JP5219025B2 - Nucleic acid encoding a polypeptide having sesquiterpene synthase activity - Google Patents

Nucleic acid encoding a polypeptide having sesquiterpene synthase activity Download PDF

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Description

本発明は、セスキテルペンシンターゼ活性を有するポリペプチドをコードする核酸、セスキテルペンシンターゼ活性を有するポリペプチド、かかるポリペプチドを用いて有用セスキテルペンを製造する方法などに関するものである。   The present invention relates to a nucleic acid encoding a polypeptide having sesquiterpene synthase activity, a polypeptide having sesquiterpene synthase activity, a method for producing a useful sesquiterpene using such a polypeptide, and the like.

東南アジアを原生とする多年生根ハーブである野生ハナショウガは、苞に含まれる乳状物質が天然のシャンプーとして、あるいはいくつかの市販のシャンプーの成分として用いられてきたので、「シャンプージンジャー」としても広く知られている。加えて、シャンプージンジャーの新鮮な地下茎は、捻挫、消化不良、歯痛などの民間薬として広く用いられてきた。また、その香りは精神的なリフレッシュ作用を有するともいわれる。その幅広い特性のため、シャンプージンジャーは、世界中の多くの熱帯および亜熱帯地域において栽培されている。   Wild perennial root herb native to Southeast Asia has been widely used as a “shampoo ginger” because the milky substance contained in persimmon has been used as a natural shampoo or as a component of some commercial shampoos. Are known. In addition, fresh rhizomes of shampoo ginger have been widely used as folk medicine for sprains, indigestion, toothache and so on. The scent is said to have a mental refreshing effect. Because of its wide range of properties, shampoo ginger is cultivated in many tropical and subtropical regions around the world.

地下茎エッセンシャルオイルに豊富に存在するテルペノイドは薬理学的に有用であることから、近年、シャンプージンジャーは大変な注目を浴びている。テルペノイドは、多種多様な構造を有する天然の植物生成物である。テルペノイドの大部分は、植物と病原体との相互作用(非特許文献1)、植物と草食動物との相互作用(非特許文献2)、および植物と植物との相互作用(非特許文献3)において必須の役割を担うと考えられている。テルペノイドは、抗菌剤および抗癌剤としても有効であり、例えば、モノテルペノイド(C10)は抗発癌剤リモネン(非特許文献4)、セスキテルペノイド(C15)は抗マラリア薬アルテミシニン(非特許文献5)、そしてジテルペノイド(C20)は抗癌剤タクソール(非特許文献6)の有効成分として用いられている。 In recent years, shampoo ginger has received much attention because terpenoids present in abundance in rhizome essential oil are pharmacologically useful. Terpenoids are natural plant products with a wide variety of structures. Most of the terpenoids are in the interaction between plants and pathogens (Non-Patent Document 1), the interaction between plants and herbivores (Non-Patent Document 2), and the interaction between plants and plants (Non-Patent Document 3). It is considered to play an essential role. Terpenoids are also effective as antibacterial agents and anticancer agents. For example, monoterpenoids (C 10 ) are anti-carcinogenic agents limonene (Non-patent Document 4), and sesquiterpenoids (C 15 ) are antimalarial drugs artemisinin (Non-patent Document 5). In addition, diterpenoid (C 20 ) is used as an active ingredient of the anticancer agent taxol (Non-patent Document 6).

シャンプージンジャーの地下茎オイルは、主成分としてゼルンボン、α−フムレンおよびカンフェンを含むモノテルペン、セスキテルペン、およびジテルペンの複雑な混合物を含有する(非特許文献7)。シャンプージンジャーにおいて専ら見出される固有のセスキテルペンであるゼルムボンは、大腸癌および皮膚癌に対する有望な抗癌剤とされてきた(非特許文献8および9)。フムレン誘導体である5−ヒドロキシゼルンボンは、マウスのマクロファージにおいて、リポ多糖により誘導される酸化窒素生成を阻害することから、抗炎症剤としての可能性が示唆されている(非特許文献10)。しかしながら、これらの有用性にも関わらず、シャンプージンジャーにおけるテルペノイドの生合成のメカニズムおよび生理的機能については、ほとんど分かっていない。   Shampoo ginger rhizome oil contains a complex mixture of monoterpenes, sesquiterpenes, and diterpenes containing zerumbone, α-humulene and camphene as main components (Non-patent Document 7). Zelmbon, a unique sesquiterpene found exclusively in shampoo ginger, has been regarded as a promising anticancer agent for colon cancer and skin cancer (Non-Patent Documents 8 and 9). Since 5-hydroxy zerumbone, which is a humulene derivative, inhibits the production of nitric oxide induced by lipopolysaccharide in mouse macrophages, its potential as an anti-inflammatory agent has been suggested (Non-patent Document 10). . However, despite their usefulness, little is known about the mechanism and physiological function of terpenoid biosynthesis in shampoo ginger.

天然の植物において生成されるテルペノイドは少量であるため、精製により収量は少なく、そして純度は低くなり、かつ植物廃棄物が大量に生じる。さらに、テルペノイドは構造が複雑であるため、その生合成は難しく、高価である(非特許文献11)。これらの問題を解決するため、植物を用いてテルペノイドを大量に生成する方法の開発が望まれている。   Because of the small amount of terpenoids produced in natural plants, purification results in low yields, low purity, and large amounts of plant waste. Furthermore, since terpenoids have a complicated structure, their biosynthesis is difficult and expensive (Non-patent Document 11). In order to solve these problems, development of a method for producing a large amount of terpenoids using plants is desired.

植物におけるテルペノイドの生合成経路は、C10、C15、およびC20非環状前駆体であるゲラニルジリン酸(GPP)、ファルネシルジリン酸(FPP)およびゲラニルゲラニルジリン酸(GGPP)のそれぞれモノテルペン、セスキテルペンおよびジテルペンへの変換からなり(非特許文献12および13)、これらの変換は、テルペン(テルペノイド)シンターゼ(TPS)により触媒される。かかるテルペンシンターゼのうち、ファルネシルジリン酸をα−フムレンおよびβ−カリオフィレンに変換する酵素として、α−フムレンシンターゼが知られているが、α−フムレンを主生成物として得ることのできるα−フムレンシンターゼは同定されていなかった。また、かかるテルペンシンターゼのうち、β−ユーデスモールを主生成物として得ることのできる酵素も同定されていなかった。
Chen, X.Y., Chen, Y., Heinstein, P. and Davisson, J. (1995) Cloning, expression and characterization of (+)-δ-cadinene synthase: A catalyst for cotton phytoalexin biosynthesis. Arch. Biochem. Biophys. 20: 255-266. Pare, P.W. and Tumlison, J.H. (1999) Plant volatiles as a defense against insect herbivores. Plant Physiol. 121: 325-331. Kalsi, P.S., Goyal, R., Talwar, K.K. and Chhabra, B.B. (1989) Stereostructures of two biologically active sesquiterpene lactones from Inula Racemosa. Phytochemistry. 28: 2093-2096. Crowell, P. and Gould, M.N. (1994) Chemoprevention and therapy of cancer by d-limonene. Crit. Rev. Oncog. 5: 1-22. Klayman, D.L. (1985) Qinghaosu (artemisinin): an antimalarial drug from China. Science 228: 1049-1055. Wani, M.C., Taylor, H.L., Wall, M.E., Coggon, P. and McPhail, A.T. (1971) Plant antitumor agents. VI. The isolation and structure of taxol, a novel antileukemic and antitumor agent from Taxus brevifolia. J. Am. Chem. Soc. 93: 2325-2327. Chane, M.J., Vera, R. and Chalchat, J.C. (2003) Chemical composition of the essential oil from rhizomes, leaves and flowers of Zingiber zerumbet Smith from Reunion Island. J. Essent. Oil. Res. 15: 202-205. Tanaka, T., Shimizu, M., Kohno, H., et al. (2001) Chemoprevention of azoxymethane-induced rat aberrant crypt foci by dietary zerumbone isolated from Zingiber zerumbet. Life Sci. 69: 19351945. Murakami, A., Tanaka, T., Lee, J.-Y., et al. (2004) Zerumbone suppresses skin tumor initiation and promotion stages in mice: Involvement of induction of anti-oxidative and phase II drug metabolizing enzymes and inhibition of NF-kB-mediated cyclooxygenase-2 expression. Int. J. Cancer. 110:481-490. Jang, D.S., Min, H.Y., Kim, M.S., Han, A.R., Windono, T., Jeohn, G.H., Kang, S.S., Lee, S.K. and Seo, E.K. (2005) Humulene Derivatives from Zingiber zerumbet with the Inhibitory Effects on Lipopolysaccharide-Induced Nitric Oxide Production. Chem. Pharm. Bull. 53: 829-831. Martin, V.J.J., Pitera, D.J., Withers, S.T., Newman, J.D. and Keasling, J.D. (2003) Engineering a mevalonate pathway in Escherichia coli for production of terpenoids. Nat. Biotechnol. 21: 796-802. Cane, D.E. (1999) Sesquiterpene biosynthesis: cyclization mechanisms. In DE Cane, Comprehensive Natural Products Chemistry. Isoprenoids Including Carotenoids and Steroids, Vol 2 Pergamon Press, Oxford, pp 155-200. Wise, M.L. and Croteau, R. (1999) Monoterpene biosynthesis. In DE Cane, ed., Comprehensive Natural Products Chemistry. Isoprenoids Including Carotenoids and Steroids, Vol 2. Pergamon Press, Oxford, pp 97153.
Terpenoid biosynthetic pathways in plants are monoterpenes, sesquiterpenes of C 10 , C 15 , and C 20 acyclic precursors geranyl diphosphate (GPP), farnesyl diphosphate (FPP) and geranylgeranyl diphosphate (GGPP), respectively. And conversion to diterpenes (Non-Patent Documents 12 and 13), which are catalyzed by terpene (terpenoid) synthase (TPS). Among such terpene synthases, α-humulene synthase is known as an enzyme that converts farnesyl diphosphate into α-humulene and β-caryophyllene. However, α-humum can be obtained as a main product. Ren synthase has not been identified. Moreover, the enzyme which can obtain (beta) -eudesmol as a main product among this terpene synthase was not identified.
Chen, XY, Chen, Y., Heinstein, P. and Davisson, J. (1995) Cloning, expression and characterization of (+)-δ-cadinene synthase: A catalyst for cotton phytoalexin biosynthesis. Arch. Biochem. Biophys. 20 : 255-266. Pare, PW and Tumlison, JH (1999) Plant volatiles as a defense against insect herbivores.Plant Physiol.121: 325-331. Kalsi, PS, Goyal, R., Talwar, KK and Chhabra, BB (1989) Stereostructures of two biologically active sesquiterpene lactones from Inula Racemosa. Phytochemistry. 28: 2093-2096. Crowell, P. and Gould, MN (1994) Chemoprevention and therapy of cancer by d-limonene. Crit. Rev. Oncog. 5: 1-22. Klayman, DL (1985) Qinghaosu (artemisinin): an antimalarial drug from China.Science 228: 1049-1055. Wani, MC, Taylor, HL, Wall, ME, Coggon, P. and McPhail, AT (1971) Plant antitumor agents.VI.The isolation and structure of taxol, a novel antileukemic and antitumor agent from Taxus brevifolia.J. Am. Chem. Soc. 93: 2325-2327. Chane, MJ, Vera, R. and Chalchat, JC (2003) Chemical composition of the essential oil from rhizomes, leaves and flowers of Zingiber zerumbet Smith from Reunion Island.J. Essent. Oil. Res. 15: 202-205. Tanaka, T., Shimizu, M., Kohno, H., et al. (2001) Chemoprevention of azoxymethane-induced rat aberrant crypt foci by dietary zerumbone isolated from Zingiber zerumbet.Life Sci. 69: 19351945. Murakami, A., Tanaka, T., Lee, J.-Y., et al. (2004) Zerumbone suppresses skin tumor initiation and promotion stages in mice: Involvement of induction of anti-oxidative and phase II drug metabolizing enzymes and inhibition of NF-kB-mediated cyclooxygenase-2 expression. Int. J. Cancer. 110: 481-490. Jang, DS, Min, HY, Kim, MS, Han, AR, Windono, T., Jeohn, GH, Kang, SS, Lee, SK and Seo, EK (2005) Humulene Derivatives from Zingiber zerumbet with the Inhibitory Effects on Lipopolysaccharide -Induced Nitric Oxide Production. Chem. Pharm. Bull. 53: 829-831. Martin, VJJ, Pitera, DJ, Withers, ST, Newman, JD and Keasling, JD (2003) Engineering a mevalonate pathway in Escherichia coli for production of terpenoids. Nat. Biotechnol. 21: 796-802. Cane, DE (1999) Sesquiterpene biosynthesis: cyclization mechanisms.In DE Cane, Comprehensive Natural Products Chemistry.Isoprenoids Including Carotenoids and Steroids, Vol 2 Pergamon Press, Oxford, pp 155-200. Wise, ML and Croteau, R. (1999) Monoterpene biosynthesis.In DE Cane, ed., Comprehensive Natural Products Chemistry.Isoprenoids Including Carotenoids and Steroids, Vol 2.Pergamon Press, Oxford, pp 97153.

本発明の解決課題は、有用テルペン類を生成する酵素およびそれをコードする核酸を提供し、それらを利用して有用テルペン類を大量に製造することであった。   The problem to be solved by the present invention was to provide an enzyme that produces useful terpenes and a nucleic acid that encodes them, and to produce useful terpenes in large quantities using them.

本発明者は、上記事情に鑑み鋭意研究を重ねた結果、ハナショウガから次のような酵素をコードする核酸を単離することに先行した。すなわち、ファルネシルジリン酸からβ−カリオフィレンをほとんど生成することなくα−フムレンを生成することのできるα−フムレンシンターゼをコードする核酸の単離に成功した。さらに本発明者は、ファルネシルジリン酸から副産物をほとんど生成することなくβ−ユーデスモールを生成することのできるセスキテルペンシンターゼをコードする核酸の単離に成功した。これらのことから本発明者は本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies in view of the above circumstances, the present inventor has preceded the isolation of a nucleic acid encoding the following enzyme from Hana ginger. That is, the present inventors succeeded in isolating a nucleic acid encoding α-humulene synthase that can generate α-humulene with little formation of β-caryophyllene from farnesyl diphosphate. Furthermore, the present inventors have succeeded in isolating a nucleic acid encoding a sesquiterpene synthase that can produce β-eudesmol with little by-product from farnesyl diphosphate. From these facts, the present inventor has completed the present invention.

すなわち、本発明は:
(1)セスキテルペンシンターゼ活性を有するポリペプチドをコードする核酸であって、
(a)配列番号:1〜6のいずれかのヌクレオチド配列を有する核酸、
(b)配列番号:1〜6のいずれかのヌクレオチド配列において、1または数個のヌクレオチドが欠失、置換若しくは付加されたヌクレオチド配列を有する核酸、
(c)(a)または(b)の核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし得る核酸、および
(d)配列番号:1〜6のいずれかのヌクレオチド配列と50%以上の相同性を有するヌクレオチド配列を有する核酸、
からなる群より選択される、核酸;
(2)α−フムレンシンターゼ活性を有するポリペプチドをコードする核酸であって、
(a)配列番号:1のヌクレオチド配列を有する核酸、
(b)配列番号:1のヌクレオチド配列において、1または数個のヌクレオチドが欠失、置換若しくは付加されたヌクレオチド配列を有する核酸、
(c)(a)または(b)の核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし得る核酸、および
(d)配列番号:1のヌクレオチド配列と50%以上の相同性を有するヌクレオチド配列を有する核酸、
からなる群より選択される、(1)記載の核酸;
(3)配列番号:1のヌクレオチド配列からなる(2)記載の核酸;
(4)β−ユーデスモールシンターゼ活性を有するポリペプチドをコードする核酸であって、
(a)配列番号:5のヌクレオチド配列を有する核酸、
(b)配列番号:5のヌクレオチド配列において、1または数個のヌクレオチドが欠失、置換若しくは付加されたヌクレオチド配列を有する核酸、
(c)(a)または(b)の核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし得る核酸、および
(d)配列番号:5のヌクレオチド配列と50%以上の相同性を有するヌクレオチド配列を有する核酸、
からなる群より選択される、(1)記載の核酸;
(5)配列番号:5のヌクレオチド配列からなる(2)記載の核酸;
(6)セスキテルペンシンターゼ活性を有するポリペプチドであって、
(a)配列番号:8〜13のいずれかのアミノ酸配列を有するポリペプチド、
(b)配列番号:8〜13のいずれかのアミノ酸配列において、1または数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を有するポリペプチド、および
(c)配列番号:8〜13のいずれかのアミノ酸配列と50%以上の相同性を有するアミノ酸配列を有するポリペプチド、
からなる群より選択される、ポリペプチド;
(7)α−フムレンシンターゼ活性を有するポリペプチドであって、
(a)配列番号:8のアミノ酸配列を有するポリペプチド、
(b)配列番号:8のアミノ酸配列において、1または数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を有するポリペプチド、および
(c)配列番号:8のアミノ酸配列と50%以上の相同性を有するアミノ酸配列を有するポリペプチド、
からなる群より選択される、(6)記載のポリペプチド;
(8)配列番号:8のアミノ酸配列からなる(7)記載のポリペプチド;
(9)β−ユーデスモールシンターゼ活性を有するポリペプチドであって、
(a)配列番号:12のアミノ酸配列を有するポリペプチド、
(b)配列番号:12のアミノ酸配列において、1または数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を有するポリペプチド、および
(c)配列番号:12のアミノ酸配列と50%以上の相同性を有するアミノ酸配列を有するポリペプチド、
からなる群より選択される、(6)記載のポリペプチド;
(10)配列番号:12のアミノ酸配列からなる(9)記載のポリペプチド;
(11)(1)〜(5)のいずれかに記載の核酸を含むベクター;
(12)(1)〜(5)のいずれかに記載の核酸または(11)記載のベクターを細胞または植物に導入し、細胞または植物を培養または成長させることを特徴とする、セスキテルペンの製造方法;
(13)(2)または(3)記載の核酸またはそれを含むベクターを細胞または植物に導入し、細胞または植物を培養または成長させることを特徴とする、α−フムレンの製造方法;
(14)(4)または(5)記載の核酸またはそれを含むベクターを細胞または植物に導入し、細胞または植物を培養または成長させることを特徴とする、β−ユーデスモールの製造方法;
(15)(6)記載のポリペプチドを基質と反応させることを特徴とする、セスキテルペンの製造方法;
(16)(7)または(8)記載のポリペプチドを基質と反応させることを特徴とする、α−フムレンの製造方法;
(17)(9)または(10)記載のポリペプチドを基質と反応させることを特徴とする、β−ユーデスモールの製造方法
を提供するものである。
That is, the present invention provides:
(1) a nucleic acid encoding a polypeptide having sesquiterpene synthase activity,
(A) a nucleic acid having any one of the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 1 to 6,
(B) a nucleic acid having a nucleotide sequence in which one or several nucleotides are deleted, substituted or added in any one of the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 1 to 6,
(C) a nucleic acid capable of hybridizing with the nucleic acid of (a) or (b) under stringent conditions, and (d) having 50% or more homology with any one of the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 1 to 6 A nucleic acid having a nucleotide sequence,
A nucleic acid selected from the group consisting of:
(2) a nucleic acid encoding a polypeptide having α-humulene synthase activity,
(A) a nucleic acid having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1,
(B) a nucleic acid having a nucleotide sequence in which one or several nucleotides are deleted, substituted or added in the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1,
(C) a nucleic acid capable of hybridizing with the nucleic acid of (a) or (b) under stringent conditions, and (d) a nucleic acid having a nucleotide sequence having 50% or more homology with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. ,
The nucleic acid according to (1), selected from the group consisting of:
(3) The nucleic acid according to (2), comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1;
(4) a nucleic acid encoding a polypeptide having β-eudesmol synthase activity,
(A) a nucleic acid having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5,
(B) a nucleic acid having a nucleotide sequence in which one or several nucleotides have been deleted, substituted or added in the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5;
(C) a nucleic acid capable of hybridizing with the nucleic acid of (a) or (b) under stringent conditions, and (d) a nucleic acid having a nucleotide sequence having 50% or more homology with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5 ,
The nucleic acid according to (1), selected from the group consisting of:
(5) The nucleic acid according to (2), comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5;
(6) A polypeptide having sesquiterpene synthase activity,
(A) a polypeptide having any one of the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 8 to 13,
(B) a polypeptide having an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in any one of the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 8 to 13; and (c) of SEQ ID NOs: 8 to 13 A polypeptide having an amino acid sequence having 50% or more homology with any amino acid sequence,
A polypeptide selected from the group consisting of:
(7) A polypeptide having α-humulene synthase activity,
(A) a polypeptide having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8;
(B) a polypeptide having an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8, and (c) 50% or more of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8 A polypeptide having an amino acid sequence having homology,
The polypeptide according to (6), selected from the group consisting of:
(8) The polypeptide according to (7), comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8;
(9) A polypeptide having β-eudesmol synthase activity,
(A) a polypeptide having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 12,
(B) a polypeptide having an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 12, and (c) 50% or more of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 12 A polypeptide having an amino acid sequence having homology,
The polypeptide according to (6), selected from the group consisting of:
(10) The polypeptide according to (9), comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 12;
(11) A vector comprising the nucleic acid according to any one of (1) to (5);
(12) Production of a sesquiterpene, wherein the nucleic acid according to any one of (1) to (5) or the vector according to (11) is introduced into a cell or plant, and the cell or plant is cultured or grown. Method;
(13) A method for producing α-humulene, wherein the nucleic acid according to (2) or (3) or a vector containing the nucleic acid is introduced into a cell or plant, and the cell or plant is cultured or grown;
(14) A method for producing β-eudesmol, comprising introducing the nucleic acid according to (4) or (5) or a vector containing the nucleic acid into a cell or plant, and culturing or growing the cell or plant;
(15) A method for producing a sesquiterpene, comprising reacting the polypeptide according to (6) with a substrate;
(16) A method for producing α-humulene, comprising reacting the polypeptide according to (7) or (8) with a substrate;
(17) Provided is a method for producing β-eudesmol, which comprises reacting the polypeptide according to (9) or (10) with a substrate.

本発明により、テルペン類を生産する酵素、それらをコードする核酸、それらを用いるテルペン類の大量生産方法などが提供される。詳細には、セスキテルペン類を生産する酵素、それらをコードする核酸、それらを用いるセスキテルペン類の大量生産方法などが提供される。セスキテルペンには香料や防虫剤として有用なものが多く、例えば、スズランの香りを有するファルネソール、ホップの主成分であるフムレン類、回虫駆除薬であるα−サントニンなどがある。さらに上述のように、シャンプージンジャーにおいて専ら見出される固有のセスキテルペンであるゼルムボンは大腸癌および皮膚癌に対する抗癌剤として有望視されており、フムレン誘導体である5−ヒドロキシゼルンボンは抗炎症剤としての可能性が示唆されている。特に本発明により、抗菌作用などの生理活性を有するα−フムレンを主生成物として生成することのできるポリペプチド、それをコードする核酸、該核酸を含むベクターや細胞、これらを用いてα−フムレンを製造する方法などが提供される。さらに本発明により、抗うつ作用などの生理活性を有するβ−ユーデスモールを主生成物として生成することのできるポリペプチド、それをコードする核酸、該核酸を含むベクターや細胞、これらを用いてβ−ユーデスモールを製造する方法などが提供される。   The present invention provides enzymes for producing terpenes, nucleic acids encoding them, methods for mass production of terpenes using them, and the like. Specifically, there are provided enzymes that produce sesquiterpenes, nucleic acids that encode them, methods for mass production of sesquiterpenes using them, and the like. Many sesquiterpenes are useful as fragrances and insect repellents, such as farnesol with a scent of lily of the valley, humulenes as the main component of hops, and α-santonin as a roundworm control agent. Furthermore, as mentioned above, zelmbon, a unique sesquiterpene found exclusively in shampoo ginger, is promising as an anticancer agent against colon cancer and skin cancer, and 5-hydroxy zerumbone, a humulene derivative, is an anti-inflammatory agent. The possibility is suggested. In particular, according to the present invention, a polypeptide capable of producing α-humulene having physiological activity such as antibacterial activity as a main product, a nucleic acid encoding the same, a vector or cell containing the nucleic acid, and α-humulene using these. And the like. Furthermore, according to the present invention, a polypeptide capable of producing β-eudesmol having physiological activity such as antidepressant action as a main product, a nucleic acid encoding the same, a vector or a cell containing the nucleic acid, and using these A method for producing β-eudesmol is provided.

本発明は、1の態様において、セスキテルペンシンターゼ活性を有するポリペプチドをコードする核酸であって、
(a)配列番号:1〜6のいずれかのヌクレオチド配列を有する核酸、
(b)配列番号:1〜6のいずれかのヌクレオチド配列において、1または数個のヌクレオチドが欠失、置換若しくは付加されたヌクレオチド配列を有する核酸、
(c)(a)または(b)の核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし得る核酸、および
(d)配列番号:1〜6のいずれかのヌクレオチド配列と少なくとも50%以上の相同性を有するヌクレオチド配列を有する核酸、
からなる群より選択される、核酸に関するものである。本明細書において核酸とは、1本鎖または2本鎖のDNAまたはRNAを意味する。本発明の核酸は、当業者に既知の種々の方法により製造および取得され得る。
In one aspect, the present invention relates to a nucleic acid encoding a polypeptide having sesquiterpene synthase activity,
(A) a nucleic acid having any one of the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 1 to 6,
(B) a nucleic acid having a nucleotide sequence in which one or several nucleotides are deleted, substituted or added in any one of the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 1 to 6,
(C) a nucleic acid capable of hybridizing with the nucleic acid of (a) or (b) under stringent conditions, and (d) having at least 50% homology with any one of the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 1 to 6 A nucleic acid having a nucleotide sequence having,
It relates to a nucleic acid selected from the group consisting of In the present specification, the nucleic acid means single-stranded or double-stranded DNA or RNA. The nucleic acids of the invention can be produced and obtained by various methods known to those skilled in the art.

セスキテルペンシンターゼ活性とは、基質からセスキテルペン類を生成する反応を触媒する能力または性質をいい、基質は特に限定されない。例えば、セスキテルペンシンターゼ活性とは、ファルネシルジリン酸を基質としてセスキテルペン類を生成する反応を触媒する能力または性質をいう。セスキテルペンシンターゼ活性には、例えば、後で説明するようなα−フムレンシンターゼ活性やβ−ユーデスモールシンターゼ活性が包含される。セスキテルペンシンターゼは、上記活性を有するいずれかのポリペプチド(酵素)を意味する。また、セスキテルペン類も当業者に公知であり、α−フムレンやβ−ユーデスモールなどが包含される。   The sesquiterpene synthase activity refers to the ability or property of catalyzing a reaction for producing sesquiterpenes from a substrate, and the substrate is not particularly limited. For example, sesquiterpene synthase activity refers to the ability or property of catalyzing a reaction that produces sesquiterpenes using farnesyl diphosphate as a substrate. The sesquiterpene synthase activity includes, for example, α-humulene synthase activity and β-eudesmol synthase activity as described later. Sesquiterpene synthase means any polypeptide (enzyme) having the above activity. Sesquiterpenes are also known to those skilled in the art, and include α-humulene and β-eudesmol.

α−フムレンシンターゼ活性とは、基質、好ましくはファルネシルジリン酸をα−フムレンに変換する反応を触媒する能力または性質をいう。従って、α−フムレンシンターゼ活性を有するポリペプチド(酵素)、すなわちα−フムレンシンターゼは、基質、例えばファルネシルジリン酸をα−フムレンに変換する反応を触媒することができるポリペプチドであればいずれのものであってもよい。α−フムレンシンターゼ活性は、例えば、ファルネシルジリン酸と該ポリペプチドとをインキュベーションして、得られたα−フムレンの存在または量を調べることにより、決定することができる。好ましくは、本発明の核酸は、コードされるポリペプチドが、基質、例えばファルネシルジリン酸からα−フムレンを主生成物(例えば、全生成物の50%より多い)として変換することができるものである。本発明の核酸を、例えば、植物に導入して、植物において産生されるα−フムレンの量を増大させること、あるいは本発明の核酸をベクター中に組み込んで大腸菌などの細胞に導入してα−フムレンを大量に製造することなどが可能になる。
などが可能になる。
α-humulene synthase activity refers to the ability or property to catalyze the reaction of converting a substrate, preferably farnesyl diphosphate, to α-humulene. Accordingly, any polypeptide (enzyme) having α-humulene synthase activity, ie, α-humulene synthase, can be used as long as it can catalyze the reaction of converting a substrate, for example, farnesyl diphosphate into α-humulene. It may be. α-humulene synthase activity can be determined, for example, by incubating farnesyl diphosphate with the polypeptide and examining the presence or amount of the resulting α-humulene. Preferably, the nucleic acid of the invention is such that the encoded polypeptide is capable of converting α-humulene as a major product (eg, greater than 50% of the total product) from a substrate, eg, farnesyl diphosphate. is there. For example, the nucleic acid of the present invention is introduced into a plant to increase the amount of α-humulene produced in the plant, or the nucleic acid of the present invention is incorporated into a vector and introduced into a cell such as Escherichia coli. It becomes possible to manufacture humulene in large quantities.
It becomes possible.

β−ユーデスモールシンターゼ活性とは、基質、好ましくはファルネシルジリン酸をβ−ユーデスモールに変換する反応を触媒する能力または性質をいう。従って、β−ユーデスモールシンターゼ活性を有するポリペプチド(酵素)、すなわちβ−ユーデスモールシンターゼは、基質、例えばファルネシルジリン酸をβ−ユーデスモールに変換する反応を触媒することができるポリペプチドであればいずれのものであってもよい。β−ユーデスモールシンターゼ活性は、例えば、ファルネシルジリン酸と該ポリペプチドとをインキュベーションして、得られたβ−ユーデスモールの存在または量を調べることにより、決定することができる。好ましくは、本発明の核酸は、コードされるポリペプチドが、基質、例えばファルネシルジリン酸からβ−ユーデスモールを主生成物(例えば、全生成物の50%より多い)として変換することができるものである。本発明の核酸を、例えば、植物に導入して、植物において産生されるβ−ユーデスモールの量を増大させること、あるいは本発明の核酸をベクター中に組み込んで大腸菌などの細胞に導入してβ−ユーデスモールを大量に製造することなどが可能になる。   β-eudesmol synthase activity refers to the ability to catalyze the reaction of converting a substrate, preferably farnesyl diphosphate, to β-eudesmol. Thus, a polypeptide (enzyme) having β-eudesmol synthase activity, ie, β-eudesmol synthase, can catalyze the reaction of converting a substrate, for example, farnesyl diphosphate into β-eudesmol. Any of them may be used. β-eudesmol synthase activity can be determined, for example, by incubating farnesyl diphosphate with the polypeptide and examining the presence or amount of the obtained β-eudesmol. Preferably, the nucleic acids of the invention allow the encoded polypeptide to convert β-eudesmol as a major product (eg, greater than 50% of the total product) from a substrate, eg, farnesyl diphosphate. Is. For example, the nucleic acid of the present invention is introduced into a plant to increase the amount of β-eudesmol produced in the plant, or the nucleic acid of the present invention is incorporated into a vector and introduced into a cell such as E. coli. It becomes possible to produce a large amount of β-eudesmol.

本発明の核酸は、具体的には、配列番号:1〜6のいずれかのヌクレオチド配列を有する核酸;配列番号:1〜6のいずれかのヌクレオチド配列において、1個以上、好ましくは、1または数個、例えば、2、3、4、5、6、7、8、または9個程度のヌクレオチドが欠失、置換若しくは付加されたヌクレオチド配列を有する核酸;上記核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし得る核酸;ならびに配列番号:1〜6のいずれかのヌクレオチド配列と少なくとも50%、好ましくは、60、70、75、80、85%以上、さらに好ましくは90、93、96、99%、または99.5%以上の相同性を有するヌクレオチド配列を有する核酸などである。いずれのヌクレオチド配列を有する場合であっても、本発明の核酸は、セスキテルペンシンターゼ活性を有するポリペプチドをコードするものである。   The nucleic acid of the present invention specifically includes a nucleic acid having any one of the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 1 to 6; one or more, preferably 1 or any of the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 1 to 6 A nucleic acid having a nucleotide sequence in which several, for example, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, or 9 nucleotides are deleted, substituted, or added; hybridizes with the nucleic acid under stringent conditions A nucleic acid capable of soybean; and at least 50%, preferably 60, 70, 75, 80, 85% or more, more preferably 90, 93, 96, 99% of any nucleotide sequence of SEQ ID NOs: 1-6, Or a nucleic acid having a nucleotide sequence having a homology of 99.5% or more. Regardless of the nucleotide sequence, the nucleic acid of the present invention encodes a polypeptide having sesquiterpene synthase activity.

上記ストリンジェントな条件としては、例えば、J. Sambrook et al., "Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition", 1989, Cold Spring Harbor Laboratory Pressに記載されるような条件が挙げられる。例えば、6×SSC、5×デンハルト溶液(Denhardt's solution)、0.5%SDS、100μg/ml変性サケ精子DNAを含む溶液中68℃でプローブとハイブリダイズさせた後、洗浄条件を2×SSC、0.1%SDS中室温から0.1×SSC、0.5%SDS中68℃まで変化させる条件などが挙げられる。   Examples of the stringent conditions include conditions described in J. Sambrook et al., “Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition”, 1989, Cold Spring Harbor Laboratory Press. For example, after hybridization with a probe at 68 ° C. in a solution containing 6 × SSC, 5 × Denhardt's solution, 0.5% SDS, 100 μg / ml denatured salmon sperm DNA, the washing conditions are 2 × SSC, Examples include conditions for changing from room temperature in 0.1% SDS to 0.1 × SSC, 68 ° C. in 0.5% SDS.

上記ヌクレオチド配列の相同性は、例えば、Gendocなどのプログラムを用いて測定することができる。   The homology of the nucleotide sequence can be measured using a program such as Gendoc, for example.

本発明におけるα−フムレンシンターゼ活性を有する酵素をコードする好ましい核酸は:配列番号:1のヌクレオチド配列を有する核酸;配列番号:1のヌクレオチド配列において、1個以上、好ましくは、1または数個、例えば、2、3、4、5、6、7、8、または9個程度のヌクレオチドが欠失、置換若しくは付加されたヌクレオチド配列を有する核酸;上記核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし得る核酸;ならびに配列番号:1のヌクレオチド配列と少なくとも50%、好ましくは、60、70、75、80、85%以上、さらに好ましくは90、93、96、99%、または99.5%以上の相同性を有するヌクレオチド配列を有する核酸である。   A preferred nucleic acid encoding an enzyme having α-humulene synthase activity in the present invention is: a nucleic acid having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1; one or more, preferably one or several in the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 For example, a nucleic acid having a nucleotide sequence in which about 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, or 9 nucleotides are deleted, substituted, or added; hybridizes with the nucleic acid under stringent conditions. A nucleic acid to be obtained; and at least 50%, preferably 60, 70, 75, 80, 85% or more, more preferably 90, 93, 96, 99%, or 99.5% or more with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 A nucleic acid having a nucleotide sequence with homology.

本発明におけるα−フムレンシンターゼ活性を有する酵素をコードする、さらに好ましい核酸は配列番号:1に示すヌクレオチド配列からなる核酸である。   A more preferred nucleic acid encoding an enzyme having α-humulene synthase activity in the present invention is a nucleic acid consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1.

本発明におけるβ−ユーデスモールシンターゼ活性を有する酵素をコードする好ましい核酸は:配列番号:5のヌクレオチド配列を有する核酸;配列番号:5のヌクレオチド配列において、1個以上、好ましくは、1または数個、例えば、2、3、4、5、6、7、8、または9個程度のヌクレオチドが欠失、置換若しくは付加されたヌクレオチド配列を有する核酸;上記核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし得る核酸;ならびに配列番号:5のヌクレオチド配列と少なくとも50%、好ましくは、60、70、75、80、85%以上、さらに好ましくは90、93、96、99%、または99.5%以上の相同性を有するヌクレオチド配列を有する核酸である。   Preferred nucleic acids encoding an enzyme having β-eudesmol synthase activity in the present invention are: a nucleic acid having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5; one or more, preferably 1 or a number in the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5 A nucleic acid having a nucleotide sequence in which about 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, or 9 nucleotides are deleted, substituted, or added; hybridizes with the nucleic acid under stringent conditions As well as at least 50%, preferably 60, 70, 75, 80, 85% or more, more preferably 90, 93, 96, 99%, or 99.5% or more with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5 A nucleic acid having a nucleotide sequence having the homology of

本発明におけるβ−ユーデスモールシンターゼ活性を有する酵素をコードする、さらに好ましい核酸は配列番号:5に示すヌクレオチド配列からなる核酸である。   A more preferred nucleic acid encoding an enzyme having β-eudesmol synthase activity in the present invention is a nucleic acid consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 5.

本発明は、もう1つの態様において、セスキテルペンシンターゼ活性を有するポリペプチドであって、
(a)配列番号:8〜13のいずれかのアミノ酸配列を有するポリペプチド、
(b)配列番号:8〜13のいずれかのアミノ酸配列において1または数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を有するポリペプチド、および
(c)配列番号:8〜13のいずれかのアミノ酸配列と50%以上の相同性を有するアミノ酸配列を有するポリペプチド、
からなる群より選択される、ポリペプチドに関するものである。本発明のポリペプチドは、上述のα−フムレンシンターゼ活性を有するものである。従って、本発明のポリペプチドを用いて、ファルネシルジリン酸からα−フムレンおよびβ−カリオフィレンを得ることができる。例えば、ファルネシルジリン酸を含む細胞や植物などに本発明のポリペプチドを注入して、得られるα−フムレンおよびβ−カリオフィレンの量を増大させること、あるいはα−フムレンおよびβ−カリオフィレンの生成速度を促進させることなどもできる。好ましくは、本発明のポリペプチドは、ファルネシルジリン酸からα−フムレンを主生成物として、例えば、生成物の50%より多く、好ましくは、60、70、75、80、85、90、93、96、または99%以上で変換することができるものである。
In another aspect, the present invention provides a polypeptide having sesquiterpene synthase activity comprising:
(A) a polypeptide having any one of the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 8 to 13,
(B) a polypeptide having an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in any one of the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 8 to 13, and (c) any of SEQ ID NOs: 8 to 13 A polypeptide having an amino acid sequence having 50% or more homology with any amino acid sequence,
It relates to a polypeptide selected from the group consisting of The polypeptide of the present invention has the aforementioned α-humulene synthase activity. Accordingly, α-humulene and β-caryophyllene can be obtained from farnesyl diphosphate using the polypeptide of the present invention. For example, when the polypeptide of the present invention is injected into cells or plants containing farnesyl diphosphate, the amount of α-humulene and β-caryophyllene obtained is increased, or the production rate of α-humulene and β-caryophyllene is increased. It can also be promoted. Preferably, the polypeptide of the present invention has α-humulene as the main product from farnesyl diphosphate, for example, more than 50% of the product, preferably 60, 70, 75, 80, 85, 90, 93, 96, or 99% or more can be converted.

本発明のポリペプチドは、具体的には、配列番号:8〜13のいずれかのアミノ酸配列を有するポリペプチド、配列番号:8〜13のいずれかのアミノ酸配列において、1個以上、好ましくは、1または数個、例えば、2、3、4、5、6、7、8、または9個程度のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を有するポリペプチド、および配列番号:8〜13のいずれかのアミノ酸配列と少なくとも50%以上、好ましくは、60、70、75、80、85%以上、さらに好ましくは90、93、96、99%、または99.5%以上の相同性を有するアミノ酸配列を有するポリペプチド、上記本発明のα−フムレンシンターゼ活性を有するポリペプチドをコードする核酸によりコードされるポリペプチドなどである。いずれのアミノ酸配列を有する場合であっても、本発明のポリペプチドは、α−フムレンシンターゼ活性を有するものである。   Specifically, the polypeptide of the present invention has one or more, preferably a polypeptide having any one of the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 8 to 13 and any one of the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 8 to 13, preferably, A polypeptide having an amino acid sequence in which one or several, for example about 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, or 9 amino acids have been deleted, substituted or added, and SEQ ID NOs: 8-13 At least 50% or more, preferably 60, 70, 75, 80, 85% or more, more preferably 90, 93, 96, 99%, or 99.5% or more of homology. Examples thereof include a polypeptide having an amino acid sequence and a polypeptide encoded by a nucleic acid encoding the above-mentioned polypeptide having α-humulene synthase activity. Regardless of the amino acid sequence, the polypeptide of the present invention has α-humulene synthase activity.

上記アミノ酸配列の相同性は、例えば、Gendocを用いて測定することができる。   The homology of the amino acid sequences can be measured using, for example, Gendoc.

本発明におけるα−フムレンシンターゼ活性を有する好ましい酵素は:配列番号:8のアミノ酸配列を有するポリペプチド;配列番号:8のアミノ酸配列において、1個以上、好ましくは、1または数個、例えば、2、3、4、5、6、7、8、または9個程度のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を有するポリペプチド;ならびに配列番号:8のアミノ酸配列と少なくとも50%以上、好ましくは、60、70、75、80、85%以上、さらに好ましくは90、93、96、99、99.5%以上の相同性を有するアミノ酸配列を有するポリペプチドである。   Preferred enzymes having α-humulene synthase activity in the present invention are: a polypeptide having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8; one or more, preferably 1 or several, for example, in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8, A polypeptide having an amino acid sequence in which as few as 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, or 9 amino acids have been deleted, substituted or added; and at least 50% or more of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8, Preferably, it is a polypeptide having an amino acid sequence having homology of 60, 70, 75, 80, 85% or more, more preferably 90, 93, 96, 99, 99.5% or more.

本発明におけるα−フムレンシンターゼ活性を有する、さらに好ましい酵素は配列番号:8のアミノ酸配列からなるポリペプチドである。   A more preferred enzyme having α-humulene synthase activity in the present invention is a polypeptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8.

本発明におけるβ−ユーデスモールシンラーゼ活性を有する好ましい酵素は:配列番号:12のアミノ酸配列を有するポリペプチド;配列番号:12のアミノ酸配列において、1個以上、好ましくは、1または数個、例えば、2、3、4、5、6、7、8、または9個程度のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を有するポリペプチド;ならびに配列番号:12のアミノ酸配列と少なくとも50%以上、好ましくは、60、70、75、80、85%以上、さらに好ましくは90、93、96、99、99.5%以上の相同性を有するアミノ酸配列を有するポリペプチドである。   Preferred enzymes having β-eudesmol synthase activity in the present invention are: a polypeptide having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 12; one or more, preferably 1 or several in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 12, For example, a polypeptide having an amino acid sequence in which as few as 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, or 9 amino acids have been deleted, substituted or added; and at least 50% with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 12 The polypeptide having an amino acid sequence having a homology of 60, 70, 75, 80, 85% or more, more preferably 90, 93, 96, 99, 99.5% or more is preferable.

本発明におけるβ−ユーデスモールシンターゼ活性を有する、さらに好ましい酵素は配列番号:12のアミノ酸配列からなるポリペプチドである。   A more preferred enzyme having β-eudesmol synthase activity in the present invention is a polypeptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 12.

従って、本発明は、さらなる態様において、上記本発明のセスキテルペンシンターゼ活性を有するポリペプチドをコードする核酸に関するものである。このような核酸も本明細書にいう本発明の核酸に含まれる。本発明はさらなる態様において、上記本発明のα−フムレンシンターゼ活性あるいはβ−ユーデスモールシンターゼ活性を有するポリペプチドをコードする核酸に関するものである。   Therefore, in a further aspect, the present invention relates to a nucleic acid encoding the above-mentioned polypeptide having sesquiterpene synthase activity of the present invention. Such a nucleic acid is also included in the nucleic acid of the present invention referred to in the present specification. In a further aspect, the present invention relates to a nucleic acid encoding a polypeptide having the α-humulene synthase activity or β-eudesmol synthase activity of the present invention.

本発明は、別の態様において、上記本発明の核酸を含むベクターに関するものである。本発明のベクターは、上記本発明の核酸を含んでいればいずれのものであってもよい。該核酸以外の構成要素は、該ベクターを用いる細胞などの対象、目的など種々の条件に応じて、適宜選択され得る。本発明のベクターを例えば、大腸菌のごとき細菌の細胞、ショウガ植物のごとき植物の細胞などに導入し、産生されたセスキテルペンシンターゼ活性を有するポリペプチドを回収することにより、本発明のセスキテルペンシンターゼ活性を有するポリペプチドを得ることもできる。   In another aspect, the present invention relates to a vector containing the nucleic acid of the present invention. The vector of the present invention may be any as long as it contains the nucleic acid of the present invention. Constituent elements other than the nucleic acid can be appropriately selected according to various conditions such as the object and purpose of the cell using the vector. The sesquiterpene synthase activity of the present invention is recovered by introducing the vector of the present invention into, for example, a bacterial cell such as Escherichia coli or a plant cell such as ginger plant and recovering the produced polypeptide having sesquiterpene synthase activity. It is also possible to obtain a polypeptide having

特に、配列番号:1のヌクレオチド配列を有する核酸;配列番号:1のヌクレオチド配列において、1個以上、好ましくは、1または数個、例えば、2、3、4、5、6、7、8、または9個程度のヌクレオチドが欠失、置換若しくは付加されたヌクレオチド配列を有する核酸;上記核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし得る核酸;あるいは配列番号:1のヌクレオチド配列と少なくとも50%、好ましくは、60、70、75、80、85%以上、さらに好ましくは90、93、96、99%、または99.5%以上の相同性を有するヌクレオチド配列を有する核酸、あるいはまた配列番号:1に示すヌクレオチド配列からなる核酸を含むベクターを細胞に導入して、基質、例えばファルネシルジリン酸を含む培地にて培養することにより、α−フムレンを主生成物として得ることができる。ファルネシルジリン酸からα−フムレンまたはβ−ユーデスモールへの変換を促進する薬剤、例えばMgCl、MnCl、NaWO、NaFなどが培地に含有されていてもよい。 In particular, a nucleic acid having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1; in the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, one or more, preferably one or several, eg 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, Or a nucleic acid having a nucleotide sequence in which about 9 nucleotides are deleted, substituted or added; a nucleic acid capable of hybridizing with the above nucleic acid under stringent conditions; or at least 50%, preferably with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. Is a nucleic acid having a nucleotide sequence with homology of 60, 70, 75, 80, 85% or more, more preferably 90, 93, 96, 99%, or 99.5% or more, or alternatively SEQ ID NO: 1. A vector containing a nucleic acid having the nucleotide sequence shown is introduced into a cell and cultured in a medium containing a substrate, such as farnesyl diphosphate The Rukoto, it is possible to obtain the α- humulene as the main product. An agent that promotes the conversion of farnesyl diphosphate to α-humulene or β-eudesmol, for example, MgCl 2 , MnCl 2 , NaWO 4 , NaF, or the like, may be contained in the medium.

さらに、配列番号:5のヌクレオチド配列を有する核酸;配列番号:5のヌクレオチド配列において、1個以上、好ましくは、1または数個、例えば、2、3、4、5、6、7、8、または9個程度のヌクレオチドが欠失、置換若しくは付加されたヌクレオチド配列を有する核酸;上記核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし得る核酸;あるいは配列番号:5のヌクレオチド配列と少なくとも50%、好ましくは、60、70、75、80、85%以上、さらに好ましくは90、93、96、99%、または99.5%以上の相同性を有するヌクレオチド配列を有する核酸、あるいはまた配列番号:5に示すヌクレオチド配列からなる核酸を含むベクターを細胞に導入して、基質、例えばファルネシルジリン酸を含む培地にて培養することにより、β−ユーデスモールを主生成物として得ることができる。   Further, a nucleic acid having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5; in the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5, one or more, preferably one or several, for example 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, Or a nucleic acid having a nucleotide sequence in which about 9 nucleotides are deleted, substituted or added; a nucleic acid capable of hybridizing with the above nucleic acid under stringent conditions; or at least 50%, preferably with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5 Is a nucleic acid having a nucleotide sequence with homology of 60, 70, 75, 80, 85% or more, more preferably 90, 93, 96, 99%, or 99.5% or more, or alternatively to SEQ ID NO: 5 A vector containing a nucleic acid having the nucleotide sequence shown is introduced into a cell and cultured in a medium containing a substrate such as farnesyl diphosphate. By, it is possible to obtain a β- user Death mall as the major product.

本発明は、さらなる態様において、上記本発明の核酸または上記本発明のベクターが導入された細胞に関するものである。上記本発明の核酸またはベクターは、当該技術分野で既知の方法を用いて細胞に導入され得る。ベクターを導入される細胞はいずれのものであってもよく特に制限はないが、例えば、ショウガに属する植物などの植物細胞、大腸菌などの細菌細胞、酵母細胞、昆虫細胞、哺乳類細胞などが挙げられる。かかる細胞を培養して、産生されたポリペプチドを回収することにより、上記本発明のポリペプチドを得ることができる。   In a further aspect, the present invention relates to a cell into which the nucleic acid of the present invention or the vector of the present invention has been introduced. The nucleic acid or vector of the present invention can be introduced into cells using methods known in the art. There are no particular restrictions on the cells into which the vector is introduced, and examples include plant cells such as plants belonging to ginger, bacterial cells such as E. coli, yeast cells, insect cells, and mammalian cells. . By culturing such cells and recovering the produced polypeptide, the polypeptide of the present invention can be obtained.

本発明は、もう1つの態様において、上記本発明の核酸または上記本発明のベクターを導入された植物に関するものである。かかる植物は、当業者に既知の方法により生成され得る。このような本発明の植物は、その内部でセスキテルペンシンターゼ、例えばα−フムレンシンターゼやβ−ユーデスモールシンターゼを産生し、それにより通常の植物と比較して増大した量のセスキテルペン類、例えばα−フムレンやβ−ユーデスモールを産生する。   In another aspect, the present invention relates to a plant into which the nucleic acid of the present invention or the vector of the present invention has been introduced. Such plants can be produced by methods known to those skilled in the art. Such a plant of the present invention produces sesquiterpene synthase, for example, α-humulene synthase or β-eudesmol synthase, thereby increasing the amount of sesquiterpenes compared to a normal plant, For example, α-humulene and β-eudesmol are produced.

α−フムレンは抗菌作用を有することが知られているので、本発明のα−フムレンシンターゼをコードする核酸またはベクターを含む植物は、用いられる農薬の量を低減することができるなどの効果を有する。さらにβ−ユーデスモールは抗うつ作用を有するといわれており、本発明のβ−ユーデスモールシンターゼをコードする核酸またはベクターを含む植物から放たれるβ−ユーデスモール含有精油の作用によりうつ病を緩和する効果も期待される。   Since α-humulene is known to have an antibacterial action, a plant containing a nucleic acid or vector encoding α-humulene synthase of the present invention can reduce the amount of pesticide used. Have. Furthermore, β-eudesmol is said to have an antidepressant action, and is depressed by the action of β-eudesmol-containing essential oil released from plants containing the nucleic acid or vector encoding β-eudesmol synthase of the present invention. The effect of alleviating the disease is also expected.

α−フムレンを製造する際に使用する細胞や植物は、例えば、メバロン酸経路のごときファルネシルジリン酸の産生を促進する経路の反応を触媒する酵素をコードする核酸などをさらに含んでいてもよく、そのことによってα−フムレンやβ−ユーデスモールなどのセスキテルペン類の増産が可能となる。   The cells and plants used in producing α-humulene may further include, for example, a nucleic acid encoding an enzyme that catalyzes a reaction of a pathway that promotes the production of farnesyl diphosphate such as the mevalonate pathway, This makes it possible to increase production of sesquiterpenes such as α-humulene and β-eudesmol.

本発明は、別の態様において、上記本発明の核酸またはベクターを含む細胞を培養して、あるいは上記本発明の核酸またはベクターを含む植物を成長させて、α−フムレンシンターゼ活性を有するポリペプチドやβ−ユーデスモールシンターゼ活性を有するポリペプチドなどのセスキテルペンシンターゼ活性を有するポリペプチドを得る方法に関するものである。細胞の培養条件は、細胞の種類など種々の条件に応じて適宜選択され得る。植物の生長条件も同様に適宜選択されうる。上記方法にて得られたポリペプチドの純度を上げるために、当業者に公知の生成方法を適用することができる。本発明は、さらなる態様において、上記のセスキテルペンシンターゼを得る方法により得ることのできる、セスキテルペンシンターゼ活性を有するポリペプチドにも関するものである。   In another aspect, the present invention provides a polypeptide having α-humulene synthase activity by culturing a cell containing the nucleic acid or vector of the present invention or growing a plant containing the nucleic acid or vector of the present invention. And a polypeptide having sesquiterpene synthase activity, such as a polypeptide having β-eudesmol synthase activity. Cell culture conditions can be appropriately selected according to various conditions such as cell type. Similarly, plant growth conditions can be selected as appropriate. In order to increase the purity of the polypeptide obtained by the above method, production methods known to those skilled in the art can be applied. In a further aspect, the present invention also relates to a polypeptide having sesquiterpene synthase activity, which can be obtained by the above-described method for obtaining sesquiterpene synthase.

本発明は、別の態様において、上記本発明のポリペプチドまたは上記方法により得ることのできるポリペプチドを基質と反応させて、セスキテルペン類を製造する方法に関するものである。例えば、α−フムレンシンターゼ活性を有するポリペプチドをファルネシルジリン酸と反応させることによりα−フムレンを製造することができ、β−ユーデスモールシンターゼ活性を有するポリペプチドをファルネシルジリン酸と反応させることによりβ−ユーデスモールを製造することができる。好ましくは、本発明の方法において、α−フムレンが主生成物であり、生成物の50%より多く、好ましくは、60、70、75、80、85、90、93、96、または99%以上で生じる。好ましくは、本発明の方法において、β−ユーデスモールが主生成物であり、生成物の50%より多く、好ましくは、60、70、75、80、85、90、93、96、または99%以上で生じる。   In another aspect, the present invention relates to a method for producing sesquiterpenes by reacting the polypeptide of the present invention or the polypeptide obtainable by the above method with a substrate. For example, α-humulene can be produced by reacting a polypeptide having α-humulene synthase activity with farnesyl diphosphate, and reacting a polypeptide having β-eudesmol synthase activity with farnesyl diphosphate. Thus, β-eudesmol can be produced. Preferably, in the method of the present invention, α-humulene is the main product, more than 50% of the product, preferably 60, 70, 75, 80, 85, 90, 93, 96, or 99% or more. It occurs in. Preferably, in the process of the present invention, β-eudesmol is the main product, more than 50% of the product, preferably 60, 70, 75, 80, 85, 90, 93, 96, or 99. % Or higher.

本発明のセスキテルペン類を製造する方法は、得られたセスキテルペン類を精製する工程を含んでいてもよい。精製に用いる手段・方法は、当業者によく知られている。さらに本発明は、さらなる態様において、上記のセスキテルペン類の製造方法により得ることのできるセスキテルペン類に関するものである。   The method for producing the sesquiterpenes of the present invention may include a step of purifying the obtained sesquiterpenes. Means and methods used for purification are well known to those skilled in the art. Furthermore, this invention relates to the sesquiterpenes which can be obtained by the manufacturing method of said sesquiterpenes in the further aspect.

以下に実施例を示して本発明を具体的かつ詳細に説明するが、実施例は本発明を限定するものと解してはならない。   EXAMPLES The present invention will be described specifically and in detail below with reference to examples, but the examples should not be construed as limiting the present invention.

(1)α−フムレンシンターゼcDNAの取得
ハナショウガの地下茎から、Spectrum(商標)Plant Total RNA Kit(Sigma-Aldrich)を用いてトータルRNAを調製した。SuperScript(商標)III First-strand Synthesis Kit(Invitrogen)を用いて、ポリ(dT)プライミングにより、RNA 3μgを反応混合溶液20μl中にてcDNAに逆転写した。ハナショウガと密接に関連する被子植物のセスキテルペンシンターゼの2つの保存ドメインの配列に基づき、以下のプライマーペアを設計した:5’−AYCWYTTYGAIRAIGARAT−3’(フォワード;配列番号:14)および5’−TAIGHRTCAWAIRTRTCRTC−3’(リバース;配列番号:15)。cDNA 1μl、1μM 各プライマー、200μM 各dNTP、および1U ExTagポリメラーゼ(TaKaRa)を含む反応混合溶液 50μlを用いて、1次PCR反応を以下の条件で行った:変性94℃で2分間、次に、94℃30秒、35℃で1分30秒、72℃で1分を4サイクル、94℃で30秒、40℃で1分30秒、72℃で1分を30サイクル、最後に72℃で3分間伸長。得られた1次反応溶液 5μlを鋳型として用い、同じ条件にて2次PCR反応を行い、670bpのフラグメントを得た。得られたフラグメントを精製し、pGEM-Teasy vector(Promega)にクローン化して配列決定した。全長cDNAを単離するために、Smart RACE cDNA Amplification Kit(BD Biosciences Clontech)、5’−GCATCTCCATTCAAGGTCGGCAA−3’(5’RACE;配列番号:16)および5’−GAGCAGCCTTTAGCAATAGAGGTGTC−3’(3’RACE;配列番号:17)、ならびにAdvantage(登録商標)2 Polymerase Mix(Clontech)を用いて、製造元の指示に従いフラグメントを5’末端および3’末端に向かって伸長させ、6種類の異なる全長cDNAを得た。これらのcDNAのヌクレオチド配列を配列番号:1〜6に、該cDNAによりコードされるポリペプチドのアミノ酸配列を配列番号:8〜13に示す。また、配列番号:1により特定されるcDNAをZSS1と命名した。配列番号:1のヌクレオチド配列に対する配列番号:2〜6のヌクレオチド配列の相同性、および配列番号:8のアミノ酸配列に対する配列番号:9〜13のアミノ酸配列の相同性をGendocを用いて決定した。結果をそれぞれ表1および2に示す。
(1) Acquisition of α-humulene synthase cDNA Total RNA was prepared from the rhizomes of Japanese ginger using Spectrum (trademark) Plant Total RNA Kit (Sigma-Aldrich). Using SuperScript (trademark) III First-strand Synthesis Kit (Invitrogen), 3 μg of RNA was reverse-transcribed into cDNA in 20 μl of reaction mixture solution by poly (dT) priming. Based on the sequences of the two conserved domains of angiosperm sesquiterpene synthase closely related to rape ginger, the following primer pairs were designed: 5′-AYCWYTYGAIRAIIGARAT-3 ′ (forward; SEQ ID NO: 14) and 5′- TAIGHRTCAWAIRTRTCRTC-3 ′ (reverse; SEQ ID NO: 15). A primary PCR reaction was performed using 50 μl of a reaction mixture solution containing 1 μl cDNA, 1 μM each primer, 200 μM each dNTP, and 1 U ExTag polymerase (TaKaRa) under the following conditions: denaturation at 94 ° C. for 2 minutes, then 94 ° C for 30 seconds, 35 ° C for 1 minute and 30 seconds, 72 ° C for 1 minute for 4 cycles, 94 ° C for 30 seconds, 40 ° C for 1 minute and 30 seconds, 72 ° C for 1 minute for 30 cycles, and finally at 72 ° C Extend for 3 minutes. Using 5 μl of the obtained primary reaction solution as a template, a secondary PCR reaction was performed under the same conditions to obtain a 670 bp fragment. The resulting fragment was purified, cloned into pGEM-Teasy vector (Promega) and sequenced. To isolate full-length cDNAs, Smart RACE cDNA Amplification Kit (BD Biosciences Clontech), 5′-GCATCTCCATTCAAGGTCGGCAA-3 ′ (5′RACE; SEQ ID NO: 16) and 5′-GAGCAGCCTTTAGCAATAGAGTGTTC-3 ′ (3′RACE; SEQ ID NO: 17) and Advantage® 2 Polymerase Mix (Clontech) were used to extend the fragment toward the 5 ′ and 3 ′ ends according to the manufacturer's instructions to obtain six different full-length cDNAs . The nucleotide sequences of these cDNAs are shown in SEQ ID NOs: 1 to 6, and the amino acid sequences of the polypeptides encoded by the cDNAs are shown in SEQ ID NOs: 8 to 13. The cDNA specified by SEQ ID NO: 1 was named ZSS1. The homology of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2-6 to the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 and the homology of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 9-13 to the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8 were determined using Gendoc. The results are shown in Tables 1 and 2, respectively.

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ZSS1は、推定分子量64.5kDa、およびPI 5.25を有する548アミノ酸からなるポリペプチドをコードする1647bp(終止コドンを含む)の推定ORFを含有し、既知のセスキテルペンシンターゼと類似するものであった。GenBankデータベースの配列類似性サーチにより、ZSS1は、Zingiber officinale由来のゲルマクレンDシンターゼと最も密接に関連し、63%のアミノ酸配列同一性を有することが示された。有意な同一性は、他の被子植物種由来のセスキテルペンシンターゼについても観察され、これは50%(Elaeis oleifera セスキテルペンシンターゼ)から34%(Arabidopsis thaliana β−カリオフィレン/α−フムレンシンターゼ(Chen, F., Tholl, D., Auria, J.C.D., Farooq, A., Pichersky, E. and Gershenzon, J. (2003) Biosynthesis and emission of terpenoid volatiles from Arabidopsis flowers. The Plant Cell 15: 481-494.))の同一性を示すものであった。アミノ酸配列および系統発生分析(結果は示していない)から、ZSS1は、被子植物のセスキテルペンおよびジテルペンシンターゼの群であるTPSサブファミリー(Bohlmann, J., Meyer-Gauen, G. and Croteau, R. (1998) Plant terpenoid synthases: molecular biology and phylogenetic analysis. Proc Natl Acad Sci USA 95: 4126-4133.)に属することが分かった。さらに、コードされる色素体輸送ペプチドの明らかな欠失は、多くのセスキテルペンの仮定細胞質生合成部位(Lichtenthaler, H.K. (1999) The 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate pathway of isoprenoid biosynthesis in plants. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 50: 4765.)と一致することが分かった。ZSS1ヌクレオチド配列の他の被子植物由来のヌクレオチド配列との相同性を表3に示す。   ZSS1 contains a putative ORF of 1647 bp (including the stop codon) that encodes a polypeptide of 548 amino acids with a predicted molecular weight of 64.5 kDa and PI 5.25, and is similar to known sesquiterpene synthases. It was. A sequence similarity search of the GenBank database showed that ZSS1 is most closely related to Zingiber officinale and has 63% amino acid sequence identity. Significant identity was also observed for sesquiterpene synthases from other angiosperm species, which ranged from 50% (Elaeis oleifera sesquiterpene synthase) to 34% (Arabidopsis thaliana β-caryophyllene / α-humulene synthase (Chen, F., Tholl, D., Auria, JCD, Farooq, A., Pichersky, E. and Gershenzon, J. (2003) Biosynthesis and emission of terpenoid volatiles from Arabidopsis flowers. The Plant Cell 15: 481-494.)) It showed the identity of. From the amino acid sequence and phylogenetic analysis (results not shown), ZSS1 is a TPS subfamily (Bohlmann, J., Meyer-Gauen, G. and Croteau, R.), a group of angiosperm sesquiterpenes and diterpene synthases. (1998) Plant terpenoid synthases: molecular biology and phylogenetic analysis. Proc Natl Acad Sci USA 95: 4126-4133. Furthermore, the apparent deletion of the encoded plastid transit peptide is due to the hypothetical cytoplasmic biosynthesis site of many sesquiterpenes (Lichtenthaler, HK (1999) The 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate pathway of isoprenoid biosynthesis in Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 50: 4765.). Table 3 shows the homology of the ZSS1 nucleotide sequence with nucleotide sequences derived from other angiosperms.

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(2)ZSS1ゲノムDNA配列の取得
Plant Genomic Isolation Mini Kit(Qiagen)を用いて、ハナショウガの葉からゲノムDNAを単離した。配列番号:1のcDNA配列に基づき設計したプライマーペア、5’−ATGGAGAGGCAGTCGATGGCCCTTG−3’(フォワード;配列番号:18)および5’−AATAAGAAAGGATTCAACAAATATGAGAG−3’(リバース;配列番号:19)を用いてPCR反応を行い、ZSS1ゲノムDNAを単離した。cDNAとゲノムDNAのヌクレオチド配列の比較により、7個のエクソンおよび6個のイントロンが明らかになった(図1参照)。ZSS1のイントロンとエクソンの構成は、N. tabacum由来の5−エピ−アリストロチェンシンターゼ、H. muticus由来のベチスピラジエンシンターゼ、およびRicinus communis由来のカスベンシンターゼ(Back, K. and Chappell, J. (1995) Cloning and Bacterial Expression of a Sesquiterpene Cyclase from Hyoscyamus muticus and Its Molecular Comparison to Related Terpene Cyclases. J. Biol. Chem. 13: 7375-7371;Facchini, P.J. and Chappell, J. (1992) Gene family for an elicitor-induces sesquiterpene cyclase in tobacco. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 89: 11088-11092.;Mau, C.J and West, C.A. (1994) Cloning of casbene synthase cDNA: evidence for conserved structural features among terpenoid cyclases in plants. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 91: 8497-8501.)のものと非常に類似するものであった。さらに、植物セスキテルペンシンターゼは、高度に保存されたエクソン−イントロン組成を有するという事実(Back, K. and Chappell, J. (1995) Cloning and Bacterial Expression of a Sesquiterpene Cyclase from Hyoscyamus muticus and Its Molecular Comparison to Related Terpene Cyclases. J. Biol. Chem. 13: 7375-7371)と一致するものであった。これらの知見は、被子植物種のジテルペンシンターゼ(Mau and West, 1994)にまで拡大できるものであった。
(2) Acquisition of ZSS1 genomic DNA sequence
Using the Plant Genomic Isolation Mini Kit (Qiagen), genomic DNA was isolated from the leaves of Japanese ginger. PCR reaction using primer pair 5′-ATGGAGAGGCAGTCGATGGCCCCTTG-3 ′ (forward; SEQ ID NO: 18) and 5′-AATAAGAAAGATTCAACAAATATGAGAG-3 ′ (reverse; SEQ ID NO: 19) designed based on the cDNA sequence of SEQ ID NO: 1. And ZSS1 genomic DNA was isolated. Comparison of the nucleotide sequences of cDNA and genomic DNA revealed 7 exons and 6 introns (see FIG. 1). ZSS1 introns and exons are composed of 5-epi-Aristolochen synthase from N. tabacum, Betispyradiene synthase from H. muticus, and Casvensynthase from Ricinus communis (Back, K. and Chappell, J (1995) Cloning and Bacterial Expression of a Sesquiterpene Cyclase from Hyoscyamus muticus and Its Molecular Comparison to Related Terpene Cyclases. J. Biol. Chem. 13: 7375-7371; Facchini, PJ and Chappell, J. (1992) Gene family for Anclicitor-induces sesquiterpene cyclase in tobacco. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 89: 11088-11092 .; Mau, CJ and West, CA (1994) Cloning of casbene synthase cDNA: evidence for conserved structural features among terpenoid cyclases in plants. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 91: 8497-8501.). In addition, the fact that plant sesquiterpene synthase has a highly conserved exon-intron composition (Back, K. and Chappell, J. (1995) Cloning and Bacterial Expression of a Sesquiterpene Cyclase from Hyoscyamus muticus and Its Molecular Comparison to Related Terpene Cyclases. J. Biol. Chem. 13: 7375-7371). These findings could be extended to the angiosperm species diterpene synthase (Mau and West, 1994).

DNA Walking SpeedUp(商標)Premix Kit(Seegene, Seoul, South Korea)のアニーリングコントロールプライマーセット、および以下の3ペアの標的特異的プライマーを用いたネステッドPCRにより、ZSS1ゲノムDNA配列のさらなる上流および下流領域を得た;上流;5’−TCTCTTTATCATCCTTTGAGTGG−3’(配列番号:20)、5’−ATCCAGCAATATCTACTTGATCACC−3’(配列番号:21)、5’−CTTCATGAGGAATATTGAATAAATGTGAG−3’(配列番号:22)、および下流;5’−AGTCAACCTTTCAAAATCAAATG−3’(配列番号:23)、5’−CGATACGTACACCAATTCTGACAC−3’(配列番号:24)、5’−CACTACGATGAAAGATAATATCTCTTTGG−3’(配列番号:25)。得られた増幅産物を配列決定(配列番号:7)し、翻訳開始部位の43〜48bp上流の推定TATAボックス(TTATAAT)、ならびに29bpのポリAテール、ならびに3個の可能性のあるAATAAAポリアデニル化シグナルを明らかにした(図1参照)。   Further upstream and downstream regions of the ZSS1 genomic DNA sequence were analyzed by nested PCR using the DNA Walking SpeedUp ™ Premix Kit (Seegene, Seoul, South Korea) annealing control primer set and the following three pairs of target-specific primers: Obtained; upstream; 5'-TCTCTTTTATCATCTCTTGAGTGG-3 '(SEQ ID NO: 20), 5'-ATCCAGCAATATCTCACTTGATCACC-3' (SEQ ID NO: 21), 5'-CTTCATGAGGGAATTATTGAATAAATGTGAG-3 '(SEQ ID NO: 22), and downstream; 5'-AGTCAACCCTTTCAAAATCAAATG-3 '(SEQ ID NO: 23), 5'-CGATACGTACACCAATTCTGACAC-3' (SEQ ID NO: 24), 5'-CACT CGATGAAAGATAATATCTCTTTGG-3 '(SEQ ID NO: 25). The resulting amplification product was sequenced (SEQ ID NO: 7), a putative TATA box (TTATAAT) 43-48 bp upstream of the translation start site, as well as a 29 bp polyA tail, and three potential AATAAA polyadenylations The signal was revealed (see Figure 1).

(3)S1ヌクレアーゼアッセイ
ZSS1の転写開始部位を、S1ヌクレアーゼにより同定した。フォワードプライマー(5’−ATCTCTTCCTTATCACCAAC−3’(配列番号:26))、およびT4ポリヌクレオチドキナーゼ(ToYoBo)および10μCi [γ−32P]ATPで5’末端標識したリバースプライマー(5’−TAACAGATAGTACCGACACCC−3’(配列番号:27))を用いてPCR反応を行い、標識PCRフラグメントを得た。得られた標識フラグメントを、ハナショウガの葉由来のトータルRNA100μgとハイブリダイゼーションバッファー(80% ホルムアミド、0.4M NaCl、20mM HEPES[pH6.4])中75℃にて10分間インキュベーションし、37℃にて一晩さらにインキュベーションし、次に、S1ヌクレアーゼを用いて消化した。未消化DNAをエタノールにより沈殿させ、ホルムアミドダイ溶液に溶解し、6% 変性ポリアクリルアミドゲル上での電気泳動により、フラグメントサイズが161〜165bpであると決定した。これは、転写開始部位が翻訳開始部位の117〜122bp上流に位置することを示唆するものであった。
(3) S1 nuclease assay The transcription start site of ZSS1 was identified by S1 nuclease. Forward primer (5′-ATCTCTTCCTTATCACCACAC-3 ′ (SEQ ID NO: 26)) and reverse primer (5′-TAACAGATATAGTACACCACACCC-3) 5′-end labeled with T4 polynucleotide kinase (ToYoBo) and 10 μCi [γ- 32 P] ATP '(SEQ ID NO: 27)) was used to carry out a PCR reaction to obtain a labeled PCR fragment. The obtained labeled fragment was incubated with 100 μg of banana ginger leaf total RNA in a hybridization buffer (80% formamide, 0.4 M NaCl, 20 mM HEPES [pH 6.4]) at 75 ° C. for 10 minutes, to 37 ° C. Further incubation overnight and then digested with S1 nuclease. Undigested DNA was precipitated with ethanol, dissolved in formamide dye solution, and determined to have a fragment size of 161-165 bp by electrophoresis on a 6% denaturing polyacrylamide gel. This suggested that the transcription start site is located 117 to 122 bp upstream of the translation start site.

(4)ZSS1酵素活性
ZSS1の全長ORFを、Advantage(登録商標)HF 2 polymerase(Clontech)、フォワードプライマー5’−CACCATGGAGAGGCAGTCGATGGC−3’(配列番号:28)およびリバースプライマー5’−AATAAGAAAGGATTCAACAAATATGAGAG−3’(配列番号:19)を用いて増幅し、増幅産物をpET101/DTOPO directional expression vector(Invitrogen)にクローン化した。得られた組換えプラスミドpET−ZSS1でE.coli BL21-CodonPlus(DE3)(Stratagene)を形質転換した。
(4) ZSS1 enzyme activity The full-length ORF of ZSS1 was converted into Advantage (registered trademark) HF 2 polymerase (Clontech), forward primer 5′-CACCCATGGAGAGGCAGTCGATGGC-3 ′ (SEQ ID NO: 28) and reverse primer 5′-AATAAGAAAGATTCAACAAATATGAGAG-3 ′ ( The amplified product was cloned into pET101 / DTOPO directional expression vector (Invitrogen). E. coli BL21-CodonPlus (DE3) (Stratagene) was transformed with the obtained recombinant plasmid pET-ZSS1.

組換えE.coli細胞を、アンピシリン(50μg/mL)含有LB培地50ml中、37℃にてOD600=0.5〜0.6まで増殖させた。次に、IPTG(終濃度1mM)を添加して、さらに20時間18℃にて増殖させた。細胞を遠心分離により回収し、超音波破砕器(Branson W185 D, NY)を用いて、チルド抽出バッファー(5mM MgCl、5mM アスコルビン酸ナトリウム、0.5mM フェニルメチルスルホニルフルライド、5mM ジチオスレイトール、および10%(v/v)グリセロールを含む50mM MOPSO、pH7.0)中10x10秒間処理することにより、細胞を粉砕した。細胞片を15,000gでの遠心分離により除去し、α−フムレンシンターゼを得た。得られた酵素をHisタグ標識し、ニッケル−ニトリロ三酢酸アガロースカラム(Qiagen)にて製造元の指示に従い精製した。溶出液を、Econopac 10DGカラム(Bio-Rad)を通して、アッセイバッファー(10mM MOPSO、pH 7.0、1mM ジチオスレイトール、および10%(v/v)グリセロール)中に脱塩し、得られた酵素溶液を以下の実験に用いた。 Recombinant E. coli cells were grown in 50 ml LB medium containing ampicillin (50 μg / mL) at 37 ° C. to OD 600 = 0.5-0.6. Next, IPTG (final concentration 1 mM) was added and further grown at 18 ° C. for 20 hours. The cells were collected by centrifugation and chilled extraction buffer (5 mM MgCl 2 , 5 mM sodium ascorbate, 0.5 mM phenylmethylsulfonyl fluoride, 5 mM dithiothreitol, using an ultrasonic disrupter (Branson W185 D, NY). Cells were disrupted by treatment for 10 × 10 seconds in 50 mM MOPSO, pH 7.0) and 10% (v / v) glycerol. Cell debris was removed by centrifugation at 15,000 g to obtain α-humulene synthase. The resulting enzyme was labeled with a His tag and purified on a nickel-nitrilotriacetic acid agarose column (Qiagen) according to the manufacturer's instructions. The eluate was desalted through an Econopac 10DG column (Bio-Rad) into assay buffer (10 mM MOPSO, pH 7.0, 1 mM dithiothreitol, and 10% (v / v) glycerol) and the resulting enzyme The solution was used for the following experiments.

テフロン(登録商標)シールしたスクリューキャップガラス試験管内の揮発性の生成物を捕捉するため、ペンタン0.5mLを重層した。酵素溶液900μl、20mM MgCl、0.2mM MnCl、0.2mM NaWO、0.1mM NaF、および20μM[1−H]−(E,E)−FPP(555GBq/mol、American Radiolabeled Chemicals)を含む反応溶液1mlを30℃にて3時間インキュベーションすることにより、酵素アッセイを行った。インキュベーション後、反応混合溶液を液体窒素にて素早く凍結させ、反応を止めた。融解後、混合溶液をペンタンで3回抽出し、合わせた抽出液を、無水MgSOおよびシリカゲルカラム(60Å、Merck)を用いてカラムクロマトグラフィー処理し、酸素化生成物を含まないセスキテルペン炭化水素フラクションを得た。続いて、混合溶液をジエチルエーテルにより3回抽出し、合わせた抽出液を同様にMgSO−シリカゲルカラムに通して、酸素化生成物を回収した。各フラクションのアリコートを採取し、液体シンチレーションカウントを行い、酵素活性を決定した。ネガティブコントロールとして、ZSS1インサートを含まないpET101/DTOPOプラスミドで形質転換したE.coli BL21-CodonPlus(DE3)の抽出液を用いた。後述のように、酵素はFPPからα−フムレンを合成する活性を有することが分かった。 To capture volatile products in a Teflon-sealed screw cap glass test tube, 0.5 mL of pentane was overlaid. 900 μl enzyme solution, 20 mM MgCl 2 , 0.2 mM MnCl 2 , 0.2 mM NaWO 4 , 0.1 mM NaF, and 20 μM [1- 3 H]-(E, E) -FPP (555 GBq / mol, American Radiolabeled Chemicals) The enzyme assay was carried out by incubating 1 ml of the reaction solution containing 2 hours at 30 ° C. After incubation, the reaction mixture was quickly frozen in liquid nitrogen to stop the reaction. After thawing, the mixed solution was extracted three times with pentane, and the combined extracts were subjected to column chromatography using anhydrous MgSO 4 and a silica gel column (60Å, Merck) to obtain a sesquiterpene hydrocarbon free of oxygenated products. A fraction was obtained. Subsequently, the mixed solution was extracted three times with diethyl ether, and the combined extracts were similarly passed through a MgSO 4 -silica gel column to recover the oxygenated product. Aliquots of each fraction were collected and subjected to liquid scintillation counting to determine enzyme activity. As a negative control, an extract of E. coli BL21-CodonPlus (DE3) transformed with the pET101 / DTOPO plasmid not containing the ZSS1 insert was used. As described later, it was found that the enzyme has an activity to synthesize α-humulene from FPP.

(5)生成物の同定
GC−MSによる分析に十分な生成物を得るために、組換えE.coli細胞培養液250mlから酵素を抽出した。酵素溶液3.8mlおよび80μM 未標識FPP(Echelon Research Laboratories Inc. Salt Lake City, UT)を含む溶液4ml中で反応を行った。バッファー、塩、およびインキュベーション条件は上述の通りである。一晩インキュベーション後、ペンタン(3x1ml)で抽出して炭化水素フラクションを得、次に、上述の通りMgSO−シリカゲルカラムに通した。最後に、合わせたペンタン抽出液を、氷上、おだやかな窒素流の下で約100μlまで濃縮した。
(5) Identification of product In order to obtain a product sufficient for analysis by GC-MS, an enzyme was extracted from 250 ml of recombinant E. coli cell culture. The reaction was performed in 4 ml of a solution containing 3.8 ml of enzyme solution and 80 μM unlabeled FPP (Echelon Research Laboratories Inc. Salt Lake City, UT). Buffers, salts, and incubation conditions are as described above. After overnight incubation, extraction with pentane (3 × 1 ml) gave a hydrocarbon fraction which was then passed through a MgSO 4 -silica gel column as described above. Finally, the combined pentane extracts were concentrated to about 100 μl on ice under a gentle stream of nitrogen.

生成物を、DB-WAXカラム(0.25mm×0.25mm×30m、J&W Scientific, Folsom, CA)を備えたShimadzu QP5050A GC/MSシステムにて、GC−MS分析した(スプリットインジェクション(2μL)比22:1、インジェクター温度250℃;温度;開始温度40℃(3分維持)から、80℃まで毎分3℃、180℃まで毎分5℃、240℃(5分維持)まで毎分10℃の速度で昇温;ヘリウムフロー;1.8mL/分)。質量スペクトルを、質量範囲m/z40−400、電圧70eV、およびインターフェイス温度230℃にて測定した。酵素反応により、2種類のセスキテルペン生成物が得られ、これらは、スタンダードとの保持時間および質量スペクトルの比較によりα−フムレン(93.75%)およびβ−カリオフィレン(6.25%)であると同定された(図2参照)。   The product was analyzed by GC-MS (split injection (2 μL) ratio on a Shimadzu QP5050A GC / MS system equipped with a DB-WAX column (0.25 mm × 0.25 mm × 30 m, J & W Scientific, Folsom, Calif.). 22: 1, injector temperature 250 ° C .; temperature; starting temperature 40 ° C. (maintained for 3 minutes) to 80 ° C. 3 ° C. per minute, 180 ° C. 5 ° C. per minute, 240 ° C. (maintained for 5 minutes) 10 ° C. per minute Temperature increase; helium flow; 1.8 mL / min). Mass spectra were measured at a mass range of m / z 40-400, a voltage of 70 eV, and an interface temperature of 230 ° C. The enzymatic reaction yields two sesquiterpene products, which are α-humulene (93.75%) and β-caryophyllene (6.25%) by comparison of retention times and mass spectra with standards. (See FIG. 2).

(6)ZSS1発現の同定
RNAqueous(登録商標)Micro Kit(Ambion)を用いてハナショウガの葉から、そしてSpectrum(商標)Plant Total RNA Kit (Sigma-Aldrich)を用いてハナショウガの幹および地下茎から、トータルRNAを抽出し、上述の通りcDNAを合成した。ゲノムDNAの増幅を排除するよう設計した5’−GGTGAACTTGAGCAGCCTTTAGCAAT−3’(フォワード;配列番号:29)および5’−GTCTCTTTTGTTGCATCTTCTCCCAA−3’(リバース;配列番号:30)を用いてRT−PCR(アニーリング温度:68℃を30サイクル)を行い、異なる組織におけるZSS1発現の相違を調べた。内部標準として、5’−AAGGAGTGCCCCAACGCCGAGTG−3’(フォワード;配列番号:31)および5’−GCCTTCTGGTTGTAGACGTAGGTGAG−3’(リバース;配列番号:32)を用いてユビキチンを増幅した(ZSS1と同じ温度条件を25サイクル)。結果を図3に示す。ZSS1は、葉および地下茎において発現しているが、幹では発現していないことが分かった。さらに、地下茎におけるZSS1発現レベルは、葉におけるものより有意に高いものであった。これらの結果は、地下茎オイル中のα−フムレンの含有量(14.4%)が、葉オイル(2.0%)中のものより高いこと(Chane, M.J., Vera, R. and Chalchat, J.C. (2003) Chemical composition of the essential oil from rhizomes, leaves and flowers of Zingiber zerumbet Smith from Reunion Island. J. Essent. Oil. Res. 15: 202-205.)と相関するものであった。
(6) Identification of ZSS1 expression
Total RNA was extracted from the leaf of a ginger using RNAqueous® Micro Kit (Ambion) and from the stem and rhizome of the plant of Ginger using Spectrum ™ Plant Total RNA Kit (Sigma-Aldrich), CDNA was synthesized as described above. RT-PCR (annealing temperature) using 5′-GGTGGAACTTGAGCAGCCCTTTAGCAAT-3 ′ (forward; SEQ ID NO: 29) and 5′-GTCTCTTTGTTGCATCATTCTCCCCAA-3 ′ (reverse; SEQ ID NO: 30) designed to eliminate genomic DNA amplification : 30 ° C. at 68 ° C.), and the difference in ZSS1 expression in different tissues was examined. Ubiquitin was amplified using 5′-AAGGAGTGCCCCAACGCCGAGTG-3 ′ (forward; SEQ ID NO: 31) and 5′-GCCTTCTGGTTGAGCGTAGTAGTGAG-3 ′ (reverse; SEQ ID NO: 32) as an internal standard (at the same temperature conditions as ZSS1 at 25). cycle). The results are shown in FIG. ZSS1 was found to be expressed in leaves and rhizomes but not in the stem. Furthermore, the ZSS1 expression level in the rhizome was significantly higher than that in the leaves. These results show that the content of α-humulene in rhizome oil (14.4%) is higher than that in leaf oil (2.0%) (Chane, MJ, Vera, R. and Chalchat, JC (2003) Chemical composition of the essential oil from rhizomes, leaves and flowers of Zingiber zerumbet Smith from Reunion Island. J. Essent. Oil. Res. 15: 202-205.).

(7)ZSS1発現誘導パターン
葉および地下茎における発現誘導パターンをさらに調べるために、MeJA処理および機械的に損傷したハナショウガ由来のRNAを用いて、リアルタイムPCRを行った。MeJA処理は、0.1% Tween 20に溶解した300μM MeJAをハナショウガにスプレーすることにより行った。対照には、0.1% Tween 20のみをスプレーした。機械的損傷は、葉を鋏で切ることにより行った。処理の0、4、8、24、48、および72時間後に、葉および地下茎を回収し、液体窒素にて凍結し、RNAの抽出まで−80℃にて保存した。SuperScript(商標)III First-strand Synthesis Supermix for qRT-PCR(Invitrogen)を用いて、製造元の指示に従い葉および地下茎から抽出したトータルRNA1μgからcDNAを合成し、SYBR(登録商標)Green PCR Master Mix (Applied Biosystems)を用いて、ABI 7300 Sequence Detectionシステムにて定量的PCRを行った(95℃、10分、次に、95℃15秒、67℃40秒を40サイクル)。内部標準としてユビキチンを用いた。ZSS1増幅には、プライマーペア:5’−GCAAGTGATGGTGGAGCAAAA−3’(フォワード;配列番号:33)および5’−CCGAGCTACTTGTGTTGGACGT−3’(リバース;配列番号:34)を用い、ユビキチンの増幅には、上述のプライマー(配列番号:31および32)を用いた。ΔΔCt法(Livak, K.J. (1997) Comparative Ct method. ABI Prism 7700 Sequence Detection System. User Bulletin no. 2. PE Applied Biosystems.)により、相対的発現量を決定した。結果を図4に示す。葉において、MeJa処理により転写が誘導され、MeJA処理の48時間後にはピーク(約8倍)に達した。地下茎における転写は、MeJA処理の24時間後に最大2から3倍誘導された。一方、対照において、転写レベルは、葉および地下茎における機械的損傷によりわずかに影響されるのみであった。このことから、MeJA処理することにより、あるいは機械的損傷を与えることにより、植物において酵素が増産されることが分かった。
(7) ZSS1 expression induction pattern In order to further investigate the expression induction pattern in leaves and rhizomes, real-time PCR was performed using MeJA-treated and mechanically damaged Hana ginger-derived RNA. The MeJA treatment was carried out by spraying 300 gM MeJA dissolved in 0.1% Tween 20 on hana ginger. Controls were sprayed with 0.1% Tween 20 only. Mechanical damage was done by cutting the leaves with a scissors. After 0, 4, 8, 24, 48, and 72 hours of treatment, leaves and rhizomes were collected, frozen in liquid nitrogen, and stored at -80 ° C until RNA extraction. Using SuperScript ™ III First-strand Synthesis Supermix for qRT-PCR (Invitrogen), cDNA was synthesized from 1 μg of total RNA extracted from leaves and rhizomes according to the manufacturer's instructions, and SYBR® Green PCR Master Mix (Applied Biosystems) was used for quantitative PCR with ABI 7300 Sequence Detection system (95 ° C., 10 minutes, then 95 ° C. for 15 seconds, 67 ° C. for 40 seconds for 40 cycles). Ubiquitin was used as an internal standard. For ZSS1 amplification, a primer pair: 5′-GCAAGTGATGGGTGGAGCAAAA-3 ′ (forward; SEQ ID NO: 33) and 5′-CCGAGCACTACTTGTGTGGACGGT-3 ′ (reverse; SEQ ID NO: 34) was used, and ubiquitin amplification was performed as described above. Primers (SEQ ID NOs: 31 and 32) were used. The relative expression level was determined by the ΔΔCt method (Livak, KJ (1997) Comparative Ct method. ABI Prism 7700 Sequence Detection System. User Bulletin no. 2. PE Applied Biosystems.). The results are shown in FIG. In leaves, transcription was induced by MeJa treatment and reached a peak (approximately 8 times) 48 hours after MeJA treatment. Transcription in rhizomes was induced up to 2 to 3 times 24 hours after MeJA treatment. On the other hand, in the control, transcription levels were only slightly affected by mechanical damage in the leaves and rhizomes. From this, it was found that the enzyme was increased in plants by treatment with MeJA or mechanical damage.

(8)大腸菌におけるα−フムレンの著量産生
大腸菌におけるD−メバロノラクトンからFPPへの生物変換を促進させ、α−フムレン産生を調べた。pACY184を基本骨格とする、tacプロモーター(Ptac)、rrnBターミネーター(TrrnB)、およびクロラムフェニコール耐性遺伝子(Cm)を有するpACプラスミド(海洋バイオテクノロジー 三沢博士より分譲)に、Streptmyces sp. CL190由来のメバロン酸経路遺伝子クラスター(Mevalonate pathway gene cluster)(6.5kb;東京大学 葛山准教授より分譲)を挿入してpAC−Mevを得た(図5参照)。使用したメバロン酸経路遺伝子クラスターは、メバロン酸経路の反応を触媒する酵素であるMVAキナーゼ、DPMVAデカルボキシラーゼ、PMVAキナーゼ、IPPイソメラーゼ、HMG CoAレダクターゼ、およびHMG CoAシンターゼをコードする核酸を含むものである。pAC−Mev、および上述のpET−ZSS1をE.coli BL21-CodonPlus(DE3)に導入し、100μg/mL アンピシリンおよび30μg/mL クロラムフェニコールを含むLB培地中、30℃にて一晩培養した。培養液 500μL(全培養液の約1%に相当)を、100μg/mL アンピシリンおよび30μg/mL クロラムフェニコールを含むTerrific broth培地 50mLに植菌し、30℃にてOD600=0.5まで培養した。IPTG(終濃度1mM)、0.5mg/mL D−メバロノラクトン、20% v/v ドデカンを添加し、25℃にて2日間培養した。ドデカン層を回収し、回収したドデカン層 1μlを上述の通りGC−MS分析した。GC分析により、保持時間約26.25分のところに対照系には見られないピークが検出された(図6A中矢印で示す)。このピーク付近(図6Aの四角で囲った部分)を拡大したのが図6Bである。このピークを分取し、MS分析を行った結果を図7Aに示す。α−フムレン標品のMS分析結果(図7B)とパターンが一致し、実験で得られた生成物がα−フムレンであることが確認された。これらの結果より、ZSS1およびpAC−Mevを導入したE.coliにおいてα−フムレンが特異的に著量産生されていることが確認できた。
(8) Production of significant amount of α-humulene in E. coli Biotransformation of D-mevalonolactone to FPP in E. coli was promoted, and α-humulene production was examined. derived from Streptmyces sp. CL190 in pAC plasmid (distributed from Dr. Misawa, Marine Biotechnology) with pACY184 as the basic skeleton, tac promoter (Ptac), rrnB terminator (TrrnB), and chloramphenicol resistance gene (Cm r ) PAC-Mev was obtained by inserting a mevalonate pathway gene cluster (6.5 kb; distributed by Associate Professor Katsuyama of the University of Tokyo) (see FIG. 5). The mevalonate pathway gene cluster used includes nucleic acids encoding MVA kinase, DPMVA decarboxylase, PMVA kinase, IPP isomerase, HMG CoA reductase, and HMG CoA synthase, which are enzymes that catalyze the reaction of the mevalonate pathway. pAC-Mev and the above-described pET-ZSS1 were introduced into E. coli BL21-CodonPlus (DE3) and cultured overnight at 30 ° C. in LB medium containing 100 μg / mL ampicillin and 30 μg / mL chloramphenicol. . 500 μL of the culture solution (corresponding to about 1% of the whole culture solution) is inoculated into 50 mL of Terrific broth medium containing 100 μg / mL ampicillin and 30 μg / mL chloramphenicol, and OD 600 = 0.5 at 30 ° C. Cultured. IPTG (final concentration 1 mM), 0.5 mg / mL D-mevalonolactone, 20% v / v dodecane was added, and cultured at 25 ° C. for 2 days. The dodecane layer was recovered, and 1 μl of the recovered dodecane layer was analyzed by GC-MS as described above. GC analysis detected a peak not seen in the control system at a retention time of about 26.25 minutes (indicated by an arrow in FIG. 6A). FIG. 6B is an enlarged view of the vicinity of this peak (portion surrounded by a square in FIG. 6A). FIG. 7A shows the result of fractionation of this peak and MS analysis. The pattern coincided with the MS analysis result of the α-humulene sample (FIG. 7B), and it was confirmed that the product obtained in the experiment was α-humulene. From these results, it was confirmed that α-humulene was produced in a particularly large amount in E. coli introduced with ZSS1 and pAC-Mev.

(1)β−ユーデスモールシンターゼcDNAおよびゲノムDNAの取得
これらのDNAを下記方法によって得ることができた。ハナショウガの地下茎から、Spectrum(商標)Plant Total RNA Kit(Sigma-Aldrich)を用いてトータルRNAを調製した。SuperScript(商標)III First-strand Synthesis Kit(Invitrogen)を用いて、ポリ(dT)プライミングにより、RNA 3μgを反応混合溶液20μl中にてcDNAに逆転写した。ハナショウガと密接に関連する被子植物のセスキテルペンシンターゼの2つの保存ドメインの配列に基づき、以下のプライマーペアを設計した:5’−TTYCGAYTIYTIMGRMARCAIGG−3’(フォワード;配列番号:35)および5’−TAIGHRTCAWAIRTRTCRTC−3’(リバース;配列番号:15)。cDNA 1μl、1μM 各プライマー、200μM 各dNTP、および1U ExTagポリメラーゼ(TaKaRa)を含む反応混合溶液 50μlを用いて、1次PCR反応を以下の条件で行った:変性94℃で2分間、次に、94℃30秒、35℃で1分30秒、72℃で1分を4サイクル、94℃で30秒、40℃で1分30秒、72℃で1分を30サイクル、最後に72℃で3分間伸長。得られた1次反応溶液 5μlを鋳型として用い、同じ条件にて2次PCR反応を行い、581bpのフラグメントを得た。得られたフラグメントを精製し、pGEM-Teasy vector(Promega)にクローン化して配列決定した。全長cDNAを単離するために、Smart RACE cDNA Amplification Kit(BD Biosciences Clontech)、5’−CCCAATAATAACCTTCCACAACTCGG−3’(5’RACE;配列番号:36)および5’−CCGAGTTGTGGAAGGTTATTATTGGG−3’(3’RACE;配列番号:37)、ならびにAdvantage(登録商標)2 Polymerase Mix(Clontech)を用いて、製造元の指示に従いフラグメントを5’末端および3’末端に向かって伸長させ、全長cDNAを得て、ZSS5と命名した。このcDNAのヌクレオチド配列は配列番号:5に示されている。
(1) Acquisition of β-eudesmol synthase cDNA and genomic DNA These DNAs could be obtained by the following method. Total RNA was prepared from the rhizomes of hana ginger using Spectrum ™ Plant Total RNA Kit (Sigma-Aldrich). Using SuperScript (trademark) III First-strand Synthesis Kit (Invitrogen), 3 μg of RNA was reverse-transcribed into cDNA in 20 μl of reaction mixture solution by poly (dT) priming. Based on the sequences of the two conserved domains of angiosperm sesquiterpene synthase closely related to rape ginger, the following primer pairs were designed: 5'-TTYCGAYTIYTIMGRMARCAIGG-3 '(forward; SEQ ID NO: 35) and 5'- TAIGHRTCAWAIRTRTCRTC-3 ′ (reverse; SEQ ID NO: 15). A primary PCR reaction was performed using 50 μl of a reaction mixture solution containing 1 μl cDNA, 1 μM each primer, 200 μM each dNTP, and 1 U ExTag polymerase (TaKaRa) under the following conditions: denaturation at 94 ° C. for 2 minutes, then 94 ° C for 30 seconds, 35 ° C for 1 minute and 30 seconds, 72 ° C for 1 minute for 4 cycles, 94 ° C for 30 seconds, 40 ° C for 1 minute and 30 seconds, 72 ° C for 1 minute for 30 cycles, and finally at 72 ° C Extend for 3 minutes. Using 5 μl of the obtained primary reaction solution as a template, a secondary PCR reaction was carried out under the same conditions to obtain a 581 bp fragment. The resulting fragment was purified, cloned into pGEM-Teasy vector (Promega) and sequenced. To isolate full-length cDNAs, Smart RACE cDNA Amplification Kit (BD Biosciences Clontech), 5′-CCCAATAATAACCTCCCACAACTCGG-3 ′ (5′RACE; SEQ ID NO: 36) and 5′-CCGAGTTGTGGAAGGTTTATTTGGG-3 ′ (3′RACE; SEQ ID NO: 37) and Advantage® 2 Polymerase Mix (Clontech) were used to extend the fragment toward the 5 ′ and 3 ′ ends according to the manufacturer's instructions to obtain a full length cDNA, designated as ZSS5 did. The nucleotide sequence of this cDNA is shown in SEQ ID NO: 5.

ZSS5は、推定分子量64.4kDa、およびPI 5.09を有する554アミノ酸からなるポリペプチド(配列番号:12)をコードする1662bpの推定ORFを含有するものであった。ZSS5によりコードされるポリペプチド(ZSS5ポリペプチド)のアミノ酸配列は、植物のテルペン合成酵素において保存された領域を有し、金属イオン結合モチーフDDXXDを含んでいた。ZSS5ポリペプチドはangiospermのセスキテルペンシンターゼに対して最も類似性が高く、ZSS5の単離に使用したのと同じハナショウガのZSS1に対して82%の類似性、Zingiber officinaleのゲルマクレンDシンターゼ(Picaud, S., Olsson, M.E., Brodelius, M. and Brodelius, P.E. (2006) Cloning, expression, purification and characterization of recombinant (+)-germacrene D synthase from Zingiber officinale. Arch. Biochem. Biophys. 452, 17-28)に対して68%の類似性、Elaeis oleiferaのセスキテルペンシンターゼ(Cha, T.S. and Shah, F.H. (2000) A mesocarp-and species-specific cDNA clone from oil palm encodes for sesquiterpene synthase. Plant. Sci. 154, 153-160)に対して62%の類似性を示した。   ZSS5 contained a predicted ORF of 1662 bp encoding a polypeptide consisting of 554 amino acids (SEQ ID NO: 12) with an estimated molecular weight of 64.4 kDa and PI 5.09. The amino acid sequence of the polypeptide encoded by ZSS5 (ZSS5 polypeptide) had a region conserved in plant terpene synthases and contained a metal ion binding motif DDXXXD. The ZSS5 polypeptide is most similar to angiosperm sesquiterpene synthase, with 82% similarity to ZSS1 of the same Japanese ginger that was used to isolate ZSS5, Zingiber officinale's Germaclen D synthase (Picaud, S., Olsson, ME, Brodelius, M. and Brodelius, PE (2006) Cloning, expression, purification and characterization of recombinant (+)-germacrene D synthase from Zingiber officinale. Arch. Biochem. Biophys. 452, 17-28) 68% similarity to sesquiterpene synthase from Elaeis oleifera (Cha, TS and Shah, FH (2000) A mesocarp-and species-specific cDNA clone from oil palm encodes for sesquiterpene synthase. Plant. Sci. 154, 153 -160) showed 62% similarity.

さらに、Plant Genomic Isolation Mini Kit(Qiagen)を用いて、ハナショウガの葉からゲノムDNAを単離した。配列番号:5のcDNA配列に基づき設計したプライマーペア、5’−ATGGAGAAGCAATCACTAAC−3’(フォワード;配列番号:38)および5’−CTTATTGAAGTAGTCACAAGATTC−3’(リバース;配列番号:39)を用いてPCR反応を行い、ZSS5ゲノムDNAを単離した。   In addition, genomic DNA was isolated from the leaves of banana ginger using the Plant Genomic Isolation Mini Kit (Qiagen). PCR reaction using a primer pair designed based on the cDNA sequence of SEQ ID NO: 5, 5'-ATGGGAGAAGCAATCACTAAC-3 '(forward; SEQ ID NO: 38) and 5'-CTTATTGAAGTAGCACAAGATTC-3' (reverse; SEQ ID NO: 39) And ZSS5 genomic DNA was isolated.

(2)大腸菌でのZSS5の発現、およびインビトロでのファルネシルジリン酸からのβ−ユーデスモールの生成
ZSS5の全長ORFを、Advantage(登録商標)HF 2 polymerase(Clontech)、フォワードプライマー5’−CACCATGGAGAAGCAATCACTAAC−3’(配列番号:40)およびリバースプライマー5’−CTTATTGAAGTAGTCACAAGATTCAAC−3’(配列番号:41)を用いて増幅し、増幅産物をpET101/DTOPOベクター(Invitrogen)にクローン化した。得られた組換えプラスミドpET-ZSS5でE.coli BL21-CodonPlus(DE3)(Stratagene)を形質転換した。
(2) Expression of ZSS5 in E. coli and generation of β-eudesmol from farnesyl diphosphate in vitro ZSS5 full-length ORF was converted to Advantage (registered trademark) HF 2 polymerase (Clontech), forward primer 5'-CACCATGGGAAGCAATCACTAAC -3 ′ (SEQ ID NO: 40) and reverse primer 5′-CTTATTGAAGTAGCACAAGATTCAAC-3 ′ (SEQ ID NO: 41) and the amplified product was cloned into the pET101 / DTOPO vector (Invitrogen). E. coli BL21-CodonPlus (DE3) (Stratagene) was transformed with the obtained recombinant plasmid pET-ZSS5.

組換えE.coli細胞を、アンピシリン(50μg/mL)含有LB培地50ml中、37℃にてOD600=0.5〜0.6まで増殖させた。次に、IPTG(終濃度1mM)を添加して、さらに20時間18℃にて増殖させた。細胞を遠心分離により回収し、超音波破砕器(Branson W185 D, NY)を用いて、チルド抽出バッファー(5mM MgCl、5mM アスコルビン酸ナトリウム、0.5mM フェニルメチルスルホニルフルライド、5mM ジチオスレイトール、および10%(v/v)グリセロールを含む50mM MOPSO、pH7.0)中10×10秒間処理することにより、細胞を粉砕した。細胞片を15,000gでの遠心分離により除去し、β−ユーデスモールシンターゼ含有上清を得た。得られた上清をニッケル−ニトリロ三酢酸アガロースカラム(Qiagen)にて精製した。溶出液を、Econopac 10DGカラム(Bio-Rad)に通すことによりアッセイバッファー(10mM MOPSO、pH 7.0、1mM ジチオスレイトール、および10%(v/v)グリセロール)中に脱塩し、得られた酵素溶液を以下の実験に用いた。 Recombinant E. coli cells were grown in 50 ml LB medium containing ampicillin (50 μg / mL) at 37 ° C. to OD 600 = 0.5-0.6. Next, IPTG (final concentration 1 mM) was added and further grown at 18 ° C. for 20 hours. The cells were collected by centrifugation and chilled extraction buffer (5 mM MgCl 2 , 5 mM sodium ascorbate, 0.5 mM phenylmethylsulfonyl fluoride, 5 mM dithiothreitol, using an ultrasonic disrupter (Branson W185 D, NY). The cells were disrupted by treatment for 10 × 10 seconds in 50 mM MOPSO, pH 7.0) and 10% (v / v) glycerol. Cell debris was removed by centrifugation at 15,000 g to obtain a β-eudesmol synthase-containing supernatant. The obtained supernatant was purified with a nickel-nitrilotriacetic acid agarose column (Qiagen). The eluate was desalted into assay buffer (10 mM MOPSO, pH 7.0, 1 mM dithiothreitol, and 10% (v / v) glycerol) by passing through an Econopac 10DG column (Bio-Rad). The enzyme solution was used in the following experiment.

テフロン(登録商標)シールしたスクリューキャップガラス試験管内の揮発性の生成物を捕捉するため、ペンタン0.5mLを重層した。酵素溶液900μl、20mM MgCl、0.2mM MnCl、0.2mM NaWO、0.1mM NaF、および20μM[1−H]−(E,E)−FPP(555GBq/mol、American Radiolabeled Chemicals)を含む反応溶液1mlを30℃にて3時間インキュベーションすることにより、酵素アッセイを行った。インキュベーション後、反応混合溶液を液体窒素にて素早く凍結させ、反応を止めた。融解後、混合溶液をペンタンで3回抽出し、合わせた抽出液を、無水MgSOおよびシリカゲルカラム(60Å、Merck)を用いてカラムクロマトグラフィー処理し、酸素化生成物を含まないセスキテルペン炭化水素フラクションを得た。続いて、混合溶液をジエチルエーテルにより3回抽出し、合わせた抽出液を同様にMgSO−シリカゲルカラムに通して、酸素化生成物を回収した。各フラクションのアリコートを採取し、液体シンチレーションカウントを行い、酵素活性を決定した。後述のように、生成物のGC−MS分析のために、80μMの未標識FPPを基質として同様の反応をスケールアップ(最終体積4mL)して一晩行った。酵素はFPPからβ−ユーデスモールを合成する活性を有することが分かった。 To capture volatile products in a Teflon-sealed screw cap glass test tube, 0.5 mL of pentane was overlaid. 900 μl enzyme solution, 20 mM MgCl 2 , 0.2 mM MnCl 2 , 0.2 mM NaWO 4 , 0.1 mM NaF, and 20 μM [1- 3 H]-(E, E) -FPP (555 GBq / mol, American Radiolabeled Chemicals) The enzyme assay was carried out by incubating 1 ml of the reaction solution containing 2 hours at 30 ° C. After incubation, the reaction mixture was quickly frozen in liquid nitrogen to stop the reaction. After thawing, the mixed solution was extracted three times with pentane, and the combined extracts were subjected to column chromatography using anhydrous MgSO 4 and a silica gel column (60Å, Merck) to obtain a sesquiterpene hydrocarbon free of oxygenated products. A fraction was obtained. Subsequently, the mixed solution was extracted three times with diethyl ether, and the combined extracts were similarly passed through a MgSO 4 -silica gel column to recover the oxygenated product. Aliquots of each fraction were collected and subjected to liquid scintillation counting to determine enzyme activity. As described below, the same reaction was scaled up (final volume 4 mL) overnight using 80 μM unlabeled FPP as a substrate for GC-MS analysis of the product. The enzyme was found to have activity to synthesize β-eudesmol from FPP.

(3)生成物の同定
生成物を、DB-WAXカラム(0.25mm×0.25mm×30m、J&W Scientific, Folsom, CA)を備えたShimadzu QP5050A GC/MSシステムにて、GC−MS分析した(スプリットインジェクション(1μL)比22:1、インジェクター温度250℃;温度;開始温度40℃(3分維持)から、80℃まで毎分3℃、180℃まで毎分5℃、240℃(5分維持)まで毎分10℃の速度で昇温;ヘリウムフロー;1.8mL/分)。質量スペクトルを、質量範囲m/z 40−400、電圧70eV、およびインターフェイス温度230℃にて測定した。化合物をスタンダードとの保持時間あるいは質量スペクトルデータベースの比較により同定した。主生成物はβ−ユーデスモールであり、全生成物の62.6%を占めた。10−エピ−γ−ユーデスモール(16.8%)、α−ユーデスモール(10%)、アリストレン(5.6%)および2種の未知生成物(5%)を含む7つのマイナーなピークも認められた(図8参照)。ネガティブコントロールとして、ZSS5インサートを含まないpET101/DTOPOプラスミドで形質転換したE.coli BL21-CodonPlus(DE3)の抽出液を用いて反応を行い、同様に分析したところ、上記生成物は認められなかった。
(3) Identification of product The product was analyzed by GC-MS on a Shimadzu QP5050A GC / MS system equipped with a DB-WAX column (0.25 mm x 0.25 mm x 30 m, J & W Scientific, Folsom, CA). (Split injection (1 μL) ratio 22: 1, injector temperature 250 ° C .; temperature; starting temperature 40 ° C. (maintained for 3 minutes) to 80 ° C. 3 ° C./min, 180 ° C. 5 ° C./min, 240 ° C. (5 min. Maintained) at a rate of 10 ° C. per minute; helium flow; 1.8 mL / min). Mass spectra were measured at mass range m / z 40-400, voltage 70 eV, and interface temperature 230 ° C. Compounds were identified by retention time with standards or by comparison of mass spectral databases. The main product was β-eudesmol, accounting for 62.6% of the total product. Seven minors including 10-epi-γ-eudesmol (16.8%), α-eudesmol (10%), aristolene (5.6%) and two unknown products (5%) A large peak was also observed (see FIG. 8). As a negative control, the reaction was carried out using an extract of E. coli BL21-CodonPlus (DE3) transformed with the pET101 / DTOPO plasmid not containing the ZSS5 insert, and the above product was not found when analyzed in the same manner. .

(4)大腸菌におけるβ−ユーデスモールの著量生産
メバロン酸経路の遺伝子クラスターをHaradaらの方法(論文投稿中)に従って構築した。以下にその手順を説明する。tacプロモーター(Ptac)およびrrnBターミネーター(TrrnB)をpTTQ18からPCRにより増幅し、それぞれをpACYC184のEagI−SalIおよびHindIII−ClaI部位に移した。ヒドロキシメチルグルタリルCoAシンターゼ(HMGS)、ヒドロキシメチルグルタリルCoAレダクターゼ(HMGR)、メバロネートキナーゼ(MK)、ホスホメバロネートキナーゼ(PMK)、メバロネートジホスフェートデカルボキシラーゼ(MPD)およびイソペンテニルピロホスフェートイソメラーゼ(IPPI)をコードする遺伝子を、T. Kuzuyama博士から供与いただいた(Takagi, M., Kuzuyama, T., Takahashi, S. and Seto, H. (2000) A gene cluster for the mevalonate pathway from Streptomyces sp. strain CL190. J. Bacteriol. 182, 4153-4157)。重複伸長部分を用いて各遺伝子を連結し、PtacとTrrnB間に挿入してpAC−Mevを得た。pET−ZSS5およびpAC−Mevで同時形質転換してE.coli BL21(DE3)を得た。かくして得られた代謝経路を修飾された大腸菌を、アンピシリン(100μg/ml)およびクロラムフェニコール(30μg/ml)を含むテリフィックブロスにて、OD600が0.5に達するまで37℃で振盪培養した。1mM IPTG、0.5mg/ml D−メバロノラクトン(東京化成)および20%(v/v)ドデカンを補足した後、さらに25℃で48時間振盪培養して増殖させた。その後、ドデカン層を抽出し、GC−MS分析に供した。
(4) Significant production of β-eudesmol in E. coli A gene cluster of the mevalonate pathway was constructed according to the method of Harada et al. The procedure will be described below. The tac promoter (Ptac) and rrnB terminator (TrrnB) were amplified from pTTQ18 by PCR and transferred to the EagI-SalI and HindIII-ClaI sites of pACYC184, respectively. Hydroxymethylglutaryl CoA synthase (HMGS), hydroxymethylglutaryl CoA reductase (HMGR), mevalonate kinase (MK), phosphomevalonate kinase (PMK), mevalonate diphosphate decarboxylase (MPD) and isopentenyl The gene encoding pyrophosphate isomerase (IPPI) was provided by Dr. T. Kuzuyama (Takagi, M., Kuzuyama, T., Takahashi, S. and Seto, H. (2000) A gene cluster for the mevalonate pathway from Streptomyces sp. strain CL190. J. Bacteriol. 182, 4153-4157). Each gene was ligated using the overlapping extension and inserted between Ptac and TrrnB to obtain pAC-Mev. Co-transformation with pET-ZSS5 and pAC-Mev coli BL21 (DE3) was obtained. The metabolic pathway modified Escherichia coli thus obtained was shaken at 37 ° C. in terrific broth containing ampicillin (100 μg / ml) and chloramphenicol (30 μg / ml) until OD 600 reached 0.5. Cultured. After supplementing with 1 mM IPTG, 0.5 mg / ml D-mevalonolactone (Tokyo Kasei) and 20% (v / v) dodecane, the cells were further grown by shaking culture at 25 ° C. for 48 hours. Thereafter, the dodecane layer was extracted and subjected to GC-MS analysis.

GC−MS分析の結果を図9に示す。β−ユーデスモールが主生成物であり、全生成物の72.4%を占めた。次いで、10−エピ−γ−ユーデスモール(11.2%)、α−ユーデスモール(7.1%)そしてアリストレン(6.1%)の順であった。生成したβ−ユーデスモール量は100mg/Lであった。pETおよびpAC−Mevで同時形質転換した大腸菌ではセスキテルペン生成物は検出されなかった。   The result of GC-MS analysis is shown in FIG. β-eudesmol was the main product, accounting for 72.4% of the total product. It was then in the order of 10-epi-γ-eudesmol (11.2%), α-eudesmol (7.1%) and aristolene (6.1%). The amount of β-eudesmol produced was 100 mg / L. No sesquiterpene product was detected in E. coli co-transformed with pET and pAC-Mev.

本発明により、セスキテルペンシンターゼ活性を有するポリペプチドをコードする核酸、該核酸を含むベクターおよび細胞、該核酸によりコードされるポリペプチド、ならびにこれらの核酸、ポリペプチド、細胞等を用いることを特徴とするセスキテルペン類の製造方法などが提供されるので、本発明は、医薬品の分野、医薬部外品の分野、化粧品の分野、香料の分野などに利用可能である。   According to the present invention, a nucleic acid encoding a polypeptide having sesquiterpene synthase activity, a vector and a cell containing the nucleic acid, a polypeptide encoded by the nucleic acid, and these nucleic acids, polypeptides, cells, etc. Therefore, the present invention can be used in the field of pharmaceuticals, the field of quasi-drugs, the field of cosmetics, the field of fragrances, and the like.

図1は、ZSS1のゲノム配列を示す。FIG. 1 shows the genomic sequence of ZSS1. 図2Aは、得られたα−フムレンおよびβ−カリオフィレンの保持時間を示すグラフである。FIG. 2A is a graph showing retention times of the obtained α-humulene and β-caryophyllene. 図2Bは、得られたα−フムレンの質量スペクトルを示すグラフである。FIG. 2B is a graph showing a mass spectrum of the obtained α-humulene. 図2Cは、得られたβ−カリオフィレンの質量スペクトルを示すグラフである。FIG. 2C is a graph showing a mass spectrum of the obtained β-caryophyllene. 図3は、ハナショウガの葉、幹および地下茎由来のZSS1の電気泳動像である。FIG. 3 is an electrophoretic image of ZSS1 derived from leaves, stems and rhizomes of banana ginger. 図4Aは、MeJA処理した葉および地下茎におけるZSS1発現量を示すグラフである。図中、菱形は処理試料を、そして三角は対照を示す。FIG. 4A is a graph showing the expression level of ZSS1 in MeJA-treated leaves and rhizomes. In the figure, diamonds indicate treated samples and triangles indicate controls. 図4Bは、機械的損傷した葉および地下茎におけるZSS1発現量を示すグラフである。図中、菱形は処理試料を、そして三角は対照を示す。FIG. 4B is a graph showing the expression level of ZSS1 in mechanically damaged leaves and rhizomes. In the figure, diamonds indicate treated samples and triangles indicate controls. 図5は、pAC−Mevのマップである。FIG. 5 is a map of pAC-Mev. 図6Aは、pAC−MevおよびpET−ZSS1を導入した大腸菌培養液のドデカン抽出物のガスクロマトグラフィー(GC)の結果を示す。図中、灰色の線は実験系を、黒色の線は対照を示す。対照はプラスミドを導入していない大腸菌を用いた系である。FIG. 6A shows the results of gas chromatography (GC) of a dodecane extract of an E. coli culture solution into which pAC-Mev and pET-ZSS1 were introduced. In the figure, the gray line indicates the experimental system, and the black line indicates the control. The control is a system using E. coli into which no plasmid has been introduced. 図6Bは図6Aのチャートの四角で囲ったピーク周辺を拡大したものである。図中、灰色の線は実験系を、黒色の線は対照を示す。対照はプラスミドを導入していない大腸菌を用いた系である。FIG. 6B is an enlarged view around the peak surrounded by a square in the chart of FIG. 6A. In the figure, the gray line indicates the experimental system, and the black line indicates the control. The control is a system using E. coli into which no plasmid has been introduced. 図7Aは、得られた培養液のドデカン抽出物の質量スペクトル(MS)を示すグラフである。FIG. 7A is a graph showing a mass spectrum (MS) of a dodecane extract of the obtained culture broth. 図7Bはα−フムレン標品のMSを示すグラフである。FIG. 7B is a graph showing the MS of the α-humulene standard. 図8AはpET−ZSS5で形質転換された大腸菌による生成物のGCチャートを示す。?は未同定物質のピークを示す。FIG. 8A shows a GC chart of products from E. coli transformed with pET-ZSS5. ? Indicates the peak of the unidentified substance. 図8Bは図8Aの各ピークに相当する物質のMS(各上段)および標準物質またはデータベースのMS(各下段)を示す。RtはGCでのピークの保持時間(分)である。FIG. 8B shows the MS of each substance corresponding to each peak in FIG. 8A (each upper stage) and the MS of each standard substance or database (each lower stage). Rt is the peak retention time (in minutes) in GC. 図9AはpET−ZSS5およびpAC−Mevで同時形質転換された大腸菌による生成物のGCチャートを示す。?は未同定物質のピークを示す。FIG. 9A shows a GC chart of products from E. coli co-transformed with pET-ZSS5 and pAC-Mev. ? Indicates the peak of the unidentified substance. 図8Bは図8Aに示すβ−ユーデスモールのピークに相当する物質のMSの結果を示す。RtはGCでのピークの保持時間(分)である。FIG. 8B shows the MS results of the substance corresponding to the β-eudesmol peak shown in FIG. 8A. Rt is the peak retention time (in minutes) in GC.

SEQ ID NO:14:PCR primer, n at position 11 is inosine, and n at position 13 is inosine
SEQ ID NO:15:PCR primer, n at position 3 is inosine, and n at position 12 is inosine
SEQ ID NO:16:PCR primer
SEQ ID NO:17:PCR primer
SEQ ID NO:18:PCR primer
SEQ ID NO:19:PCR primer
SEQ ID NO:20:PCR primer
SEQ ID NO:21:PCR primer
SEQ ID NO:22:PCR primer
SEQ ID NO:23:PCR primer
SEQ ID NO:24:PCR primer
SEQ ID NO:25:PCR primer
SEQ ID NO:26:PCR primer
SEQ ID NO:27:PCR primer
SEQ ID NO:28:PCR primer
SEQ ID NO:29:PCR primer
SEQ ID NO:30:PCR primer
SEQ ID NO:31:PCR primer
SEQ ID NO:32:PCR primer
SEQ ID NO:33:PCR primer
SEQ ID NO:34:PCR primer
SEQ ID NO:35:PCR primer, n at position 9 is inosine, n at position 12 is inosine, and n at position 21 is inosine.
SEQ ID NO:36:PCR primer
SEQ ID NO:37:PCR primer
SEQ ID NO:38:PCR primer
SEQ ID NO:39:PCR primer
SEQ ID NO:40:PCR primer
SEQ ID NO:41:PCR primer
SEQ ID NO: 14: PCR primer, n at position 11 is inosine, and n at position 13 is inosine
SEQ ID NO: 15: PCR primer, n at position 3 is inosine, and n at position 12 is inosine
SEQ ID NO: 16: PCR primer
SEQ ID NO: 17: PCR primer
SEQ ID NO: 18: PCR primer
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SEQ ID NO: 33: PCR primer
SEQ ID NO: 34: PCR primer
SEQ ID NO: 35: PCR primer, n at position 9 is inosine, n at position 12 is inosine, and n at position 21 is inosine.
SEQ ID NO: 36: PCR primer
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SEQ ID NO: 40: PCR primer
SEQ ID NO: 41: PCR primer

Claims (16)

セスキテルペンシンターゼ活性を有するポリペプチドをコードする核酸であって、配列番号:1のヌクレオチド配列からなる核酸。 A nucleic acid encoding a polypeptide having sesquiterpene synthase activity, the nucleic acid comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 . α−フムレンシンターゼ活性を有する請求項1記載の核酸。 Motomeko 1 nucleic acid according that have a α- Hm Len synthase activity. セスキテルペンシンターゼ活性を有するポリペプチドをコードする核酸であって、配列番号:5のヌクレオチド配列からなる核酸。A nucleic acid encoding a polypeptide having sesquiterpene synthase activity, the nucleic acid comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5. β−ユーデスモールシンターゼ活性を有する請求項記載の核酸。 Motomeko 3 nucleic acid according that having a β- user Death Mall synthase activity. セスキテルペンシンターゼ活性を有するポリペプチドであって、配列番号:8のアミノ酸配列からなるポリペプチド。 A polypeptide having sesquiterpene synthase activity, comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8 . α−フムレンシンターゼ活性を有する請求項記載のポリペプチド。 that having a α- Hm Len synthase activity Motomeko 5, wherein the polypeptide. セスキテルペンシンターゼ活性を有するポリペプチドであって、配列番号:12のアミノ酸配列からなるポリペプチド。A polypeptide having sesquiterpene synthase activity, comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 12. β−ユーデスモールシンターゼ活性を有する請求項記載のポリペプチド。 Motomeko 7 wherein the polypeptide that have a β- user Death Mall synthase activity. 請求項1記載の核酸を含むベクター。 A vector comprising the nucleic acid according to claim 1 . 請求項3記載の核酸を含むベクター。 A vector comprising the nucleic acid according to claim 3 . 請求項9または10記載のベクター、および大腸菌におけるD−メバロノラクトンからファルネシルジリン酸への生物変換を促進させるメバロン酸経路遺伝子クラスターを含むベクターを大腸菌に導入し、大腸菌を培養することを特徴とする、セスキテルペンの製造方法。 The vector according to claim 9 or 10, and a vector containing a mevalonate pathway gene cluster that promotes bioconversion of D-mevalonolactone to farnesyl diphosphate in Escherichia coli is introduced into Escherichia coli and cultured in Escherichia coli . Manufacturing method of sesquiterpene. 請求項9記載のベクター、および大腸菌におけるD−メバロノラクトンからファルネシルジリン酸への生物変換を促進させるメバロン酸経路遺伝子クラスターを含むベクターを大腸菌に導入し、大腸菌を培養することを特徴とする、α−フムレンの製造方法。 The vector according to claim 9, and a vector containing a mevalonate pathway gene cluster that promotes bioconversion of D-mevalonolactone to farnesyl diphosphate in E. coli is introduced into E. coli, and the E. coli is cultured. A method for producing humulene. 請求項10記載のベクター、および大腸菌におけるD−メバロノラクトンからファルネシルジリン酸への生物変換を促進させるメバロン酸経路遺伝子クラスターを含むベクターを大腸菌に導入し、大腸菌を培養することを特徴とする、β−ユーデスモールの製造方法。 A vector comprising the vector according to claim 10 and a vector containing a mevalonate pathway gene cluster that promotes bioconversion of D-mevalonolactone to farnesyl diphosphate in Escherichia coli into Escherichia coli, and cultivating Escherichia coli. Uedes Mall manufacturing method. 請求項5または7記載のポリペプチドをファルネシルジリン酸と反応させることを特徴とする、セスキテルペンの製造方法。 A method for producing a sesquiterpene, comprising reacting the polypeptide according to claim 5 or 7 with farnesyl diphosphate . 請求項記載のポリペプチドをファルネシルジリン酸と反応させることを特徴とする、α−フムレンの製造方法。 A method for producing α-humulene, comprising reacting the polypeptide according to claim 5 with farnesyl diphosphate . 請求項記載のポリペプチドをファルネシルジリン酸と反応させることを特徴とする、ベータ−ユーデスモールの製造方法。 A process for producing beta- eudesmol , comprising reacting the polypeptide according to claim 7 with farnesyl diphosphate .
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