JP4840360B2 - A novel gene involved in biosynthesis of petrothelic acid, a method for producing petrothelic acid - Google Patents

A novel gene involved in biosynthesis of petrothelic acid, a method for producing petrothelic acid Download PDF

Info

Publication number
JP4840360B2
JP4840360B2 JP2007523443A JP2007523443A JP4840360B2 JP 4840360 B2 JP4840360 B2 JP 4840360B2 JP 2007523443 A JP2007523443 A JP 2007523443A JP 2007523443 A JP2007523443 A JP 2007523443A JP 4840360 B2 JP4840360 B2 JP 4840360B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gene
acid
seq
plant
amino acid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2007523443A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2007004694A1 (en
Inventor
幸治 岡村
陽子 山中
伸彦 村本
生郎 西田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2007523443A priority Critical patent/JP4840360B2/en
Publication of JPWO2007004694A1 publication Critical patent/JPWO2007004694A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4840360B2 publication Critical patent/JP4840360B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/14Hydrolases (3)
    • C12N9/16Hydrolases (3) acting on ester bonds (3.1)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/79Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts
    • C12N15/82Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for plant cells, e.g. plant artificial chromosomes (PACs)
    • C12N15/8241Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology
    • C12N15/8242Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with non-agronomic quality (output) traits, e.g. for industrial processing; Value added, non-agronomic traits
    • C12N15/8243Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with non-agronomic quality (output) traits, e.g. for industrial processing; Value added, non-agronomic traits involving biosynthetic or metabolic pathways, i.e. metabolic engineering, e.g. nicotine, caffeine
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/0004Oxidoreductases (1.)
    • C12N9/0071Oxidoreductases (1.) acting on paired donors with incorporation of molecular oxygen (1.14)
    • C12N9/0083Miscellaneous (1.14.99)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/64Fats; Fatty oils; Ester-type waxes; Higher fatty acids, i.e. having at least seven carbon atoms in an unbroken chain bound to a carboxyl group; Oxidised oils or fats
    • C12P7/6409Fatty acids

Description

本発明は、ペトロセリン酸生合成に関与する新規遺伝子、特に、ニンジン由来のΔ4−パルミトイル−ACPデサチュラーゼ遺伝子、及び植物由来のペトロセリノイル−ACPチオエステラーゼ遺伝子に関し、これら新規遺伝子を用いたペトロセリン酸の製造方法に関する。   The present invention relates to novel genes involved in petroselinic acid biosynthesis, in particular, a carrot-derived Δ4-palmitoyl-ACP desaturase gene, and a plant-derived petrocerinoyl-ACP thioesterase gene. It relates to a manufacturing method.

近年、樹脂材料においても、脱石油資源、循環型社会の構築の観点から、バイオマス由来の樹脂を生産する技術開発が進められている。
エンジニアリングプラスチックの一種であるナイロンは、原料としてアミノカルボン酸、またはジアミンとジカルボン酸を重合することにより合成されているが、原料モノマーのほとんどは、化学工業的に化石資源から生産されている。バイオマス由来のナイロン原料としては、セバシン酸(1,10−Decanedioic Acid)が用いられており、これは、ヒマから抽出したヒマシ油を苛性アルカリにより開裂して製造され、ナイロン6,10の原料となる。しかしながら、ナイロン6,10の用途は限定されており、樹脂材料としては広範に利用されていない。
不飽和脂肪酸を酸化分解することにより、ジカルボン酸を製造できることが既に知られており、これまでにナイロン6,6の原料モノマーであるアジピン酸(hexanedioic acid)の原料となるペトロセリン酸(cis−6−octadecenoic acid)の製造技術が検討されてきた。(非特許文献1〜8)。
セリ科植物のコリアンダーやニンジンなどは、種子の油脂成分中に80%以上のペトロセリン酸を含むが、種子の収量が低いためにペトロセリン酸の生産には適していない。植物の脂肪酸はプラスチド(葉緑体)中で新規合成される。ペトロセリン酸の合成は、前駆体であるパルミトイルACPがΔ4−パルミトイル−ACPデサチュラーゼ(以下、4DESと称す)によりcis−4−hexadecenoil ACPへ変換された後に、原核型脂肪酸シンターゼ複合体によって鎖長が伸長され、ペトロセリノイル−ACPとなる。さらにこれが、ペトロセリノイル−ACPチオエステラーゼ(以下、PTEと称す)により遊離のペトロセリン酸が合成されて細胞質へ移行する。ペトロセリン酸を合成する植物にはペトロセリン酸合成に特異的な一連の生合成系酵素とその遺伝子が存在すると考えられており、これらのうちコリアンダー由来のΔ4−パルミトイル−ACPデサチュラーゼの遺伝子がクローニングされ、元来、ペトロセリン酸を生産しない植物であるシロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)に遺伝子を導入した形質転換植物が作製されたが、ペトロセリン酸の蓄積は確認できたものの、その蓄積量は種子油脂中のわずか1%程度であった。
また、PTEについては、酵素活性の存在は示されているが(非特許文献8)、その遺伝子は、未だにクローニングされていない。
植物の油脂生産とその構成脂肪酸組成は、プラスチド中の脂肪酸生合成系だけでなく、細胞質内での脂肪酸誘導体の輸送、小胞体膜中でのトリアシルグリセロール合成系が関与しており、遺伝子組換え技術を用いてペトロセリン酸生産を行うためには、多くの課題を解決しなければならないと考えられる。
United States Patent 5,430,134 国際公開公報第94/01565 Proc.Natl.Acad.Sci.USA,89,11184−11188,1992 Plant J.,17(6),679−688,1999 Prog.Lipid Res.,33(1/2),155−163,1994 Plant Physiol.,124,681−692,2000 Plant Mol.Biol.,47,507−518,2001 Metab.Eng.,4,12−21,2002 Biochim.Biophys.Acta.,1212,134−136,1994 Plant Physiol.,104,839−844,1994 Planta 215:584−595 2002.
In recent years, technology development for producing resins derived from biomass has also been promoted from the viewpoint of removing petroleum resources and building a recycling society in resin materials.
Nylon, a kind of engineering plastic, is synthesized by polymerizing aminocarboxylic acid or diamine and dicarboxylic acid as raw materials, but most of the raw material monomers are produced from fossil resources in the chemical industry. Sebacic acid (1,10-Decandioic Acid) is used as a biomass-derived nylon raw material, which is produced by cleaving castor oil extracted from castor with a caustic alkali. Become. However, the use of nylon 6 and 10 is limited, and it is not widely used as a resin material.
It is already known that dicarboxylic acids can be produced by oxidative decomposition of unsaturated fatty acids, and petroceric acid (cis-6), which is a raw material for adipic acid, which is a raw material monomer for nylon 6,6, has been known so far. -Octodecenoic acid) production technology has been studied. (Non-patent documents 1 to 8).
Coriander, carrots, and the like of the Apiaceae plants contain 80% or more of petroceric acid in the oil component of seeds, but are not suitable for the production of petroceric acid due to low seed yield. Plant fatty acids are newly synthesized in plastids (chloroplasts). The synthesis of petrothelic acid was carried out by converting the precursor palmitoyl ACP into cis-4-hexadecenoyl ACP by Δ4-palmitoyl-ACP desaturase (hereinafter referred to as 4DES), and then extending the chain length by a prokaryotic fatty acid synthase complex. To petrocerinoyl-ACP. Furthermore, free petroceric acid is synthesized by petrocellinoyl-ACP thioesterase (hereinafter referred to as PTE) and transferred to the cytoplasm. Plants that synthesize petroceric acid are thought to have a series of biosynthetic enzymes specific to petroceric acid synthesis and their genes, among which the coriander-derived Δ4-palmitoyl-ACP desaturase gene has been cloned, Originally, a transgenic plant was introduced in which a gene was introduced into Arabidopsis thaliana, which is a plant that does not produce petroceric acid. Although the accumulation of petroceric acid was confirmed, the accumulated amount was only 1% in the seed oil. %.
Moreover, although the presence of enzyme activity has been shown for PTE (Non-Patent Document 8), the gene has not yet been cloned.
Plant fat production and its constituent fatty acid composition involve not only the fatty acid biosynthesis system in plastids but also the transport of fatty acid derivatives in the cytoplasm and the triacylglycerol synthesis system in the endoplasmic reticulum membrane. It is considered that many problems must be solved in order to produce petroceric acid using a replacement technique.
United States Patent 5,430,134 International Publication No. 94/01565 Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 89, 11184-11188, 1992. Plant J.M. 17 (6), 679-688, 1999. Prog. Lipid Res. 33 (1/2), 155-163, 1994 Plant Physiol. , 124, 681-692,2000 Plant Mol. Biol. 47, 507-518, 2001 Metab. Eng. , 4, 12-21, 2002 Biochim. Biophys. Acta. 1212, 134-136, 1994 Plant Physiol. , 104, 839-844, 1994 Planta 215: 584-595 2002.

本発明は、上述した実状に鑑み、ペトロセリン酸の蓄積を促進することができる新規な遺伝子、及び当該遺伝子を用いたペトロセリン酸の製造方法を提供することを目的としている。
上述した目的を達成するため本発明者が鋭意検討した結果、セリ科に属するニンジン(Daucus carota)由来のΔ4−パルミトイル−ACPデサチュラーゼがコリアンダー由来のΔ4−パルミトイル−ACPデサチュラーゼと比較してペトロセリン酸合成能に優れているといった新たな知見が得られた。また、本発明者は、ペトロセリノイル−ACPチオエステラーゼ遺伝子を新規に単離することに成功し、当該遺伝子をΔ4−パルミトイル−ACPデサチュラーゼ遺伝子と併用した場合にペトロセリン酸の合成能を約2倍にさせる技術を発明した。
すなわち、本発明は以下を包含する。
(1)以下の(a)、(b)又は(c)のタンパク質をコードする遺伝子。
(a)配列番号2に示すアミノ酸配列を含むタンパク質
(b)配列番号2に示すアミノ酸配列において1又は複数のアミノ酸が欠失、置換又は付加されたアミノ酸配列を含み、Δ4−パルミトイル−ACPデサチュラーゼ活性を有するタンパク質
(c)配列番号1に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAに対して、ストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされ、Δ4−パルミトイル−ACPデサチュラーゼ活性を有するタンパク質
ここで、上記(b)及び(c)において、Δ4−パルミトイル−ACPデサチュラーゼ活性を有するタンパク質とは、植物培養細胞もしくは植物個体中で発現することによりcis−4−ヘキサデセン酸(cis−4−Hexadecenoic acid)又はペトロセリン酸(cis−6−オクタデセン酸(cis−6−octadecenoic acid))又はcis−8−イコセン酸(cis−8−icosenoic acid)の蓄積量を増加することが可能なタンパク質と言い換えることができる。
(2)以下の(a)、(b)又は(c)のタンパク質をコードする遺伝子。
(a)配列番号4又は6に示すアミノ酸配列を含むタンパク質
(b)配列番号4又は6に示すアミノ酸配列において1又は複数のアミノ酸が欠失、置換又は付加されたアミノ酸配列を含み、ペトロセリノイル−ACPチオエステラーゼ活性を有するタンパク質
(c)配列番号3又は5に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAに対して、ストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされ、ペトロセリノイル−ACPチオエステラーゼ活性を有するタンパク質
ここで、上記(b)及び(c)において、ペトロセリノイル−ACPチオエステラーゼ活性を有するタンパク質とは、植物培養細胞もしくは植物個体中でΔ4−パルミトイル−ACPデサチュラーゼ活性を有するタンパク質と同時に発現することにより、Δ4−パルミトイル−ACPデサチュラーゼ活性を有するタンパク質単独で発現した時より、cis−4−ヘキサデセン酸(cis−4−Hexadecenoic acid)又はペトロセリン酸(cis−6−オクタデセン酸(cis−6−octadecenoic acid))又はcis−8−イコセン酸(cis−8−icosenoic acid)量を増加することが可能なタンパク質と言い換えることができる。
本明細書は本願の優先権の基礎である日本国特許出願2005−191775号の明細書および/または図面に記載される内容を包含する。
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a novel gene capable of promoting the accumulation of petrothelic acid and a method for producing petrothelic acid using the gene.
As a result of intensive studies by the inventor in order to achieve the above-described object, Δ4-palmitoyl-ACP desaturase derived from carrot (Daucus carota) belonging to the family Aceraceae is synthesized by petrothelic acid as compared with Δ4-palmitoyl-ACP desaturase derived from coriander. New findings such as excellent performance were obtained. In addition, the present inventor succeeded in isolating a petrocellinoyl-ACP thioesterase gene newly, and when this gene is used in combination with a Δ4-palmitoyl-ACP desaturase gene, the ability to synthesize petroceric acid is approximately doubled. Invented the technology to make it.
That is, the present invention includes the following.
(1) A gene encoding the following protein (a), (b) or (c).
(A) a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 (b) an amino acid sequence in which one or more amino acids have been deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, and Δ4-palmitoyl-ACP desaturase activity (C) a protein encoded by a DNA that hybridizes under stringent conditions to DNA consisting of a base sequence complementary to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and having Δ4-palmitoyl-ACP desaturase activity Here, in the above (b) and (c), the protein having Δ4-palmitoyl-ACP desaturase activity is expressed by cis-4-hexadecenoic acid (cis-4-hexadecenoic acid) when expressed in plant cultured cells or plant individuals. acid) or petrosseri Acid (cis-6- octadecenoic acid (cis-6-octadecenoic acid)) or cis-8- accumulated amount of icosenoic acid (cis-8-icosenoic acid) can be referred to as protein capable of increasing.
(2) A gene encoding the following protein (a), (b) or (c).
(A) a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4 or 6, and (b) an amino acid sequence in which one or more amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4 or 6, and petrocellinoyl A protein having ACP thioesterase activity (c) encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions to DNA consisting of a base sequence complementary to the base sequence shown in SEQ ID NO: 3 or 5, and petroselinoyl -Protein having ACP thioesterase activity In the above (b) and (c), the protein having petroselinoyl-ACP thioesterase activity means Δ4-palmitoyl-ACP desaturase activity in plant cultured cells or individual plants. By co-expressing a protein with Cis-4-hexadecenoic acid (cis-4-hexadecenoic acid) or cis-6-octadecenoic acid) when expressed with a protein having Δ4-palmitoyl-ACP desaturase activity alone In other words, the protein can increase the amount of cis-8-icosenoic acid.
This specification includes the contents described in the specification and / or drawings of Japanese Patent Application No. 2005-191775, which is the basis of the priority of the present application.

図1は、各種ペトロセリノイル−ACPチオエステラーゼ及びオレオイル−ACPチオエステラーゼのアミノ酸配列の相同性(%)を比較した図である。なお図中、DcPTEはニンジン(Daucus carota)由来のペトロセリノイル−ACPチオエステラーゼを意味し、CsPTEはコリアンダー(Coriandrum sativum)由来のペトロセリノイル−ACPチオエステラーゼを意味し、AgPTEはディル(Anethum graveolens)由来のペトロセリノイル−ACPチオエステラーゼを意味し、CsOTEはコリアンダー(Coriandrum sativum)由来のオレオイル−ACPチオエステラーゼを意味し、DcOTEはニンジン(Daucus carota)由来のオレオイル−ACPチオエステラーゼを意味する。
図2−1は、各種ペトロセリノイル−ACPチオエステラーゼ及びオレオイル−ACPチオエステラーゼのアミノ酸配列のアライメントを示す図である。
図2−2は、各種ペトロセリノイル−ACPチオエステラーゼ及びオレオイル−ACPチオエステラーゼのアミノ酸配列のアライメントを示す図である。
図3は、ニンジン(Daucus carota)由来のΔ4−パルミトイル−ACPデサチュラーゼ(Dc4DESと称す)のアミノ酸配列とコリアンダー(Coriandrum sativum)由来のΔ4−パルミトイル−ACPデサチュラーゼ(Cs4DESと称す)のアミノ酸配列のアライメントを示す図である。
図4は、精製した、ニンジン(Daucus carota)由来のペトロセリノイル−ACPチオエステラーゼ(DcPTEと称す)、コリアンダー(Coriandrum sativum)由来のオレオイル−ACPチオエステラーゼ(CsOTEと称す)及びニンジン(Daucus carota)由来のオレオイル−ACPチオエステラーゼ(DcOTEと称す)の大腸菌からのヒスチジン標識タンパク質溶出液について1画分づつSDS−PAGEを行った結果を示す写真である。
図5は、精製したDcPTE、DcOTEのヒスチジン標識タンパク質溶出液でアシルACPを基質として反応させた後、SDS−PAGEを行った結果を示す写真である。
図6は、図5に示した写真に含まれるバンドを画像解析ソフトを用いて定量化した結果を示す特性図である。
図7は、実施例で作製した常時全身発現用ベクターを模式的に示す構成図である。
図8は、実施例で作製した種子特異的発現用ベクターを模式的に示す構成図である。
図9は、形質転換植物の種子での脂肪酸組成分析結果を示す図である。
FIG. 1 is a diagram comparing the homology (%) of amino acid sequences of various petrocellinoyl-ACP thioesterases and oleoyl-ACP thioesterases. In the figure, DcPTE means petrocerinoyl-ACP thioesterase derived from carrot (Daucus carota), CsPTE means petrocellinoyl-ACP thioesterase derived from coriander sativum, and AgPTE stands for dil ) Derived petrocerinoyl-ACP thioesterase, CsOTE refers to oleoyl-ACP thioesterase derived from Coriander sativum, and DcOTE refers to oleoyl-ACP thioesterase derived from carrot (Daucus carota) To do.
FIG. 2-1 is a diagram showing an alignment of amino acid sequences of various petrocellinoyl-ACP thioesterases and oleoyl-ACP thioesterases.
FIG. 2-2 is a diagram showing alignment of amino acid sequences of various petrocerinoyl-ACP thioesterases and oleoyl-ACP thioesterases.
FIG. 3 shows an alignment of the amino acid sequence of Δ4-palmitoyl-ACP desaturase (referred to as Dc4DES) derived from carrot (Daucus carota) and the amino acid sequence of Δ4-palmitoyl-ACP desaturase (referred to as Cs4DES) derived from coriandrum sativum. FIG.
FIG. 4 shows purified petroselinoyl-ACP thioesterase (referred to as DcPTE) from carrot (Daucus carota), oleoyl-ACP thioesterase (referred to as CsOTE) from coriander (Corandrum sativum) and carrot (Daucus carota). ) Derived oleoyl-ACP thioesterase (referred to as DcOTE) from histidine-labeled protein eluate from E. coli.
FIG. 5 is a photograph showing the results of SDS-PAGE after reaction with purified A-conjugated histidine-labeled protein eluate of DcPTE and DcOTE using acyl ACP as a substrate.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing the results of quantifying the bands included in the photograph shown in FIG. 5 using image analysis software.
FIG. 7 is a block diagram schematically showing a constant systemic expression vector prepared in the example.
FIG. 8 is a block diagram schematically showing the seed-specific expression vector prepared in the example.
FIG. 9 is a diagram showing the results of fatty acid composition analysis in the seeds of a transformed plant.

以下、本発明に係る新規遺伝子及びペトロセリン酸の製造方法を、図面を参照して詳細に説明する。
1.ニンジン(Daucus carota)由来Δ4−パルミトイル−ACPデサチュラーゼ遺伝子(Dc4DES遺伝子)の取得
Dc4DES遺伝子は、配列番号2に示すアミノ酸配列を含むタンパク質(Dc4DES)をコードしている。Dc4DESは、炭素数16の飽和脂肪酸であるパルミトイル−ACP(palmitoyl−acyl carrier protein)におけるΔ4位を不飽和化する活性を有するタンパク質である。Dc4DES遺伝子の一例として、配列番号2に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子を配列番号1に示す。
また、本発明においてDc4DES遺伝子は、配列番号2に示すアミノ酸配列において1又は複数のアミノ酸が欠失、置換又は付加されたアミノ酸配列を含み、Δ4−パルミトイル−ACPデサチュラーゼ活性を有するタンパク質をコードするものであっても良い。ここで、「複数のアミノ酸」とは、2〜150個、好ましくは2〜80個、より好ましくは2〜40個を意味する。欠失、置換又は付加する領域は、特に限定されないが、例えば配列番号2に示すアミノ酸配列における1〜99番目もしくは270〜386番目の領域、好ましくは1〜99番目もしくは301〜386番目の領域、より好ましくは1〜53番目もしくは381〜386番目の領域である。
さらにまた、本発明においてDc4DES遺伝子は、配列番号2に表すアミノ酸配列において、50%以上、好ましくは70%以上、さらに好ましくは90%以上の相同性を有するアミノ酸配列から構成され、且つ、Δ4−パルミトイル−ACPデサチュラーゼ活性を有するタンパク質をコードする遺伝子であっても良い。ここで、上記相同性の数値は、配列解析ソフトウェアであるDNASIS(日立ソフトウェアエンジニアリング)を用いて、例えば、マキシムマッチング法のコマンドを実行することにより求められる。その際のパラメータは、デフォルトの設定(初期設定)とする。
さらに、本発明においてDc4DES遺伝子は、配列番号1に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAに対して、ストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされ、Δ4−パルミトイル−ACPデサチュラーゼ活性を有するタンパク質をコードする遺伝子であってもよい。ここで、「ストリンジェントな条件でハイブリダイズする」とは、例えば、6×SSC、0.5%SDS及び50%ホルムアミドの溶液中で42℃にて加温した後、0.1×SSC、0.5%SDSの溶液中で68℃にて洗浄する条件でも依然として陽性のハイブリタイズのシグナルが観察されることを表す。
Δ4−パルミトイル−ACPデサチュラーゼ活性とは、パルミトイル−ACPにおけるΔ4位を不飽和化する活性を意味する。当該活性の有無は、検定対象タンパク質をコードするDNA断片をタバコやシロイヌナズナ等のcis−4−ヘキサデセン酸、ペトロセリン酸、cis−8−イコセン酸を蓄積しない宿主植物細胞に機能しうる形で導入し、導入した植物体の脂質中のcis−4−ヘキサデセン酸、ペトロセリン酸、cis−8−イコセン酸の有無を測定することによって検定できる。例えば、Dc4DES遺伝子を恒常的発現プロモーター或いは特異的発現プロモーターの下流に、すなわち、当該プロモーターにより制御可能な位置に配してなる発現ベクターを用いて、タバコやシロイヌナズナ等のcis−4−ヘキサデセン酸、ペトロセリン酸、cis−8−イコセン酸を蓄積しない植物細胞を形質転換する。作製した形質転換植物細胞もしくはこれより再生した植物体の種子の脂質を抽出する。抽出した脂質をメタノール塩酸等で処理することにより脂肪酸メチルエステルとし、これに含まれるペトロセリン酸メチルエステル量、cis−4−ヘキサデセン酸脂肪酸メチルエステル量、cis−8−イコセン酸脂肪酸メチルエステル量をガスクロマトグラフィー等で測定する。これらの脂肪酸メチルエステルが検出できれば、検定対象タンパク質はΔ4−パルミトイル−ACPデサチュラーゼ活性を有し、これらの脂肪酸メチルエステルが検出できなければΔ4−パルミトイル−ACPデサチュラーゼ活性を持たないといえる。
Dc4DES遺伝子は、宿主植物細胞に機能しうる形で導入することによって、当該細胞内におけるペトロセリン酸合成を促進する機能を有している。例えば、Dc4DES遺伝子を恒常的発現プロモーター或いは特異的発現プロモーターの下流に、すなわち、当該プロモーターにより制御可能な位置に配してなる発現ベクターを用いて、植物細胞を形質転換する。得られた形質転換植物を育成して植物体とすることによって、当該植物体におけるペトロセリン酸合成を促進することができる。特異的発現プロモーターとしては、種子特異的発現プロモーターを使用することが好ましい。種子特異的発現プロモーターを使用することによって、ペトロセリン酸を種子に蓄積することができる。
ペトロセリン酸は、例えば、形質転換植物を育成して植物体とした後、種子等の組織を粉砕し、塩酸−メタノール溶液と混合することによって当該組織に含まれるペトロセリン酸をメチルエステル化し、ヘキサン抽出し、ヘキサン抽出物をガスクロマトグラフ−質量分析(GC−MS)装置により検出することができる。GC−MS装置による検出の結果から、ペトロセリン酸の合成促進能を解析することができる。
2.ペトロセリノイル−ACPチオエステラーゼ酵素遺伝子(PTE遺伝子)
PTE遺伝子は、コリアンダー(Coriandrum sativum)において、その存在が指摘されていたものの単離及びクローニングされていなかったところ、本発明において新規に単離・クローニングされた遺伝子である。PTE遺伝子は、ペトロセリノイル−ACP等のΔ6位に二重結合を有するアシルACP(acyl carrier protein)に特異性が高いチオエステラーゼ(PTE)をコードする遺伝子である。PTEは、遊離のペトロセリン酸の生成に関与している。
PTE遺伝子としては、配列番号4又は6に示すアミノ酸配列を含むニンジン由来のPTEをコードする遺伝子を挙げることができる。なお、配列番号4に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子を配列番号3に示し、配列番号6に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子を配列番号5に示す。なお、ニンジン由来のPTE遺伝子及びPTEを、それぞれDcPTE遺伝子及びDcPTEと称する。
本発明においてDcPTE遺伝子は、配列番号4又は6に示すアミノ酸配列において1又は複数のアミノ酸が欠失、置換又は付加されたアミノ酸配列を含み、活性を有するタンパク質をコードするものであっても良い。ここで、「複数のアミノ酸」とは、2〜188個、好ましくは2〜64個、より好ましくは2〜44個を意味する。欠失、置換又は付加する領域は、特に限定されないが、例えば配列番号4に示すアミノ酸配列における1〜70番目もしくは311〜375番目の領域、好ましくは1〜57番目もしくは368〜375番目の領域、より好ましくは1〜32番目の領域である。
なお、配列番号4又は6に示すアミノ酸配列に対して置換、欠失及び挿入を導入したアミノ酸配列を含むタンパク質をコードするPTE遺伝子は、Kunkel法、Gapped duplex法等の公知の手法又はこれに準ずる方法を採用して、配列番号3又は5に示す塩基配列に所望の変異を導入することで取得することができる。例えば部位特異的突然変異誘発法を利用した変異導入用キット(例えばMutan−K(TAKARA社製)やMutan−G(TAKARA社製))などを用いて、あるいは、TAKARA社のLA PCR in vitro Mutagenesisシリーズキットを用いて変異の導入が行われる。
さらにまた、本発明においてDcPTE遺伝子は、配列番号4又は6に表すアミノ酸配列において、50%以上、好ましくは70%以上、さらに好ましくは90%以上の相同性を有するアミノ酸配列から構成され、且つ、ペトロセリノイル−ACPチオエステラーゼ活性を有するタンパク質をコードする遺伝子であっても良い。ここで、上記相同性の数値は、配列解析ソフトウェアであるDNASIS(日立ソフトウェアエンジニアリング)を用いて、例えば、マキシムマッチング法のコマンドを実行することにより求められる。その際のパラメータは、デフォルトの設定(初期設定)とする。
さらに、本発明においてDcPTE遺伝子は、配列番号3又は5に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAに対して、ストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされ、ペトロセリノイル−ACPチオエステラーゼ活性を有するタンパク質をコードする遺伝子であってもよい。ここで、「ストリンジェントな条件でハイブリダイズする」とは、例えば、6×SSC、0.5%SDS及び50%ホルムアミドの溶液中で42℃にて加温した後、0.1×SSC、0.5%SDSの溶液中で68℃にて洗浄する条件でも依然として陽性のハイブリタイズのシグナルが観察されることを表す。
ペトロセリノイル−ACPチオエステラーゼ活性とは、ペトロセリノイル−ACPをペトロセリン酸とACPに分解する活性を意味する。当該活性は、25mM Tris−HCl(pH8.0)、1mM DTT、ペトロセリノイル−ACPと水を混合後、25℃で5分間のプレ・インキュベーションを施し、15μgの検定対象タンパク質を加えた反応液100μlを25℃で30分間反応させる。反応液後、SDS−PAGEにより未反応のペトロセリノイル−ACPおよび反応生成物である遊離ACPを分離する。電気泳動後のゲルをCBB染色後、SDS−PAGEにより反応生成物である遊離ACP量をデンシトメーターにより定量化することにより、添加した検定対象タンパク質のチオエステラーゼ活性を測定する。もしくは25mM Tris−HCl(pH8.0)、1mM DTT、トリチウムでペトロセリノイル基をラベルしたペトロセリノイル−ACPと水を混合後、25℃で5分間のプレ・インキュベーションを施し、検定対象タンパク質を加えた反応液100μlを25℃で30分間反応させる。反応後50μlのイソプロパノールを加え反応を停止し,その後酵素反応により生じたペトロセリン酸を薄層クロマトグラフィーで分離し、シンチレーションカウンターで生じたペトロセリン酸量を定量することにより添加した検定対象タンパク質のチオエステラーゼ活性を測定する。
また、本発明においてPTE遺伝子は、ニンジン由来のPTEをコードする遺伝子に限定されず、ペトロセリン酸を生合成する植物由来のPTE遺伝子を含む意味である。ペトロセリン酸を生合成する植物として、ニンジン以外には、コリアンダー(Coriandrum sativium)、パセリ(Petroselium crispum)、ディル(Anethum graveolens)等のセリ科植物、キヅタ(Hederahelix)、タラノキ(Araliaelata)等のウコギ科植物等を挙げることができる。
ニンジン以外の植物から、PTE遺伝子を取得する際には、配列番号3又は5に示すDcPTE遺伝子の塩基配列における、例えば187〜1128番目の領域の全部または一部をプローブとして使用することができる。プローブとして長い核酸配列(>100bp)を使用する場合には、80%以上の相同的配列である標的サンプルからシグナルを得るために、中高度のストリンジェンシーによってもスクリーニングすることができる。また、プローブは相当短くてもよい。例えば、オリゴヌクレオチドを使用してもよいが、少なくとも約10、好ましくは少なくとも約15、より好ましくは20のヌクレオチドとすべきである。短い領域をプローブに使用する場合には、より長いプローブの場合よりも高度の配列同一性が要求される。
すなわち、当該プローブ及びニンジン以外の植物から抽出したゲノムDNAを用いたサザンハイブリダイゼーションを実行することによって、当該植物のゲノムDNAからPTE遺伝子を単離・同定することができる。なお、ゲノムDNAに代えて、当該植物から抽出したmRNAを鋳型として合成したcDNAを用いても当該植物のPTE遺伝子を単離・同定することができる。
配列番号3又は5に示すDcPTE遺伝子の塩基配列に基づいて、コリアンダー(Coriandrum sativium)及びディル(Anethum graveolens)より単離したDcPTE相同遺伝子の塩基配列をそれぞれ配列番号7及び9に示す。なお、配列番号7に示すコリアンダー由来のPTE遺伝子から推定されるアミノ酸配列(CsPTE)を配列番号8に示し、配列番号9に示すディル由来のPTE遺伝子から推定されるアミノ酸配列(AgPTE)を配列番号10に示す。また、各種植物のチオエステラーゼにおける各タンパク質間のアミノ酸相同性(%)を、図1に示す。
図1に示すように、DcPTE、CsPTE及びAgPTEを含むPTE群内においては高い相同性を示している。また、DcOTE及びCsOTE間も高い相同性を示している。これに対して、PTE群とOTE群の間は比較的に低い相同性を示している。従って、これらPTE群に含まれるPTEタンパク質とのアミノ酸相同性が80%を超えるような新規タンパク質は、PTE群に含まれる蓋然性が非常に高いと言える。すなわち、本発明に係るPTE遺伝子には、配列番号4、6又は8、10に示すアミノ酸配列との相同性が80%を超えるようなアミノ酸配列を含むタンパク質をコードするDNAも含まれることとなる。
また、DcPTE、CsPTE、AgPTE、DcOTE、CsOTEのアミノ酸配列の整列図を図2に示す。OTEとPTEとの間に、約30%のアミノ酸の相違がある。その中で、PTE群と比較してOTE群において、いくつかのアミノ酸の極性が異なっていることが示される。以下の説明において「共通配列第X(Xは自然数)」とは、図2におけるアライメントの上部に付した番号を意味する。PTE群において、共通配列第120、125、373のアミノ酸が非極性であり、一方OTE群においては、上記アミノ酸は極性である。また、PTE群において、共通配列第140、195のアミノ酸が極性であり、一方OTE群においては、上記アミノ酸は非極性である。
さらに、PTE群に比較してOTE群において、いくつかの荷電アミノ酸が異なっていることが示される。PTE群において、共通配列第149、246のアミノ酸が荷電を持たないアミノ酸であり、一方OTE群においては、上記アミノ酸は陽性荷電である。また、PTE群において、共通配列第244のアミノ酸が陰性荷電しており、一方、OTE群においては、上記アミノ酸は荷電を持たないアミノ酸である。また、PTE群において、共通配列第270のアミノ酸が陽性荷電しており、一方OTE群においては、上記アミノ酸は荷電を持たないアミノ酸である。
これらの位置におけるアミノ酸の極性の有無及び荷電の変化が基質選択性の変化を導くと考えられる。さらに、基質結合部位のアミノ酸の側鎖構造の違いが基質選択性の変化を導くことが知られている。PTE群において、共通配列第89、147、161、177、192、196、214、217、223、238、270、287、338のアミノ酸とOTEのアミノ酸では、アミノ酸の側鎖構造の違いがある。OTE群とPTE群との間で相違するこれらのアミノ酸を置換することによりアシルACPに対する基質特異性を改変できる可能性がある。
PTE遺伝子は、Δ4−パルミトイル−ACPデサチュラーゼ遺伝子とともに宿主植物細胞に機能しうる形で導入することによって、当該細胞内におけるペトロセリン酸合成を大幅に促進する機能を有している。
例えば、PTE遺伝子を恒常的発現プロモーター或いは特異的発現プロモーターの下流に、すなわち、当該プロモーターにより制御可能な位置に配してなる発現ベクターを構築する。当該発現ベクターを用いて、Δ4−パルミトイル−ACPデサチュラーゼ遺伝子を形質転換してなる植物細胞(上述1.参照)に形質転換する。或いは、PTE遺伝子及びΔ4−パルミトイル−ACPデサチュラーゼ遺伝子を恒常的発現プロモーター或いは特異的発現プロモーターの下流に配してなる発現ベクターを用いて、植物細胞を形質転換しても良い。いずれの場合であっても、得られた形質転換植物を育成して植物体とすることによって、当該植物体におけるペトロセリン酸合成を促進することができる。
ペトロセリン酸は、例えば、形質転換植物を育成して植物体とした後、種子等の組織を粉砕し、塩酸−メタノール溶液と混合することによって当該組織に含まれるペトロセリン酸をメチルエステル化し、ヘキサン抽出し、ヘキサン抽出物をガスクロマトグラフ−質量分析(GC−MS)装置により検出することができる。GC−MS装置による検出の結果から、ペトロセリン酸の合成促進能を解析することができる。
発現ベクター
本発明において、発現ベクターは、上記1.及び2.で説明したDc4DES遺伝子及び/又はPTE遺伝子を有するものである。発現ベクターは、プラスミド型ベクター、又は宿主生物中のゲノムに組み込み可能な染色体導入型ベクターであれば特に限定されず、例えば、プラスミド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DNA(YAC:yeast artificial chromosome)などが挙げられる。
プラスミドDNAとしては、例えばpRS413、pRS414、pRS415、pRS416、YCp50、pAUR112又はpAUR123などのYCp型大腸菌−酵母シャトルベクター、pYES2又はYEp13などのYEp型大腸菌−酵母シャトルベクター、pRS403、pRS404、pRS405、pRS406、pAUR101又はpAUR135などのYIp型大腸菌−酵母シャトルベクター、大腸菌由来のプラスミド(pBR322、pBR325、pUC18、pUC19、pUC118、pUC119、pTV118N、pTV119N、pBluescript、pHSG298、pHSG396又はpTrc99AなどのCo1E系プラスミド、pACYC177又はpACYC184などのp15A系プラスミド、pMW118、pMW119、pMW218又はpMW219などのpSC101系プラスミド等)、アグロバクテリウム由来のプラスミド(例えばpBI101等)、枯草菌由来のプラスミド(例えばpUB110、pTP5等)などが挙げられ、ファージDNAとしてはλファージ(Charon4A、Charon21A、EMBL3、EMBL4、λgt10、λgt11、λZAP)、φX174、M13mp18又はM13mp19などが挙げられる。レトロトランスポゾンとしては、Ty因子などが挙げられる。YAC用ベクターとしてはpYACC2などが挙げられる。さらに、レトロウイルス又はワクシニアウイルスなどの動物ウイルス、バキュロウイルスなどの昆虫ウイルスベクターを用いることもできる。
発現ベクターにおいて、Dc4DES遺伝子及び/又はPTE遺伝子は、それぞれ発現可能な状態でベクターに組み込まれることが必要である。発現可能な状態とは、Dc4DES遺伝子及び/又はPTE遺伝子が導入される宿主生物において所定のプロモーターの制御下に発現されるように、これらDc4DES遺伝子及び/又はPTE遺伝子とプロモーターとを連結してベクターに組み込むことを意味する。そこで、ベクターには、Dc4DES遺伝子及び/又はPTE遺伝子のほか、プロモーター及びターミネータ、所望によりエンハンサー等のシスエレメント、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)等を連結することができる。なお、選択マーカーとしては、例えば、アンピシリン耐性遺伝子やカナマイシン耐性遺伝子やハイグロマイシン耐性遺伝子などの抗生物質耐性遺伝子、ビアラフォス耐性遺伝子などの除草剤耐性遺伝子などが挙げられる。
本発明において発現ベクターに含まれるプロモーターとしては、特に限定されないが、恒常的発現プロモーター、組織特異的発現プロモーター及び刺激誘導性プロモーター等を挙げることができる。中でも、合成されたペトロセリン酸を種子内で蓄積することを目的とする場合、種子特異的発現プロモーターを使用することが好ましい。種子特異的発現プロモーターとしては、ナタネ由来のナピンAプロモーター、シロイヌナズナ由来のFAE1プロモーター、オレオシンプロモーター、ダイズ由来のグルテリンB1プロモーター、アマのステアロイル−ACPデサチュラーゼ(SAD)プロモーター等を使用することができる。
形質転換体
上述した発現ベクターを用いて形質転換体を作製することができる。すなわち、形質転換体は、上述した発現ベクターを、当該ベクターに含まれるDc4DES遺伝子及び/又はPTE遺伝子が発現しうるように宿主に導入することによって作製することができる。宿主としては、特に限定されるものではない。例えば、セリ科、ナス科、アブラナ科、イネ科、マメ科、バラ科、キク科、ユリ科、ナデシコ科、ウリ科、ヒルガオ科、アカザ科等に属する植物が挙げられる。特にセリ科やアブラナ科の植物を宿主とすることが望ましい。
宿主が植物である場合は、形質転換植物は以下のようにして得ることができる。本発明において形質転換の対象となる植物は、植物体全体、植物器官(例えば葉、花弁、茎、根、種子等)、植物組織(例えば表皮、師部、柔組織、木部、維管束、柵状組織、海綿状組織等)又は植物培養細胞のいずれをも意味するものである。
発現ベクターは、通常の形質転換方法、例えば、減圧浸潤法(アグロバクテリウム法)、パーティクルガン法、PEG法、エレクトロポレーション法等によって植物中に導入することができる。
例えば、減圧浸潤法は、公知の手法(秀潤社、モデル植物の実験プロトコル、2001、109−113pp.)に従って行うことができる。アグロバクテリウムを用いる場合は、発現ベクターを適当なアグロバクテリウム、例えばアグロバクテリウム・チュメファシエンス(Agrobacterium tumefaciens)LBA4404株に導入し、この株をリーフディスク法(内宮博文著,植物遺伝子操作マニュアル,1990,27−31pp,講談社サイエンティフィック,東京)等に従って宿主(例えばタバコ)の無菌培養葉片に感染させ、形質転換植物を得ることもできる。
また、パーティクルガン法を用いる場合は、植物体、植物器官、植物組織自体をそのまま使用してもよく、切片を調製した後に使用してもよく、プロトプラストを調製して使用してもよい。このように調製した試料を遺伝子導入装置(例えばPDS−1000(BIO−RAD社)等)を用いて処理することができる。処理条件は植物又は試料により異なるが、通常は450〜2000psi程度の圧力、3〜12cm程度の距離で行う。
形質転換の結果として得られる腫瘍組織やシュート、毛状根などは、そのまま細胞培養、組織培養又は器官培養に用いることが可能であり、また従来知られている植物組織培養法を用い、適当な濃度の植物ホルモン(オーキシン、サイトカイニン、ジベレリン、アブシジン酸、エチレン、ブラシノライド等)の投与などにより植物体に再生させることができる。
遺伝子が宿主に組み込まれたか否かの確認は、PCR法、サザンハイブリダイゼーション法、ノーザンハイブリダイゼーション法等により行うことができる。例えば、形質転換体からDNAを調製し、DNA特異的プライマーを設計してPCRを行う。PCRは、前記プラスミドを調製するために使用した条件と同様の条件で行うことができる。その後は、増幅産物についてアガロースゲル電気泳動、ポリアクリルアミドゲル電気泳動又はキャピラリー電気泳動等を行い、臭化エチジウム、SYBR Green液等により染色し、そして増幅産物を1本のバンドとして検出することにより、形質転換されたことを確認することができる。また、予め蛍光色素等により標識したプライマーを用いてPCRを行い、増幅産物を検出することもできる。さらに、マイクロプレート等の固相に増幅産物を結合させ、蛍光又は酵素反応等により増幅産物を確認する方法も採用することができる。
一方、宿主としては、大腸菌(Escherichia coli)等のエッシェリヒア属、バチルス・ズブチリス(Bacillus subtilis)等のバチルス属、シュードモナス・プチダ(Pseudomonas putida)等のシュードモナス属、リゾビウム・メリロティ(Rhizobium meliloti)等のリゾビウム属に属する細菌が挙げられ、サッカロミセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)、シゾサッカロミセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)等の酵母が挙げられ、COS細胞、CHO細胞等の動物細胞が挙げられ、あるいはSf9等の昆虫細胞が挙げられる。
大腸菌等の細菌を宿主とする場合は、組換えベクターが該細菌中で自律複製可能であると同時に、リボゾーム結合配列、本発明の遺伝子、転写終結配列により構成されていることが好ましい。大腸菌としては、例えばエッシェリヒア・コリ(Escherichia coli)DH5α、Y1090などが挙げられ、枯草菌としては、例えばバチルス・ズブチリス(Bacillus subtilis)などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。細菌への組換えベクターの導入方法は、細菌にDNAを導入する方法であれば特に限定されるものではない。例えばカルシウムイオンを用いる方法[Cohen,S.N.et al.:Proc.Natl.Acad.Sci.,USA,69:2110(1972)]、エレクトロポレーション法等が挙げられる。
酵母を宿主とする場合は、例えばサッカロミセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)、シゾサッカロミセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)、ピヒア・パストリス(Pichia pastoris)などが用いられる。酵母への組換えベクターの導入方法は、酵母にDNAを導入する方法であれば特に限定されず、例えばエレクトロポレーション法[Becker,D.M.et al.:Methods.Enzymol.,194:182(1990)]、スフェロプラスト法[Hinnen,A.et al.:Proc.Natl.Acad.Sci.,USA,75:1929(1978)]、酢酸リチウム法[Itoh,H.:J.Bacteriol.,153:163(1983)]等が挙げられる。
動物細胞を宿主とする場合は、サル細胞COS−7、Vero、チャイニーズハムスター卵巣細胞(CHO細胞)、マウスL細胞、ラットGH3、ヒトFL細胞などが用いられる。動物細胞への組換えベクターの導入方法としては、例えばエレクトロポレーション法、リン酸カルシウム法、リポフェクション法等が挙げられる。
昆虫細胞を宿主とする場合は、Sf9細胞などが用いられる。昆虫細胞への組換えベクターの導入方法としては、例えばリン酸カルシウム法、リポフェクション法、エレクトロポレーション法などが挙げられる。
ペトロセリン酸の製造方法
上述した形質転換植物においては、導入したDc4DES遺伝子及び/又はPTE遺伝子の機能によりペトロセリン酸合成を促進することができる。形質転換植物において合成され蓄積されたペトロセリン酸は、従来公知の手法を用いて抽出することができる。
油生産型植物の種子や果実などの植物組織から油脂を搾油する方法は圧搾法と抽出法の二つに大別される。例えばナタネの種子などの油脂含量が多い組織より油脂を得る方法は組織をロールミルなどで粗砕・圧扁して75−85℃に加熱した後、エキスペラーなどの圧搾機で圧搾し油脂を取り出す(圧搾法)。一方、大豆などの低油脂含量の原料に対しては、ヘキサンなどの溶媒を用いて組織より抽出する(抽出法)。これらの工程により製造される油脂は、脂肪酸(ペトロセリン酸を含む)とグリセリン等のエステルの混合物であり、トリアシルグリセロール、ジアシルグリセロール、モノアシルグリセロール、リン脂質等が含まれている。次にこれらの油脂を加水分解することにより脂肪酸を得ることができる。得られた脂肪酸混合物を分離精製することにより純度の高いペトロセリン酸を得ることが可能である。また、油脂にメタノール等のアルコールを添加、反応することにより、ペトロセリン酸メチルエステル等のアルコールエステルを得ることができる。
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は以下の実施例によって限定的に解釈されるものではない。
  Hereinafter, the novel gene and the method for producing petroseric acid according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1. Acquisition of Δ4-palmitoyl-ACP desaturase gene (Dc4DES gene) derived from carrot (Daucus carota)
  The Dc4DES gene encodes a protein (Dc4DES) comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2. Dc4DES is a protein having an activity of desaturating the Δ4 position in palmitoyl-ACP (palmitoyyl-acyl carrier protein), which is a saturated fatty acid having 16 carbon atoms. As an example of the Dc4DES gene, a gene encoding a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 is shown in SEQ ID NO: 1.
  In the present invention, the Dc4DES gene includes an amino acid sequence in which one or more amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, and encodes a protein having Δ4-palmitoyl-ACP desaturase activity. It may be. Here, “a plurality of amino acids” means 2 to 150, preferably 2 to 80, more preferably 2 to 40. The region to be deleted, substituted or added is not particularly limited, but for example, the 1-99th or 270-386th region in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, preferably the 1-99th or 301-386th region, More preferably, it is the 1st to 53rd or 381 to 386th region.
  Furthermore, in the present invention, the Dc4DES gene is composed of an amino acid sequence having a homology of 50% or more, preferably 70% or more, more preferably 90% or more in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, and Δ4- It may be a gene encoding a protein having palmitoyl-ACP desaturase activity. Here, the numerical value of the homology is obtained by executing a command of the Maxim matching method, for example, using DNASIS (Hitachi Software Engineering) which is sequence analysis software. The parameters at that time are default settings (initial settings).
  Furthermore, in the present invention, the Dc4DES gene is encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions to DNA consisting of a base sequence complementary to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, and has Δ4-palmitoyl-ACP desaturase activity. It may be a gene encoding a protein having Here, “hybridizes under stringent conditions” means, for example, heating in a solution of 6 × SSC, 0.5% SDS and 50% formamide at 42 ° C., then 0.1 × SSC, This shows that a positive hybridization signal is still observed even under the condition of washing at 68 ° C. in a 0.5% SDS solution.
  The Δ4-palmitoyl-ACP desaturase activity means an activity that desaturates the Δ4 position in palmitoyl-ACP. For the presence or absence of the activity, a DNA fragment encoding the protein to be assayed is introduced into a functioning host plant cell that does not accumulate cis-4-hexadecenoic acid, petroceric acid, cis-8-icosenoic acid such as tobacco or Arabidopsis thaliana. It can be assayed by measuring the presence or absence of cis-4-hexadecenoic acid, petrothelic acid, cis-8-icosenoic acid in the lipids of the introduced plant. For example, cis-4-hexadecenoic acid such as tobacco and Arabidopsis, using an expression vector in which the Dc4DES gene is arranged downstream of the constitutive expression promoter or the specific expression promoter, that is, at a position controllable by the promoter, Plant cells that do not accumulate petroceric acid, cis-8-icosenoic acid are transformed. The lipids of the seeds of the produced transformed plant cells or plant bodies regenerated therefrom are extracted. Fatty acid methyl ester is obtained by treating the extracted lipid with methanolic hydrochloric acid, etc., and the amount of petroselinic acid methyl ester, cis-4-hexadecenoic acid fatty acid methyl ester, and cis-8-icosenoic acid fatty acid methyl ester contained in this gas are gasses. Measure by chromatography. If these fatty acid methyl esters can be detected, it can be said that the protein to be assayed has Δ4-palmitoyl-ACP desaturase activity, and if these fatty acid methyl esters cannot be detected, it does not have Δ4-palmitoyl-ACP desaturase activity.
  The Dc4DES gene has a function of promoting petroselinic acid synthesis in a cell by introducing it into a functioning host plant cell. For example, a plant cell is transformed using an expression vector in which the Dc4DES gene is arranged downstream of a constitutive expression promoter or a specific expression promoter, that is, at a position controllable by the promoter. By cultivating the obtained transformed plant to obtain a plant body, the synthesis of petroselinic acid in the plant body can be promoted. As the specific expression promoter, it is preferable to use a seed specific expression promoter. By using a seed-specific expression promoter, petroselinic acid can be accumulated in the seed.
  For example, after growing a transformed plant into a plant body, petroseric acid is pulverized with a tissue such as a seed and mixed with a hydrochloric acid-methanol solution to methyl esterize petroselinic acid and extract with hexane. The hexane extract can be detected by a gas chromatograph-mass spectrometer (GC-MS) apparatus. From the result of detection by the GC-MS apparatus, the ability to promote the synthesis of petrothelic acid can be analyzed.
2. Petrocellinoyl-ACP thioesterase enzyme gene (PTE gene)
  The PTE gene is a newly isolated and cloned gene in the present invention in Coriander sativum, although its presence has been pointed out but not isolated or cloned. The PTE gene is a gene encoding thioesterase (PTE) having high specificity for acyl ACP (acyl carrier protein) having a double bond at Δ6 position, such as petrocellinoyl-ACP. PTE is involved in the production of free petroselinic acid.
  Examples of the PTE gene include a gene encoding a carrot-derived PTE containing the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4 or 6. A gene encoding a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4 is shown in SEQ ID NO: 3, and a gene encoding a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6 is shown in SEQ ID NO: 5. The carrot-derived PTE gene and PTE are referred to as DcPTE gene and DcPTE, respectively.
  In the present invention, the DcPTE gene may include an amino acid sequence in which one or more amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4 or 6, and may encode a protein having activity. Here, “a plurality of amino acids” means 2 to 188, preferably 2 to 64, more preferably 2 to 44. The region to be deleted, substituted or added is not particularly limited. For example, the 1st to 70th or 311 to 375th region, preferably the 1st to 57th or 368 to 375th region in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4, More preferably, it is the 1st to 32nd region.
  The PTE gene encoding a protein containing an amino acid sequence in which substitution, deletion, or insertion is introduced into the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4 or 6 is a known method such as the Kunkel method or Gapped duplex method, or the like. It can be obtained by adopting the method and introducing a desired mutation into the base sequence shown in SEQ ID NO: 3 or 5. For example, using a mutagenesis kit (for example, Mutan-K (manufactured by TAKARA) or Mutan-G (manufactured by TAKARA)) using site-directed mutagenesis or the like, or LA PCR in vitro Mutagenesis of TAKARA Mutation is introduced using a series kit.
  Furthermore, in the present invention, the DcPTE gene is composed of an amino acid sequence having a homology of 50% or more, preferably 70% or more, more preferably 90% or more, in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4 or 6. It may be a gene encoding a protein having petrocellinoyl-ACP thioesterase activity. Here, the numerical value of the homology is obtained by executing a command of the Maxim matching method, for example, using DNASIS (Hitachi Software Engineering) which is sequence analysis software. The parameters at that time are default settings (initial settings).
  Furthermore, in the present invention, the DcPTE gene is encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions to DNA consisting of a base sequence complementary to the base sequence shown in SEQ ID NO: 3 or 5, and petrocellinoyl-ACP. It may be a gene encoding a protein having thioesterase activity. Here, “hybridizes under stringent conditions” means, for example, heating in a solution of 6 × SSC, 0.5% SDS and 50% formamide at 42 ° C., then 0.1 × SSC, This shows that a positive hybridization signal is still observed even under the condition of washing at 68 ° C. in a 0.5% SDS solution.
  The petrocellinoyl-ACP thioesterase activity means the activity of decomposing petrocellinoyl-ACP into petrothelic acid and ACP. This activity is obtained by mixing 25 mM Tris-HCl (pH 8.0), 1 mM DTT, petrocellinoyl-ACP and water, pre-incubating at 25 ° C. for 5 minutes, and adding 15 μg of the protein to be assayed. 100 μl is reacted at 25 ° C. for 30 minutes. After the reaction solution, unreacted petrocellinoyl-ACP and reaction product free ACP are separated by SDS-PAGE. The gel after electrophoresis is stained with CBB, and then the amount of free ACP as a reaction product is quantified with a densitometer by SDS-PAGE to measure the thioesterase activity of the added protein to be assayed. Alternatively, 25 mM Tris-HCl (pH 8.0), 1 mM DTT, and petrocellinoyl-ACP labeled with tritium are mixed with water and then pre-incubated at 25 ° C. for 5 minutes. 100 μl of the added reaction solution is reacted at 25 ° C. for 30 minutes. After the reaction, 50 μl of isopropanol was added to stop the reaction, and then the petroceric acid generated by the enzyme reaction was separated by thin layer chromatography, and the amount of petrothelic acid generated by scintillation counter was quantified to add the thioesterase of the protein to be assayed. Measure activity.
  Further, in the present invention, the PTE gene is not limited to a gene encoding carrot-derived PTE, and means that it includes a plant-derived PTE gene that biosynthesizes petroseric acid. As plants for biosynthesis of petroceric acid, other than carrots, coriander (Coriandrum sativium), parsley (Peteroselium crispum), dill (Anetum graveolens), etc. A plant etc. can be mentioned.
  When obtaining a PTE gene from a plant other than carrots, for example, all or part of the 187th to 1128th region in the base sequence of the DcPTE gene shown in SEQ ID NO: 3 or 5 can be used as a probe. If a long nucleic acid sequence (> 100 bp) is used as a probe, it can also be screened with moderate to high stringency to obtain a signal from a target sample that is 80% or more homologous sequence. Also, the probe may be quite short. For example, oligonucleotides may be used, but should be at least about 10, preferably at least about 15, and more preferably 20 nucleotides. When using short regions for probes, a higher degree of sequence identity is required than for longer probes.
  That is, by performing Southern hybridization using genomic DNA extracted from plants other than the probe and carrot, the PTE gene can be isolated and identified from the genomic DNA of the plant. The PTE gene of the plant can be isolated and identified by using cDNA synthesized using mRNA extracted from the plant as a template instead of genomic DNA.
  Based on the base sequence of the DcPTE gene shown in SEQ ID NO: 3 or 5, the base sequences of DcPTE homologous genes isolated from Coriander sativium and Dill (Anetum graveolens) are shown in SEQ ID NOs: 7 and 9, respectively. The amino acid sequence (CsPTE) deduced from the coriander-derived PTE gene shown in SEQ ID NO: 7 is shown in SEQ ID NO: 8, and the amino acid sequence (AgPTE) deduced from the dill-derived PTE gene shown in SEQ ID NO: 9 is SEQ ID NO: 10 shows. Moreover, the amino acid homology (%) between each protein in the thioesterase of various plants is shown in FIG.
  As shown in FIG. 1, high homology is shown in the PTE group including DcPTE, CsPTE and AgPTE. Moreover, high homology is also shown between DcOTE and CsOTE. On the other hand, the PTE group and the OTE group show relatively low homology. Therefore, it can be said that a novel protein whose amino acid homology with PTE proteins included in these PTE groups exceeds 80% has a very high probability of being included in PTE groups. That is, the PTE gene according to the present invention includes a DNA encoding a protein containing an amino acid sequence whose homology with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4, 6 or 8, 10 exceeds 80%. .
  Further, FIG. 2 shows an alignment diagram of amino acid sequences of DcPTE, CsPTE, AgPTE, DcOTE, and CsOTE. There is an approximately 30% amino acid difference between OTE and PTE. Among them, it is shown that the polarity of some amino acids is different in the OTE group compared to the PTE group. In the following description, “common array X (X is a natural number)” means a number given to the top of the alignment in FIG. In the PTE group, the amino acids of consensus sequences 120, 125, and 373 are nonpolar, while in the OTE group, the amino acids are polar. In the PTE group, the amino acids of the common sequences Nos. 140 and 195 are polar, whereas in the OTE group, the amino acid is nonpolar.
  Furthermore, it is shown that some charged amino acids are different in the OTE group compared to the PTE group. In the PTE group, the amino acids of the common sequences Nos. 149 and 246 are uncharged amino acids, while in the OTE group, the amino acids are positively charged. Further, in the PTE group, the amino acid of the common sequence 244 is negatively charged, while in the OTE group, the amino acid is an amino acid having no charge. In the PTE group, the amino acid of the common sequence 270 is positively charged, while in the OTE group, the amino acid is an amino acid having no charge.
  It is thought that the presence or absence of amino acid polarity and changes in charge at these positions lead to changes in substrate selectivity. Furthermore, it is known that differences in the side chain structure of amino acids at the substrate binding site lead to changes in substrate selectivity. In the PTE group, there is a difference in amino acid side chain structure between the amino acids of consensus sequences Nos. 89, 147, 161, 177, 192, 196, 214, 217, 223, 238, 270, 287, 338 and OTE. Substituting those amino acids that differ between the OTE and PTE groups may modify the substrate specificity for acyl ACP.
  The PTE gene has a function of greatly promoting petroceric acid synthesis in the cell by introducing it into the host plant cell together with the Δ4-palmitoyl-ACP desaturase gene.
  For example, an expression vector is constructed in which the PTE gene is arranged downstream of a constitutive expression promoter or a specific expression promoter, that is, at a position controllable by the promoter. The expression vector is used to transform a plant cell obtained by transforming the Δ4-palmitoyl-ACP desaturase gene (see 1. above). Alternatively, plant cells may be transformed using an expression vector in which the PTE gene and Δ4-palmitoyl-ACP desaturase gene are arranged downstream of the constitutive expression promoter or the specific expression promoter. In either case, petroselinic acid synthesis in the plant can be promoted by growing the resulting transformed plant into a plant.
  For example, after growing a transformed plant into a plant body, petroseric acid is pulverized with a tissue such as a seed and mixed with a hydrochloric acid-methanol solution to methyl esterize petroselinic acid and extract with hexane. The hexane extract can be detected by a gas chromatograph-mass spectrometer (GC-MS) apparatus. From the result of detection by the GC-MS apparatus, the ability to promote the synthesis of petrothelic acid can be analyzed.
Expression vector
  In the present invention, the expression vector is the above-mentioned 1. And 2. Which has the Dc4DES gene and / or the PTE gene described in 1. above. The expression vector is not particularly limited as long as it is a plasmid type vector or a chromosome introduction type vector that can be integrated into the genome of the host organism. For example, plasmid DNA, bacteriophage DNA, retrotransposon DNA, artificial chromosome DNA (YAC: yeast) artifical chromosome).
  Examples of plasmid DNA include YCp type E. coli-yeast shuttle vectors such as pRS413, pRS414, pRS415, pRS416, YCp50, pAUR112 or pAUR123, YEp type E. coli-yeast shuttle vectors such as pYES2 or YEp13, pRS403, pRS404, pRS405, pRS406, YIp-type E. coli-yeast shuttle vectors such as pAUR101 or pAUR135, plasmids derived from E. coli (pBR322, pBR325, pUC18, pUC19, pUC118, pUC119, pTV118N, pTV119N, pBluescript, pHSG298, pHSG396 or pTrcC17pCoCY17) P15A system such as Plasmids such as Smid, pMW118, pMW119, pMW218 or pMW219), Agrobacterium-derived plasmids (eg, pBI101), Bacillus subtilis-derived plasmids (eg, pUB110, pTP5, etc.), etc. λ phage (Charon 4A, Charon 21A, EMBL3, EMBL4, λgt10, λgt11, λZAP), φX174, M13mp18, M13mp19 and the like. Examples of retrotransposons include Ty factor. Examples of YAC vectors include pYACC2. Furthermore, animal viruses such as retrovirus or vaccinia virus, and insect virus vectors such as baculovirus can also be used.
  In the expression vector, it is necessary that the Dc4DES gene and / or the PTE gene be incorporated into the vector in such a state that they can be expressed. An expressible state is a vector in which these Dc4DES gene and / or PTE gene and a promoter are linked so that the Dc4DES gene and / or PTE gene is expressed under the control of a predetermined promoter in a host organism into which the Dc4DES gene and / or PTE gene is introduced. Means to be incorporated into Therefore, in addition to the Dc4DES gene and / or PTE gene, a promoter and terminator, a cis element such as an enhancer, a splicing signal, a poly A addition signal, a selection marker, a ribosome binding sequence (SD sequence) and the like are linked to the vector. be able to. Examples of selectable markers include antibiotic resistance genes such as ampicillin resistance gene, kanamycin resistance gene and hygromycin resistance gene, and herbicide resistance genes such as bialaphos resistance gene.
  In the present invention, the promoter contained in the expression vector is not particularly limited, and examples thereof include a constitutive expression promoter, a tissue-specific expression promoter, and a stimulation-inducible promoter. Among them, when it is intended to accumulate synthesized petroceric acid in the seed, it is preferable to use a seed-specific expression promoter. As the seed-specific expression promoter, rapeseed-derived napin A promoter, Arabidopsis-derived FAE1 promoter, oleosin promoter, soybean-derived glutelin B1 promoter, flax stearoyl-ACP desaturase (SAD) promoter, and the like can be used.
Transformant
  A transformant can be prepared using the expression vector described above. That is, a transformant can be prepared by introducing the above-described expression vector into a host so that the Dc4DES gene and / or PTE gene contained in the vector can be expressed. The host is not particularly limited. For example, plants belonging to the celery family, solanaceous family, cruciferous family, gramineous family, legume family, rose family, asteraceae family, lily family, dianthus family, cucurbitaceae family, convolvulaceae family, red department family, etc. In particular, it is desirable to use a celery family or a cruciferous plant as a host.
  When the host is a plant, the transformed plant can be obtained as follows. Plants to be transformed in the present invention include whole plants, plant organs (eg leaves, petals, stems, roots, seeds, etc.), plant tissues (eg epidermis, phloem, soft tissue, xylem, vascular bundle, A fence-like tissue, a spongy tissue, etc.) or a plant cultured cell is meant.
  An expression vector can be introduced into a plant by a conventional transformation method, for example, a reduced pressure infiltration method (Agrobacterium method), a particle gun method, a PEG method, an electroporation method, or the like.
  For example, the reduced pressure infiltration method can be performed according to a known method (Shujunsha, Model Plant Experiment Protocol, 2001, 109-113 pp.). When Agrobacterium is used, an expression vector is introduced into an appropriate Agrobacterium such as Agrobacterium tumefaciens LBA4404, and this strain is introduced by the leaf disk method (Hirofumi Uchimiya, plant gene manipulation). Manual, 1990, 27-31pp, Kodansha Scientific, Tokyo, etc.) can be used to infect a sterile cultured leaf piece of a host (for example, tobacco) to obtain a transformed plant.
  When the particle gun method is used, a plant body, a plant organ, and a plant tissue itself may be used as they are, or may be used after preparing a section, or a protoplast may be prepared and used. The sample thus prepared can be processed using a gene introduction apparatus (for example, PDS-1000 (BIO-RAD)). The treatment conditions vary depending on the plant or sample, but are usually performed at a pressure of about 450 to 2000 psi and a distance of about 3 to 12 cm.
  Tumor tissue, shoots, hairy roots, etc. obtained as a result of transformation can be used as they are for cell culture, tissue culture or organ culture, and can be appropriately used by using conventionally known plant tissue culture methods. The plant can be regenerated by administration of a concentration of plant hormones (auxin, cytokinin, gibberellin, abscisic acid, ethylene, brassinolide, etc.).
  Whether or not the gene has been incorporated into the host can be confirmed by PCR, Southern hybridization, Northern hybridization, or the like. For example, DNA is prepared from the transformant, PCR is performed by designing a DNA-specific primer. PCR can be performed under the same conditions as those used for preparing the plasmid. Thereafter, the amplification product is subjected to agarose gel electrophoresis, polyacrylamide gel electrophoresis, capillary electrophoresis, etc., stained with ethidium bromide, SYBR Green solution, etc., and the amplification product is detected as one band, It can be confirmed that it has been transformed. Moreover, PCR can be performed using a primer previously labeled with a fluorescent dye or the like to detect an amplification product. Furthermore, it is possible to employ a method in which the amplification product is bound to a solid phase such as a microplate and the amplification product is confirmed by fluorescence or enzyme reaction.
  On the other hand, examples of the host include Escherichia such as Escherichia coli, Bacillus subtilis such as Bacillus subtilis, Pseudomonas putida such as Pseudomonas pt. Examples include bacteria belonging to the genus, yeasts such as Saccharomyces cerevisiae and Schizosaccharomyces pombe, and animal cells such as COS cells and CHO cells, and Sf9. Cell.
  When a bacterium such as Escherichia coli is used as a host, it is preferable that the recombinant vector is capable of autonomous replication in the bacterium and at the same time comprises a ribosome binding sequence, the gene of the present invention, and a transcription termination sequence. Examples of E. coli include Escherichia coli DH5α and Y1090. Examples of Bacillus subtilis include, but are not limited to, Bacillus subtilis. The method for introducing a recombinant vector into bacteria is not particularly limited as long as it is a method for introducing DNA into bacteria. For example, a method using calcium ions [Cohen, S .; N. et al. : Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 69: 2110 (1972)], electroporation method and the like.
  When yeast is used as a host, for example, Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe, and Pichia pastoris are used. The method for introducing a recombinant vector into yeast is not particularly limited as long as it is a method for introducing DNA into yeast. For example, the electroporation method [Becker, D. et al. M.M. et al. : Methods. Enzymol. 194: 182 (1990)], spheroplast method [Hinnen, A. et al. et al. : Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 75, 1929 (1978)], lithium acetate method [Itoh, H. et al. : J. Bacteriol. , 153: 163 (1983)].
  When animal cells are used as hosts, monkey cells COS-7, Vero, Chinese hamster ovary cells (CHO cells), mouse L cells, rat GH3, human FL cells and the like are used. Examples of methods for introducing a recombinant vector into animal cells include an electroporation method, a calcium phosphate method, and a lipofection method.
  When insect cells are used as hosts, Sf9 cells and the like are used. Examples of the method for introducing a recombinant vector into insect cells include the calcium phosphate method, lipofection method, electroporation method and the like.
Method for producing petroceric acid
  In the transformed plant described above, the synthesis of petroselinic acid can be promoted by the function of the introduced Dc4DES gene and / or PTE gene. Petroceric acid synthesized and accumulated in the transformed plant can be extracted using a conventionally known technique.
  The method of squeezing oils and fats from plant tissues such as seeds and fruits of oil-producing plants can be broadly divided into a pressing method and an extraction method. For example, a method of obtaining fat from a tissue having a high fat content such as rapeseed seeds is obtained by crushing and compressing the tissue with a roll mill or the like and heating to 75 to 85 ° C., and then pressing with a pressing machine such as an expeller to take out the fat ( Squeezing method). On the other hand, a raw material having a low fat content such as soybean is extracted from a tissue using a solvent such as hexane (extraction method). The fats and oils produced by these steps are a mixture of fatty acids (including petrothelic acid) and esters such as glycerin, and include triacylglycerol, diacylglycerol, monoacylglycerol, phospholipids, and the like. Next, fatty acids can be obtained by hydrolyzing these fats and oils. By separating and purifying the resulting fatty acid mixture, it is possible to obtain high purity petroceric acid. Moreover, alcohol esters, such as a petroselinic acid methyl ester, can be obtained by adding and reacting alcohol, such as methanol, to fats and oils.
  EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail using an Example, the technical scope of this invention is not limitedly interpreted by the following examples.

Dc4DES遺伝子のクローニング
植物試料
本実施例では、実験試料としてニンジン(Daucus carota L.)夏播き鮮紅五寸(F1品種)を使用した。遺伝子クローニング源としては相同遺伝子の配列が同一である固定種が望ましいが、実験の都合上(早期に開花した試料が準備できた)、F1品種を使用した。ニンジン種子は太田種苗から購入した。種子を人工気象器(コイトトロン、小糸製作所社製)中で25℃、日照16時間、湿度60%の条件下で栽培したニンジン植物体を試料とした。
ニンジンRNAの調製
ニンジン植物体から、種子発達段階の異なる未熟種子約100mgと葉約100mgを採取し、液体窒素凍結下でそれぞれ粉砕した。得られた粉砕物から、QIAGEN製RNeasy plant mini kitを用いてキット添付のプロトコルに従ってRNAを調製した。
DNA断片増幅用PCRプライマーの設計及びRT−PCR
NCBIサイト内のBLAST(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/)にてコリアンダー(Coriandrum sativum L.)のΔ4 palmitoyl−ACP desaturase(Cs4DES)の相同遺伝子を探索して収集した後、得られたCs4DES遺伝子(GenBank accession number M93115)と、Gen Bank上に登録されている各種植物のΔ9 stearoyl−ACP desaturase遺伝子がコードするポリペプチドのアミノ酸配列をGenetyx−Win Ver.4.0/ATGC ver.2.0(ソフトウェア開発社製)でマルチプルアライメント解析した。解析の結果、得られた保存性の高い領域に相当するDNA断片を増幅するために、下記のPCRプライマー(degenerateプライマー)を設計し、RT−PCRに使用した。
PF1:5′ CAN GAR GAR GCN CTB CCN CAN TA 3′ (配列番号11)
PR1:5′ TCV RVD AGY TTY TCN ACD ATY TT 3′ (配列番号12)
PR2:5′ GCN GYY KCR TGN CKY TTY TCR TC 3′ (配列番号13)
NF0:5′ GAN MTB CCN GAT GAN TAY TTH RTT G 3′ (配列番号14)
NR1:5′ CCY TCN SCN SWM AGH CCN GT 3′ (配列番号15)
NR2:5′ GGC ATN DVD AYY TTB WTY YTC ATC AT 3′ (配列番号16)
なお、これら塩基配列は、以下の各国共通混合塩基配列(IUB)の表記法で記載している。すなわち、RはA又はGを示し;YはC又はTを示し;MはA又はCを示し;KはG又はTを示し;SはG又はCを示し;WはA又はTを示し;HはA又はT又はCを示し;BはG又はT又はCを示し;VはG又はA又はCを示し;DはG又はA又はTを示し;NはA又はC又はG又はTを示す。
RT−PCRは、表1に示したPCRプライマー対を用いて行った。RT−PCRにはQIAGEN製One−step RT−PCR kitを使用した。反応液組成はキット添付のプロトコルに従い、Eppendorf製サーマルサイクラー(マスターサイクラー・グラディエント)を用いて実施した。アニーリング温度は50℃から70℃(5℃毎に5段階)で行った。RT−PCRの条件は50℃で30分、94℃で15分処理した後、94℃で1分、50−70℃で1分及び72℃で1分30秒のサイクルを40サイクル処理し、その後、72℃で15分処理した。反応後は4℃を維持した。
PCR後の反応液を、アガロースゲルを用いてTAEバッファで電気泳動した。電気泳動後のアガロースゲルをエチジウムブロマイドで染色し、目的断片を確認した。目的断片部分をゲルごとメスで切出し、QIAGEN製QIAquick Gel extraction kitを用いてゲルより溶出・精製した。精製したPCR産物の塩基配列は、ABI製DNAシークエンサー(3100 Genetic Analyzer)を用いて確認した。シークエンス反応は、ABI製BigDye Terminator Cycle Sequencing,FSキット(ver.3.0)を用いた。実験手順はABI製のマニュアルにしたがって実施した。なお塩基配列の決定には、表1記載のプライマーを用いた。
5′及び3′RACE法及びPCR
RT−PCRにより得られたDNA断片の配列情報に基づき下記のプライマーを設計し、5′及び3′RACE法に使用した。
〔5′RACE用プライマー〕
D2−R2:5′ GCG GTT CTC CTC AGC AGT C 3′ (配列番号17)
D2−R3:5′ GTT GGC ATG GGA GAT GAA TG 3′ (配列番号18)
〔3′RACE用プライマー〕
D2−F4:5′ CAA ATG CCA GCT CAT GCA ATG 3′ (配列番号19)
D2−F5:5′ CAG CAG ATT GGA GTC TAC TC 3′ (配列番号20)
5′RACE法及び3′RACE法は、Roche製5′/3′ RACE Kitを用いて行った。また、PCRはタカラバイオ製Ex Taq Hot Start Versionを使用して行った。反応液組成はキット添付のプロトコルに従った。Eppendorf製サーマルサイクラー(マスターサイクラー・グラディエント)を使用した。アニーリング温度は50℃から70℃(5℃毎に5段階)で行った。PCR条件は94℃で15分処理した後、94℃で1分、50−70℃で1分及び72℃で1分30秒のサイクルを30サイクル処理し、その後、72℃で15分処理した。反応後は4℃を維持した。
PCR産物の精製及び塩基配列の決定は、上述した方法と同様に行った。
ポリペプチドコード領域増幅用PCRプライマーの設計
RACE法で決定した配列情報に基づきポリペプチドコード全領域を増幅およびクローニングするために下記のプライマーを設計した。ポリペプチドコード領域増幅用PCRプライマーには植物用発現ベクターpBI121へ導入するための制限酵素サイト(BamH IおよびSac I)を付加した下記のプライマーも作成した。
4DS−F−OR1:5′ ATG GCT ATG AAA TTG AAC GCC 3′ (配列番号21)
Bam−4DS−F−OR1:5′ TCT AGA GGA TCC ATG GCT ATG AAA TTG AAC GCC 3′ (配列番号22)
4DS−R−OR:5′ TCA TAT CAT GAT CTG ACG GTT G 3′ (配列番号23)
Sac−4DS−R−OR1:5′ TCT AGA CGA GCT CTC ATA TCA TGA TCT GAC GGT TG 3′ (配列番号24)
これらプライマーを用いてPCRを行い、ポリペプチドコード全領域を増幅した。次に、タカラバイオ製DNA Ligation kit ver.2を用いて、ポリペプチドコード領域のDNA断片とTA−Cloning用(PCR産物のクローニング用)ベクター(Novagen製pSTBlue1)のライゲーション(16℃、一晩反応)を行った。TOYOBO製コンピテントセル(E.coli DH5α)を付属プロトコルに従って形質転換し、IPTG、X−gal、および50μg/mlカナマイシンを添加したLB培地で培養し、形質転換体を選抜した。出現したコロニーを釣菌して50μg/mlカナマイシンを添加したLB培地で液体培養して得た菌体から、QIAGEN社製Plasmid mini kitを用いてプラスミドDNAを調製した。ゲル電気泳動による挿入断片の確認を行い、目的断片がサブクローニングされたと予想されるプラスミドDNAを得た。
シークエンシング用プライマーはpSTBlue1ベクターのクローニングサイトの両端に存在するT7配列およびM13配列を標的としたプライマー(タカラバイオ製BcaBEST Sequencing Primer T7;5´ TAA TAC GAC TCA CTA TAG GG 3´ (配列番号25)およびM13 Primer M4;5´GTT TTC CCA GTC ACG AC 3´ (配列番号26))を使用した。本実施例で単離したDc4DES遺伝子の塩基配列及びDc4DESのアミノ酸配列を、それぞれ配列番号1及び2に示す。
得られた塩基配列はGenetyx−Win Ver.4.0/ATGC ver.2(ソフトウェア開発社製)を用いて解析・編集した。
Dc4DES遺伝子と既報のコリアンダー由来遺伝子(Cs4DES)との塩基配列の相同性(identity)はポリペプチドコード領域(推定)配列(Dc4DES遺伝子1161bp、Cs4DES遺伝子1158bp)において88.0%であった。また、アミノ酸配列の相同性(identity)はポリペプチドコード領域推定アミノ酸配列(Dc4DES遺伝子386aa、Cs4DES遺伝子385aa)において90.2%であった。Dc4DESアミノ酸配列とCs4DESアミノ酸配列のアライメントを図3に示す。図3において、上段がDc4DESアミノ酸配列であり下段がCs4DESアミノ酸配列である。
Cloning of Dc4DES gene
Plant Sample In this example, carrot (Daucus carota L.) summer sowing fresh red 5 inch (F1 variety) was used as an experimental sample. As a gene cloning source, a fixed species having the same homologous gene sequence is desirable, but F1 variety was used for the convenience of the experiment (a sample that flowered early) was prepared. Carrot seeds were purchased from Ota seedlings. A carrot plant that was cultivated under conditions of 25 ° C., 16 hours of sunshine, and 60% humidity in an artificial meteorological device (Koitron, manufactured by Koito Seisakusho) was used as a sample.
Preparation of carrot RNA About 100 mg of immature seeds and about 100 mg of leaves with different seed development stages were collected from carrot plants and ground under liquid nitrogen freezing. From the obtained pulverized product, RNA was prepared according to the protocol attached to the kit using RNeasy plant mini kit manufactured by QIAGEN.
PCR primer design and RT-PCR for DNA fragment amplification
Searched for homologous genes collected from BLAST (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/) in the NCBI site by coriander (Coriandrum sativum L.) Δ4 palmitoyl-ACP desaturase (Cs4DES) Subsequently, the amino acid sequence of the polypeptide encoded by the obtained Cs4DES gene (GenBank accession number M93115) and the Δ9 stearoyl-ACP desaturase gene of various plants registered on Gen Bank is Genetyx-Win Ver. 4.0 / ATGC ver. Multiple alignment analysis was performed with 2.0 (Software Development). As a result of the analysis, the following PCR primers (degenerate primers) were designed and used for RT-PCR in order to amplify the obtained DNA fragment corresponding to the highly conserved region.
PF1: 5 ′ CAN GAR GAR GCN CTB CCN CAN TA 3 ′ (SEQ ID NO: 11)
PR1: 5 ′ TCV RVD AGY TTY TCN ACD ATY TT 3 ′ (SEQ ID NO: 12)
PR2: 5 ′ GCN GYY KCR TGN CKY TTY TCR TC 3 ′ (SEQ ID NO: 13)
NF0: 5 ′ GAN MTB CCN GAT GAN TAY TTH RTT G 3 ′ (SEQ ID NO: 14)
NR1: 5 ′ CCY TCN SCN SWM AGH CCN GT 3 ′ (SEQ ID NO: 15)
NR2: 5 ′ GGC ATN DVD AYY TTB WTY YTC ATC AT 3 ′ (SEQ ID NO: 16)
In addition, these base sequences are described in the following notation method for common base sequences (IUB) in each country. That is, R represents A or G; Y represents C or T; M represents A or C; K represents G or T; S represents G or C; W represents A or T; H represents A or T or C; B represents G or T or C; V represents G or A or C; D represents G or A or T; N represents A or C or G or T Show.
RT-PCR was performed using the PCR primer pairs shown in Table 1. One-step RT-PCR kit manufactured by QIAGEN was used for RT-PCR. The reaction solution composition was carried out using an Eppendorf thermal cycler (master cycler gradient) according to the protocol attached to the kit. The annealing temperature was 50 ° C. to 70 ° C. (5 steps every 5 ° C.). RT-PCR was performed at 50 ° C. for 30 minutes and at 94 ° C. for 15 minutes, followed by 40 cycles of 94 ° C. for 1 minute, 50-70 ° C. for 1 minute and 72 ° C. for 1 minute 30 seconds, Then, it processed at 72 degreeC for 15 minutes. After the reaction, 4 ° C. was maintained.
The reaction solution after PCR was electrophoresed with TAE buffer using an agarose gel. The agarose gel after electrophoresis was stained with ethidium bromide to confirm the target fragment. The target fragment was cut out with a scalpel together with the gel, and eluted and purified from the gel using a QIAquick Gel extraction kit manufactured by QIAGEN. The base sequence of the purified PCR product was confirmed using an ABI DNA sequencer (3100 Genetic Analyzer). For the sequencing reaction, ABI BigDye Terminator Cycle Sequencing, FS kit (ver. 3.0) was used. The experimental procedure was carried out according to the manual made by ABI. In addition, the primer of Table 1 was used for the determination of a base sequence.
5 'and 3' RACE methods and PCR
Based on the sequence information of the DNA fragment obtained by RT-PCR, the following primers were designed and used for 5 'and 3' RACE methods.
[Primers for 5 'RACE]
D2-R2: 5 ′ GCG GTT CTC CTC AGC AGT C 3 ′ (SEQ ID NO: 17)
D2-R3: 5 ′ GTT GGC ATG GGA GAT GAA TG 3 ′ (SEQ ID NO: 18)
[3'RACE primer]
D2-F4: 5 'CAA ATG CCA GCT CAT GCA ATG 3' (SEQ ID NO: 19)
D2-F5: 5 ′ CAG CAG ATT GGA GTC TAC TC 3 ′ (SEQ ID NO: 20)
The 5 ′ RACE method and the 3 ′ RACE method were performed using a Roche 5 ′ / 3 ′ RACE Kit. PCR was performed using Ex Taq Hot Start Version manufactured by Takara Bio. The reaction solution composition followed the protocol attached to the kit. An Eppendorf thermal cycler (master cycler gradient) was used. The annealing temperature was 50 ° C. to 70 ° C. (5 steps every 5 ° C.). PCR conditions were 94 ° C for 15 minutes, then 30 cycles of 94 ° C for 1 minute, 50-70 ° C for 1 minute and 72 ° C for 1 minute 30 seconds, followed by 72 ° C for 15 minutes. . After the reaction, 4 ° C. was maintained.
Purification of the PCR product and determination of the base sequence were performed in the same manner as described above.
Design of PCR Primer for Amplifying Polypeptide Coding Region The following primers were designed to amplify and clone the entire polypeptide coding region based on the sequence information determined by the RACE method. The following primers with restriction enzyme sites (BamH I and Sac I) for introduction into the plant expression vector pBI121 were also prepared as PCR primers for polypeptide coding region amplification.
4DS-F-OR1: 5 ′ ATG GCT ATG AAA TTG AAC GCC 3 ′ (SEQ ID NO: 21)
Bam-4DS-F-OR1: 5 ′ TCT AGA GGA TCC ATG GCT ATG AAA TTG AAC GCC 3 ′ (SEQ ID NO: 22)
4DS-R-OR: 5 ′ TCA TAT CAT GAT CTG ACG GTT G 3 ′ (SEQ ID NO: 23)
Sac-4DS-R-OR1: 5 ′ TCT AGA CGA GCT CTC ATA TCA TGA TCT GAC GGT TG 3 ′ (SEQ ID NO: 24)
PCR was performed using these primers to amplify the entire polypeptide coding region. Next, DNA Ligation kit ver. 2 was used for ligation (16 ° C., overnight reaction) of the DNA fragment of the polypeptide coding region and the TA-Cloning (PCR product cloning) vector (pSTBlue 1 from Novagen). A TOYOBO competent cell (E. coli DH5α) was transformed according to the attached protocol, cultured in LB medium supplemented with IPTG, X-gal, and 50 μg / ml kanamycin, and a transformant was selected. Plasmid DNA was prepared from the cells obtained by liquid culture in an LB medium supplemented with 50 μg / ml kanamycin by picking up the emerged colonies using a plasmid mini kit manufactured by QIAGEN. The inserted fragment was confirmed by gel electrophoresis to obtain plasmid DNA in which the target fragment was expected to be subcloned.
Sequencing primers were primers targeting T7 and M13 sequences present at both ends of the cloning site of pSTBlue1 vector (Takara Bio BcaBEST Sequencing Primer T7; 5 ′ TAA TAC GAC TCA CTA TAG GG 3 ′ (SEQ ID NO: 25) And M13 Primer M4; 5 ′ GTT TTC CCA GTC ACG AC 3 ′ (SEQ ID NO: 26)). The nucleotide sequence of the Dc4DES gene isolated in this example and the amino acid sequence of Dc4DES are shown in SEQ ID NOs: 1 and 2, respectively.
The obtained base sequence was Genetyx-Win Ver. 4.0 / ATGC ver. 2 (Software Development Co., Ltd.) was used for analysis and editing.
The nucleotide sequence identity between the Dc4DES gene and the previously reported coriander-derived gene (Cs4DES) was 88.0% in the polypeptide coding region (presumed) sequence (Dc4DES gene 1161 bp, Cs4DES gene 1158 bp). Further, the amino acid sequence identity was 90.2% in the polypeptide coding region deduced amino acid sequences (Dc4DES gene 386aa, Cs4DES gene 385aa). The alignment of the Dc4DES amino acid sequence and the Cs4DES amino acid sequence is shown in FIG. In FIG. 3, the upper row is the Dc4DES amino acid sequence, and the lower row is the Cs4DES amino acid sequence.

PTE遺伝子の同定及びクローニング
植物試料
実施例2では、実験試料としてニンジン(Daucus carota L.)のF1品種である夏播き鮮紅五寸、陽州五寸、および固定種である新黒田五寸を使用した。ニンジン種子は太田種苗から購入した。遺伝子クローニング源としては相同遺伝子の配列が同一である固定種が望ましいが、実験の都合上(早期に開花した試料が準備できた)、F1品種も使用した。また同じセリ科植物であるコリアンダー(Corianlrum sativium)、ディル(Anethum graveolens cv.mammoth)も栽培し使用した。
人工気象器(コイトトロン;小糸製作所)中で25℃、日照16時間、湿度50%で栽培した植物体を試料とした。
RNAの調製
ニンジンの葉、未熟種子、完熟種子を各100mg程度ずつ採取し、実施例1の方法に準じてRNAを調製した。
RT−PCR増幅
ニンジンと同じセリ科植物であるコリアンダーに由来するOTE様遺伝子(CsOTE)の部分cDNA配列(アクセッション・ナンバー,L20978)についてBLASTサーチ(blastnおよびblastx;http://www.ncbi.nlm.nih.gov/blast/)を行い、相同性の高い遺伝子としてヒットした17種の類似遺伝子をリスト・アップした。その推定アミノ酸配列について、さらにマルチプルアライメント解析を行い、保存性の高い領域を選んだ。さらに同じ遺伝子のDNA配列について同様にマルチプルアライメント解析を行い、アミノ酸レベルで保存性の高かった領域について近縁種のDNAでのコドン使用頻度を考慮してdegenerateプライマーを設計しRT−PCR法に使用した。以下にその配列を示す。なお、括弧内はシロイヌナズナのoleoyl−ACP thioesterase(AtOTE)を基準に相当する塩基番号を示した。
TE−PF3(515−536):5´−RTG GNA CNM GRG KRR ATT GGA T−3´ (配列番号27)
TE−PF2(415−438):5´−CTB ATW TGG GTB ACD DMN MGN ATG−3´ (配列番号28)
TE−PF1(235−257):5´−GAR RAY GGN YWN TCB TAY AMR GA−3´ (配列番号29)
TE−PR1(886−915):5´−TGR CAY TCN CKY CKR TAR TC−3´ (配列番号30)
TE−PR2(787−809):5´−ACR TTR TTN ACR TGY TKR TTC AT−3´ (配列番号31)
TE−PR0(1041−1061):5´−GTD SKN CMV CKR TTK AKY TC−3´ (配列番号32)
具体的には、QIAGEN社製One−step RT−PCR kitを使用して上記プライマーの組み合わせ対を用いてRT−PCR増幅を行った。反応液組成はキット添付の標準プロトコルに従い、Eppendorf製サーマルサイクラー(マスターサイクラー・グラディエント)を用いて実施した。本装置はヒートブロック上に任意の(最大12段階の)温度勾配を設定して反応を行う事ができるので、増幅効率と特異性に重要なアニーリング温度は50℃から70℃(5℃毎に5段階)で行った。PCR条件は50℃で30分、94℃で15分処理した後、94℃で1分、50−70℃で1分及び72℃で1分30秒のサイクルを40サイクル処理し、その後、72℃で15分処理した。反応後は4℃を維持した。
RT−PCRの結果、TE−PF2とTE−PR1の組み合わせで特異的な増幅産物(約500bp)が得られた。この増幅産物の塩基配列を解読し、部分配列を用いて分子系統樹解析したところ、OTEクラスターに属することが判明した。
5′及び3′RACE法及びPCR
RT−PCRの結果として得られた部分配列について再度データベースを検索し、相同性の高い遺伝子を再抽出した。その推定アミノ酸配列について、同様にマルチプルアライメント解析を行い、アミノ酸レベルで保存性の低い領域を選び出した。次にその領域についてDNAでのコドン使用頻度を考慮して、目的の遺伝子の特異的増幅が可能なプライマーを設計しRACE法に使用した。
〔3´−RACE用〕
TE−D1F:5´−TAG CAA GTG GGT GAT GAT−3´ (配列番号33)
TE−D3F:5´−GTT TTC TGC CCC AAA ACA CC−3´ (配列番号34)
〔5´−RACE用〕
TE−D2R:5´−TAT TCA TCT CGA ACA TCA T−3´ (配列番号35)
TE−D1R:5´−ATC ATC ACC CAC TTG CTA−3´ (配列番号36)
RACE法の結果、増幅において2種の異なる遺伝子断片が得られた。両者とも不飽和アシルACPに特異性を持つTE群から成るFat Aクラスターに属していたが、一方は分子系統樹上において既知のOTEと同じサブクラスターに属していたのに対し、もう一方は新規なサブクラスターを形成した。
なお、実施例2において塩基配列の決定および得られた塩基配列の解析・編集は実施例1と同様に行った。さらに分子系統樹解析は、国立遺伝学研究所 日本DNAデータバンクの遺伝子解析サービス(http://www.ddbj.nig.ac.jp/Welcome−j.html)を利用して、Clustal Wプログラム(塩基配列・アミノ酸配列の多重整列と系統樹作成プログラム)により行った。
RACE法の結果として2種の異なる遺伝子断片が得られたので、その両者の特異的増幅用プライマーも設計した。すなわち、RACE法で決定した配列情報に基づきcDNAおよびポリペプチドコード領域の全長を再増幅およびクローニングするために下記のOTE遺伝子特異的増幅用プライマーおよびPTE遺伝子特異的増幅用プライマーを設計した。
〔OTE遺伝子特異的増幅用プライマー〕
<3´−RACE用>
OTE−2F:5´−GCA TTC TAG GCT AGG ATT GT−3´ (配列番号37)
OTE−3F:5´−AAG GAA GTC CTT TAT ACG−3´ (配列番号38)
<5´−RACE用>
OTE−m1R:5´−GGC GAA TCG AGA TCG AAT CT−3´ (配列番号39)
OTE−m2R:5´−CAC CTG AGC ATT CAC CCC ATT−3´ (配列番号40)
OTE−m3R:5´−CTC AAT TTC TCC GCC AAG CT−3´ (配列番号41)
〔PTE遺伝子特異的増幅用プライマー〕
<3´−RACE用>
PTE−2F:5´−CTT TTC CAG TCT CGG GCT TG−3´ (配列番号42)
<5´−RACE用>
PTE−4R:5´−GGA AGC AAC TCA TCG TCG TCT GT−3´ (配列番号43)
PTE−2R:5´−CAA GCC CGA GAC TGG AAA AG−3´ (配列番号44)
また、ポリペプチドコード増幅用のプライマーには、植物用発現ベクターpBI121へ導入するための制限酵素サイト(BamH1およびSacI)を付加したプライマーも作成した。
〔推定ポリペプチドコード領域用〕
XbaBam−DcPTE−OF:5´−TCT AGA GGA TCC ATG TTA TTG ACA ACA GGG AC−3´ (配列番号45)
DcPTE−OF:5´−ATG TTA TTG ACA ACA GGG AC−3´ (配列番号46)
Sac−DcPTE−6R:5´−TCT AGA CGA GCT CCT AGT TTA AAC AGT ACA CTG−3´ (配列番号47)
DcPTE−6R:5´−CTA GTT TAA ACA GTA CAC TG−3´ (配列番号48)
これらプライマーを用いてニンジンRNAを鋳型にしてRT−PCRを行い、ポリペプチドコード全領域を増幅した。次に、タカラバイオ製DNA Ligation kit ver.2を用いて、PCR増幅断片とTA−Cloning用(PCR産物のクローニング用)ベクター(Novagen製pSTBlue1)のライゲーション(16℃、一晩反応)を行った。TOYOBO製コンピテントセル(E.coli DH5α)を付属プロトコルに従って形質転換し、IPTG、X−gal、および50μg/mlカナマイシンを添加したLB培地で培養し、形質転換体を選抜した。出現したコロニーを釣菌して50μg/mlカナマイシンを添加したLB培地で液体培養して得た菌体から、QIAGEN社製Plasmid mini kitを用いてプラスミドDNAを調製した。ゲル電気泳動による挿入断片の確認を行い、目的断片がサブクローニングされたと予想されるプラスミドDNAを得た。本実施例では2種類のDc4PTE遺伝子を単離した。単離した2種類のDc4PTE遺伝子をDc4PTEa、Dc4PTEbと名づけ、それらの塩基配列をそれぞれ配列番号3及び5に示し、2種類のDc4PTEのアミノ酸配列をそれぞれ配列番号4及び6に示す。
以上のようにしてDcPTE遺伝子をクローニングした。DcPTE遺伝子のクローニングと同様に、コリアンダーとディルについてもPTE遺伝子のクローニングを試みたところ、コリアンダー由来のペトロセリノイル−ACPチオエステラーゼ遺伝子(CsPTE遺伝子)、ディル由来のペトロセリノイル−ACPチオエステラーゼ遺伝子(AgPTE遺伝子)を単離した。それらの塩基配列をそれぞれ配列番号7及び9に示し、2種類のDc4PTEのアミノ酸配列をそれぞれ配列番号8及び10に示す。次に、DcPTE遺伝子によってコードされる酵素のペトロセリノイル−ACPチオエステラーゼ活性を検討した。具体的には、以下に示すように、大腸菌を用いてヒスチジン標識組換えタンパク質を調製し、その酵素活性の解析を行った
ヒスチジン標識タンパク質の発現コンストラクトの作製
既知のベニバナ由来oleoyl−ACP thioesteraseの知見(Plant Physiol.,100,1751−1758,1994)に基づき、各遺伝子のmature peptide cleavage siteを推定し、mature peptide発現用DNAコンストラクト中のコード領域のN末端として設定した。また、C末端側は停止コドンまでとした。DcPTEa遺伝子については、mature peptide cleavage siteとして32番目のアミノ酸をコードする塩基配列と33番目のアミノ酸をコードする塩基配列の間を推定した。DcOTE遺伝子とCsOTE遺伝子については、mature peptide cleavage siteとして51番目のアミノ酸をコードする塩基配列と52番目のアミノ酸をコードする塩基配列の間を推定した。
その領域をpST Blue1(Novagen製クローニングベクター)にクローニングしたDcPTEa、DcOTE、CsOTE cDNAを鋳型としてPCR法で増幅した。その産物をヒスチジン標識タンパク質用発現ベクターpQE−30UA(QIAGEN社製)と混合し、等量のTaKaRa Ligation kit ver.2を加えて16℃で30分間ライゲーション反応を行いサブクローニングした。このベクターにサブクローニングすると、N末端に6XHisが付加された組換えタンパク質を大腸菌で調製できる。反応液の全量を50μlの大腸菌コンピテントセル(lacI変異を持つJM109株、タカラバイオ社製)に添加し、メーカー指定のプロトコルに従って形質転換操作を行った。得られた形質転換体(50μg/mlアンピシリン入りLB寒天培地で生育)からプラスミドを調製した。
大腸菌によるヒスチジン標識タンパク質の発現及び精製
作製したヒスチジン標識タンパク質発現DNAコンストラクトを大腸菌(JM109株)に形質転換し(もしくはプラスミド調製前に保存したグリセロール・ストックを利用し)、Overnight Express Autoinduction System 1(メルク)と50μg/mlアンピシリンを添加したLB培地で終夜培養し、発現誘導を行った。
次に、発現コンストラクトにより形質転換された大腸菌20mLを集菌し、Lysis Buffer 4mL(50mM リン酸水素ナトリウム、300mMのNaCl、10mMのイミダゾール)と10mg/mlのリゾヂームを加えて混合、30分氷中に静置した後、超音波破砕装置(TOMY社製UD−201)を使用し10秒×6回の超音波処理により破砕した。
15000rpm、4℃で10分間の遠心分離後、あらかじめ平衡化しておいたHisTrapHPカラム(Amersham)に上清をシリンジで注入し、ペリスタ・ポンプ(P−1、Amersham社製)を使用して、キットに付属のBufferで洗浄、溶出した。溶出は、1mLづつ全量4mLで分画した。
精製したDcPTEa、DcOTE、CsOTEのヒスチジン標識タンパク質溶出液について1画分ずつSDS−PAGE(ドデシル硫酸ナトリウムーポリアクリドアミド・ゲル電気泳動)を行ったところ、目的のタンパク質が精製されていることを確認した。結果を図4に示す。
図4に示した電気泳動結果から高濃度のタンパク質が溶出されている画分を選定し、それらについてLowry法(RCDCプロテインアッセイ・キット,BIO−RAD)によるタンパク質濃度測定を行ったところ、それぞれ約200μgの組換えタンパク質が調製できた。
アシルACPの調製
基質として使用するアシルACPは以下のように調製した。先ず、脂肪酸(オレイン酸、ペトロセリン酸)のヘキサン溶液(100mM)を調製し、6.2μlを10mlガラス試験管に入れ、窒素ガスにより乾固した。その後、以下の表2の反応液を加え、ヒートブロック上で37℃にて60分間反応させた。
反応後、水を12ml加えた後、酢酸でpH6.0に調整した。反応液に含まれるアシルACPは以下の(A)〜(M)に示す手順で精製した。
(A)DEAE−Toyopearl 650C(TOSOH社)1.8mlをポリプロピレン製 空カラム(BIO RAD社製)に充填(1ml bed volumeとする)
(B)bis Tris−HCl pH6.0(Buffer Bとする)を(A)の10倍量程加え平衡化する。
(C)アシルACP溶液(pH6.0)をカラムに添加
(D)Buffer B 3mLで洗浄
(E)80%(w/w)Isopropanol in Buffer B 3mLで未反応の脂肪酸を洗い流す。
※IsopropanolとBuffer Bは、個々に超音波洗浄機で脱気したものを混合して使用
(F)Buffer B 3mLで洗浄
(G)0.6M LiCl in Buffer B 5mlで溶出
(H)別の空カラムにOctyl−Sepharose(Amersham社製)4.5mlを入れる(bed volume約3mlとする)
(I)(H)の10倍量のBuffer Bで平衡化
(H,Iの操作は事前に行っておく)
(J)(G)の溶出液を(I)に直接溶出しアプライする
(K)10mM MES−NaOH pH6.0(Buffer Cとする)5mlで洗浄
(L)35%(w/w)Isopropanol in Buffer C 6mLで溶出
※IsopropanolとBufferCは、個々に超音波洗浄機で脱気したものを混合して使用
(M)減圧遠心濃縮機を使用し、イソプロパノールを揮発させる
精製酵素のチオエステラーゼ活性の検出
上記の操作により精製したヒスチジン標識タンパク質について、アシルACP(オレオイルACP、ペトロセリノイル−ACP)を基質として使用してチオエステラーゼ活性を測定した。反応前にLowry法(RCDCプロテインアッセイ・キット、BIO−RAD社製)により両溶液のタンパク質濃度の測定を行った。
25mM Tris−HCl(pH8.0)、1mM DTT、アシルACPと水を混合後、25℃で5分間のプレ・インキュベーション(使用するバッファ類を反応温度に馴化)を施し、12μgのDcPTE、DcOTEのヒスチジン標識タンパク質、対照区としてγ−グロブリンをそれぞれ加えて、反応液全量が100μlになるようにし、25℃で30分間反応させた。反応液の10分1量(10μl)を用いて、SDS−PAGEにより未反応のアシルACPおよび反応生成物である遊離ACPを検出する事により、チオエステラーゼ活性を測定した。その結果を電気泳動写真として図5に示す。
また、電気泳動後のゲルをCBB染色後、高性能スキャナー(Pictrostat digital 400、富士写真工業)を用いてデジタル画像データ化し、画像解析ソフトImage Analysis ver.3.0(日立製作所)でアシルACPおよび遊離ACPのバンドの濃度を定量化した。その結果を図6に示す。図6に示すように、ペトロセリノイル−ACPを基質とした場合(図6(B))にはDcOTEよりもDcPTEの方が明らかに高い反応性を有する事が判明した。逆に、オレオイル−ACPを基質にした場合(図6(A))にはDcOTEの反応性の方が高かった。従って、DcPTEはペトロセリン酸に対して特異性を持つチオエステラーゼであると結論付けることができた。
Identification and cloning of the PTE gene
In plant sample Example 2, as an experimental sample, F1 varieties of carrots (Daucus carota L.), summer sowing fresh red 5 inch, Yangshu 5 inch, and fixed type Shin Kuroda 5 inch were used. Carrot seeds were purchased from Ota seedlings. As a gene cloning source, a fixed species having the same homologous gene sequence is desirable, but F1 varieties were also used for the convenience of the experiment (a sample that flowered early) was prepared. In addition, coriander (Corillarum sativium) and dill (Anetum graveolens cv. Mammoth), which are the same celery family, were also cultivated and used.
A plant body cultivated at 25 ° C., 16 hours of sunshine, and 50% humidity in an artificial meteorological apparatus (Koitron, Koito Seisakusho) was used as a sample.
Preparation of RNA About 100 mg each of carrot leaves, immature seeds, and mature seeds were collected, and RNA was prepared according to the method of Example 1.
BLAST search (blastn and blastx; http: //www.ncbi.) For a partial cDNA sequence (accession number, L20978) of an OTE-like gene (CsOTE) derived from coriander, the same family of celery family as RT-PCR amplified carrots. nlm.nih.gov/blast/) and a list of 17 similar genes hit as highly homologous genes. Multiple alignment analysis was further performed on the deduced amino acid sequence, and a highly conserved region was selected. In addition, multiple alignment analysis was performed on the DNA sequence of the same gene in the same way, and degenerate primers were designed in consideration of the codon usage in closely related DNA for regions that were highly conserved at the amino acid level and used for RT-PCR. did. The sequence is shown below. The numbers in parentheses indicate base numbers corresponding to oleoyl-ACP thioesterase (AtOTE) of Arabidopsis thaliana.
TE-PF3 (515-536): 5′-RTG GNA CNM GRG KRR ATT GGA T-3 ′ (SEQ ID NO: 27)
TE-PF2 (415-438): 5′-CTB ATW TGG GTB ACD DMN MGN ATG-3 ′ (SEQ ID NO: 28)
TE-PF1 (235-257): 5′-GAR RAY GGN YWN TCB TAY AMR GA-3 ′ (SEQ ID NO: 29)
TE-PR1 (886-915): 5'-TGR CAY TCN CKY CKR TAR TC-3 '(SEQ ID NO: 30)
TE-PR2 (787-809): 5'-ACR TTR TTN ACR TGY TKR TTC AT-3 '(SEQ ID NO: 31)
TE-PR0 (1041-1061): 5′-GTD SKN CMV CKR TTK AKY TC-3 ′ (SEQ ID NO: 32)
Specifically, RT-PCR amplification was performed using the above-described primer combination pair using a QIAGEN One-step RT-PCR kit. The reaction solution composition was carried out using an Eppendorf thermal cycler (master cycler gradient) according to the standard protocol attached to the kit. Since this device can perform the reaction by setting an arbitrary (up to 12 steps) temperature gradient on the heat block, the annealing temperature important for amplification efficiency and specificity is 50 ° C to 70 ° C (every 5 ° C). 5 steps). PCR conditions were 50 ° C. for 30 minutes, 94 ° C. for 15 minutes, and then 94 cycles of 94 ° C. for 1 minute, 50-70 ° C. for 1 minute and 72 ° C. for 1 minute 30 seconds, followed by 72 cycles. Treated for 15 minutes at ° C. After the reaction, 4 ° C. was maintained.
As a result of RT-PCR, a specific amplification product (about 500 bp) was obtained by the combination of TE-PF2 and TE-PR1. When the base sequence of this amplified product was decoded and a molecular phylogenetic tree analysis was performed using the partial sequence, it was found to belong to the OTE cluster.
5 'and 3' RACE methods and PCR
The database was searched again for the partial sequences obtained as a result of RT-PCR, and genes with high homology were re-extracted. For the deduced amino acid sequence, a multiple alignment analysis was performed in the same manner, and a region with low conservation at the amino acid level was selected. Next, in consideration of the codon usage in DNA for the region, a primer capable of specific amplification of the target gene was designed and used in the RACE method.
[For 3'-RACE]
TE-D1F: 5′-TAG CAA GTG GGT GAT GAT-3 ′ (SEQ ID NO: 33)
TE-D3F: 5′-GTT TTC TGC CCC AAA ACA CC-3 ′ (SEQ ID NO: 34)
[For 5'-RACE]
TE-D2R: 5'-TAT TCA TCT CGA ACA TCA T-3 '(SEQ ID NO: 35)
TE-D1R: 5′-ATC ATC ACC CAC TTG CTA-3 ′ (SEQ ID NO: 36)
As a result of the RACE method, two different gene fragments were obtained in the amplification. Both belonged to the Fat A cluster consisting of TEs with specificity for unsaturated acyl ACPs, but one belonged to the same subcluster as the known OTE on the molecular phylogenetic tree, while the other was new Sub-clusters were formed.
In Example 2, determination of the base sequence and analysis / editing of the obtained base sequence were performed in the same manner as in Example 1. Furthermore, the molecular phylogenetic tree analysis is performed by using the gene analysis service (http://www.ddbj.nig.ac.jp/Welcome-j.html) of the National Institute of Genetics, Japan DNA Data Bank, and the Clustal W program ( (Multiple alignment of base sequence / amino acid sequence and phylogenetic tree creation program).
Since two different gene fragments were obtained as a result of the RACE method, primers for specific amplification of both were also designed. That is, the following OTE gene-specific amplification primer and PTE gene-specific amplification primer were designed to re-amplify and clone the full length of the cDNA and polypeptide coding region based on the sequence information determined by the RACE method.
[Primers for OTE gene-specific amplification]
<For 3'-RACE>
OTE-2F: 5′-GCA TTC TAG GCT AGG ATT GT-3 ′ (SEQ ID NO: 37)
OTE-3F: 5′-AAG GAA GTC CTT TAT ACG-3 ′ (SEQ ID NO: 38)
<For 5'-RACE>
OTE-m1R: 5′-GGC GAA TCG AGA TCG AAT CT-3 ′ (SEQ ID NO: 39)
OTE-m2R: 5'-CAC CTG AGC ATT CAC CCC ATT-3 '(SEQ ID NO: 40)
OTE-m3R: 5′-CTC AAT TTC TCC GCC AAG CT-3 ′ (SEQ ID NO: 41)
[Primers for PTE gene-specific amplification]
<For 3'-RACE>
PTE-2F: 5′-CTT TTC CAG TCT CGG GCT TG-3 ′ (SEQ ID NO: 42)
<For 5'-RACE>
PTE-4R: 5′-GGA AGC AAC TCA TCG TCG TCT GT-3 ′ (SEQ ID NO: 43)
PTE-2R: 5′-CAA GCC CGA GAC TGG AAA AG-3 ′ (SEQ ID NO: 44)
In addition, a primer added with restriction enzyme sites (BamH1 and SacI) for introduction into the plant expression vector pBI121 was also prepared as a primer for amplifying the polypeptide code.
[For putative polypeptide coding region]
XbaBam-DcPTE-OF: 5′-TCT AGA GGA TCC ATG TTA TTG ACA ACA GGG AC-3 ′ (SEQ ID NO: 45)
DcPTE-OF: 5′-ATG TTA TTG ACA ACA GGG AC-3 ′ (SEQ ID NO: 46)
Sac-DcPTE-6R: 5′-TCT AGA CGA GCT CCT AGT TTA AAC AGT ACA CTG-3 ′ (SEQ ID NO: 47)
DcPTE-6R: 5′-CTA GTT TAA ACA GTA CAC TG-3 ′ (SEQ ID NO: 48)
Using these primers, RT-PCR was performed using carrot RNA as a template to amplify the entire polypeptide coding region. Next, DNA Ligation kit ver. 2 was used to ligate the PCR-amplified fragment and TA-Cloning (PCR product cloning) vector (pSTBlue 1 from Novagen) (reaction overnight at 16 ° C.). A TOYOBO competent cell (E. coli DH5α) was transformed according to the attached protocol, cultured in LB medium supplemented with IPTG, X-gal, and 50 μg / ml kanamycin, and a transformant was selected. Plasmid DNA was prepared from the cells obtained by liquid culture in an LB medium supplemented with 50 μg / ml kanamycin by picking up the emerged colonies using a plasmid mini kit manufactured by QIAGEN. The inserted fragment was confirmed by gel electrophoresis to obtain plasmid DNA in which the target fragment was expected to be subcloned. In this example, two types of Dc4PTE genes were isolated. The two isolated Dc4PTE genes are named Dc4PTEa and Dc4PTEb, their base sequences are shown in SEQ ID NOs: 3 and 5, respectively, and the amino acid sequences of the two types of Dc4PTE are shown in SEQ ID NOs: 4 and 6, respectively.
The DcPTE gene was cloned as described above. Similar to the cloning of the DcPTE gene, the cloning of the PTE gene was also attempted for coriander and dill. As a result, the petrocerinoyl-ACP thioesterase gene derived from coriander (CsPTE gene), the petrocellinoyl-ACP thioesterase gene derived from dill ( (AgPTE gene) was isolated. Their base sequences are shown in SEQ ID NOs: 7 and 9, respectively, and the amino acid sequences of two types of Dc4PTE are shown in SEQ ID NOs: 8 and 10, respectively. Next, the petroselinoyl-ACP thioesterase activity of the enzyme encoded by the DcPTE gene was examined. Specifically, as shown below, histidine-labeled recombinant protein was prepared using E. coli, and the enzyme activity was analyzed.
Preparation of expression constructs for histidine-tagged proteins Based on the knowledge of known safflower-derived oleoyl-ACP thioesterase (Plant Physiol., 100, 1751-1758, 1994), the type of maturity peptide cleavage site is estimated, Set as the N-terminus of the coding region in the construct. In addition, the C-terminal side is up to the stop codon. For the DcPTEa gene, a distance between the base sequence encoding the 32nd amino acid and the base sequence encoding the 33rd amino acid was estimated as a “mature peptide cleavage site”. For the DcOTE gene and the CsOTE gene, a gap between the base sequence encoding the 51st amino acid and the base sequence encoding the 52nd amino acid was estimated as a “mature peptide cleavage site”.
The region was amplified by PCR using DcPTEa, DcOTE, and CsOTE cDNA cloned in pST Blue1 (Novagen cloning vector) as a template. The product was mixed with an expression vector for histidine-tagged protein pQE-30UA (manufactured by QIAGEN), and an equal amount of TaKaRa Ligation kit ver. 2 was added and a ligation reaction was performed at 16 ° C. for 30 minutes for subcloning. By subcloning into this vector, a recombinant protein with 6XHis added to the N-terminus can be prepared in E. coli. The total amount of the reaction solution was added to 50 μl of E. coli competent cells (JM109 strain with lacI q mutation, manufactured by Takara Bio Inc.), and the transformation operation was performed according to the protocol specified by the manufacturer. A plasmid was prepared from the obtained transformant (grown on an LB agar medium containing 50 μg / ml ampicillin).
Expression and purification of histidine-tagged protein by Escherichia coli The prepared histidine-tagged protein expression DNA construct was transformed into E. coli (JM109 strain) (or using a glycerol stock stored before plasmid preparation), and the Overnight Express Automation System 1 (Merck) ) And 50 μg / ml ampicillin added to the LB medium overnight to induce expression.
Next, 20 mL of E. coli transformed by the expression construct was collected, 4 mL of Lysis Buffer (50 mM sodium hydrogen phosphate, 300 mM NaCl, 10 mM imidazole) and 10 mg / ml lysozyme were added, mixed, and mixed in ice for 30 minutes. Then, the mixture was crushed by ultrasonic treatment for 10 seconds × 6 times using an ultrasonic crushing device (UD-201 manufactured by TOMY).
After centrifugation at 15000 rpm and 4 ° C. for 10 minutes, the supernatant is injected into a HisTrapHP column (Amersham) that has been equilibrated in advance with a syringe, and a kit is used using a peristaltic pump (P-1, manufactured by Amersham). The sample was washed and eluted with the buffer attached. Elution was fractionated in 4 mL total volume of 1 mL.
When the purified histidine-labeled protein eluates of DcPTEa, DcOTE, and CsOTE were subjected to SDS-PAGE (fractional sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis) one fraction at a time, it was confirmed that the target protein was purified. confirmed. The results are shown in FIG.
From the results of electrophoresis shown in FIG. 4, fractions from which high-concentration proteins were eluted were selected, and protein concentrations were measured by the Lowry method (RCDC protein assay kit, BIO-RAD). 200 μg of recombinant protein could be prepared.
Preparation of acyl ACP Acyl ACP used as a substrate was prepared as follows. First, a hexane solution (100 mM) of fatty acid (oleic acid, petroceric acid) was prepared, 6.2 μl was placed in a 10 ml glass test tube and dried with nitrogen gas. Then, the reaction liquid of the following Table 2 was added, and it was made to react at 37 degreeC on a heat block for 60 minutes.
After the reaction, 12 ml of water was added, and the pH was adjusted to 6.0 with acetic acid. Acyl ACP contained in the reaction solution was purified by the procedures shown in the following (A) to (M).
(A) 1.8 ml of DEAE-Toyopearl 650C (TOSOH) is packed into an empty polypropylene column (manufactured by BIO RAD) (referred to as 1 ml bed volume).
(B) Add bis Tris-HCl pH 6.0 (referred to as Buffer B) about 10 times the amount of (A) and equilibrate.
(C) Add acyl ACP solution (pH 6.0) to the column (D) Wash with 3 mL of Buffer B (E) Wash off unreacted fatty acid with 3 mL of 80% (w / w) Isopropanol in Buffer B.
* Isopropanol and Buffer B are mixed with degassed using an ultrasonic cleaner. (F) Washed with 3 mL of Buffer B (G) Eluted with 5 ml of 0.6 M LiCl in Buffer B (H) Put 4.5 ml of Octyl-Sepharose (manufactured by Amersham) into the column (bet volume is about 3 ml).
(I) Equilibrate with Buffer B 10 times the amount of (H) (H and I operations are performed in advance)
(J) The eluate of (G) is directly eluted and applied to (I) (K) Washed with 5 ml of 10 mM MES-NaOH pH 6.0 (referred to as Buffer C) (L) 35% (w / w) Isopropanol in Elution with 6 mL of Buffer C * Use Isopropanol and Buffer C after mixing with degassed with an ultrasonic cleaner individually (M) Use a vacuum centrifugal concentrator to volatilize isopropanol
Detection of thioesterase activity of purified enzyme The histidine-labeled protein purified by the above-described procedure was measured for thioesterase activity using acyl ACP (oleoyl ACP, petrocellinoyl-ACP) as a substrate. Prior to the reaction, the protein concentration of both solutions was measured by the Lowry method (RCDC protein assay kit, manufactured by BIO-RAD).
After mixing 25 mM Tris-HCl (pH 8.0), 1 mM DTT, acyl ACP and water, preincubation was performed at 25 ° C. for 5 minutes (acclimation of buffers to be used to the reaction temperature), and 12 μg of DcPTE and DcOTE were added. Histidine-labeled protein and γ-globulin were added as a control group, respectively, so that the total amount of the reaction solution became 100 μl, and the reaction was performed at 25 ° C. for 30 minutes. The thioesterase activity was measured by detecting unreacted acyl ACP and free ACP as a reaction product by SDS-PAGE using 10 minutes (10 μl) of the reaction solution. The result is shown in FIG. 5 as an electrophoresis photograph.
In addition, the gel after electrophoresis was stained with CBB, converted into digital image data using a high-performance scanner (Pictrostat digital 400, Fuji Photo Industry), and image analysis software Image Analysis ver. The concentration of acyl ACP and free ACP bands was quantified at 3.0 (Hitachi). The result is shown in FIG. As shown in FIG. 6, when petrocellinoyl-ACP was used as a substrate (FIG. 6B), it was found that DcPTE has a clearly higher reactivity than DcOTE. Conversely, when oleoyl-ACP was used as a substrate (FIG. 6A), the reactivity of DcOTE was higher. Therefore, it could be concluded that DcPTE is a thioesterase with specificity for petroceric acid.

次に、実施例1でクローニングしたDc4DES遺伝子及び実施例2でクローニングしたDcPTE遺伝子を導入した形質転換植物を作製し、当該形質転換植物におけるペトロセリン酸の合成能を検討した。すなわち、Dc4DES遺伝子を単独で導入した形質転換植物、DcPTE遺伝子を単独で導入した形質転換植物、並びにDc4DES遺伝子及びDcPTE遺伝子を共に導入した形質転換植物を作製した。
常時全身発現用DNAコンストラクトの作成
形質転換に使用したベクターのうち、常時全身常時全身発現用ベクターを図7に示す。図7中、“Pnos”はAgrobacterium由来のノパリン合成酵素プロモーターを意味し、“Tnos”はAgrobacterium由来のノパリン合成酵素ターミネータを意味し、“P35S”はCaMV35Sプロモーターを意味し、“NPT II”はネオマイシンホスホトランスフェラーゼII遺伝子を意味する。
具体的には、植物用発現ベクターpBI121(Clontech社製)に含まれるGUS遺伝子を、Dc4DES遺伝子のcDNA配列で置換した。
Dc4DES遺伝子のORF領域をコードするDNA断片は、5’末端側にBamHI、3’末端側にSac I配列を付加するように設計したプライマーを用いてPCR法によって増幅した。このPCR産物をpSTBlue1(Novagen製クローニングベクター)と混合し、等量のTaKaRa Ligation kit ver.2を加えて16℃で30分ライゲーション反応を行った。反応液の全量を50μlのコンピテントセル(E.coli DH5α、TOYOBO社製)に添加し、メーカー指定のプロトコルに従って形質転換操作を行った。得られた形質転換体(50μg/mlカナマイシン入りLB寒天培地で生育)からプラスミドを調製した。得られたプラスミドを制限酵素(Bam HIおよびSac I)で処理した。次にpBI121内のCaMV35Sプロモーターの下流に連結されたGUS遺伝子を切出すために、同様に制限酵素処理(Bam HIとSac I)を行った。これらの制限酵素消化産物について0.8%アガロースゲル電気泳動を行いQIAGEN社製QIAquick gel extraction kitおよびGeneclean II(BIO 101)を用いて、Dc4DES遺伝子を含むDNA断片およびpBI121のバックボーン(GUS遺伝子を除去した部分)をそれぞれ分取・精製した。
pBI121のバックボーン断片と挿入対象のDNA断片(Dc4DES遺伝子)との比が1:10になる様に混合し、等量のTaKaRa Ligation kit ver.2を用いて16℃で30分ライゲーション反応を行った。反応液の全量を100μlのコンピテントセル(E.coli strain DH5α,TOYOBO)に添加し、メーカー指定のプロトコルに従って形質転換操作を行った。50μg/mlカナマイシンを含むLB寒天培地に塗布し、一晩培養した。
一方、Dc4DES遺伝子とDcPTE遺伝子とを共発現するためのベクター(図6(D))は、図6(A)に示したDc4DES発現用の発現ベクター中のT−DNAのLB付近にあるユニークなEco RIサイトおよびDra IIIサイト間に、DcPTE遺伝子の発現ユニット(プロモーター及びターミネータを含むDNA断片)を挿入することで作製した。DcPTE遺伝子の発現ユニットは、両端にEco RIサイトおよびDra IIIサイトを付加するように設計したプライマーを用いたPCR法で増幅した。
種子特異的発現用コンストラクトの作製
形質転換に使用したベクターのうち、種子特異的発現用ベクターを図8(A)〜(D)に示す。図8(A)〜(D)中、“Pnap”はナタネ(B.campestriscv.Kizakinonatane)由来ナピンAプロモーターを意味する。当該プロモーターは、モンサント社がナタネ油脂含量の制御に用いていることで知られる。
具体的には、図7に示したベクターにおけるCaMV35Sプロモーターを、ナタネ由来のナピンAプロモーターで置換することによって種子特異的発現用ベクターを作製した。また、GUS遺伝子を、Dc4DES遺伝子、DcPTE遺伝子又はCs4DESのcDNA配列で置換した。
一方、Dc4DES遺伝子とDcPTE遺伝子とを共発現するためのベクター(図8(D))は、図8(A)に示したDc4DES発現用の発現ベクター中のT−DNAのLB付近にあるユニークなEco RIサイトおよびDra IIIサイト間に、DcPTE遺伝子の発現ユニット(プロモーター及びターミネータを含むDNA断片)を挿入することで作製した。DcPTE遺伝子の発現ユニットは、両端にEco RIサイトおよびDra IIIサイトを付加するように設計したプライマーを用いたPCR法で増幅した。
エレクトロポレーション法によるAgrobacteriumへの遺伝子導入
作製したプラスミドを用いてアグロバクテリウムのエレクトロポレーション(電気穿孔)法による形質転換を行った。常法により調製されたAgrobacterium tumefaciens(LBA4404株)のコンピテントセル40μlを溶かし、DNA溶液を5μl(25μg)添加し、氷上で1〜2分間静置した。続いて、氷冷したBIO−RAD社製キュベット(0.2cm)に入れ、島津製作所製遺伝子導入装置を用いて1.25kV、10μFのパルス電流を印加した。直ちに冷却したSOC培地を460μl加え、28℃で1時間培養した。50μg/mlカナマイシンおよび50μg/mlリファンピシンを含むLB寒天培地に塗布し、一晩培養して形質転換体を選抜した。出現した形質転換コロニーについてsingle−colony isolationを行った後に、コロニーを複数個釣菌し、PCR法により目的のプラスミドDNAの存在を確認した。
減圧浸潤法によるシロイヌナズナ形質転換体の作製
シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana et.Columbia)を、減圧浸潤法によって形質転換した。減圧浸潤法は、秀潤社、モデル植物の実験プロトコル、2001、109−113pp.に従って実行した。
次に、減圧浸潤を行ったシロイヌナズナを栽培し、採取した種子を形質転換第一世代種子(T1種子)とした。ただし、これらは便宜上、形質転換世代種子として扱うが、本種子集団のすべての種子が形質転換されている訳ではない。
次に、形質転換第一世代種子をカナマイシン入り培地(Murashige&Skoog基本培地に、0.5g/L MES、10g/L sucrose、8g/L Agar、100mg/L carbenicillin、50mg/L kanamycinを添加したもの)に播種し、明条件で発芽させた。1〜2週間程度育成し、形質転換された個体(カナマイシン耐性を有しており正常に生育)を選抜した。本葉が正常に展開した個体を再度同じ培地に移植し、1〜2週間程度育成して再選抜を行った。得られた系統を形質転換第一世代植物体(T1植物)とした。カナマイシン耐性系統を滅菌していないバーミキュライトに移植し、非滅菌環境へ馴化させて栽培を行った。
次に、形質転換第一世代植物体より約100mgのロゼット葉を採取し、液体窒素凍結下で粉砕した。QIAGEN製DNA調製キット(DNeasy plant mini kit)を用いてキット添付の標準プロトコルに従ってDNAを調製した。T−DNA内の薬剤耐性遺伝子(NPTII)および導入した脂肪酸合成系の遺伝子を標的としたPCRプライマーを用いてタカラバイオ製Ex Taq DNA polymeraseを使用してPCR増幅を行った。
得られたPCR増幅産物断片について、0.8%アガロースゲルを用いてTAEバッファで電気泳動後、エチジウムブロマイド染色を行い、目的断片の増幅を確認した。増幅の有無によって遺伝子導入の有無を判定した。
次に、前述したT−DNA導入が確認された系統を引き続き栽培し、採取した種子を形質転換第二世代種子(T2種子)とした。各コンストラクトにつき15系統以上のT2種子を収穫し、以下の脂肪酸組成解析に用いた。
シロイヌナズナ種子用脂肪酸組成分析プロトコル
種子中の脂肪酸組成の分析を行うために、種子脂肪酸を塩酸−メタノールでメチル・エステル化し、そのn−ヘキサン抽出物をGC−MSで解析した。なお、試料の酸化防止剤としてBHT(Butylated hydroxytoluene)を添加した。また内部標準として植物油中に含まれないpentadecanoic acid(C15:0)のメチルエステル(SIGMA)のメタノール溶液を秤量後の種子に直接添加し、分析用試料調製時の実験誤差の補正に使用した。
抽出に用いるn−ヘキサンはフタル酸エステル分析用グレードのn−ヘキサン(東京化成)を使用した。これにより、GC解析中に脂肪酸と同様の挙動を示すフタル酸エステルの影響を排除することができる。
定性分析用のプロトコルを表3に、定量分析用のプロトコルを表4に示す。
上記プロトコルに従った処理によって得られたスペクトルは、表5の条件で解析した。この条件は、二重結合位置による位置異性体であるオレイン酸(C18:1,Δ9)およびペトロセリン酸(C18:1,Δ6)をGCで分離して解析できる条件である。
GC−MSシステムの質量検出器のTotal Ion Chromatogramにおける各ピークの積分値を内部標準および分子量で割算した値を算出し、その和を全脂肪酸料として、全脂肪酸中のモル分率(mol−%)で各脂肪酸の組成を示した。なお、質量分析器で検出されるフラグメント強度は物質によって異なり、分子量を単純に反映しない事が知られているが、同一条件で分析した際の再現性・定量性は非常に高く、相対的な比較は十分に可能である。
解析結果1
本発明で取得したDc4DES遺伝子のペトロセリン酸生産に対する効果を調べるために、CaMV35Sプロモーターの制御下にDc4DES遺伝子を発現するpB−4DESコンストラクトを用いて常時全身発現型の形質転換植物を作製した。この形質転換植物から葉を採取し、油脂成分を抽出して上述の方法により脂肪酸組成分析をおこなった。なお、脂肪酸成分としては、ペトロセリン酸および、ペトロセリン酸の前駆体であるcis−4−ヘキサデセン酸(16:1Δ4)について解析を行った。これらモノエン不飽和脂肪酸の分析結果を表6に示す。
その結果、野生型のシロイヌナズナでは合成されないペトロセリン酸がpB−Dc4DESを導入した形質転換体の葉中では全脂肪酸の7.67wt%が蓄積していた。すなわち、ニンジン由来のDc4DES遺伝子を用いることにより植物細胞中で効率的にペトロセリン酸を生産することが可能であることが示された(表6)。また、既に報告されているタバコの培養細胞にコリアンダー由来のCs4DES遺伝子を導入した場合のペトロセリン酸含量が2.7wt%であることから(特許文献1)、ペトロセリン酸の合成・蓄積において、コリアンダー由来のCs4DES遺伝子よりもニンジン由来のDc4DES遺伝子の機能が優れていることが判明した。
解析結果2
種子特異的に発現するナタネのナピンプロモーターを用いて種子特異的にDc4DES遺伝子、Cs4DES遺伝子、DcPTE遺伝子を発現する形質転換植物を作製し、これらの種子から油脂成分を抽出して上述の方法により脂肪酸組成分析をおこなった。モノエン不飽和脂肪酸の分析結果を表7に示す。なお、表7中“NT”はnot testedの略である。
その結果、pN−Cs4DESを導入した形質転換体の種子において0.81mol%のペトロセリン酸が蓄積していた。これに対し、pN−Dc4DESを導入した形質転換体の種子に蓄積しているペトロセリン酸は0.89mol%であり、種子中でのペトロセリン酸の合成・蓄積においてもコリアンダー由来のCs4DES遺伝子よりもニンジン由来のDc4DES遺伝子の機能が優れていた。
pN−Dc4DES−DcPTEを導入した形質転換体の場合は、1.83mol%のペトロセリン酸が蓄積していた。すなわち、Cs4DES遺伝子のみを導入した場合と比較して、ペトロセリン酸の蓄積量が226%に増加しており、ペトロセリノイル−ACPに高い基質特異性を持つDcPTEを導入することによりペトロセリン酸の生産が促進された。すなわち、Dc4DES遺伝子とDcPTE遺伝子とを共発現することにより、Dc4DES遺伝子を単独で発現させた場合に比較して遥かに高いペトロセリン酸蓄積量を示す効果がある事が判明した。また、従来技術であるコリアンダー由来Cs4DES遺伝子を単独で用いた場合と比較すると、2倍以上に近い値が得られた。これまでに4DES遺伝子と共発現させることによってペトロセリン酸蓄積量を高めることを可能にするペトロセリン酸生合成系遺伝子は全く知られておらず、これは世界初の発見である。
また、表6に示すように、Dc4DES遺伝子を発現で発現させるか、もしくはDc4DES遺伝子及びDcPTE遺伝子を共発現させることにより、ペトロセリン酸のみならず、cis−8−イコセン酸の生産が可能であることを発見した。また、Dc4DES遺伝子及びDcPTE遺伝子を共発現させた場合には、Dc4DES遺伝子を単独で発現させた場合と比較してcis−8−イコセン酸の生産量を増加できることが確認できた。なお、cis−8−イコセン酸はこれまでに植物での生産例はない。
解析結果3
さらに、Dc4DES遺伝子またはDcPTE遺伝子を単独で発現させた形質転換植物と、Dc4DES遺伝子及びDcPTE遺伝子を共発現させた形質転換植物における、飽和脂肪酸を含む各脂肪酸組成の分析をおこなった。
その結果、野生株とCs4DES遺伝子、Dc4DES遺伝子導入形質転換植物に対して、DcPTE遺伝子を単独で、あるいはDcPTE遺伝子とDc4DES遺伝子を共発現させた形質転換体では種子中の飽和脂肪酸含量が有意に増加している事が判明した(図9)。DcPTE遺伝子を導入した植物種子中のステアリン酸(C18:0)、イコサン酸(C20:0)、ドコサン酸(C22:0)の含量は、DcPTE遺伝子を導入していない植物種子中含量の2倍近くに達していた。DcPTE遺伝子は、推定アミノ酸配列に基づく分子系統樹解析から、不飽和脂肪酸−ACPに特異性を有するFat Aと呼ばれる群のチオエステラーゼ遺伝子として分類されている。また、実施例2に示すようにペテロセリノイルACPに基質特異性を示すとの結果から、不飽和脂肪酸含量を高める効果は予期できるものの、飽和脂肪酸の増産効果は予想し難いことから、DcPTE遺伝子は当業者の予測できない格別顕著な効果を有する遺伝子であることが判明した。
植物由来脂肪酸を酸化分解することによってナイロン原料(ジカルボン酸)を製造する場合に、DcPTE遺伝子の持つ「ペトロセリン酸蓄積促進効果に加えてC18以上の飽和脂肪酸含量を高める効果」は非常に有利な性質となると考えられる。すなわち、飽和脂肪酸含量を増加により、相対的にペトロセリン酸以外の不飽和脂肪酸(酸化分解されるので不純物生成の原因となる)含量を下げることとなる。また、この効果はDc4DES遺伝子等の他の遺伝子と併用しなくても単独で得られるので、樹脂原料製造を目的としたペトロセリン酸蓄積以外の用途(飽和脂肪酸生産等)へも応用することができる。
Next, a transformed plant into which the Dc4DES gene cloned in Example 1 and the DcPTE gene cloned in Example 2 were introduced was prepared, and the ability to synthesize petroceric acid in the transformed plant was examined. That is, a transformed plant into which the Dc4DES gene was introduced alone, a transformed plant into which the DcPTE gene was introduced alone, and a transformed plant into which both the Dc4DES gene and the DcPTE gene were introduced were prepared.
Preparation of DNA construct for constant systemic expression Among vectors used for transformation, a vector for constant systemic expression is shown in FIG. In FIG. 7, “Pnos” means a nopaline synthase promoter derived from Agrobacterium, “Tnos” means a nopaline synthase terminator derived from Agrobacterium, “P35S” means a CaMV35S promoter, and “NPT II” means neomycin. Refers to the phosphotransferase II gene.
Specifically, the GUS gene contained in the plant expression vector pBI121 (Clontech) was replaced with the cDNA sequence of the Dc4DES gene.
The DNA fragment encoding the ORF region of the Dc4DES gene was amplified by PCR using primers designed to add BamHI at the 5 ′ end and Sac I sequence at the 3 ′ end. This PCR product was mixed with pSTBlue1 (Novagen cloning vector), and an equal amount of TaKaRa Ligation kit ver. 2 was added and ligation reaction was performed at 16 ° C. for 30 minutes. The total amount of the reaction solution was added to 50 μl of competent cells (E. coli DH5α, manufactured by TOYOBO), and transformation was performed according to the protocol specified by the manufacturer. A plasmid was prepared from the obtained transformant (grown on an LB agar medium containing 50 μg / ml kanamycin). The resulting plasmid was treated with restriction enzymes (Bam HI and Sac I). Next, restriction enzyme treatment (Bam HI and Sac I) was similarly performed in order to excise the GUS gene linked downstream of the CaMV35S promoter in pBI121. These restriction enzyme digestion products were subjected to 0.8% agarose gel electrophoresis, and QIAquick gel extraction kit and Geneclean II (BIO 101) manufactured by QIAGEN were used to remove the DNA fragment containing Dc4DES gene and the backbone of pBI121 (GUS gene was removed) Were separated and purified.
The mixture was mixed so that the ratio of the backbone fragment of pBI121 and the DNA fragment to be inserted (Dc4DES gene) was 1:10, and an equal amount of TaKaRa Ligation kit ver. The ligation reaction was performed at 16 ° C. for 30 minutes using 2. The total amount of the reaction solution was added to 100 μl of competent cells (E. coli strain DH5α, TOYOBO), and transformation was performed according to the manufacturer's designated protocol. The solution was applied to an LB agar medium containing 50 μg / ml kanamycin and cultured overnight.
On the other hand, the vector for co-expressing the Dc4DES gene and the DcPTE gene (FIG. 6 (D)) is unique in the vicinity of LB of T-DNA in the expression vector for Dc4DES expression shown in FIG. 6 (A). It was prepared by inserting an expression unit (DNA fragment containing a promoter and terminator) of the DcPTE gene between the Eco RI site and the Dra III site. The DcPTE gene expression unit was amplified by PCR using primers designed to add Eco RI site and Dra III site at both ends.
Production of Seed-Specific Expression Constructs Of the vectors used for transformation, seed-specific expression vectors are shown in FIGS. 8 (A) to (D). In FIG. 8 (A) to (D), “Pnap” means a napin A promoter derived from rapeseed (B. campestriscv. Kizakinonatane). The promoter is known to be used by Monsanto for controlling rapeseed oil content.
Specifically, a seed-specific expression vector was prepared by replacing the CaMV35S promoter in the vector shown in FIG. 7 with a rapeseed napin A promoter. In addition, the GUS gene was replaced with the cDNA sequence of Dc4DES gene, DcPTE gene or Cs4DES.
On the other hand, the vector for co-expressing the Dc4DES gene and the DcPTE gene (FIG. 8 (D)) is unique in the vicinity of the LB of T-DNA in the expression vector for Dc4DES expression shown in FIG. 8 (A). It was prepared by inserting an expression unit (DNA fragment containing a promoter and terminator) of the DcPTE gene between the Eco RI site and the Dra III site. The DcPTE gene expression unit was amplified by PCR using primers designed to add Eco RI site and Dra III site at both ends.
Gene introduction into Agrobacterium by electroporation Agrobacterium was transformed by electroporation (electroporation) using the prepared plasmid. 40 μl of Agrobacterium tumefaciens (LBA4404 strain) competent cell prepared by a conventional method was dissolved, 5 μl (25 μg) of the DNA solution was added, and the mixture was allowed to stand on ice for 1-2 minutes. Subsequently, it was placed in an ice-cooled BIO-RAD cuvette (0.2 cm) and a pulse current of 1.25 kV and 10 μF was applied using a Shimadzu gene introduction device. Immediately after that, 460 μl of cooled SOC medium was added and cultured at 28 ° C. for 1 hour. A transformant was selected by applying to an LB agar medium containing 50 μg / ml kanamycin and 50 μg / ml rifampicin and culturing overnight. After single-colony isolation was performed on the appeared transformed colonies, a plurality of colonies were picked and the presence of the target plasmid DNA was confirmed by PCR.
Preparation of Arabidopsis Transformant by Vacuum Infiltration Method Arabidopsis thaliana et. Columbia was transformed by the vacuum infiltration method. The vacuum infiltration method is described in Shujunsha, Model Plant Experiment Protocol, 2001, 109-113 pp. Performed according to.
Next, Arabidopsis thaliana with reduced pressure infiltration was cultivated, and the collected seed was used as a transformed first generation seed (T1 seed). However, these are treated as transformed generation seeds for convenience, but not all seeds of this seed population have been transformed.
Next, transformed first generation seeds in a medium containing kanamycin (Murashige & Skog basic medium supplemented with 0.5 g / L MES, 10 g / L sucrose, 8 g / L Agar, 100 mg / L carbericillin, 50 mg / L kanamylin) And germinated under light conditions. A transformed individual (having kanamycin resistance and growing normally) was selected after growing for about 1 to 2 weeks. Individuals in which the true leaves were normally developed were transplanted again to the same medium, grown for about 1 to 2 weeks, and reselected. The obtained line was used as a transformed first generation plant (T1 plant). The kanamycin resistant line was transplanted to non-sterile vermiculite and cultivated by acclimatization to a non-sterile environment.
Next, about 100 mg of rosette leaves were collected from the transformed first generation plants and pulverized under liquid nitrogen freezing. DNA was prepared using a DNA preparation kit (DNeasy plant mini kit) manufactured by QIAGEN according to the standard protocol attached to the kit. PCR amplification was performed using Ex Taq DNA polymerase from Takara Bio, using PCR primers targeting the drug resistance gene (NPTII) in T-DNA and the introduced fatty acid synthesis gene.
The obtained PCR amplification product fragment was electrophoresed with TAE buffer using 0.8% agarose gel and then stained with ethidium bromide to confirm the amplification of the target fragment. The presence or absence of gene transfer was determined by the presence or absence of amplification.
Next, the above-described line in which T-DNA introduction was confirmed was continuously cultivated, and the collected seed was used as a transformed second generation seed (T2 seed). 15 or more T2 seeds were harvested for each construct and used for the following fatty acid composition analysis.
Fatty acid composition analysis protocol for Arabidopsis seeds In order to analyze the fatty acid composition in seeds, seed fatty acids were methyl esterified with hydrochloric acid-methanol, and the n-hexane extract was analyzed by GC-MS. In addition, BHT (Butylated hydrogentoluene) was added as an antioxidant for the sample. In addition, a methanol solution of methyl ester (SIGMA) of pentadecanoic acid (C15: 0) not contained in vegetable oil as an internal standard was directly added to the seed after weighing, and used for correcting experimental errors when preparing samples for analysis.
As the n-hexane used for extraction, phthalate analytical grade n-hexane (Tokyo Kasei) was used. Thereby, the influence of the phthalate ester which shows the same behavior as a fatty acid during GC analysis can be excluded.
The protocol for qualitative analysis is shown in Table 3, and the protocol for quantitative analysis is shown in Table 4.
The spectrum obtained by the treatment according to the above protocol was analyzed under the conditions shown in Table 5. This condition is a condition in which oleic acid (C18: 1, Δ9) and petroceric acid (C18: 1, Δ6), which are positional isomers based on the double bond position, can be separated and analyzed by GC.
A value obtained by dividing the integrated value of each peak in the total ion chromatogram of the mass detector of the GC-MS system by the internal standard and the molecular weight is calculated, and the sum is used as the total fatty acid, and the molar fraction (mol- %) Shows the composition of each fatty acid. It is known that the fragment intensity detected by the mass spectrometer varies depending on the substance and does not simply reflect the molecular weight. However, the reproducibility and quantitative performance when analyzed under the same conditions are very high, and relative Comparisons are well possible.
Analysis result 1
In order to investigate the effect of the Dc4DES gene obtained in the present invention on the production of petrothelinic acid, a constantly whole body expression type transformed plant was prepared using the pB-4DES construct expressing the Dc4DES gene under the control of the CaMV35S promoter. Leaves were collected from this transformed plant, oil and fat components were extracted, and fatty acid composition analysis was performed by the method described above. In addition, as a fatty-acid component, it analyzed about cis-4-hexadecenoic acid (16: 1 (DELTA) 4) which is a petroceric acid and the precursor of a petroceric acid. Table 6 shows the analysis results of these monoene unsaturated fatty acids.
As a result, 7.67 wt% of all fatty acids accumulated in the leaves of the transformant into which pB-Dc4DES was introduced with petrothelic acid that was not synthesized in wild-type Arabidopsis thaliana. That is, it was shown that petroceric acid can be efficiently produced in plant cells by using the carrot-derived Dc4DES gene (Table 6). Moreover, since the petroseric acid content in the case where the Cs4DES gene derived from coriander has been introduced into a cultured cell of tobacco that has already been reported is 2.7 wt% (patent document 1), in the synthesis and accumulation of petrothelinic acid, it is derived from coriander. It was found that the function of the carrot-derived Dc4DES gene is superior to that of the Cs4DES gene.
Analysis result 2
Using the rapeseed napin promoter that expresses seeds specifically, transgenic plants expressing Dc4DES gene, Cs4DES gene, and DcPTE gene are produced specifically, and oil and fat components are extracted from these seeds by the method described above. Fatty acid composition analysis was performed. Table 7 shows the analysis results of the monoene unsaturated fatty acid. In Table 7, “NT” is an abbreviation for “not tested”.
As a result, 0.81 mol% of petroceric acid was accumulated in the seeds of the transformant introduced with pN-Cs4DES. On the other hand, the amount of petroceric acid accumulated in the seeds of the transformant introduced with pN-Dc4DES was 0.89 mol%, and the carrot was also more carrot than Coriander-derived Cs4DES gene in the synthesis and accumulation of petrothelic acid in the seeds. The function of the derived Dc4DES gene was excellent.
In the case of the transformant introduced with pN-Dc4DES-DcPTE, 1.83 mol% of petroceric acid was accumulated. That is, compared to the case where only the Cs4DES gene was introduced, the amount of accumulated petrothelinic acid increased to 226%, and the introduction of DcPTE having high substrate specificity into petroselinoyl-ACP produced petroselinic acid. Was promoted. That is, it was found that co-expression of the Dc4DES gene and the DcPTE gene has an effect of showing a much higher amount of accumulated petroceric acid than when the Dc4DES gene is expressed alone. Moreover, when compared with the case where the Coriander-derived Cs4DES gene, which is a conventional technique, was used alone, a value nearly doubled was obtained. So far, no petrothelinic acid biosynthetic gene has been known, which makes it possible to increase the amount of petrothelic acid accumulation by co-expression with the 4DES gene, which is the first discovery in the world.
Moreover, as shown in Table 6, it is possible to produce not only petroceric acid but also cis-8-icosenoic acid by expressing the Dc4DES gene by expression or by co-expressing the Dc4DES gene and the DcPTE gene. I found Moreover, when the Dc4DES gene and the DcPTE gene were co-expressed, it was confirmed that the amount of cis-8-icosenoic acid produced could be increased compared to the case where the Dc4DES gene was expressed alone. In addition, cis-8-icosenoic acid has not been produced in plants so far.
Analysis result 3
Furthermore, each fatty acid composition including saturated fatty acid was analyzed in a transformed plant in which the Dc4DES gene or the DcPTE gene was expressed alone and in a transformed plant in which the Dc4DES gene and the DcPTE gene were co-expressed.
As a result, the saturated fatty acid content in the seeds was significantly increased in the transformant in which the DcPTE gene alone or the DcPTE gene and the Dc4DES gene were co-expressed with respect to the wild strain and the Cs4DES gene-transformed plant. (Fig. 9). The content of stearic acid (C18: 0), icosanoic acid (C20: 0), and docosanoic acid (C22: 0) in plant seeds into which the DcPTE gene has been introduced is twice that in plant seeds into which the DcPTE gene has not been introduced. It was close. The DcPTE gene is classified as a group of thioesterase genes called Fat A having specificity for unsaturated fatty acid-ACP based on molecular phylogenetic tree analysis based on the deduced amino acid sequence. In addition, as shown in Example 2, the results showed that the substrate specificity of Peterserinoyl ACP is shown, but although the effect of increasing the unsaturated fatty acid content can be expected, the effect of increasing the production of saturated fatty acids is difficult to predict. It turned out to be a gene that had an exceptionally remarkable effect that could not be predicted by a vendor.
When producing nylon raw materials (dicarboxylic acids) by oxidative degradation of plant-derived fatty acids, the “effect of increasing saturated fatty acid content of C18 or higher in addition to the effect of promoting the accumulation of petrothelic acid” possessed by the DcPTE gene is a very advantageous property. It is thought that it becomes. That is, by increasing the saturated fatty acid content, the content of unsaturated fatty acids other than petroceric acid (causing oxidative degradation and causing impurities to be generated) is lowered. Moreover, since this effect can be obtained independently without using in combination with other genes such as Dc4DES gene, it can be applied to uses other than the accumulation of petroceric acid for the production of resin raw materials (saturated fatty acid production, etc.). .

本発明によれば、ペトロセリン酸の製造においてその合成量を増加させるために用いる新規遺伝子を提供することができ、当該遺伝子を用いた新規なペトロセリン酸の製造方法を提供することができる。本発明に係るペトロセリン酸の製造に関与する遺伝子を用いれば、例えば植物種子内に多量にペトロセリン酸を蓄積することができる。
本明細書で引用した全ての刊行物、特許および特許出願をそのまま参考として本明細書にとり入れるものとする。
[配列表]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the novel gene used in order to increase the amount of the synthesis | combination in manufacture of a petroceric acid can be provided, and the manufacturing method of the novel petroceric acid using the said gene can be provided. If a gene involved in the production of petrothelic acid according to the present invention is used, for example, petroselinic acid can be accumulated in large amounts in plant seeds.
All publications, patents and patent applications cited herein are incorporated herein by reference in their entirety.
[Sequence Listing]

Claims (8)

配列番号4又は6に示すアミノ酸配列を含むタンパク質をコードする遺伝子。  A gene encoding a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4 or 6. 請求項1記載の遺伝子を有する発現ベクター。  An expression vector having the gene according to claim 1. 請求項1記載の遺伝子を導入してなる形質転換体。  A transformant into which the gene according to claim 1 has been introduced. 配列番号2に示すアミノ酸配列を含むタンパク質をコードするニンジン由来Δ4−パルミトイルACPデサチュラーゼ遺伝子を導入したことを特徴とする請求項3記載の形質転換体。  4. The transformant according to claim 3, wherein a carrot-derived Δ4-palmitoyl ACP desaturase gene encoding a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 has been introduced. 請求項1記載の遺伝子及び配列番号2に示すアミノ酸配列を含むタンパク質をコードするニンジン由来Δ4−パルミトイルACPデサチュラーゼ遺伝子を導入したことを特徴とするペトロセリン酸生産能を有する形質転換植物細胞もしくは形質転換植物個体。  A transformed plant cell or a transformed plant having the ability to produce petroselinic acid, wherein a carrot-derived Δ4-palmitoyl ACP desaturase gene encoding a protein comprising the gene according to claim 1 and the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 is introduced. individual. 請求項1記載の遺伝子を導入したことを特徴とする飽和脂肪酸増産能を有する形質転換植物細胞もしくは形質転換植物個体。  A transformed plant cell or a transformed plant individual having the ability to increase saturated fatty acid, wherein the gene according to claim 1 is introduced. 請求項1記載の遺伝子を植物細胞に導入し、形質転換植物を作製する工程と、
上記形質転換植物から採取した組織から飽和脂肪酸を抽出する工程とを備える、飽和脂肪酸の製造方法。
Introducing the gene according to claim 1 into a plant cell to produce a transformed plant;
And a step of extracting a saturated fatty acid from the tissue collected from the transformed plant.
形質転換植物は配列番号2に示すアミノ酸配列を含むタンパク質をコードするニンジン由来Δ4−パルミトイルACPデサチュラーゼ遺伝子をさらに導入したものであることを特徴とする請求項7記載の飽和脂肪酸の製造方法。  The method for producing a saturated fatty acid according to claim 7, wherein the transformed plant is further introduced with a carrot-derived Δ4-palmitoyl ACP desaturase gene encoding a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2.
JP2007523443A 2005-06-30 2006-06-29 A novel gene involved in biosynthesis of petrothelic acid, a method for producing petrothelic acid Expired - Fee Related JP4840360B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007523443A JP4840360B2 (en) 2005-06-30 2006-06-29 A novel gene involved in biosynthesis of petrothelic acid, a method for producing petrothelic acid

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005191775 2005-06-30
JP2005191775 2005-06-30
PCT/JP2006/313449 WO2007004694A1 (en) 2005-06-30 2006-06-29 Novel gene involved in biosynthesis of petroselinic acid and process for production of petroselinic acid
JP2007523443A JP4840360B2 (en) 2005-06-30 2006-06-29 A novel gene involved in biosynthesis of petrothelic acid, a method for producing petrothelic acid

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2007004694A1 JPWO2007004694A1 (en) 2009-01-29
JP4840360B2 true JP4840360B2 (en) 2011-12-21

Family

ID=37604552

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007523443A Expired - Fee Related JP4840360B2 (en) 2005-06-30 2006-06-29 A novel gene involved in biosynthesis of petrothelic acid, a method for producing petrothelic acid

Country Status (5)

Country Link
JP (1) JP4840360B2 (en)
CN (1) CN101213298B (en)
AU (1) AU2006266760B2 (en)
CA (2) CA2614062C (en)
WO (1) WO2007004694A1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5430134A (en) * 1992-08-07 1995-07-04 Michigan State University Method for production of petroselinic acid and OMEGA12 hexadecanoic acid in transgenic plants
JP2002502263A (en) * 1997-06-03 2002-01-22 カルジーン エルエルシー Engineering of plant thioesterase and plant thioesterase with novel substrate specificity
JP2002521560A (en) * 1998-08-03 2002-07-16 カーギル インコーポレイテッド Biodegradable high oxidation stable oil

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
HUT76842A (en) * 1994-08-31 1997-11-28 Du Pont Nucleotide sequences of canola and soybean palmitoyl-acp thioesterase genes and their use in the regulation of fatty acid content of the oils of soybean and canola plants
WO1997012047A1 (en) * 1995-09-29 1997-04-03 Calgene, Inc. Plant stearoyl-acp thioesterase sequences and methods to increase stearate content in plant seed oils
GB9918022D0 (en) * 1999-07-30 1999-09-29 Unilever Plc Skin care composition

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5430134A (en) * 1992-08-07 1995-07-04 Michigan State University Method for production of petroselinic acid and OMEGA12 hexadecanoic acid in transgenic plants
JP2002502263A (en) * 1997-06-03 2002-01-22 カルジーン エルエルシー Engineering of plant thioesterase and plant thioesterase with novel substrate specificity
JP2002521560A (en) * 1998-08-03 2002-07-16 カーギル インコーポレイテッド Biodegradable high oxidation stable oil

Also Published As

Publication number Publication date
AU2006266760B2 (en) 2011-12-15
JPWO2007004694A1 (en) 2009-01-29
CA2614062C (en) 2011-11-15
CN101213298A (en) 2008-07-02
CA2700545C (en) 2012-08-28
AU2006266760A1 (en) 2007-01-11
CA2614062A1 (en) 2007-01-11
CN101213298B (en) 2012-04-18
WO2007004694A1 (en) 2007-01-11
CA2700545A1 (en) 2007-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4481819B2 (en) Diacylglycerol acyltransferase nucleic acid sequences and related products
AU763296B2 (en) Limanthes oil genes
AU2013340445B2 (en) Improved acyltransferase polynucleotides, polypeptides, and methods of use
AU2013340443B2 (en) Enhanced acyltransferase polynucleotides, polypeptides, and methods of use
WO2013058655A1 (en) Methods and compositions for producing drimenol
AU2013340444B2 (en) Novel acyltransferase polynucleotides, polypeptides, and methods of use
JP2012130326A (en) New pinoresinol reductase gene and transformed plant having the gene transferred thereto
JP4840360B2 (en) A novel gene involved in biosynthesis of petrothelic acid, a method for producing petrothelic acid
JP2006502733A (en) Plant α-farnesene synthase and polynucleotide encoding the same
EP3423474B1 (en) A recombinant polynucleotide involved in lactone synthesis and process for synthesis of lactones thereof
KR101594985B1 (en) A RcLPAT299 genes derived from Ricinus communis L. and their uses in ricinoleic fatty acid
KR20110063923A (en) Delta-6 desaturase gene from sparus aurata and uses thereof
KR101594988B1 (en) RcLPAT376 genes specific to Ricinus communis L. anther and their uses in hydroxy fatty acid
KR101773338B1 (en) Novel gene for producing medium chain fatty acids and their uses
NZ521984A (en) Enzyme and polynucleotides encoding the sesquiterpene synthase, alpha-farnesene synthase

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100622

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100823

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20110517

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110810

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20110817

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110906

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110919

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4840360

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141014

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees