体位置への前記DNA断片の導入を確認した株として取得することができる。   The recombinant yeast used was obtained by culturing a tryptophan synthesis-deficient strain of yeast IFO2260 strain (registered by Issuance Laboratory) in 10 ml YPD medium at 30 ° C. until the logarithmic growth phase, and collecting the cells and washing with TE buffer. Next, 0.5 ml TE buffer and 0.5 mM lithium acetate were added, and after shaking culture at 30 ° C., the pBTrp-PDC1-LDHKCB vector described later was treated with restriction enzymes ApaI and SacI (both manufactured by Takara Shuzo). The obtained colonies are cultured in a tryptophan selective medium and obtained as a strain that has confirmed the stability of tryptophan synthesis and introduction of the DNA fragment at a predetermined chromosome position. can do.

上記試料と、後述する標的遺伝子のプライマー、およびライトサイクラーDNAマスターSYBRグリーンI(ロシュ・ダイアグノスティックス社製)を混合させた後、定量的PCR解析装置ライトサイクラー(ロシュ・ダイアグノスティックス社製)によって発現解析を行った。詳細は付属のプロトコールに従い行った。また、各遺伝子断片量4fM、20fM、100fMを同様にセットし、これをコントロールとして発現量の測定を行った。   After mixing the above-mentioned sample, the primer for the target gene described later, and Light Cycler DNA Master SYBR Green I (Roche Diagnostics), the quantitative PCR analyzer Light Cycler (Roche Diagnostics) Expression analysis. Details were performed according to the attached protocol. Moreover, each gene fragment amount 4 fM, 20 fM, and 100 fM was set similarly, and the expression level was measured using this as a control.

DNAマイクロアレイ等によって一次スクリーニングして得られた合計で15種類の遺伝子を標的遺伝子としてその発現について解析を行った。なお、高発現する遺伝子としてのコントロールとして、PDC1遺伝子についても解析した。定量的PCRの結果、TDH1遺伝子プロモーター、TPI1遺伝子プロモーター、CCW12遺伝子プロモーター、RSP31遺伝子プロモーターが選択された。乳酸生産酵母におけるこれらの遺伝子は、PDC1遺伝子と比較して、高い発現を示していた。これらの遺伝子は、いずれも非組換え株における発現量よりも高い発現量を示すことができる。以上のことから、これらの遺伝子は、酸性条件下において誘導的に発現されるプロモーターによって発現が活性化されていることがわかった。   A total of 15 genes obtained by primary screening using a DNA microarray or the like were used as target genes, and their expression was analyzed. In addition, the PDC1 gene was also analyzed as a control as a highly expressed gene. As a result of quantitative PCR, a TDH1 gene promoter, a TPI1 gene promoter, a CCW12 gene promoter, and an RSP31 gene promoter were selected. These genes in lactic acid-producing yeast showed high expression compared to the PDC1 gene. Any of these genes can exhibit an expression level higher than that in the non-recombinant strain. From the above, it was found that the expression of these genes was activated by a promoter that was inducibly expressed under acidic conditions.

最終的に有効な発現を確認できた高発現候補遺伝子4種類について、使用したプライマー配列とライトサイクラーで解析した際のTm値を表1に示す。また、コントロールとして用いたPDC1遺伝子についても、同様にプライマー配列とTm値を示す。   Table 1 shows the primer sequences used and the Tm values when analyzed with a light cycler for the four highly expressed candidate genes that were finally confirmed to be effective. Similarly, the PDC1 gene used as a control also shows the primer sequence and Tm value.

Figure 0004700395
Figure 0004700395

(プロモーターの取得と塩基配列決定)
実施例1において有効な発現を示した高発現候補プロモーターとして、上記4種類の遺伝子のプロモーターのDNA断片をクローニングした。またプロモーター評価のコントロールとして、高発現プロモーターとして知られるPDC1遺伝子プロモーターも取得した。
(Acquisition of promoter and determination of nucleotide sequence)
As high expression candidate promoters that showed effective expression in Example 1, the DNA fragments of the promoters of the above four genes were cloned. As a promoter evaluation control, a PDC1 gene promoter known as a high expression promoter was also obtained.

プロモーター取得における当該遺伝子資源としては、酵母IFO2260株(社団法人・発酵研究所に登録されている菌株)のゲノムDNAを鋳型とするPCR増幅法によって単離した。本株をYPD培養液2mlで一晩培養し、これにゲノムDNA調整キット、Genとるくん(商標)−酵母用−(タカラバイオ社製)を用いて、ゲノムDNAを調整した。また、調整したゲノムDNAは、分光光度計Urtro spec 3000(Amersham Pharmacia Biotech社製)によりDNA濃度を測定した。   The gene resource for obtaining the promoter was isolated by a PCR amplification method using the genomic DNA of yeast IFO2260 strain (a strain registered with the Fermentation Research Institute) as a template. This strain was cultured overnight in 2 ml of YPD culture solution, and genomic DNA was prepared using a genomic DNA preparation kit, Gen Toru-kun (trademark) -for yeast (manufactured by Takara Bio Inc.). The prepared genomic DNA was measured for the DNA concentration with a spectrophotometer Ultra spec 3000 (manufactured by Amersham Pharmacia Biotech).

PCR反応には増幅酵素として、増幅断片の正確性が高いとされるKOD plus DNA polymerase (東洋紡社製)を使用した。調製した酵母IFO2260株のゲノムDNA 50ng、プライマーDNA 50pmol×2、10倍濃縮KOD酵素反応用バッファー 5μl、25mM MgSO4 2μl、2mM dNTPmix 5μl、KOD plus DNA polymerase 1.0ユニットを加えた合計で50μlの反応溶液を、PCR増幅装置Gene Amp PCR system 9700(PE Applied Biosystems社製)によってDNA増幅した。PCR増幅装置の反応条件は、96℃ 2分の熱処理を行った後、96℃で30秒、53℃で30秒、72℃で60秒の3つの温度変化を1サイクルとし、これを25サイクル繰り返し、最後に4℃とした。本反応試料5μlを1% TBEアガロースゲル(0.5μg/mlのエチジウムブロマイド含有)にて電気泳動し、本ゲルを254nmの紫外線照射(フナコシ社製)によってDNAのバンドを検出し、遺伝子増幅の確認を行った。   For the PCR reaction, KOD plus DNA polymerase (manufactured by Toyobo Co., Ltd.), which is said to have high accuracy of the amplified fragment, was used as an amplification enzyme. 50 ng of total reaction of 50 ng of genomic DNA 50 ng of the prepared yeast IFO2260 strain, primer DNA 50 pmol × 2, 10-fold concentrated KOD enzyme reaction buffer 5 μl, 25 mM MgSO4 2 μl, 2 mM dNTPmix 5 μl, KOD plus DNA polymerase 1.0 unit The solution was amplified by a PCR amplification device Gene Amp PCR system 9700 (manufactured by PE Applied Biosystems). The reaction conditions of the PCR amplification apparatus are: heat treatment at 96 ° C. for 2 minutes, one cycle of three temperature changes of 96 ° C. for 30 seconds, 53 ° C. for 30 seconds, and 72 ° C. for 60 seconds. Repeat and finally 4 ° C. 5 μl of this reaction sample was electrophoresed on a 1% TBE agarose gel (containing 0.5 μg / ml ethidium bromide), and the gel band was detected by 254 nm ultraviolet irradiation (manufactured by Funakoshi) to detect gene amplification. Confirmed.

プライマー配列は以下の表2に示す。

Figure 0004700395
Primer sequences are shown in Table 2 below.
Figure 0004700395

取得したPCR断片を、pBluescriptII SK+ベクター(東洋紡社製)へサブクローニングした。一連の反応操作は、一般的なDNAサブクローニング法に準じて行った。すなわち、制限酵素NotIおよびSpeI(いずれもタカラバイオ社製)処理した上記ベクターに、同様の制限酵素で処理した各プロモーター断片をT4 DNA Ligaseによって連結した。T4 DNA Ligase反応には、LigaFast Rapid DNA Ligation(プロメガ社製)を用い、詳細は付属のプロトコールに従った。   The obtained PCR fragment was subcloned into pBluescript II SK + vector (manufactured by Toyobo). A series of reaction operations were performed according to a general DNA subcloning method. That is, each promoter fragment treated with the same restriction enzyme was ligated to the above-mentioned vector treated with the restriction enzymes NotI and SpeI (both manufactured by Takara Bio Inc.) with T4 DNA Ligase. For the T4 DNA ligase reaction, LigaFast Rapid DNA Ligation (manufactured by Promega) was used, and the details followed the attached protocol.

次に、ligation反応液を大腸菌コンピテント細胞に導入して大腸菌を形質転換した。大腸菌コンピテント細胞はJM109株(東洋紡社製)を使用し、詳細な取り扱いは付属のプロトコールに従った。抗生物質アンピシリン100μg/mlを含有したLBプレート下でコロニー選抜を行い、各選抜コロニーからプラスミドDNAを調整し、これに表2に記載のプライマーDNAを用いてコロニーPCRで確認することにより、それぞれのプロモーター配列をサブクローニングした。なお、エタノール沈殿処理、制限酵素処理等の一連操作の詳細なマニュアルは、Molecular Cloning 〜A Laboratory Manual second edition 〜 (Maniatis et al., Cold Spring Harbor Laboratory press. 1989)に従った。   Next, the ligation reaction solution was introduced into E. coli competent cells to transform E. coli. The Escherichia coli competent cells used were JM109 strain (manufactured by Toyobo Co., Ltd.), and detailed handling was in accordance with the attached protocol. Colonies were selected under an LB plate containing 100 μg / ml of the antibiotic ampicillin, plasmid DNA was prepared from each selected colony, and each of the colonies was confirmed by colony PCR using the primer DNAs listed in Table 2. The promoter sequence was subcloned. A detailed manual of a series of operations such as ethanol precipitation and restriction enzyme treatment was in accordance with Molecular Cloning-A Laboratory Manual second edition- (Maniatis et al., Cold Spring Harbor Laboratory Press. 1989).

単離したプロモーター配列を含む各ベクターを、アルカリ抽出法によって調製し、これをGFX DNA Purification kit (Amersham Pharmacia Biotech社製)にてカラム精製した。次に、分光光度計Ultro spec 3000(Amersham Pharmacia Biotech社製)にてDNA濃度を測定し、DNA塩基配列キットBigDye Terminator Cycle Sequencing Ready Reaction Kit (PE Applied Biosystems社製)に従ってシークエンシング反応を行った。反応試料を塩基配列解析装置ABI PRISM 310 Genetic Analyzer (PE Applied Biosystem社製)にセットし、6種類のプロモーターの塩基配列を決定した。なお、機器の使用方法の詳細は本装置付属のマニュアルに従った。配列解析によって決定したDNA配列を配列番号:1〜4に示す。   Each vector containing the isolated promoter sequence was prepared by an alkaline extraction method, and this was column purified using a GFX DNA Purification kit (Amersham Pharmacia Biotech). Next, the DNA concentration was measured with a spectrophotometer Ultra spec 3000 (manufactured by Amersham Pharmacia Biotech), and the DNA base sequence kit BigDye Terminator Cycle Sequential Ready Reaction Kit (manufactured by PE Applied Bioscience) was used. The reaction sample was set in a base sequence analyzer ABI PRISM 310 Genetic Analyzer (manufactured by PE Applied Biosystem), and the base sequences of six types of promoters were determined. The details of how to use the equipment were in accordance with the manual attached to this device. DNA sequences determined by sequence analysis are shown in SEQ ID NOs: 1-4.

(組換えベクターの構築)
新たに構築したこの染色体導入型ベクターをそれぞれ、pBTRP−TDH1P−LDHベクター、pBTRP−TPI1P−LDHベクター、pBTRP−CCW12P−LDHベクター、pBTRP−RSP31P−LDHベクターと名付けた。また、プロモーター比較のコントロールとして、PDC1遺伝子プロモーター下でL−LDH遺伝子が発現可能なベクターについても構築し、これをpBTRP−PDC1P−LDHベクターと名づけた。以下に、本実施例におけるベクター構築工程の詳細を図1に基づいて説明するが、ベクター構築の手順はこれに限定されるものではない。なお、ベクター構築における一連の反応操作は、一般的なDNAサブクローニング法に準じて行い、一連の酵素類はタカラバイオ社製のものを使用した。
(Construction of recombinant vector)
The newly constructed chromosome-introduced vectors were named pBTRP-TDH1P-LDH vector, pBTRP-TPI1P-LDH vector, pBTRP-CCW12P-LDH vector, and pBTRP-RSP31P-LDH vector, respectively. As a promoter comparison control, a vector capable of expressing the L-LDH gene under the PDC1 gene promoter was also constructed and named pBTRP-PDC1P-LDH vector. Details of the vector construction process in this example will be described below with reference to FIG. 1, but the vector construction procedure is not limited thereto. In addition, a series of reaction operations in the vector construction was performed according to a general DNA subcloning method, and a series of enzymes were manufactured by Takara Bio.

(プレベクターの構築)
一般的なDNAサブクローニング法に従って、プレベクターpBTRP−LDHの構築を行った。本発明者らが既に構築したpBTrp−PDC1−LDHKCBベクター(特開2003−259878号公報に記載)を制限酵素ApaI、PstI処理して得られた断片を、同様の制限酵素で処理したpBluescriptII SK+ベクター(東洋紡社製)に導入し、pBTRP−PDC1Dベクターを構築した。続いて本ベクターに、PCR増幅によって取得しこれを制限酵素SacI、NotI処理したTRX1断片(700bp)と、PCR増幅によって取得しこれを制限酵素SpeI、BamHI処理したLDHKCB断片(2000bp)とを順次連結し、プレベクターpBTRP−LDHを構築した。
(Pre-vector construction)
The prevector pBTRP-LDH was constructed according to a general DNA subcloning method. PBluescript II SK + vector in which a fragment obtained by treating the pBTrp-PDC1-LDHKCB vector (described in JP-A-2003-259878) already constructed by the present inventors with the restriction enzymes ApaI and PstI is treated with the same restriction enzymes. (Toyobo Co., Ltd.) and constructed pBTRP-PDC1D vector. Subsequently, the TRX1 fragment (700 bp) obtained by PCR amplification and treated with restriction enzymes SacI and NotI and the LDHKCB fragment (2000 bp) obtained by PCR amplification and treated with restriction enzymes SpeI and BamHI are sequentially ligated to this vector. The prevector pBTRP-LDH was constructed.

なお、pBTrp−PDC1P−LDHKCBベクターは、以下の方法で構築したものである。すなわち、高等真核生物であるウシ由来のタンパク質であるL−乳酸脱水素酵素を、酵母サッカロマイセス・セレビシエ属において効率的に生産するために、ウシ由来L−乳酸脱水素酵素のアミノ酸配列をコードするDNAに対して、以下の項目を設計指針として、天然にない新規な遺伝子配列(配列番号:27)を設計し、長鎖DNAの合成方法として知られている藤本らの手法(藤本英也、合成遺伝子の作製法、植物細胞工学シリーズ7植物のPCR実験プロトコール、1997、秀潤社、p95−100)を用いて該DNAを合成した(合成したDNAをLDHKCB配列と称した)。全合成したLDHKCB配列を用いて、酵母染色体導入型ベクターpBTRP−PDC1−LDHKCBを構築した。なお、LDHKCB配列をEcoRIにて酵素処理し、同様に、EcoRIにて酵素処理したpCR2.1TOPOVector(Invitrogen)に常法により連結し、pBTOPO−LDHKCBベクターと称した。   The pBTrp-PDC1P-LDHKCB vector is constructed by the following method. That is, it encodes the amino acid sequence of bovine-derived L-lactate dehydrogenase in order to efficiently produce L-lactate dehydrogenase, which is a protein derived from bovine, a higher eukaryote, in the genus Saccharomyces cerevisiae. A novel gene sequence (SEQ ID NO: 27) that is not naturally occurring was designed using the following items as design guidelines for DNA, and the method of Fujimoto et al. (Fujimoto Hideya, The DNA was synthesized using a synthetic gene production method, PCR experiment protocol for plant cell engineering series 7 plants, 1997, Shujunsha, p95-100) (the synthesized DNA was referred to as LDHKCB sequence). A yeast chromosome introduction type vector pBTRP-PDC1-LDHKCB was constructed using the fully synthesized LDHKCB sequence. The LDHKCB sequence was enzymatically treated with EcoRI, and similarly, ligated to pCR2.1TOPOVector (Invitrogen) enzymatically treated with EcoRI by a conventional method and called a pBTOPO-LDHKCB vector.

1.pBTrp−PDC1−LDHKCB構築のためのPDC1P断片は、サッカロマイセス・セレビシエYPH株(Stratagene社)のゲノムDNAを鋳型として使用したPCR増幅法によって単離を行った。サッカロマイセス・セレビシエYPH株のゲノムDNAは、ゲノム調製キットであるFast DNA Kit(Bio 101社)を用い、詳細は、附属のプロトコールに従い、調製した。DNA濃度は分光光度計Ultro spec 3000(Amersham Pharmacia Biotech社)にて測定した。PCR反応には、増幅酵素として、増幅断片の正確性が高いとされるPyrobest DNA Polymerase(宝酒造)を使用した。上記手法にて調製したサッカロマイセス・セレビシエYPH株のゲノムDNA50ng/サンプル、プライマーDNA50pmol/サンプル、及びPyrobestDNApolymerase0.2ユニット/サンプルを合計で50μlの反応系に調製した。反応溶液を、PCR増幅装置 Gene Amp PCRsystem 9700(PE AppliedBiosystems社)によってDNA増幅を行った。PCR増幅装置の反応条件は、96℃で2分の熱処理を行った後、96℃で30秒と、53℃で30秒と、72℃で60秒とのサイクルを25サイクル行い、その後4℃とした。PDClプライマーの増幅断片を1%TBEアガロースゲル電気泳動にて遺伝子増幅断片の確認を行った。なお反応に使用したプライマーDNAは、合成DNA(サワデーテクノロジー社)を用い、このプライマーのDNA配列は以下の通りであった。
・PDCIP−LDH−U(31mer,Tm値58.3℃)未端に制限酵素BamH1サイトを付加:ata tat ggatcc gcg tttatt tac ctatctc (配列番号:28)
・PDClP−LDH−D(31mer、Tm値54.4℃)末端に制限酵素EcoRIサイトを付加:atatatgaat tctttgattg atttgactgt g(配列番号:29)
1. The PDC1P fragment for constructing pBTrp-PDC1-LDHKCB was isolated by PCR amplification using the genomic DNA of Saccharomyces cerevisiae YPH strain (Stratagene) as a template. Genomic DNA of Saccharomyces cerevisiae YPH strain was prepared using Fast DNA Kit (Bio 101), which is a genome preparation kit, according to the attached protocol for details. The DNA concentration was measured with a spectrophotometer Ultra spec 3000 (Amersham Pharmacia Biotech). For the PCR reaction, Pyrobest DNA Polymerase (Takara Shuzo), which is said to have high accuracy of the amplified fragment, was used as an amplification enzyme. Saccharomyces cerevisiae YPH strain genomic DNA 50 ng / sample, primer DNA 50 pmol / sample, and Pyrobest DNA polymerase 0.2 unit / sample prepared in the above manner were prepared in a total of 50 μl of reaction system. The reaction solution was subjected to DNA amplification with a PCR amplifier Gene Amp PCR system 9700 (PE Applied Biosystems). The reaction conditions of the PCR amplification apparatus were as follows: heat treatment at 96 ° C. for 2 minutes, 25 cycles of 96 ° C. for 30 seconds, 53 ° C. for 30 seconds, and 72 ° C. for 60 seconds, and then 4 ° C. It was. The amplified fragment of the PDCl primer was confirmed by 1% TBE agarose gel electrophoresis. The primer DNA used in the reaction was synthetic DNA (Sawaday Technology), and the DNA sequence of this primer was as follows.
・ PDCIP-LDH-U (31 mer, Tm value 58.3 ° C.) Add restriction enzyme BamH1 site to the end: ata tat ggatcc gcg tttatt tac ctatctc (SEQ ID NO: 28)
PDClP-LDH-D (31 mer, Tm value 54.4 ° C.) Add restriction enzyme EcoRI site to the end: atatgaga tctttgattg atttgactgt g (SEQ ID NO: 29)

2.遺伝子断片であるPDCl遺伝子のプロモーター断片(PDCIP)971bpと、PDCl遺伝子下流領域断片(PDC1D)518bpは、上述のように、サッカロマイセス・セレビシエYPH株のゲノムDNAを鋳型として使用したPCR増幅法によって単離を行った。PCR増幅の手順は上記の通りであるが、PDCl遺伝子下流領域断片の増幅には、以下のプライマーを使用した。
・PDC1D−LDH−U(34mer、Tm値55.3℃)未端に制限酵素XhoIサイトを付加:ata tat ctc gag gcc agctaa ctt cttggtcga c (配列番号:30)
・PDCID−LDH−D(31mer、Tm値54.4℃)末端に制限酵素ApaIサイトを付加:ata tat gaa ttc tttgat tga ttt gac tgtg (配列番号:31)
2. The PDCl gene promoter fragment (PDCIP) 971 bp and the PDCl gene downstream region fragment (PDC1D) 518 bp are isolated by PCR amplification using the genomic DNA of Saccharomyces cerevisiae YPH as a template as described above. Went. The procedure for PCR amplification was as described above, and the following primers were used for amplification of the PDCl gene downstream region fragment.
・ PDC1D-LDH-U (34mer, Tm value 55.3 ° C.) Add restriction enzyme XhoI site at the end: atat ct ctc gag gcc agctaa ctt cttggtcga c (SEQ ID NO: 30)
PDCID-LDH-D (31 mer, Tm value 54.4 ° C.): Add restriction enzyme ApaI site at the end: ata tat gaa ttc tttgat tga ttt gac tgtg (SEQ ID NO: 31)

3.上記反応にて取得したPDC1P及びPDC1D各遺伝子増幅断片をそれぞれ、エタノール沈殿処理によって精製した後、PDC1P増幅断片を制限酵素BamHI/EcoRI及びPDC1D増幅断片を制限酵素XhoI/ApaIにて制限酵素反応処理を行った。なお、以下に用いた酵素類はすべて宝酒造社製のものを用いた。また、エタノール沈殿処理、制限酵素処理の一連操作の詳細なマニュアルはMolecularCloning A Laboratory Manual second editlon(Maniatis et al.,Cold Spring Harbor Laboratorypress.1989)に従った。制限酵素BamHI/EcoRI(宝酒造社)及び脱リン酸化酵素Alkaline Phosphatase(BAP、宝酒造社)を施したpBluescriptII SK+ベクター(東洋紡社)に、上記PCR法にて増幅し制限酵素処理を施したPDC1P断片をT4DNA Ligase反応によって連結させた。T4 DNA Ligase反応には、LigaFast Rapid DNA LigationSystem(プロメガ社)を用い、詳細は付属のプロトコールに従った。 3. Each of the PDC1P and PDC1D gene amplified fragments obtained in the above reaction was purified by ethanol precipitation, and then the PDC1P amplified fragment was subjected to a restriction enzyme reaction treatment with restriction enzymes BamHI / EcoRI and PDC1D amplified fragment with restriction enzymes XhoI / ApaI. went. The enzymes used below were all manufactured by Takara Shuzo. Further, a detailed manual of a series of procedures for ethanol precipitation treatment and restriction enzyme treatment was according to Molecular Cloning A Laboratory Manual second edition (Maniatis et al., Cold Spring Harbor Laboratory Press. 1989). A pBluescript II SK + vector (Toyobo Co., Ltd.) subjected to restriction enzyme treatment with BamHI / EcoRI (Takara Shuzo Co., Ltd.) and dephosphorylating enzyme Alkaline Phosphatase (BAP, Takara Shuzo Co., Ltd.) Ligation was performed by T4 DNA Ligase reaction. For the T4 DNA ligase reaction, LigaFast Rapid DNA Ligation System (Promega) was used, and the details followed the attached protocol.

4.次にLigation反応を行った溶液を用いて、コンピテント細胞への形質転換を行った。コンピテント細胞は大腸菌JM109株(東洋紡社)を用い、詳細は付属のプロトコールに従って行った。得られた培養液は抗生物質アンピシリン100μg/mlを含有したLBプレートにまいて一晩培養した。生育したコロニーにつき、インサート断片のプライマーDNAを用いたコロニーPCR法による確認、及びミニプレップによるプラスミドDNA調製溶液に対する制限酵素処理による確認を行い、ベクターpBPDC1Pを単離した。 4). Next, transformation into competent cells was performed using the solution subjected to the ligation reaction. E. coli JM109 strain (Toyobo Co., Ltd.) was used as the competent cell, and details were performed according to the attached protocol. The obtained culture broth was spread on an LB plate containing 100 μg / ml of antibiotic ampicillin and cultured overnight. The grown colonies were confirmed by colony PCR using the insert fragment primer DNA and by restriction enzyme treatment of the plasmid DNA preparation solution by miniprep, and the vector pBPDC1P was isolated.

5.ついで、先に構築されたpBTOPO−LDHKCBベクターを制限酵素EcoRI処理及び末端修飾酵素T4DNA polymerase処理することで得られるLDHKCB遺伝子断片を、同じく制限酵素EcoRI処理、末端修飾酵素T4DNA polymerase処理を行ったpBPDC1Pベクター中に、上述と同様の操作でサブクローニングを行い、pBPDC1P−LDHKCBベクターを作製した。 5. Subsequently, the LDHKCB gene fragment obtained by subjecting the previously constructed pBTOPO-LDHKCB vector to the restriction enzyme EcoRI treatment and the end modification enzyme T4 DNA polymerase treatment, the pBPDC1P vector also subjected to the restriction enzyme EcoRI treatment and the end modification enzyme T4DNA polymerase treatment. Inside, subcloning was performed in the same manner as described above to prepare a pBPDC1P-LDHKCB vector.

6.一方、既に構築されたpYLDlベクターを制限酵素EcoRI/AatII処理及び末端修飾酵素T4DNApolymerase処理することで得られるLDH遺伝子(ビフィドバクテリウム・ロンガム由来)断片を、同じく制限酵素EcoRI処理、末端修飾酵素T4DNA polymerase処理を行ったpBPDC1Pベクター中に、上述と同様の操作でサブクローニングを行い、pBPDC1P−LDH1ベクターを作製した。なお、上記のpYLDlベクターは大腸菌に導入され(名称:「E.coll pYLD1」)、独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センター(茨城県つくば市東1丁目1番地1)に、受託番号FERMBP−7423としてブダベスト条約に基づき国際寄託されている(原寄託日:平成11(1999)年10月26日)。 6). On the other hand, a fragment of the LDH gene (derived from Bifidobacterium longum) obtained by treating the already constructed pYLD1 vector with the restriction enzyme EcoRI / AatII treatment and the end modification enzyme T4 DNA polymerase, was also treated with the restriction enzyme EcoRI treatment and the end modification enzyme T4DNA. Subcloning was performed in the same manner as described above in the pBPDC1P vector that had been subjected to the polymerase treatment, to prepare a pBPDC1P-LDH1 vector. The above-mentioned pYLDl vector was introduced into Escherichia coli (name: “E.coll pYLD1”). -7423 is deposited internationally based on the Budabest Convention (original deposit date: October 26, 1999).

7.続いて、このベクターをXhoI/ApaI処理し、同様に制限酵素処理を施した増幅PDC1D断片を連結させてpBPDC1P−LDHベクターを作製した。最後にpBPDC1P−LDHIIベクターをEcoRV処理したものに、pRS404ベクター(Stratagene社)をAatII/SspI処理、T4DNApolymerase処理して得られたTrpマーカー断片を連結させて、pBTrp−PDCl−LDHベクターを構築した。 7). Subsequently, this vector was treated with XhoI / ApaI, and an amplified PDC1D fragment similarly treated with a restriction enzyme was ligated to prepare a pBPDC1P-LDH vector. Finally, the pBT4041P-LDHII vector treated with EcoRV was ligated with the Trp marker fragment obtained by treating the pRS404 vector (Stratagene) with AatII / SspI and T4 DNA polymerase to construct a pBTrp-PDCl-LDH vector.

8.次に、pBPDC1P−LDHKCBベクターをApaI/EcoRIにて制限酵素処理し、一方、pBTrp−PDC1−LDHベクターを、制限酵素ApaIおよびStuIで処理したTrpマーカーを含む断片に処理し、増幅させた断片を連結させて、最終コンストラクトである染色体導入型pBTrp−PDC1−LDHKCBベクターを構築した。 8). Next, the pBPDC1P-LDHKCB vector was treated with a restriction enzyme with ApaI / EcoRI, while the pBTrp-PDC1-LDH vector was treated with a fragment containing a Trp marker treated with the restriction enzymes ApaI and StuI, and the amplified fragment was treated. Ligation was performed to construct a chromosome-introduced pBTrp-PDC1-LDHKCB vector as the final construct.

(最終ベクターの構築及び確認)
プレベクターpBTRP−LDHを制限酵素NotI、SpeI処理し、これに上記実施例3において取得したプロモーター配列を同様の制限酵素にて処理後、それぞれ連結させた最終ベクターを作製した。今回作製したpBTRP−TDH1P−LDHベクター、pBTRP−TPI1P−LDHベクター、pBTRP−CCW12P−LDHベクター、pBTRP−RSP31P−LDHベクターおよび比較コントロールとして作製したpBTRP−PDC1P−LDHベクターについての詳細なマップを図2〜図5に示す。
(Construction and confirmation of final vector)
The prevector pBTRP-LDH was treated with restriction enzymes NotI and SpeI, and the promoter sequence obtained in Example 3 was treated with the same restriction enzyme, and the final vectors were ligated to each other. Detailed maps of the pBTRP-TDH1P-LDH vector, the pBTRP-TPI1P-LDH vector, the pBTRP-CCW12P-LDH vector, the pBTRP-RSP31P-LDH vector, and the pBTRP-PDC1P-LDH vector prepared as a comparative control are shown in FIG. To FIG.

なお、上記の一連のDNA連結反応は、LigaFast Rapid DNA Ligation(プロメガ社製)を用い、詳細は付属のプロトコールに従った。また、Ligation 反応溶液のコンピテント細胞への形質転換には、大腸菌JM109株(東洋紡社製)を使用した。いずれの場合も、抗生物質アンピシリン100μg/mlを含有したLBプレート下でコロニー選抜を行い、各コロニー用いたコロニーPCRを行うことで、目的のベクターであるかを確認した。なお、エタノール沈殿処理、制限酵素処理等の一連操作の詳細なマニュアルは、Molecular Cloning “A Laboratory Manual second edition”(Maniatis et al., Cold Spring Harbor Laboratory press. 1989)に従った。   The above-described series of DNA ligation reactions used LigaFast Rapid DNA Ligation (manufactured by Promega), and details followed the attached protocol. In addition, Escherichia coli JM109 strain (manufactured by Toyobo Co., Ltd.) was used for transformation of the Ligation reaction solution into competent cells. In either case, colony selection was performed under an LB plate containing 100 μg / ml of the antibiotic ampicillin, and colony PCR using each colony was performed to confirm whether it was the target vector. The detailed manual of the series of operations such as ethanol precipitation and restriction enzyme treatment was in accordance with Molecular Cloning “A Laboratory Manual second edition” (Maniatis et al., Cold Spring Harbor Press. 1989).

(形質転換酵母の作製)
宿主である酵母IFO2260株(社団法人・発酵研究所に登録されている菌株)のトリプトファン合成能を欠損した株をYPD培養液10mlにて、30℃で対数増殖期(OD600nm=0.8)まで培養した。これにFrozen−EZ Yeast TransformationIIキット(ZYMO RESEARCH社製)を用いてコンピテントセルを作製した。キット添付のプロトコールに従い、このコンピテントセルに上述の実施例4にて構築した染色体導入型ベクターを制限酵素PvuII処理し、遺伝子導入した。なお、具体的な導入ベクターは、pBTRP−TDH1P−LDHベクター、pBTRP−TPI1P−LDHベクター、pBTRP−CCW12P−LDHベクター、pBTRP−RSP31P−LDHベクターおよび比較コントロールとして作製したpBTRP−PDC1P−LDHベクターの5種類である。これらの形質転換試料を洗浄後、100μlの滅菌水に溶解させてトリプトファン選抜培地に塗沫し、それぞれについて30℃静置培養下で形質転換体の選抜を行った。
(Production of transformed yeast)
A strain lacking the ability to synthesize tryptophan of yeast IFO2260 strain (a strain registered in the Institute for Fermentation) is hosted in 10 ml of YPD culture solution at 30 ° C. until the logarithmic growth phase (OD600 nm = 0.8). Cultured. A competent cell was prepared using a Frozen-EZ Yeast Transformation II kit (manufactured by ZYMO RESEARCH). According to the protocol attached to the kit, this competent cell was treated with the restriction enzyme PvuII and the gene introduced into the chromosomal transfer vector constructed in Example 4 described above. Specific introduction vectors include pBTRP-TDH1P-LDH vector, pBTRP-TPI1P-LDH vector, pBTRP-CCW12P-LDH vector, pBTRP-RSP31P-LDH vector, and pBTRP-PDC1P-LDH vector prepared as a comparative control. It is a kind. These transformed samples were washed, dissolved in 100 μl of sterilized water, smeared on a tryptophan selection medium, and each was selected for transformants under static culture at 30 ° C.

得られたそれぞれのコロニーを新たなトリプトファン選抜培地で再度単離し、生育能を安定に保持している株を形質転換候補株とした。次に、これらの候補株をYPD培養液2mlで一晩培養し、これにゲノムDNA調整キット、Genとるくん(商標)−酵母用−(タカラバイオ社製)を用いてゲノムDNAを調整した。調整した各ゲノムDNAを鋳型としてPCR解析を行い、導入遺伝子の有無が確認できたものを形質転換株とした。   Each of the obtained colonies was again isolated with a new tryptophan selection medium, and a strain that stably maintained the growth ability was used as a transformation candidate strain. Next, these candidate strains were cultured overnight in 2 ml of YPD culture solution, and genomic DNA was prepared using a genomic DNA preparation kit, Gen Toru-kun (trademark) -for yeast (manufactured by Takara Bio Inc.). PCR analysis was carried out using each adjusted genomic DNA as a template, and a transformant was confirmed if the presence or absence of the transgene was confirmed.

(発酵試験による各プロモーターの検証)
作製した形質転換体におけるL−乳酸生産量を測定し、高発現プロモーターとして知られるPDC1プロモーターを用いた乳酸生産量と比較することで、取得した4種類のプロモーターの非中和条件下での活性を検証した。得られた4種類の形質転換酵母をYPD液体培地5mlに植菌し、30℃、130rpmで一晩、振盪培養を行い、OD600nm=1.2のものを初発菌体とした。このうちの2mlを10%グルコース含有YPD培養液20ml、および10%相当のショ糖を含有したケーンジュース培養液20mlにそれぞれ植菌し(全量22ml)、中和剤として炭酸カルシウム(ナカライテスク社製)1gを添加したものを、30℃で、4日間静置培養した。乳酸生産量の測定には、多機能バイオセンサBF−4装置(王子計測機器社製)を用い、仕様の詳細は付属のマニュアルに従った。これらの結果を図6に示す。
(Verification of each promoter by fermentation test)
By measuring the amount of L-lactic acid produced in the produced transformant and comparing it with the amount of lactic acid produced using the PDC1 promoter known as a high expression promoter, the activity of the four types of promoters obtained under non-neutralizing conditions Verified. The obtained four kinds of transformed yeast were inoculated into 5 ml of YPD liquid medium, and cultured overnight at 30 ° C. and 130 rpm with shaking, and those having an OD of 600 nm = 1.2 were used as the initial cells. 2 ml of this was inoculated into 20 ml of YPD culture solution containing 10% glucose and 20 ml of cane juice culture solution containing 10% sucrose (total amount: 22 ml), and calcium carbonate (manufactured by Nacalai Tesque, Inc.) as a neutralizing agent ) 1 g added was statically cultured at 30 ° C. for 4 days. For the measurement of the amount of lactic acid produced, a multifunctional biosensor BF-4 apparatus (manufactured by Oji Scientific Instruments) was used, and the details of the specifications were in accordance with the attached manual. These results are shown in FIG.

図6に示すように、TDH1遺伝子プロモーター、TPI1遺伝子プロモーター、RSP31遺伝子プロモーター及びCCW12遺伝子プロモーターについては、対照としたPDC1プロモーター以上の発現強度を確認できた。特に、TDH1遺伝子プロモーターについては、平均して114%(105〜117%)、TPI1遺伝子プロモーターについては、平均で117%(113〜126%)という高い発現強度を確認できた。   As shown in FIG. 6, for the TDH1 gene promoter, the TPI1 gene promoter, the RSP31 gene promoter, and the CCW12 gene promoter, the expression intensity of the control PDC1 promoter or higher was confirmed. In particular, a high expression intensity of 114% (105 to 117%) on average for the TDH1 gene promoter and 117% (113 to 126%) on average for the TPI1 gene promoter was confirmed.

これらのプロモーターは、いずれも、強力な構成的プロモーターであるPDC1プロモーターと同等以上の活性を有するともに、酸性条件下において高い転写活性を有するプロモーターであることから、乳酸などの有機酸が培地中に蓄積しても高い転写活性を維持することのできる有機酸生産に適した高発現プロモーターであることがわかった。また、これらのプロモーターはいずれも、宿主酵母のPDC1遺伝子を破壊し当該遺伝子座においてLDH遺伝子を発現するものであることから、酵母における当該遺伝子の発現が抑制された状態で乳酸などの有機酸を生産するのに適したプロモーターであることがわかった。   Each of these promoters has a activity equivalent to or higher than the PDC1 promoter, which is a strong constitutive promoter, and has a high transcription activity under acidic conditions. Therefore, an organic acid such as lactic acid is contained in the medium. It was found to be a high expression promoter suitable for organic acid production that can maintain high transcriptional activity even when accumulated. In addition, since these promoters all disrupt the PDC1 gene of the host yeast and express the LDH gene at the locus, an organic acid such as lactic acid can be used in a state where the expression of the gene in the yeast is suppressed. It was found to be a suitable promoter for production.

配列番号:7〜26 合成プライマー
配列番号:27 修飾されたウシ由来L−乳酸脱水素酵素をコードするDNA
配列番号:28〜31 合成プライマー
SEQ ID NO: 7 to 26 Synthetic primer SEQ ID NO: 27 DNA encoding modified bovine-derived L-lactate dehydrogenase
Sequence number: 28-31 Synthetic primer

染色体導入型ベクター構築工程を示す図である。It is a figure which shows a chromosome introduction | transduction type | mold vector construction process. pBTRP−TDH1P−LDHベクターのマップを示す図である。It is a figure which shows the map of pBTRP-TDH1P-LDH vector. pBTRP−TPI1P−LDHベクターのマップを示す図である。It is a figure which shows the map of pBTRP-TPI1P-LDH vector. pBTRP−CCW12P−LDHベクターのマップを示す図である。It is a figure which shows the map of pBTRP-CCW12P-LDH vector. pBTRP−RSP31P−LDHベクターのマップを示す図である。It is a figure which shows the map of pBTRP-RSP31P-LDH vector. 各種形質転換酵母株における乳酸発酵試験の結果(YPD培養液)を示すグラフ図である。It is a graph which shows the result (YPD culture solution) of the lactic acid fermentation test in various transformed yeast strains.

Claims (24)

以下の配列(a)〜(c)から選択されるポリヌクレオチドであって、酸性条件下において有機酸生産用プロモーター活性を有する、酸性条件下で使用するためのプロモーター。
(a)配列番号1に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチド
(b)配列番号1に記載の塩基配列若しくはその一部に相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、配列番号1に記載の塩基配列との相同性が90%以上であるポリヌクレオチド
(c)配列番号1に記載の塩基配列において1あるいは複数個の塩基が欠失、置換及び/又は付加された塩基配列からなり、配列番号1に記載の塩基配列との相同性が90%以上であるポリヌクレオチド
A promoter for use under acidic conditions, which is a polynucleotide selected from the following sequences (a) to (c) and has promoter activity for organic acid production under acidic conditions.
(A) a polynucleotide comprising the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1 (b) hybridizing under stringent conditions with a polynucleotide comprising the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1 or a base sequence complementary thereto, A polynucleotide having a homology of 90% or more with the base sequence described in SEQ ID NO: 1 (c) a base in which one or more bases are deleted, substituted and / or added in the base sequence described in SEQ ID NO: 1 A polynucleotide comprising the sequence and having a homology of 90% or more with the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1
微生物における有機酸生産用プロモーターである、請求項1に記載のプロモーター。 The promoter according to claim 1, which is a promoter for organic acid production in a microorganism. 酵母による有機酸生産用プロモーターである、請求項に記載のプロモーター。 The promoter according to claim 2 , which is a promoter for organic acid production by yeast. 非中和条件下で有機酸を生産する有機酸生産用プロモーターである、請求項2又は3に記載のプロモーター。 The promoter according to claim 2 or 3 , wherein the promoter is an organic acid producing promoter that produces an organic acid under non-neutralizing conditions. pHが1.0〜3.0において有機酸を生産する有機酸生産用プロモーターである、請求項2〜4のいずれかに記載のプロモーター。 The promoter according to any one of claims 2 to 4 , which is a promoter for producing an organic acid that produces an organic acid at a pH of 1.0 to 3.0. 宿主のピルビン酸脱炭酸酵素遺伝子の発現が抑制された状態でピルビン酸に由来する有機酸を生産するための有機酸生産用プロモーターである、請求項2〜5のいずれかに記載のプロモーター。 The promoter according to any one of claims 2 to 5 , which is a promoter for producing an organic acid for producing an organic acid derived from pyruvic acid in a state where expression of a pyruvate decarboxylase gene in a host is suppressed. 酸性条件誘導的プロモーターである、請求項1〜のいずれかに記載のプロモーター。 The promoter according to any one of claims 1 to 6 , which is an acidic condition-inducible promoter. 前記酸性条件は乳酸酸性条件である、請求項1〜のいずれかに記載のプロモーター。 The promoter according to any one of claims 1 to 7 , wherein the acidic condition is a lactic acid acidic condition. 請求項1〜のいずれかに記載のプロモーターに機能的に結合された有機酸生産に関与するタンパク質をコードするDNAを備える、DNA構築物。 Comprising a DNA encoding a protein involved in operably linked organic acid production promoter according to any one of claims. 1 to 8, DNA construct. 前記タンパク質は乳酸脱水素酵素活性を有するタンパク質である、請求項に記載のDNA構築物。 The DNA construct according to claim 9 , wherein the protein is a protein having lactate dehydrogenase activity. 前記タンパク質は、ウシ由来の乳酸脱水素酵素である、請求項10に記載のDNA構築物。 The DNA construct according to claim 10 , wherein the protein is bovine-derived lactate dehydrogenase. さらに、オートレギュレーション機構を備えるピルビン酸脱炭酸酵素遺伝子の遺伝子破壊のための相同組換え用のDNAを備える、請求項9〜11のいずれかに記載のDNA構築物。 The DNA construct according to any one of claims 9 to 11 , further comprising DNA for homologous recombination for gene disruption of a pyruvate decarboxylase gene having an autoregulation mechanism. 請求項に記載のDNA構築物を保持する形質転換体。 A transformant carrying the DNA construct according to claim 9 . 前記プロモーター及び前記タンパク質をコードするDNAは、宿主染色体上に組み込まれている、請求項13に記載の形質転換体。 The transformant according to claim 13 , wherein the DNA encoding the promoter and the protein is integrated on a host chromosome. 酵母である、請求項13又は14に記載の形質転換体。 The transformant according to claim 13 or 14 , which is a yeast. 前記酵母はサッカロマイセス属に属するものである、請求項15に記載の形質転換体。 The transformant according to claim 15 , wherein the yeast belongs to the genus Saccharomyces. 宿主染色体上のオートレギュレーション機構を備えるピルビン酸脱炭酸酵素遺伝子の発現が抑制されている、請求項15又は16に記載の形質転換体。 The transformant according to claim 15 or 16 , wherein expression of a pyruvate decarboxylase gene having an autoregulation mechanism on a host chromosome is suppressed. 前記タンパク質は、乳酸脱水素酵素活性を有する、請求項13〜17のいずれかに記載の形質転換体。 The transformant according to any one of claims 13 to 17 , wherein the protein has lactate dehydrogenase activity. 請求項13〜17のいずれかに記載の形質転換体を準備する工程と、
この形質転換体を有機酸を含む培地において培養する工程と、
を備える、有機酸生産方法。
Preparing a transformant according to any of claims 13 to 17 ,
Culturing the transformant in a medium containing an organic acid;
An organic acid production method comprising:
前記培養工程は、前記宿主細胞による有機酸生産により前記培地に有機酸を供給することを含む工程である、請求項19に記載の物質生産方法。 20. The method for producing a substance according to claim 19 , wherein the culturing step is a step including supplying an organic acid to the medium by organic acid production by the host cell. 前記培養工程は、前記培地に有機酸を添加することを含む工程である、請求項19又は20に記載の方法。 The method according to claim 19 or 20 , wherein the culturing step includes adding an organic acid to the medium. 前記タンパク質は、乳酸脱水素酵素活性を有するタンパク質であり、
前記培養工程は、乳酸を生産する工程である、請求項19〜21のいずれかに記載の方法。
The protein is a protein having lactate dehydrogenase activity,
The method according to any one of claims 19 to 21 , wherein the culturing step is a step of producing lactic acid.
前記培養工程は、培地を中和することなく前記形質転換体を培養する工程である、請求項19〜22のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 19 to 22 , wherein the culturing step is a step of culturing the transformant without neutralizing a medium. 前記培養工程は、培地のpHが1.0〜3.0の範囲で前記形質転換体を培養する工程である、請求項19〜23のいずれかに記載の方法。
24. The method according to any one of claims 19 to 23 , wherein the culturing step is a step of culturing the transformant in a medium having a pH of 1.0 to 3.0.
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