JP6399315B2 - Terpene synthase gene, acetoacetate hydrolase gene, and method for producing terpene - Google Patents

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本発明は、ヒトに有用な生理活性のあるセスキテルペンの一種であるバレリアノール、ヘディカルオール、α-セリネン、α-コパエン、β-オシメン及びα-ファルネセン、並びにモノテルペンの一種であるリナロールを、ファルネシル二リン酸(モノテルペンの場合はゲラニル二リン酸)から合成するタンパク質、該タンパク質をコードする遺伝子、並びに該遺伝子を利用したセスキテルペン(又はモノテルペン)の製造方法に関する。
本発明はさらに、テルペン{セスキテルペン、モノテルペン及びテトラテルペン(カロテノイド)等}を生合成する組換え(遺伝子組換え)大腸菌を効果的に培養し、テルペンを効率的に回収するといったテルペンの製造方法に関する。
本発明はさらに、アセト酢酸エステル(アセト酢酸脂肪酸エステル)加水分解酵素(エステラーゼ)遺伝子、及び該遺伝子を利用したテルペン(イソプレノイド、テルペノイド)の効率的な製造方法に関する。
The present invention relates to valeranol, hedicarol, α-selinen, α-copaene, β-osimene and α-farnesene, which are types of physiologically active sesquiterpenes useful for humans, and linalool, which is a type of monoterpene. And a protein synthesized from farnesyl diphosphate (geranyl diphosphate in the case of monoterpene), a gene encoding the protein, and a method for producing sesquiterpene (or monoterpene) using the gene.
The present invention further provides the production of a terpene by effectively culturing recombinant (genetic recombination) E. coli that biosynthesizes terpenes {sesquiterpenes, monoterpenes, tetraterpenes (carotenoids, etc.)}, and efficiently recovering the terpenes. Regarding the method.
The present invention further relates to an acetoacetate ester (acetoacetate fatty acid ester) hydrolase (esterase) gene and an efficient method for producing terpenes (isoprenoids, terpenoids) using the gene.

テルペン(イソプレノイド、テルペノイドとも呼ばれる)は、23,000種を超える自然界で最も多様な化合物の集団である。そして、テルペンは、3,000種以上のセスキテルペンや750種以上のテトラテルペン(カロテノイド)を含んでいる。テルペンの中には、医薬品、農薬、機能性食品、香料、又はこれらの原料として用いられているなど産業上有用なものが多く含まれている。
しかしながら、テルペンは、自然界における蓄積量は一部の例を除いて少なく、単品を多量調製するには莫大なコストと労力を必要とするものが多い。したがって、遺伝子組換え微生物又は植物を利用したバイオテクノロジーによる多量生産のための開発研究が盛んに行われてきた。
Terpenes (also called isoprenoids, terpenoids) are the most diverse group of compounds in nature, with over 23,000 species. The terpene contains 3,000 or more sesquiterpenes and 750 or more tetraterpenes (carotenoids). Terpenes contain many industrially useful products such as pharmaceuticals, agricultural chemicals, functional foods, fragrances, or the raw materials thereof.
However, terpenes have a small accumulation amount in nature except for some examples, and many of them require enormous costs and labor to prepare a large amount of a single product. Therefore, development research for mass production by biotechnology using genetically modified microorganisms or plants has been actively conducted.

大腸菌は、遺伝子組換え(以後「組換え」と記載する)の技術や材料、遺伝子情報が最も充実した微生物である。よって、近年、組換え大腸菌を用いてテルペンを多量生産しようとする技術開発の研究が盛んである。
大腸菌はメバロン酸経路を持っておらず、非メバロン酸経路{2-C-メチル-D-エリストール4-リン酸(以後、MEPと記載する場合がある)を経由するのでMEP経路とも呼ばれる}によりテルペン生合成の最初の基質であるイソペンテニル二リン酸(イソペンテニルピロリン酸とも呼ばれる;以後IPPと記載する場合がある)が作られる。
Escherichia coli is a microorganism with the most complete technologies, materials, and genetic information for gene recombination (hereinafter referred to as “recombination”). Therefore, in recent years, research on technological development for mass production of terpenes using recombinant Escherichia coli has been active.
Escherichia coli does not have a mevalonate pathway and is also called the MEP pathway because it passes through the non-mevalonate pathway {2-C-methyl-D-erythritol 4-phosphate (hereinafter sometimes referred to as MEP)} Produces isopentenyl diphosphate (also referred to as isopentenyl pyrophosphate; hereinafter sometimes referred to as IPP), the first substrate of terpene biosynthesis.

IPPは、IPPイソメラーゼ(以後、Idiと記載する場合がある)によりジメチルアリル二リン酸(以後、DMAPPと記載する場合がある)に変換され、DMAPPはファルネシル二リン酸(以後、FPPと記載する場合がある)合成酵素(シンターゼ;synthase)等によりIPPと順次縮合することにより、炭素数10のゲラニル二リン酸(以後、GPPと記載する場合がある)、炭素数15のFPPに変換される。GPPから分岐して揮発成分であるモノテルペンが作られる。さらに、FPPから分岐して、セスキテルペンやトリテルペンが作られる。FPPはゲラニルゲラニル二リン酸(以後、GGPPと記載する場合がある)合成酵素によりIPPとさらに縮合して炭素数20のGGPPが合成される。このGGPPから分岐して、ジテルペンやカロテノイド(テトラテルペン)が合成される。
大腸菌は、上記のテルペンは生合成しないので、これらのテルペンを大腸菌に生合成させるためには、FPP(又はGPP)からそのテルペンまでの合成を担う生合成酵素遺伝子(群)を大腸菌に導入し、発現させる必要がある。
IPP is converted to dimethylallyl diphosphate (hereinafter sometimes referred to as DMAPP) by IPP isomerase (hereinafter sometimes referred to as Idi), and DMAPP is farnesyl diphosphate (hereinafter referred to as FPP). In some cases, by sequential condensation with IPP using a synthetic enzyme (synthase), etc., it is converted to geranyl diphosphate having 10 carbon atoms (hereinafter sometimes referred to as GPP) and FPP having 15 carbon atoms. . A monoterpene, which is a volatile component, is branched from GPP. In addition, sesquiterpenes and triterpenes are made by branching from the FPP. FPP is further condensed with IPP by geranylgeranyl diphosphate (hereinafter sometimes referred to as GGPP) synthase to synthesize GGPP having 20 carbon atoms. Branching from this GGPP, diterpenes and carotenoids (tetraterpenes) are synthesized.
Since E. coli does not biosynthesize the above terpenes, in order to biosynthesize these terpenes into E. coli, a biosynthetic enzyme gene (s) responsible for synthesis from FPP (or GPP) to the terpene is introduced into E. coli. Need to be expressed.

本発明者らは現在までに、ショウガ科(Zingiberaceae)やウコギ科(Araliaceae)に属する植物から、主としてセスキテルペンの合成酵素遺伝子を単離し、機能解析してきた(参照:特許文献1、2)。たとえば、ショウガ科(Zingiberaceae)の代表作物であるショウガ(生姜;Zingiber officinale)は、熱帯アジア原産の多年草であり、食材や生薬として広く用いられている。ショウガからは、セスキテルペン合成酵素として、ゲルマクレンD合成酵素(germacrene D synthase)遺伝子(ZoGeD)、β-ビサボレン合成酵素(β-bisabolene synthase)遺伝子(ZoTps1)、及びγ-アモルフェン合成酵素(γ-amorphene synthase)遺伝子(ZoTps5)が単離され、その構造と機能解析が行われた(参照:特許文献1、非特許文献1、2)。 To date, the present inventors have mainly isolated sesquiterpene synthase genes from plants belonging to Zingiberaceae and Araliaceae and analyzed their functions (see Patent Documents 1 and 2). For example, Zingiber officinale , a representative crop of Zingiberaceae , is a perennial plant native to tropical Asia and is widely used as a food and herbal medicine. From ginger, as sesquiterpene synthase, germacrene D synthase gene ( ZoGeD ), β-bisabolene synthase gene ( ZoTps1 ), and γ-amorphene synthase (γ-amorphene synthase) synthase) gene ( ZoTps5 ) was isolated and analyzed for its structure and function (see Patent Document 1, Non-Patent Documents 1 and 2).

また、同じショウガ属植物であるハナショウガ(Zingiber zerumbet)からは、α-フムレン合成酵素(α-humulene synthase)遺伝子(ZzZSS1)やβ-オイデスモール(β-ユーデスモール)合成酵素(β-eudesmol synthase)遺伝子(ZzZSS2)が単離され、その構造と機能解析が行われた(参照:非特許文献3、4)。 Also, from the same ginger plant, Zingiber zerumbet , α-humulene synthase gene ( ZzZSS1 ) and β-eudesmol synthase (β-eudesmol) synthase) gene ( ZzZSS2 ) was isolated and analyzed for its structure and function (see Non-Patent Documents 3 and 4).

大腸菌はメバロン酸経路を有さないが、メバロン酸経路の酵素の遺伝子群(メバロン酸経路遺伝子群;例えば非特許文献5)を大腸菌に導入する研究が盛んに行われてきた。最初の先駆的研究は柿沼らにより行われた(参照:非特許文献6)。柿沼らは、アセトアセチル-コエンザイムA(acetoacetyl-CoA;以後アセトアセチル-CoAと記載)からIPPまでの合成を行うメバロン酸経路遺伝子群、すなわち、3-ヒドロキシ-3-メチルグルタリル-CoA(以後HMG-CoAと記載)合成酵素(HMG-CoA synthase)、HMG-CoAレダクターゼ(HMG-CoA reductase)、メバロン酸キナーゼ(mevalonate kinase;MVA kinase)、ホスホメバロン酸キナーゼ(phosphomevalonate kinase; PMVA kinase)、ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ(diphosphomevalonate decarboxylase;DPMVA decarboxylase)をコードする5遺伝子、及び2型のIPPイソメラーゼ(IPP isomerase)をコードする遺伝子群{ストレプトミセス(Streptomyces)属CL190株由来;非特許文献5;Accession no AB037666;以後、単に「メバロン酸経路遺伝子群」と呼ぶ場合がある}を、パントエア・アナナティス(Pantoea ananatis)由来のカロテノイド(テトラテルペン)生合成遺伝子群{crtEcrtBcrtIcrtYcrtZ;FPPからゼアキサンチン(zeaxanthin)を作るのに必要な生合成遺伝子群}とともに大腸菌に導入し、発現させた。この組換え大腸菌は、D-メバロン酸ラクトン(D-mevalonate lactone、D-メバロノラクトン;MVLと記載する場合がある)を培地に基質として加えて培養することにより、効率的にゼアキサンチンを合成することができた(参照:非特許文献6)。 Although Escherichia coli does not have a mevalonate pathway, studies have been actively conducted to introduce a gene group of enzymes of the mevalonate pathway (mevalonate pathway gene group; for example, Non-Patent Document 5) into E. coli. The first pioneering study was conducted by Kakinuma et al. (See Non-Patent Document 6). Kakinuma et al., A group of mevalonate pathway genes that synthesize from acetoacetyl-CoA (acetoacetyl-CoA; hereinafter referred to as acetoacetyl-CoA) to IPP, namely 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA HMG-CoA) Synthetic enzyme (HMG-CoA synthase), HMG-CoA reductase (HMG-CoA reductase), mevalonate kinase (MVA kinase), phosphomevalonate kinase (PMVA kinase), diphosphomevalonate 5 genes encoding decarboxylase (diphosphomevalonate decarboxylase; DPMVA decarboxylase), and a gene group encoding type 2 IPP isomerase (derived from Streptomyces genus CL190 strain; Non-patent document 5; Accession no AB037666; Hereinafter, it may be simply referred to as “mevalonate pathway gene group”}, Pantoea Ananate Introduced into Escherichia coli together with carotenoid (tetraterpene) biosynthetic genes derived from Pantoea ananatis { crtE , crtB , crtI , crtY , crtZ ; biosynthetic genes necessary to produce zeaxanthin from FPP} And expressed. This recombinant Escherichia coli can synthesize zeaxanthin efficiently by adding D-mevalonate lactone (D-mevalonate lactone; sometimes referred to as MVL) as a substrate to the medium and culturing. (Reference: Non-Patent Document 6).

本発明者らも、柿沼らと同じストレプトミセス(Streptomyces)属CL190株由来のメバロン酸経路遺伝子群(非特許文献5;Accession no AB037666)(2型のIPPイソメラーゼ遺伝子を含む)を用い、そのままの形で大腸菌ベクターpACYC184{クロラムフェニコール(chloramphenicol:Cm)耐性}に挿入し、プラスミドpAC-Mevを作製した(参照:非特許文献7)。プラスミドpAC-Mevを、ハナショウガのα-フムレン合成酵素遺伝子(α-humulene synthase;ZzZSS1)発現用プラスミドとともに大腸菌に導入した組換え大腸菌は0.5 mg/mLのMVLを培地に基質として加えて培養することにより、1 mLあたり1 mgのα-フムレンを生産することが示された(参照:特許文献3、非特許文献7)。なお、プラスミドpAC-Mevを導入すること無しに、ZzZSS1遺伝子を大腸菌に導入し発現させた場合、α-フムレンの生産量はプラスミドpAC-Mevを含む場合の1/11に留まった。なお、メバロン酸経路遺伝子群のソースに関し、本発明者らは、本明細書の実施例でもストレプトミセス属CL190株由来のものを用いたが、酵母や他の細菌由来の相当遺伝子群を用いることもできる(参照:非特許文献8)。また、ハナショウガのβ-オイデスモール合成酵素遺伝子(ZzZSS2)をメバロン酸経路遺伝子群とともに導入し発現させると、その組換え大腸菌はMVLを培地に基質として加えて培養することにより、1 mLあたり100 μgのβ-オイデスモールを生産することが示された(参照:非特許文献4)。なお、これらセスキテルペンだけでなく、モノテルペンのリナロールも上記の系で生成することを示した(参照:特許文献2)。 The present inventors also used the same mevalonate pathway gene group derived from Streptomyces genus CL190 strain (Non-patent Document 5; Accession no AB037666) (including type 2 IPP isomerase gene) as in the case of Suganuma et al. The plasmid pACCYM184 was inserted into the E. coli vector pACYC184 {chloramphenicol (Cm) resistance} in a form (see Non-patent Document 7). Recombinant Escherichia coli introduced with plasmid pAC -Mev together with a plasmid for expression of the α-humulene synthase gene (α-humulene synthase; ZzZSS1 ) of 0.5 g / mL was added to the medium as a substrate. It was shown that 1 mg of α-humulene per 1 mL was produced by culturing (Reference: Patent Document 3, Non-Patent Document 7). In addition, when the ZzZSS1 gene was introduced into E. coli and expressed without introducing the plasmid pAC-Mev, the production amount of α-humulene remained at 1/11 that of the plasmid pAC-Mev. In addition, regarding the source of the mevalonate pathway gene group, the present inventors used the one derived from Streptomyces genus CL190 strain in the examples of the present specification, but use the corresponding gene group derived from yeast or other bacteria. (Reference: Non-Patent Document 8). In addition, when the β- eudesmol synthase gene ( ZzZSS2 ) of Hana ginger is introduced and expressed together with the group of mevalonate pathway genes, the recombinant Escherichia coli is cultured by adding MVL as a substrate to the culture medium to 100 per mL. It was shown to produce μg of β-eudesmol (see Non-Patent Document 4). In addition, it was shown that not only these sesquiterpenes but also the monoterpene linalool was produced in the above system (see: Patent Document 2).

また、プラスミドpAC-Mev内の外来遺伝子群の最後に、出芽酵母サッカロミセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)由来の1型のIPPイソメラーゼ(IPP isomerase)遺伝子(Scidi)を挿入したプラスミドpAC-Mev/Scidiを作製した(参照:特許文献3、非特許文献7)。pAC-Mev/Scidiを持つ組換え大腸菌にテルペン生合成遺伝子(例えば、カロテノイドのリコペン生合成に必要なcrtEcrtBcrtI)を導入し発現させると、テルペン(例えばリコペン)の生成量が、Scidi遺伝子が無い場合(プラスミドpAC-Mevの場合)より上昇することが示された(参照:特許文献3、非特許文献7)。なお、1型のIPPイソメラーゼ遺伝子としては、パン酵母サッカロミセス・セレビシエ以外にも、アスタキサンチン産生酵母キサントフィロマイセス・デンドロラス(Xanthophyllomyces dendrorhous)やアスタキサンチン産生緑藻ヘマトコッカス・プルビアリス(Haematococcus pluvialis)等の真核生物由来のものや一部の原核生物由来のものが知られており(例えばKajiwara, S., Fraser, P. D., Kondo, K., and Misawa, N., Biochem. J., 324: 421-426, 1997)、本発明においても、これらの遺伝子を使用することができる。また、2型のIPPイソメラーゼ遺伝子においても、ストレプトミセス属CL190株以外にも、海洋細菌ブレバンディモナス(Brevundimonas)属SD212株や海洋細菌パラコッカス(Paracoccus)属N81106株等の原核生物が有する遺伝子が知られており(Misawa, N., Marine Drugs, 9 (5): 757-771, 2011)、本発明においても、これらの遺伝子を使用することができる。 Also, the end of the foreign genes in the plasmid pAC-Mev, prepare plasmid pAC-Mev / Scidi inserting the budding yeast Saccharomyces cerevisiae (Saccharomyces cerevisiae) 1 type of IPP isomerase from (IPP isomerase) gene (Scidi) (Reference: Patent Document 3, Non-Patent Document 7). pAC-Mev / Scidi terpene biosynthetic gene recombinant E. coli with (e.g., required lycopene biosynthesis of carotenoids crtE, crtB, crtI) when to introduce the expression, the amount of the terpene (e.g. lycopene) is, Scidi It was shown that the level was higher than when no gene was present (in the case of plasmid pAC-Mev) (see: Patent Document 3, Non-Patent Document 7). Incidentally, type 1 as the the IPP isomerase gene, in addition to baker's yeast Saccharomyces cerevisiae, astaxanthin-producing yeast xanthate Philo My Seth Dendororasu (Xanthophyllomyces dendrorhous) and astaxanthin production green alga Haematococcus pluvialis (Haematococcus pluvialis) eukaryotic, such as Those derived from organisms and some prokaryotes are known (eg Kajiwara, S., Fraser, PD, Kondo, K., and Misawa, N., Biochem. J. , 324: 421-426). , 1997), these genes can also be used in the present invention. Also in type 2 IPP isomerase gene, in addition to the genus Streptomyces CL190 strain, gene marine bacterium Brevundimonas (Brevundimonas) genus SD212 strain and marine bacteria Paracoccus (Paracoccus) genus prokaryotes such as N81106 strain has the knowledge (Misawa, N., Marine Drugs , 9 (5): 757-771, 2011), and these genes can also be used in the present invention.

以上、メバロン酸経路遺伝子群(2型のIPPイソメラーゼ遺伝子を含む)を、1型のIPPイソメラーゼ(例えば、Scidi遺伝子)を加えて大腸菌に導入し発現させること、及び、培地にMVLを添加して培養することにより、結果的に、その組換え大腸菌内におけるFPP(GPPも)の生成量を多いに増量させることが示された。すなわち、FPPを基質とするセスキテルペン合成酵素(sesquiterpene synthase;sesquiterpene cyclase)遺伝子、GPPを基質とするモノテルペン合成酵素(monoterpene synthase)遺伝子、又はcrtE(GGPP合成酵素遺伝子)から始まるカロテノイド(テトラテルペン)生合成遺伝子群をメバロン酸経路遺伝子群と同時に導入し、発現させることにより、これらの産物であるセスキ(モノ)テルペン又はカロテノイドを効率的に製造することが可能であることが明らかとなった(参照:非特許文献7、8)。 As described above, the mevalonate pathway gene group (including type 2 IPP isomerase gene) is added to type 1 IPP isomerase (for example, Scidi gene) and introduced into E. coli, and MVL is added to the medium. As a result, it was shown that the amount of FPP (also GPP) produced in the recombinant Escherichia coli was increased by culturing. That is, sesquiterpene synthase (sesquiterpene synthase) gene using FPP as substrate, monoterpene synthase gene using GPP as substrate, or carotenoid (tetraterpene) starting from crtE (GGPP synthase gene) It was revealed that these products, such as sesqui (mono) terpenes or carotenoids, can be efficiently produced by introducing and expressing the biosynthetic genes together with the mevalonate pathway genes. Reference: Non-Patent Documents 7 and 8).

本発明者らは、さらに、前記ストレプトミセス属CL190株由来のメバロン酸経路遺伝子群、及び1型のIPPイソメラーゼ遺伝子(Scidi遺伝子)に加えて、ラット(Rattus norvegicus)由来のアセト酢酸-コエンザイムA リガーゼ(acetoacetate-CoA ligase;Aac1;アセトアセチル-CoA シンテターゼ)をコードする遺伝子を付加して、大腸菌に導入し発現させた(参照:特許文献3、非特許文献7、8)。その組換え大腸菌を培養し、アセト酢酸塩(アセト酢酸リチウム塩;Li acetoacetate;以下LAAと記載することがある)を基質として培地に加えることにより、MVL添加の場合と同様に、テルペンを効率的に生産できることを示した(参照:特許文献3、非特許文献7、8)。すなわち、FPPからテルペンを合成する酵素遺伝子のみを導入し発現させた組換え大腸菌の場合と比べて、3.5〜9.3倍(FPPからカロテノイドを合成する酵素遺伝子群の場合)になることを示した(参照:特許文献3、非特許文献7)。 In addition to the mevalonate pathway gene group derived from the Streptomyces genus CL190 strain and the type 1 IPP isomerase gene ( Scidi gene), the present inventors further provided an acetoacetate-coenzyme A ligase derived from rat ( Rattus norvegicus ). A gene encoding (acetoacetate-CoA ligase; Aac1; acetoacetyl-CoA synthetase) was added, and the gene was introduced into E. coli and expressed (Reference: Patent Document 3, Non-Patent Documents 7 and 8). By culturing the recombinant Escherichia coli and adding acetoacetate (lithium acetoacetate; Li acetoacetate; hereinafter sometimes referred to as LAA) as a substrate to the medium, terpene can be efficiently treated as in the case of MVL addition. (Reference: Patent Document 3, Non-Patent Documents 7 and 8). In other words, it is 3.5 to 9.3 times higher (in the case of enzyme genes that synthesize carotenoids from FPP) than in the case of recombinant Escherichia coli in which only the enzyme gene that synthesizes terpenes from FPP is expressed. (Reference: Patent Document 3, Non-Patent Document 7).

さらに、前述してきた系を利用すると、新規に取得された、又は機能が未知のセスキテルペン(又はモノテルペン)合成酵素遺伝子配列の機能解析を行うことができる(参照:非特許文献8)。すなわち、この遺伝子配列を発現するように導入したMVL又はLAA資化能を持つ組換え大腸菌がセスキテルペン(又はモノテルペン)を生産しているかどうかを調べることができる(大腸菌は元々セスキテルペンやモノテルペンを生産しない)。テルペンが生産されている場合は、そのテルペンの化学構造を解析することにより、そのテルペン合成酵素遺伝子配列は、FPPからその化学構造を持つセスキテルペン(又はGPPからモノテルペン)の産物を合成する酵素をコードする遺伝子であると同定されるからである。セスキテルペンは植物や微生物等(植物が主体)からすでに7,000種以上が単離されているが、まだ、多くのセスキテルペン合成酵素遺伝子が未知である。今後、この系により、テルペン合成酵素遺伝子の機能解析が進むものと期待される(参照:特許文献2、3、非特許文献8)。   Furthermore, by using the system described above, it is possible to analyze the function of a newly obtained sesquiterpene (or monoterpene) synthase gene sequence whose function is unknown (see Non-Patent Document 8). That is, it is possible to examine whether recombinant E. coli having MVL or LAA assimilation ability introduced so as to express this gene sequence is producing sesquiterpenes (or monoterpenes). Does not produce terpenes). When a terpene is produced, by analyzing the chemical structure of the terpene, the terpene synthase gene sequence is an enzyme that synthesizes the product of a sesquiterpene having the chemical structure from FPP (or GPP monoterpene) This is because it is identified as a gene that encodes. More than 7,000 sesquiterpenes have already been isolated from plants, microorganisms, etc. (mainly plants), but many sesquiterpene synthase genes are still unknown. In the future, functional analysis of terpene synthase genes is expected to proceed with this system (see: Patent Documents 2 and 3, Non-Patent Document 8).

なお、MVLは分子内に不斉炭素を持つ高価な試薬(例えば30,200円/g;東京化成工業株式会社2012-2013カタログ)であったので、比較的安価な試薬であるLAA(例えば11,100円/1 g、35,800円/5 g;東京化成工業株式会社2012-2013カタログ)の利用技術の開発は意義深いものであった。しかしながら、培地糖源のグルコース(D-(+)-glucose;例えば1,900円/500 g;東京化成工業株式会社2012-2013カタログ)と比べるとLAAは遥かに高価であるので、更なる安価な基質の開発が望まれていた。   Since MVL was an expensive reagent having an asymmetric carbon in the molecule (for example, 30,200 yen / g; Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. 2012-2013 catalog), LAA, which is a relatively inexpensive reagent (for example, 11 , 100 yen / 1 g, 35,800 yen / 5 g; Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. 2012-2013 catalog), the development of the utilization technology was significant. However, LAA is much more expensive than glucose (D-(+)-glucose; for example, 1,900 yen / 500 g; Tokyo Chemical Industry 2012-2013 catalog) as a medium sugar source. Development of a new substrate has been desired.

また一般に、セスキテルペン(又はモノテルペン)、特に分子内に酸素原子を含まないものは揮発性が高いので、セスキテルペン(又はモノテルペン)を生合成する組換え大腸菌の培養中に、生産されたセスキテルペン(又はモノテルペン)の一部が揮発してしまい、結果的に産物の回収率を低下させてしまうという問題点がある。そこで、ドデカン(n-dodecane)を培地量の20%程度加えて重層培養し、生成したセスキテルペン(又はモノテルペン)をドデカン層に回収し、GC-MS分析に供するという方法が多用されてきた(参照:特許文献2、3、非特許文献7)。しかしながら、ドデカンはエバポレータで除くのは困難であるので、ドデカン層に回収したセスキテルペン(又はモノテルペン)を精製することは困難であるという問題点を有していた。 In general, sesquiterpenes (or monoterpenes), especially those that do not contain oxygen atoms in the molecule, are highly volatile, so they were produced during the cultivation of recombinant E. coli that biosynthesizes sesquiterpenes (or monoterpenes). There is a problem in that part of the sesquiterpene (or monoterpene) volatilizes, resulting in a reduction in product recovery. Therefore, a method in which about 20% of the medium amount of dodecane ( n- dodecane) is added and cultivated in a multi-layer, and the produced sesquiterpene (or monoterpene) is collected in the dodecane layer and used for GC-MS analysis has been frequently used. (Reference: Patent Documents 2 and 3, Non-Patent Document 7). However, since dodecane is difficult to remove with an evaporator, it has a problem that it is difficult to purify sesquiterpene (or monoterpene) collected in the dodecane layer.

また一般に、テトラテルペン(カロテノイド)を生合成する組換え大腸菌を培養して、カロテノイド産物を得る場合、培養液当たりのカロテノイド生産量は、他のテルペン産物と比べると、相当低いという問題点があった。たとえば、セスキテルペンであるα-フムレンの1 mLあたりの生産量は1 mgであるのに対して(参照:特許文献3、非特許文献7)、カロテノイドのリコペンの1 g(≒1 mL)あたりの生産量は高々20 μgに過ぎなかった(参照:非特許文献9)。   In general, when carotenoid products are obtained by culturing recombinant Escherichia coli that biosynthesizes tetraterpenes (carotenoids), the amount of carotenoid production per culture solution is considerably lower than other terpene products. It was. For example, the production amount per 1 mL of α-humulene, which is a sesquiterpene, is 1 mg (Ref: Patent Document 3, Non-Patent Document 7), whereas per 1 g (≈1 mL) of carotenoid lycopene. Was no more than 20 μg (see Non-Patent Document 9).

特許5457159Patent 5457159 特開2013-63063JP2013-63063A 特許5405030Patent 5405030

S. Picard, M. E. Olsson, M. Brodelius, P. E. Brodelius, Arch. Biochem. Biophys. 452: 17-28, 2006S. Picard, M. E. Olsson, M. Brodelius, P. E. Brodelius, Arch. Biochem. Biophys. 452: 17-28, 2006 M. Fujisawa, H. Harada, H. Kenmoku, S. Mizutani, N. Misawa, Planta, 232: 121-130; Erratum, 232: 131, 2010M. Fujisawa, H. Harada, H. Kenmoku, S. Mizutani, N. Misawa, Planta, 232: 121-130; Erratum, 232: 131, 2010 F. Yu, S. Okamoto, K. Nakasone, K. Adachi, S. Matsuda, H. Harada, N. Misawa, R. Utsumi, Planta 227: 1291-1299, 2008F. Yu, S. Okamoto, K. Nakasone, K. Adachi, S. Matsuda, H. Harada, N. Misawa, R. Utsumi, Planta 227: 1291-1299, 2008 F. Yu, H. Harada, K. Yamasaki, S. Okamoto, S. Hirase, Y. Tanaka, N. Misawa, R. Utsumi, FEBS Lett 582: 565-572, 2008F. Yu, H. Harada, K. Yamasaki, S. Okamoto, S. Hirase, Y. Tanaka, N. Misawa, R. Utsumi, FEBS Lett 582: 565-572, 2008 M. Takagi, T. Kuzuyama, S. Takahashi, H. Seto, J. Bacteriol., 182: 4153-4157, 2000M. Takagi, T. Kuzuyama, S. Takahashi, H. Seto, J. Bacteriol., 182: 4153-4157, 2000 K. Kakinuma, Y. Dekishima, Y. Matsushima, T. Eguchi, N. Misawa, M. Takagi, T. Kuzuyama, H. Seto, J. Am. Chem. Soc., 123: 1238-1239, 2001K. Kakinuma, Y. Dekishima, Y. Matsushima, T. Eguchi, N. Misawa, M. Takagi, T. Kuzuyama, H. Seto, J. Am. Chem. Soc., 123: 1238-1239, 2001 H. Harada, F. Yu, S. Okamoto, T. Kuzuyama, R. Utsumi, N. Misawa, Appl. Microbiol. Biotechnol. 81: 915-925, 2009H. Harada, F. Yu, S. Okamoto, T. Kuzuyama, R. Utsumi, N. Misawa, Appl. Microbiol. Biotechnol. 81: 915-925, 2009 H. Harada, N. Misawa, Appl. Microbiol. Biotechnol. 84: 1021-1031, 2009H. Harada, N. Misawa, Appl. Microbiol. Biotechnol. 84: 1021-1031, 2009 H. Alper, G. Stephanopoulos, Appl. Microbiol. Biotechnol.78: 801-810, 2008H. Alper, G. Stephanopoulos, Appl. Microbiol. Biotechnol. 78: 801-810, 2008

本発明は、テルペンの製造に関して下記の3つの関連する課題を解決しようとする。
本発明は、FPP又はGPPからセスキテルペン又はモノテルペンの合成に必要な新規酵素遺伝子を取得すること、及び取得した新規合成酵素遺伝子を利用して、テルペンを製造する方法を提供することを課題とする(課題1)。
本発明はさらに、テルペンを産生する組換え大腸菌を培地で培養する際、この大腸菌の効果的な培養法、及びテルペンの効率的な回収・精製法を検討し、テルペンを効率的に製造する方法を提供することを課題とする(課題2)。
本発明はさらに、安価な基質であるアセト酢酸メチルエステルやアセト酢酸エチルエステル等のアセト酢酸エステル(アセト酢酸脂肪酸エステル)を利用するため、アセト酢酸エステル加水分解酵素(エステラーゼ)遺伝子を新たに見出すこと、及び新たに見出したエステラーゼ遺伝子を利用して、テルペンを効率的に製造する方法を提供することを課題とする(課題3)。
The present invention seeks to solve the following three related problems regarding the production of terpenes.
An object of the present invention is to obtain a novel enzyme gene necessary for the synthesis of sesquiterpene or monoterpene from FPP or GPP, and to provide a method for producing terpene using the obtained novel synthetic enzyme gene. (Problem 1).
The present invention further examines an effective culture method for E. coli and a method for efficiently producing and purifying terpenes when cultivating recombinant E. coli producing terpenes in a medium, and a method for efficiently producing terpenes. (Problem 2).
Furthermore, the present invention uses an acetoacetate ester (acetoacetate fatty acid ester) such as acetoacetate methyl ester or acetoacetate ethyl ester, which is an inexpensive substrate, and therefore a new acetoacetate hydrolase (esterase) gene is found. Another object is to provide a method for efficiently producing a terpene by utilizing a newly found esterase gene (Problem 3).

本発明者らは、上記3つの関連する課題を解決するために、以下のように鋭意研究を行った。   In order to solve the above three related problems, the present inventors have conducted intensive research as follows.

<課題1>
(i)FPP又はGPPからセスキテルペン又はモノテルペンの合成に必要な新規酵素遺伝子を取得すること、及び取得した新規合成酵素遺伝子を利用して、テルペンを製造する方法を提供することが本発明の課題1である。
LAAからセスキテルペン(又はモノテルペン)の基質であるFPP(又はGPP)を多量に作らせるため、ストレプトミセス(Streptomyces)属CL190株(非特許文献5;Accession no AB037666)から単離されたメバロン酸経路遺伝子群、すなわち、HMG-CoA合成酵素(HMG-CoA synthase)、HMG-CoAレダクターゼ(HMG-CoA reductase)、メバロン酸キナーゼ(mevalonate kinase;MVA kinase)、ホスホメバロン酸キナーゼ(phosphomevalonate kinase; PMVA kinase)、ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ(diphosphomevalonate decarboxylase;DPMVA decarboxylase)をコードする5遺伝子、及びIPPイソメラーゼ(IPP isomerase; 2型)をコードする遺伝子に加えて、さらにサッカロミセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)由来のIPPイソメラーゼ(IPP isomerase; 1型)をコードする遺伝子(Scidi)及びラット(Rattus norvegicus)由来のアセト酢酸-コエンザイムAリガーゼ(acetoacetate-CoA ligase;Aac1)をコードする遺伝子(Aacl)を発現するためのプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aacl{いずれも大腸菌ベクターpACYC184を使用;クロラムフェニコール(Cm)耐性;特許文献3、非特許文献7}を作製した。
(ii)ツバキ属(Camellia)花卉植物及びフリージア(Freesia × hybrida)の花、さらにはラッキョウ(Allium chinense G.Don)の鱗茎組織から抽出した全RNAからcDNAを合成し、さらにPCRによって、いくつかの全長の(セスキ)テルペン合成酵素遺伝子配列を単離し、大腸菌発現用ベクターpRSFDuet-1(Novagen社製)に挿入し、目的とする発現用プラスミド{カナマイシン(Km)耐性}を作製した。
上記プラスミドの各々を(i)で作製したプラスミドと共に大腸菌に導入して、LAA、Km及びCmを含む培地で培養し、生成したセスキテルペンを分析することにより、FPPを変換してバレリアノール及び/又はヘディカルオールを合成するバレリアノール/ヘディカルオール合成酵素(シンターゼ)遺伝子、FPPを変換してα-セリネンを合成するα-セリネン合成酵素遺伝子、FPPを変換してα-コパエンを合成するα-コパエン合成酵素遺伝子、及びFPPを変換してβ-オシメン及びα-ファルネセンを合成するβ-オシメン/α-ファルネセン合成酵素遺伝子を新規に取得した。さらに、GPPを変換してリナロールを合成するリナロール合成酵素遺伝子を新規に取得した。
(iii)(ii)で取得したバレリアノール/ヘディカルオール合成酵素遺伝子、α-セリネン合成酵素遺伝子、α-コパエン合成酵素遺伝子、β-オシメン/α-ファルネセン遺伝子、及びリナロール合成酵素遺伝子の大腸菌発現用プラスミドのいずれか1つのプラスミドを、(i)で作製したプラスミドと共に大腸菌に導入して、LAA、Km及びCmを含む培地で培養することにより、ヒトに有用な生理活性のあるセスキテルペンの一種である、バレリアノール、ヘディカルオール、α-セリネン、α-コパエン、β-オシメン及びα-ファルネセンを、及び、ヒトに有用な生理活性のあるモノテルペンの一種であるリナロールを製造する方法を提供することができた。
<Problem 1>
(I) Obtaining a novel enzyme gene necessary for the synthesis of sesquiterpene or monoterpene from FPP or GPP, and providing a method for producing terpene using the obtained novel synthetic enzyme gene Problem 1.
Mevalonic acid isolated from Streptomyces genus CL190 strain (Non-patent Document 5; Accession no AB037666) for producing a large amount of FPP (or GPP) which is a substrate of sesquiterpene (or monoterpene) from LAA Pathway genes, ie HMG-CoA synthase, HMG-CoA reductase, mevalonate kinase (MVA kinase), phosphomevalonate kinase (PMVA kinase) In addition to 5 genes encoding diphosphomevalonate decarboxylase (DPMVA decarboxylase) and a gene encoding IPP isomerase (IPP isomerase; type 2), an IPP isomerase derived from Saccharomyces cerevisiae (IPP isomerase) isomerase; 1 type) encoding gene (Scidi) and La Use; (Aac1 acetoacetate-CoA ligase) encoding gene plasmid for expressing (Aacl) pAC-Mev / Scidi / Aacl { E. coli vector pACYC184 neither coenzyme A ligase - DOO (Rattus norvegicus) derived from acetoacetic acid; Chloramphenicol (Cm) resistance; Patent Literature 3, Non-Patent Literature 7} was prepared.
(Ii) cDNA is synthesized from total RNA extracted from Camellia flower plants and flowers of Freesia x hybrida , and bulbous tissue of Allium chinense G. Don. The full-length (sesqui) terpene synthase gene sequence was isolated and inserted into the E. coli expression vector pRSFDuet-1 (Novagen) to prepare the desired expression plasmid {kanamycin (Km) resistance}.
Each of the above plasmids is introduced into E. coli together with the plasmid prepared in (i), cultured in a medium containing LAA, Km, and Cm, and the sesquiterpene produced is analyzed to convert FPP to convert valeranol and / or Alternatively, valeranol / hedicarol synthase (synthase) gene that synthesizes hedicarol, α-serinen synthase gene that synthesizes α-serinen by converting FPP, and α-copaene that synthesizes FPP α -Copaene synthase gene and β-oscymene / α-farnesene synthase gene that synthesizes β-oscymene and α-farnesene by converting FPP were newly obtained. Furthermore, a linalool synthase gene that synthesizes linalool by converting GPP was newly obtained.
(Iii) E. coli expression of valeranol / hedicarol synthase gene, α-selinene synthase gene, α-copaene synthase gene, β-oscymene / α-farnesene gene, and linalool synthase gene obtained in (iii) One of the plasmids for use in humans is introduced into E. coli together with the plasmid prepared in (i) and cultured in a medium containing LAA, Km and Cm, thereby providing a kind of physiologically active sesquiterpene useful for humans A method for producing valeranol, hedicarol, α-selinen, α-copaene, β-oscymene and α-farnesene, and linalool, a kind of physiologically active monoterpene useful for humans We were able to.

<課題2>
(i)テルペン{セスキテルペン、モノテルペン、テトラテルペン(カロテノイド)等}を生合成する組換え大腸菌を培地で培養する際、この大腸菌の効果的な培養法、及び該テルペンの効率的な回収・精製法を検討し、テルペンを効率的に製造する方法を提供することが本発明の課題2である。
一般に、セスキテルペン(又はモノテルペン)、特に分子内に酸素原子を含まないものは揮発性が高いので、セスキテルペン(又はモノテルペン)を生合成する組換え大腸菌の培養中に、生産されたセスキテルペン(又はモノテルペン)の一部が揮発してしまい、結果的に産物の回収率を低下させてしまうという問題点がある。そこで、ドデカン(n-dodecane)を培地量の20%程度加えて重層培養し、生成したセスキテルペン(又はモノテルペン)をドデカン層に回収し、GC-MS分析に供するという方法が多用されてきた(参照:特許文献2、3、非特許文献7)。しかしながら、本発明者らは、GC-MS分析だけで、生成したセスキテルペン(又はモノテルペン)産物の構造特定をするのは多くの場合、困難である(信ぴょう性に問題がある)ということを認識するに至り、特に標品が無い場合にはNMR解析が必須であるとの結論に至った。一方、NMR解析をするためには、生成したセスキテルペン(又はモノテルペン)産物の精製が必要であるが、ドデカンをエバポレータで取り除くのは困難であるので、ドデカン層に回収したセスキテルペン(又はモノテルペン)を精製することは困難であるという問題点を有していた。そこで、揮発温度の低い炭素数10以下のn-アルカンを培地量の20%程度加えて重層培養し、生成したセスキテルペン(又はモノテルペン)産物をn-アルカン層に回収して、溶媒をエバポレータで取り除くことにより精製を進めたいと考えた。ところが、炭素数7(n-ヘプタン)以下のn-アルカンは宿主の大腸菌の生育を阻害した。一方、炭素数8(n-オクタン:n-octane)〜炭素数10(デカン:n-decane)のn-アルカンは宿主の大腸菌の生育を阻害せず、しかも、溶媒を通常のダイヤフラムエバポレータ減圧ポンプで取り除くことができ、精製を効率的に進められることが出来ることを見出した。こうして、セスキテルペン(又はモノテルペン)の効率的な回収・精製法を検討するという課題を解決することができた。なお、n-オクタン又はデカンで、セスキテルペン(又はモノテルペン)を生合成する宿主を重層培養して、n-オクタン又はデカン層に産物を回収し精製するといった方法はこれまでは開示されていなかった。
(ii)本発明者らはさらに、テトラテルペン(カロテノイド)を生合成する組換え大腸菌の培養中に、種々の糖(1%程度)を添加し、培養液当たりのカロテノイド量が増えるかどうかを検討した。その結果、微生物培養用培地には通常使わない糖である、フルクトース、ガラクトース、トレハロース、ソルビトール、マンニトール及び/又はマンノースを含む培地で、カロテノイドを生合成する組換え大腸菌を培養すると、培養液当たりのカロテノイド量が増えることを見出した。以上により、カロテノイドを産生組換え大腸菌の効果的な培養法を検討し、効率的に製造する方法を提供するという課題を解決することができた。
<Problem 2>
(I) When culturing recombinant E. coli that biosynthesizes terpenes {sesquiterpenes, monoterpenes, tetraterpenes (carotenoids, etc.)} in a medium, an effective culture method for the E. coli, and efficient recovery of the terpenes It is the subject 2 of the present invention to examine a purification method and to provide a method for efficiently producing a terpene.
In general, sesquiterpenes (or monoterpenes), particularly those that do not contain oxygen atoms in the molecule, are highly volatile, so that the sesquiterpenes produced during the culture of recombinant E. coli that biosynthesizes sesquiterpenes (or monoterpenes) There is a problem in that part of the terpene (or monoterpene) volatilizes, resulting in a reduction in product recovery. Therefore, a method in which about 20% of the medium amount of dodecane ( n- dodecane) is added and cultivated in a multi-layer, and the produced sesquiterpene (or monoterpene) is collected in the dodecane layer and used for GC-MS analysis has been frequently used. (Reference: Patent Documents 2 and 3, Non-Patent Document 7). However, the present inventors often find that it is difficult to specify the structure of the produced sesquiterpene (or monoterpene) product only by GC-MS analysis (there is a problem with authenticity). As a result, it was concluded that NMR analysis was indispensable especially when there was no standard. On the other hand, in order to perform NMR analysis, it is necessary to purify the produced sesquiterpene (or monoterpene) product. However, since it is difficult to remove dodecane with an evaporator, the sesquiterpene (or monoterpene recovered in the dodecane layer is difficult to remove. The problem was that it was difficult to purify terpenes. Therefore, n -alkane having a carbon number of 10 or less with a low volatility temperature is added to about 20% of the amount of the medium, and the sesquiterpene (or monoterpene) product is recovered in the n -alkane layer, and the solvent is evaporated. I wanted to proceed with the purification by removing it. However, n -alkanes having 7 or less carbon atoms ( n -heptane) inhibited the growth of host E. coli. On the other hand, carbon atoms 8 (n - octane: n -octane) ~ carbons 10: n in (decane n -decane) - alkane did not inhibit growth of a host E. coli, moreover, conventional diaphragm evaporator decompression pump the solvent It was found that the purification can proceed efficiently. Thus, it was possible to solve the problem of examining an efficient method for recovering and purifying sesquiterpenes (or monoterpenes). Incidentally, n - octane or decane, a sesquiterpene (or monoterpene) to host the layered culture of biosynthesis, n - methods such that the product octane or decane layer recovered and purified has not been disclosed so far It was.
(Ii) The present inventors further added various sugars (about 1%) during the cultivation of recombinant E. coli that biosynthesizes tetraterpenes (carotenoids), and whether or not the amount of carotenoids per culture broth increases. investigated. As a result, when recombinant E. coli that biosynthesizes carotenoids is cultured in a medium containing fructose, galactose, trehalose, sorbitol, mannitol, and / or mannose, which are sugars that are not normally used in microorganism culture media, We found that the amount of carotenoids increased. As described above, an effective culture method for recombinant Escherichia coli producing carotenoids has been studied, and the problem of providing a method for efficiently producing carotenoids has been solved.

<課題3>
安価な基質であるアセト酢酸メチルエステル(acetoacetic acid methyl ester;methyl acetoacetate:MAA)やアセト酢酸エチルエステル(acetoacetic acid ethyl ester;ethyl acetoacetate:EAA)等のアセト酢酸エステル(アセト酢酸脂肪酸エステル)を利用するため、アセト酢酸エステル加水分解酵素(エステラーゼ)遺伝子を新たに見出すこと、及び新たに見出したエステラーゼ遺伝子を利用して、テルペン{セスキテルペン、モノテルペン、及びテトラテルペン(カロテノイド)を含む;テルペンはイソプレノイド、テルペノイドとも呼ばれる}を効率的に製造する方法を提供することが本発明の課題3である。
なお、試薬としてのアセト酢酸メチルエステル(methyl acetoacetate:MAA)及びアセト酢酸エチルエステル(ethyl acetoacetate:EAA)の価格はそれぞれ、2,800円/500 g及び3,400円/500 gであった(東京化成工業株式会社2012-2013カタログ)。なお、試薬としてのアセト酢酸リチウム(LAA)の価格は、35,800円/5 gであったので(東京化成工業株式会社2012-2013カタログ)、LAAの代わりに、MAA及び/又はEAAを用いることにより、大幅なコストダウンが可能である。
これまで、MAA又はEAAを(効率的に)加水分解できる酵素(エステラーゼ)や酵素遺伝子の報告は無かった。そこで、本発明者らは、アミノ酸一次配列より分類した細菌12ファミリーから構成される18個の推定遺伝子を含むエステル加水分解酵素(エステラーゼ)遺伝子について、ゲノム配列データベースより塩基配列を取得し、全長配列を単離した。これらの遺伝子を導入・発現した組換え大腸菌から調製された酵素粗抽出液のうち、13菌株由来サンプルにおいて、可溶性画分に著量の酵素タンパク質の合成が確認された。MAA又はLAAに対する加水分解活性を指標にスクリーニングしたところ、高いアセト酢酸エステル加水分解活性を有するものを3個、見出した。次に、プラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclに上記3遺伝子の1つを挿入したプラスミド(例:pAC-Mev/Scidi/Aacl/pnbA)を作製した。そのプラスミドを、FPP(又はGPP)からテルペン(イソプレノイド、テルペノイド)合成に必要な遺伝子又は遺伝子群と共に大腸菌に導入して、評価試験を行った。例えば、テトラテルペン(カロテノイド)のリコペンの合成に必要な遺伝子群を導入した場合においても、セスキテルペンのα-フムレンの合成に必要な遺伝子を導入した場合においても、プラスミドpAC-Mev/Scidi/Aacl/pnbAと共に大腸菌に導入した場合、プラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclと共存させた大腸菌におけるLAA添加の場合(ポジティブコントロール)と比べて、同レベルかそれ以上のMAA又はEAAの資化能を示すことを実証し、本課題を達成することができた。
<Problem 3>
Use acetoacetate (acetoacetate acid methyl ester; MAA) or acetoacetate (acetoacetate: EAA) such as acetoacetic acid ethyl ester (EAA), which is an inexpensive substrate Therefore, terpenes {including sesquiterpenes, monoterpenes, and tetraterpenes (carotenoids) using the newly found esterase genes, including acetoacetate hydrolase (esterase) genes; terpenes are isoprenoids It is the third object of the present invention to provide a method for efficiently producing a terpenoid.
The prices of methyl acetoacetate (MAA) and ethyl acetoacetate (EAA) as the reagents were 2,800 yen / 500 g and 3,400 yen / 500 g, respectively ( Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. 2012-2013 catalog). Since the price of lithium acetoacetate (LAA) as a reagent was 35,800 yen / 5 g (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. 2012-2013 catalog), MAA and / or EAA was used instead of LAA. As a result, the cost can be significantly reduced.
Until now, there have been no reports of enzymes (esterases) or enzyme genes that can hydrolyze MAA or EAA (efficiently). Therefore, the present inventors obtained a base sequence from a genome sequence database for an ester hydrolase (esterase) gene containing 18 putative genes composed of 12 bacterial families classified from the primary amino acid sequence, and obtained a full-length sequence. Was isolated. Among the crude enzyme extract prepared from recombinant Escherichia coli introduced and expressed with these genes, synthesis of a significant amount of enzyme protein was confirmed in the soluble fraction in samples derived from 13 strains. When screening was performed using the hydrolytic activity for MAA or LAA as an index, three compounds having high acetoacetate hydrolyzing activity were found. Next, a plasmid (eg, pAC-Mev / Scidi / Aacl / pnbA) in which one of the above three genes was inserted into the plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl was prepared. The plasmid was introduced into E. coli together with a gene or gene group required for terpene (isoprenoid, terpenoid) synthesis from FPP (or GPP), and an evaluation test was performed. For example, the plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl, whether the gene group necessary for the synthesis of tetraterpene (carotenoid) lycopene or the gene necessary for the synthesis of sesquiterpene α-humulene is introduced. When introduced into E. coli together with / pnbA, MAA or EAA is assimilated at the same level or higher compared to LAA addition (positive control) in E. coli coexisting with plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl It was proved that we were able to achieve this task.

本発明は上記知見に基づき完成されたものである。即ち、本発明は、以下の〔1〕〜〔22〕を提供する。   The present invention has been completed based on the above findings. That is, the present invention provides the following [1] to [22].

〔1〕以下の(1)〜(7)のいずれか1つに示すアセト酢酸エステル(アセト酢酸脂肪酸エステル)加水分解酵素(エステラーゼ)遺伝子:
(1)配列番号85〜87のいずれか1つに記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子、
(2)配列番号85〜87のいずれか1つに記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号85〜87のいずれか1つに記載のアミノ酸配列と実質的同質のアセト酢酸エステルを加水分解する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(3)配列番号85〜87のいずれか1つに記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号85〜87のいずれか1つに記載のアミノ酸配列と実質的同質のアセト酢酸エステルを加水分解する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(4)配列番号82〜84、90のいずれか1つに記載の塩基配列からなるDNAからなる遺伝子、
(5)配列番号82〜84、90のいずれか1つに記載の塩基配列からなるDNAにおいて、1〜50個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加しているDNAからなる遺伝子であり、かつアセト酢酸エステルを加水分解する活性を有するポリペプチドをコードするDNAからなる遺伝子、
(6)配列番号82〜84、90のいずれか1つに記載の塩基配列からなるDNAと85%以上の相同性を有するDNAからなる遺伝子であり、かつアセト酢酸エステル(アセト酢酸脂肪酸エステル)を加水分解する活性を有するポリペプチドをコードするDNAからなる遺伝子、
(7)配列番号82〜84、90のいずれか1つに記載の塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつアセト酢酸エステル(アセト酢酸脂肪酸エステル)を加水分解する活性を有するポリペプチドをコードするDNAからなる遺伝子。
[1] Acetoacetate (acetoacetate fatty acid ester) hydrolase (esterase) gene shown in any one of the following (1) to (7):
(1) a gene encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence of any one of SEQ ID NOs: 85 to 87,
(2) In the amino acid sequence described in any one of SEQ ID NOs: 85 to 87, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and any one of SEQ ID NOs: 85 to 87 A gene encoding a polypeptide having an activity to hydrolyze an acetoacetate substantially the same as the amino acid sequence described in 1.
(3) 90% or more homology with the amino acid sequence described in any one of SEQ ID NOs: 85 to 87, and substantially homogenous with the amino acid sequence described in any one of SEQ ID NOs: 85 to 87 A gene encoding a polypeptide having an activity of hydrolyzing acetoacetate,
(4) a gene comprising a DNA comprising the base sequence set forth in any one of SEQ ID NOs: 82 to 84 and 90,
(5) a gene comprising a DNA comprising the nucleotide sequence of any one of SEQ ID NOs: 82 to 84 and 90, wherein 1 to 50 nucleotide sequences are substituted, deleted, inserted and / or added; A gene comprising a DNA encoding a polypeptide having an activity of hydrolyzing acetoacetate,
(6) A gene comprising a DNA having a base sequence of any one of SEQ ID NOs: 82 to 84 and 90 and a DNA having 85% or more homology, and an acetoacetate ester (acetoacetate fatty acid ester) A gene comprising DNA encoding a polypeptide having an activity of hydrolyzing,
(7) It hybridizes under stringent conditions with a DNA consisting of a base sequence complementary to the DNA consisting of the base sequence described in any one of SEQ ID NOs: 82 to 84, 90, and acetoacetate (acetoacetate A gene comprising DNA encoding a polypeptide having an activity of hydrolyzing (fatty acid ester).

〔2〕以下の(1)〜(3)のいずれか1つのアミノ酸配列を有するアセト酢酸エステル(アセト酢酸脂肪酸エステル)加水分解酵素(エステラーゼ):
(1)配列番号85〜87のいずれか1つに記載のアミノ酸配列、
(2)配列番号85〜87のいずれか1つに記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号85〜87のいずれか1つに記載のアミノ酸配列と実質的同質のアセト酢酸エステルを加水分解する活性を有するアミノ酸配列、
(3)配列番号85〜87のいずれか1つに記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号85〜87のいずれか1つに記載のアミノ酸配列と実質的同質のアセト酢酸エステルを加水分解する活性を有するアミノ酸配列。
[2] Acetoacetate ester (acetoacetate fatty acid ester) hydrolase (esterase) having the amino acid sequence of any one of the following (1) to (3):
(1) the amino acid sequence according to any one of SEQ ID NOs: 85 to 87,
(2) In the amino acid sequence described in any one of SEQ ID NOs: 85 to 87, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and any one of SEQ ID NOs: 85 to 87 An amino acid sequence having an activity to hydrolyze an acetoacetate substantially the same as the amino acid sequence described in 1.
(3) 90% or more homology with the amino acid sequence described in any one of SEQ ID NOs: 85 to 87, and substantially homogenous with the amino acid sequence described in any one of SEQ ID NOs: 85 to 87 An amino acid sequence having an activity of hydrolyzing acetoacetate.

〔3〕以下の(1)〜(5)の遺伝子を導入した組換え大腸菌:
(1)ゲラニル二リン酸又はファルネシル二リン酸からテルペン(イソプレノイド、テルペノイド)を合成する酵素の遺伝子又は遺伝子群、
(2)1型及び/又は2型のイソペンテニル二リン酸イソメラーゼ遺伝子又は遺伝子群、
(3)アセトアセチル-コエンザイムAからイソペンテニル二リン酸までの合成を行うメバロン酸経路遺伝子群、
(4)アセト酢酸-コエンザイムAリガーゼ遺伝子、
(5)アセト酢酸エステル(アセト酢酸脂肪酸エステル)加水分解酵素(エステラーゼ)遺伝子。
[3] Recombinant E. coli introduced with the following genes (1) to (5):
(1) Gene or gene group of an enzyme that synthesizes a terpene (isoprenoid, terpenoid) from geranyl diphosphate or farnesyl diphosphate,
(2) type 1 and / or type 2 isopentenyl diphosphate isomerase gene or gene group,
(3) Mevalonate pathway genes that synthesize acetoacetyl-coenzyme A to isopentenyl diphosphate,
(4) Acetoacetate-coenzyme A ligase gene,
(5) Acetoacetate (acetoacetate fatty acid ester) hydrolase (esterase) gene.

〔4〕前記アセト酢酸エステル(アセト酢酸脂肪酸エステル)加水分解酵素(エステラーゼ)遺伝子が、前記の〔1〕に記載の遺伝子であることを特徴とする、前記の〔3〕に記載の組換え大腸菌。 [4] The recombinant Escherichia coli according to [3] above, wherein the acetoacetate (acetoacetate fatty acid ester) hydrolase (esterase) gene is the gene according to [1] above. .

〔5〕前記の〔3〕又は〔4〕に記載の組換え大腸菌を、アセト酢酸メチルエステル及び/又はアセト酢酸エチルエステルを含む培地で培養して得られる培養物又は菌体からテルペンを得ることを特徴とする、テルペンの製造方法。 [5] Obtaining a terpene from a culture or cells obtained by culturing the recombinant Escherichia coli according to [3] or [4] above in a medium containing methyl acetoacetate and / or ethyl acetoacetate A process for producing a terpene, characterized in that

〔6〕以下の(1)〜(7)のいずれか1つに示す遺伝子:
(1)配列番号21〜37のいずれか1つに記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子、
(2)配列番号21〜37のいずれか1つに記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号21〜37のいずれか1つに記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をバレリアノール及び/又はヘディカリオールに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(3)配列番号21〜37のいずれか1つに記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号21〜37のいずれか1つに記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をバレリアノール及び/又はヘディカリオールに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(4)配列番号4〜20のいずれか1つに記載の塩基配列からなるDNAからなる遺伝子、
(5)配列番号4〜20のいずれか1つに記載の塩基配列からなるDNAにおいて、1〜50個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加しているDNAからなる遺伝子であり、かつファルネシル二リン酸をバレリアノール及び/又はヘディカリオールに変換する活性を有するポリペプチドをコードするDNAからなる遺伝子、
(6)配列番号4〜20のいずれか1つに記載の塩基配列からなるDNAと85%以上の相同性を有するDNAからなる遺伝子であり、かつファルネシル二リン酸をバレリアノール及び/又はヘディカリオールに変換する活性を有するポリペプチドをコードするDNAからなる遺伝子、
(7)配列番号4〜20のいずれか1つに記載の塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつファルネシル二リン酸をバレリアノール及び/又はヘディカリオールに変換する活性を有するポリペプチドをコードするDNAからなる遺伝子。
[6] Gene shown in any one of the following (1) to (7):
(1) a gene encoding a polypeptide comprising the amino acid sequence of any one of SEQ ID NOs: 21 to 37,
(2) In the amino acid sequence described in any one of SEQ ID NOs: 21 to 37, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and any one of SEQ ID NOs: 21 to 37 A gene encoding a polypeptide having an activity to convert farnesyl diphosphate substantially identical to the amino acid sequence described in 1 to valeranol and / or hedicariol,
(3) It has 90% or more homology with the amino acid sequence described in any one of SEQ ID NOs: 21 to 37 and is substantially the same as the amino acid sequence described in any one of SEQ ID NOs: 21 to 37 A gene encoding a polypeptide having an activity of converting farnesyl diphosphate into valerianol and / or hedicariol,
(4) a gene comprising DNA consisting of the base sequence described in any one of SEQ ID NOs: 4 to 20,
(5) In the DNA consisting of the base sequence described in any one of SEQ ID NOs: 4 to 20, a gene consisting of DNA in which 1 to 50 base sequences are substituted, deleted, inserted and / or added, And a gene comprising a DNA encoding a polypeptide having an activity of converting farnesyl diphosphate into valerianol and / or hedicariol,
(6) A gene comprising a DNA having a base sequence of any one of SEQ ID NOS: 4 to 20 and a DNA having 85% or more homology, and farnesyl diphosphate is converted to valerianol and / or heavy potash A gene consisting of DNA encoding a polypeptide having an activity of converting to oar,
(7) It hybridizes under stringent conditions with a DNA consisting of a base sequence complementary to the DNA consisting of the base sequence described in any one of SEQ ID NOs: 4 to 20, and farnesyl diphosphate is converted to valerianol and A gene comprising a DNA encoding a polypeptide having an activity to convert to hedicariol.

〔7〕以下の(1)〜(3)のいずれか1つのアミノ酸配列を有するバレリアノール/ヘディカリオール合成酵素:
(1)配列番号21〜37のいずれか1つに記載のアミノ酸配列、
(2)配列番号21〜37のいずれか1つに記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号21〜37のいずれか1つに記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をバレリアノール及び/又はヘディカリオールに変換する活性を有するアミノ酸配列、
(3)配列番号21〜37のいずれか1つに記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号21〜37のいずれか1つに記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をバレリアノール及び/又はヘディカリオールに変換する活性を有するアミノ酸配列。
[7] Valerenol / Hedicariol synthase having the amino acid sequence of any one of the following (1) to (3):
(1) the amino acid sequence according to any one of SEQ ID NOs: 21 to 37,
(2) In the amino acid sequence described in any one of SEQ ID NOs: 21 to 37, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and any one of SEQ ID NOs: 21 to 37 An amino acid sequence having an activity to convert farnesyl diphosphate substantially the same as the amino acid sequence described in 1 to valerianol and / or hedicariol,
(3) It has 90% or more homology with the amino acid sequence described in any one of SEQ ID NOs: 21 to 37 and is substantially the same as the amino acid sequence described in any one of SEQ ID NOs: 21 to 37 An amino acid sequence having an activity of converting farnesyl diphosphate into valeranol and / or hedicariol.

〔8〕以下の(1)〜(7)のいずれか1つに示す遺伝子:
(1)配列番号49〜51のいずれか1つに記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子、
(2)配列番号49〜51のいずれか1つに記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号49〜51のいずれか1つに記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をα-セリネンに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(3)配列番号49〜51のいずれか1つに記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号49〜51のいずれか1つに記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をα-セリネンに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(4)配列番号46〜48のいずれか1つに記載の塩基配列からなるDNAからなる遺伝子、
(5)配列番号46〜48のいずれか1つに記載の塩基配列からなるDNAにおいて、1〜50個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加しているDNAからなる遺伝子であり、かつファルネシル二リン酸をα-セリネンに変換する活性を有するポリペプチドをコードするDNAからなる遺伝子、
(6)配列番号46〜48のいずれか1つに記載の塩基配列からなるDNAと85%以上の相同性を有するDNAからなる遺伝子であり、かつファルネシル二リン酸をα-セリネンに変換する活性を有するポリペプチドをコードするDNAからなる遺伝子、
(7)配列番号46〜48のいずれか1つに記載の塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつファルネシル二リン酸をα-セリネンに変換する活性を有するポリペプチドをコードするDNAからなる遺伝子。
[8] Gene shown in any one of the following (1) to (7):
(1) a gene encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in any one of SEQ ID NOs: 49 to 51,
(2) In the amino acid sequence according to any one of SEQ ID NOs: 49 to 51, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and any one of SEQ ID NOs: 49 to 51 A gene encoding a polypeptide having an activity to convert farnesyl diphosphate having substantially the same amino acid sequence as described above into α-serinene,
(3) It has 90% or more homology with the amino acid sequence described in any one of SEQ ID NOs: 49 to 51 and is substantially identical to the amino acid sequence described in any one of SEQ ID NOs: 49 to 51 A gene encoding a polypeptide having an activity of converting farnesyl diphosphate to α-serinene,
(4) a gene comprising a DNA comprising the base sequence described in any one of SEQ ID NOs: 46 to 48,
(5) In the DNA consisting of the base sequence described in any one of SEQ ID NOs: 46 to 48, a gene consisting of DNA in which 1 to 50 base sequences are substituted, deleted, inserted and / or added, And a gene comprising a DNA encoding a polypeptide having an activity of converting farnesyl diphosphate into α-serinene,
(6) A gene comprising a DNA having a nucleotide sequence of any one of SEQ ID NOs: 46 to 48 and a DNA having a homology of 85% or more, and an activity for converting farnesyl diphosphate into α-selinen A gene comprising a DNA encoding a polypeptide having
(7) It hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of a base sequence complementary to the DNA consisting of the base sequence described in any one of SEQ ID NOs: 46 to 48, and farnesyl diphosphate is converted to α-serinen. A gene comprising a DNA encoding a polypeptide having an activity of converting to.

〔9〕以下の(1)〜(3)のいずれか1つのアミノ酸配列を有するα-セリネン合成酵素:
(1)配列番号49〜51のいずれか1つに記載のアミノ酸配列、
(2)配列番号49〜51のいずれか1つに記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号49〜51のいずれか1つに記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をα-セリネンに変換する活性を有するアミノ酸配列、
(3)配列番号49〜51のいずれか1つに記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号49〜51のいずれか1つに記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をα-セリネンに変換する活性を有するアミノ酸配列。
[9] α-Serene synthase having the amino acid sequence of any one of the following (1) to (3):
(1) the amino acid sequence according to any one of SEQ ID NOs: 49 to 51,
(2) In the amino acid sequence according to any one of SEQ ID NOs: 49 to 51, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and any one of SEQ ID NOs: 49 to 51 An amino acid sequence having the activity of converting farnesyl diphosphate substantially the same as the amino acid sequence described in claim 1 to α-serinene,
(3) It has 90% or more homology with the amino acid sequence described in any one of SEQ ID NOs: 49 to 51 and is substantially identical to the amino acid sequence described in any one of SEQ ID NOs: 49 to 51 An amino acid sequence having an activity of converting farnesyl diphosphate to α-serinene.

〔10〕以下の(1)〜(7)のいずれか1つに示す遺伝子:
(1)配列番号62〜69のいずれか1つに記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子、
(2)配列番号62〜69のいずれか1つに記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号62〜69のいずれか1つに記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をα-コパエンに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(3)配列番号62〜69のいずれか1つに記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号62〜69のいずれか1つに記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をα-コパエンに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(4)配列番号54〜61のいずれか1つに記載の塩基配列からなるDNAからなる遺伝子、
(5)配列番号54〜61のいずれか1つに記載の塩基配列からなるDNAにおいて、1〜50個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加しているDNAからなる遺伝子であり、かつファルネシル二リン酸をα-コパエンに変換する活性を有するポリペプチドをコードするDNAからなる遺伝子、
(6)配列番号54〜61のいずれか1つに記載の塩基配列からなるDNAと85%以上の相同性を有するDNAからなる遺伝子であり、かつファルネシル二リン酸をα-コパエンに変換する活性を有するポリペプチドをコードするDNAからなる遺伝子、
(7)配列番号54〜61のいずれか1つに記載の塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつファルネシル二リン酸をα-コパエンに変換する活性を有するポリペプチドをコードするDNAからなる遺伝子。
[10] Gene shown in any one of the following (1) to (7):
(1) a gene encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence of any one of SEQ ID NOs: 62 to 69,
(2) In the amino acid sequence described in any one of SEQ ID NOs: 62 to 69, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and any one of SEQ ID NOs: 62 to 69 A gene encoding a polypeptide having an activity of converting farnesyl diphosphate substantially identical to the amino acid sequence described in one to α-copaene,
(3) It has 90% or more homology with the amino acid sequence described in any one of SEQ ID NOs: 62-69 and is substantially the same as the amino acid sequence described in any one of SEQ ID NOs: 62-69 A gene encoding a polypeptide having an activity of converting farnesyl diphosphate into α-copaene,
(4) a gene comprising a DNA comprising the base sequence set forth in any one of SEQ ID NOs: 54 to 61,
(5) In the DNA consisting of the base sequence described in any one of SEQ ID NOs: 54 to 61, a gene consisting of DNA in which 1 to 50 base sequences are substituted, deleted, inserted and / or added, And a gene comprising a DNA encoding a polypeptide having an activity of converting farnesyl diphosphate into α-copaene,
(6) A gene consisting of a DNA comprising the nucleotide sequence of any one of SEQ ID NOs: 54 to 61 and a DNA having a homology of 85% or more and an activity for converting farnesyl diphosphate into α-copaene A gene comprising a DNA encoding a polypeptide having
(7) It hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of a base sequence complementary to the DNA consisting of the base sequence described in any one of SEQ ID NOs: 54 to 61, and farnesyl diphosphate is converted to α-copaene. A gene comprising a DNA encoding a polypeptide having an activity of converting to.

〔11〕以下の(1)〜(3)のいずれか1つのアミノ酸配列を有するα-コパエン合成酵素:
(1)配列番号62〜69のいずれか1つに記載のアミノ酸配列、
(2)配列番号62〜69のいずれか1つに記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号62〜69のいずれか1つに記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をα-コパエンに変換する活性を有するアミノ酸配列、
(3)配列番号62〜69のいずれか1つに記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号62〜69のいずれか1つに記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をα-コパエンに変換する活性を有するアミノ酸配列。
[11] α-Copaene synthase having the amino acid sequence of any one of the following (1) to (3):
(1) the amino acid sequence according to any one of SEQ ID NOs: 62 to 69,
(2) In the amino acid sequence described in any one of SEQ ID NOs: 62 to 69, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and any one of SEQ ID NOs: 62 to 69 An amino acid sequence having an activity to convert farnesyl diphosphate substantially identical to the amino acid sequence described in 1 to α-copaene,
(3) It has 90% or more homology with the amino acid sequence described in any one of SEQ ID NOs: 62-69 and is substantially the same as the amino acid sequence described in any one of SEQ ID NOs: 62-69 An amino acid sequence having an activity of converting farnesyl diphosphate to α-copaene.

〔12〕以下の(1)〜(7)のいずれか1つに示すリナロール合成酵素遺伝子:
(1)配列番号75に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子、
(2)配列番号75に記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号75に記載のアミノ酸配列と実質的同質のゲラニル二リン酸をリナロールに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(3)配列番号75に記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号75に記載のアミノ酸配列と実質的同質のゲラニル二リン酸をリナロールに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(4)配列番号74に記載の塩基配列からなるDNAからなる遺伝子、
(5)配列番号74に記載の塩基配列からなるDNAにおいて、1〜50個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加しているDNAからなる遺伝子であり、かつゲラニル二リン酸をリナロールに変換する活性を有するポリペプチドをコードするDNAからなる遺伝子、
(6)配列番号74に記載の塩基配列からなるDNAと85%以上の相同性を有するDNAからなる遺伝子であり、かつゲラニル二リン酸をリナロールに変換する活性を有するポリペプチドをコードするDNAからなる遺伝子、
(7)配列番号74に記載の塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつゲラニル二リン酸をリナロールに変換する活性を有するポリペプチドをコードするDNAからなる遺伝子。
[12] The linalool synthase gene shown in any one of the following (1) to (7):
(1) a gene encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 75;
(2) In the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 75, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and geranyl dilin is substantially the same as the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 75 A gene encoding a polypeptide having an activity of converting an acid into linalool,
(3) a polypeptide having 90% or more homology with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 75 and having an activity of converting geranyl diphosphate substantially the same as the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 75 to linalool The gene encoding,
(4) a gene consisting of DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 74,
(5) In the DNA comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 74, the gene is composed of DNA in which 1 to 50 nucleotide sequences are substituted, deleted, inserted and / or added, and geranyl diphosphate is converted to linalool. A gene comprising DNA encoding a polypeptide having an activity of converting to
(6) From a DNA encoding a polypeptide which is a gene consisting of a DNA having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 74 and a DNA having 85% or more homology and having an activity of converting geranyl diphosphate to linalool The gene,
(7) A polypeptide that hybridizes under stringent conditions with a DNA consisting of a base sequence complementary to the DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 74 and has an activity of converting geranyl diphosphate into linalool. A gene consisting of DNA that encodes.

〔13〕以下の(1)〜(3)のいずれか1つのアミノ酸配列を有するリナロール合成酵素:
(1)配列番号75に記載のアミノ酸配列、
(2)配列番号75に記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号75に記載のアミノ酸配列と実質的同質のゲラニル二リン酸をリナロールに変換する活性を有するアミノ酸配列、
(3)配列番号75に記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号75に記載のアミノ酸配列と実質的同質のゲラニル二リン酸をリナロールに変換する活性を有するアミノ酸配列。
[13] Linalool synthase having any one of the following amino acid sequences (1) to (3):
(1) the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 75,
(2) In the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 75, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and geranyl dilin is substantially the same as the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 75 An amino acid sequence having the activity of converting an acid to linalool,
(3) An amino acid sequence having 90% or more homology with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 75 and having an activity of converting geranyl diphosphate having substantially the same quality as the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 75 to linalool .

〔14〕以下の(1)〜(7)のいずれか1つに示す遺伝子:
(1)配列番号77に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子、
(2)配列番号77に記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号77に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-オシメン及びα-ファルネセンに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(3)配列番号77に記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号77に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-オシメン及びα-ファルネセンに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(4)配列番号76に記載の塩基配列からなるDNAからなる遺伝子、
(5)配列番号76に記載の塩基配列からなるDNAにおいて、1〜50個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加しているDNAからなる遺伝子であり、かつファルネシル二リン酸をβ-オシメン及びα-ファルネセンに変換する活性を有するポリペプチドをコードするDNAからなる遺伝子、
(6)配列番号76に記載の塩基配列からなるDNAと85%以上の相同性を有するDNAからなる遺伝子であり、かつファルネシル二リン酸をβ-オシメン及びα-ファルネセンに変換する活性を有するポリペプチドをコードするDNAからなる遺伝子。
(7)配列番号76に記載の塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつファルネシル二リン酸をβ-オシメン及びα-ファルネセンに変換する活性を有するポリペプチドをコードするDNAからなる遺伝子。
[14] Gene shown in any one of the following (1) to (7):
(1) a gene encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 77;
(2) Farnesyl dilin in which 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 77 and are substantially the same as the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 77 A gene encoding a polypeptide having an activity of converting an acid into β-cymene and α-farnesene,
(3) Farnesyl diphosphate having 90% or more homology with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 77 and substantially the same quality as the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 77 is converted into β-oscymene and α-farnesene. A gene encoding a polypeptide having the activity of
(4) a gene consisting of DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 76;
(5) In the DNA comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 76, the gene is composed of DNA in which 1 to 50 nucleotide sequences are substituted, deleted, inserted and / or added, and farnesyl diphosphate is β -A gene comprising DNA encoding a polypeptide having an activity to convert to ocimene and α-farnesene,
(6) A gene comprising a DNA comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 76 and a DNA having 85% or more homology and having an activity of converting farnesyl diphosphate into β-oscymene and α-farnesene A gene consisting of DNA encoding a peptide.
(7) It hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of a base sequence complementary to the DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 76, and converts farnesyl diphosphate into β-oscymene and α-farnesene. A gene comprising DNA encoding a polypeptide having activity.

〔15〕以下の(1)〜(3)のいずれか1つのアミノ酸配列を有するβ-オシメン/α-ファルネセン合成酵素:
(1)配列番号77に記載のアミノ酸配列、
(2)配列番号77に記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号77に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-オシメン及び/又はα-ファルネセンに変換する活性を有するアミノ酸配列、
(3)配列番号77に記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号77に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-オシメン及び/又はα-ファルネセンに変換する活性を有するアミノ酸配列。
[15] β-cymene / α-farnesene synthase having the amino acid sequence of any one of the following (1) to (3):
(1) the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 77,
(2) Farnesyl dilin in which 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 77 and are substantially the same as the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 77 An amino acid sequence having an activity of converting an acid into β-cymene and / or α-farnesene,
(3) Farnesyl diphosphate having a homology of 90% or more with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 77 and substantially the same as the amino acid sequence of SEQ ID NO: 77 is converted to β-oscymene and / or α-farnesene An amino acid sequence having the activity of converting to.

〔16〕前記の〔6〕、〔8〕、〔10〕、〔12〕及び〔14〕のいずれか1項以上に記載の遺伝子を導入した組換え大腸菌。 [16] A recombinant Escherichia coli into which the gene according to any one of [6], [8], [10], [12] and [14] is introduced.

〔17〕前記の〔16〕に記載の組換え大腸菌を、培地で培養して得られる培養物又は菌体からバレリアノール、ヘディカルオール、α-セリネン、α-コパエン、リナロール、β-オシメン、及びα-ファルネセンを得ることを特徴とする、テルペンの製造方法。 [17] The recombinant Escherichia coli according to [16] above is cultured from a culture or cells obtained by culturing in a medium. Valeranol, hedicarol, α-selinen, α-copaene, linalool, β-oscymene, And a process for producing terpenes, wherein α-farnesene is obtained.

〔18〕テルペン合成酵素遺伝子を有する宿主を、n-オクタン乃至デカン(炭素数8〜10)のn-アルカンのいずれか1つ以上を重層した培地で培養し、培養後アルカン層からテルペンを回収し精製することを特徴とする、テルペンの製造方法。 [18] A terpene synthase gene-bearing host is cultured in a medium overlaid with one or more of n -alkanes having n -octane to decane (8 to 10 carbon atoms), and terpenes are recovered from the alkane layer after culture. And then purifying the terpene.

〔19〕前記の〔18〕に記載のテルペン合成酵素遺伝子を有する宿主が、テルペン合成酵素遺伝子を導入した組換え大腸菌であることを特徴とする、テルペンの製造方法。 [19] A method for producing a terpene, wherein the host having the terpene synthase gene according to [18] is a recombinant Escherichia coli into which the terpene synthase gene has been introduced.

〔20〕前記の〔18〕又は〔19〕に記載のテルペンが、バレリアノール、ヘディカルオール、α-セリネン、α-コパエン、リナロール、β-オシメン及びα-ファルネセン、並びにγ-アモルフェン、ゲルマクレンD、アロマデンドレン、cis-ムウロラ-4(15),5-ジエン{cis-muurola-4(15),5-diene}、β-クベベン及び/又はδ-カジネンであることを特徴とする、テルペンの製造方法。 [20] The terpene according to the above [18] or [19] is valerianol, hedicarol, α-selinen, α-copaene, linalool, β-osimene and α-farnesene, and γ-amorphene, germane D Terpene, characterized in that it is aromadendrene, cis -muurola-4 (15), 5-diene { cis- muurola-4 (15), 5-diene}, β-cubeben and / or δ-kadinene Manufacturing method.

〔21〕テトラテルペン(カロテノイド)合成酵素遺伝子群を導入した組換え大腸菌を、フルクトース、ガラクトース、トレハロース、ソルビトール、マンニトール及び/又はマンノースを含む培地で培養し、培養後菌体又は培養物からテトラテルペン(カロテノイド)を抽出することを特徴とする、テルペンの製造方法。 [21] Recombinant Escherichia coli into which a tetraterpene (carotenoid) synthase gene group has been introduced is cultured in a medium containing fructose, galactose, trehalose, sorbitol, mannitol and / or mannose. (Carotenoid) is extracted, The manufacturing method of the terpene characterized by the above-mentioned.

〔22〕前記の〔21〕に記載のテトラテルペン(カロテノイド)が、リコペン、β-カロテン及び/又はゼアキサンチンであることを特徴とする、テルペンの製造方法。 [22] A method for producing a terpene, wherein the tetraterpene (carotenoid) according to [21] is lycopene, β-carotene and / or zeaxanthin.

本明細書において、遺伝子における「ストリンジェントな条件」とは、特異的なハイブリダイゼーションのみが起き、非特異的なハイブリダイゼーションが起きないような条件をいう。このような条件は、通常、5×SSC、1%SDSを含む緩衝液中の37℃でのハイブリダイゼーション及び1×SSC、0.1%SDSを含む緩衝液による37℃での洗浄処理といった条件であり、好ましくは、5×SSC、1%SDSを含む緩衝液中の42℃でのハイブリダイゼーション及び0.5×SSC、0.1%SDSを含む緩衝液による42℃での洗浄処理といった条件であり、更に好ましくは、5×SSC、1%SDSを含む緩衝液中の65℃でのハイブリダイゼーション及び0.2×SSC、0.1%SDSを含む緩衝液による65℃での洗浄処理といった条件である。ハイブリダイゼーションを利用することにより得られたDNAが、活性を有するポリペプチドをコードするかどうかは、例えば、そのDNAを大腸菌等に導入し、発現させ、その大腸菌等が目的のタンパク質を生成することができるかどうか調べることによりわかる。ハイブリダイゼーションにより得られるDNAは、各遺伝子(例えば、配列番号4〜20、配列番号46〜48、配列番号54〜61、配列番号74、配列番号76、配列番号82〜84及び配列番号90)と通常、高い同一性を有する。高い同一性とは、90%以上の同一性、好ましくは95%以上の同一性、更に好ましくは98%以上の同一性を指す。   In the present specification, “stringent conditions” in a gene refers to conditions under which only specific hybridization occurs and non-specific hybridization does not occur. Such conditions are usually hybridization at 37 ° C. in a buffer containing 5 × SSC and 1% SDS and washing treatment at 37 ° C. with a buffer containing 1 × SSC and 0.1% SDS. Preferably, conditions such as hybridization at 42 ° C. in a buffer containing 5 × SSC and 1% SDS and washing treatment at 42 ° C. with a buffer containing 0.5 × SSC and 0.1% SDS, more preferably , Hybridization at 65 ° C. in a buffer containing 5 × SSC and 1% SDS, and washing treatment at 65 ° C. with a buffer containing 0.2 × SSC and 0.1% SDS. Whether the DNA obtained by using hybridization encodes an active polypeptide is determined by, for example, introducing the DNA into Escherichia coli or the like and expressing it, and the Escherichia coli or the like producing the target protein. You can find out if you can do it. DNA obtained by the hybridization is each gene (for example, SEQ ID NO: 4-20, SEQ ID NO: 46-48, SEQ ID NO: 54-61, SEQ ID NO: 74, SEQ ID NO: 76, SEQ ID NO: 82-84 and SEQ ID NO: 90). Usually has high identity. High identity refers to 90% or more identity, preferably 95% or more identity, more preferably 98% or more identity.

本発明は、ヒトに有用な生理活性のあるセスキテルペンの一種である、バレリアノール、ヘディカルオール、α-セリネン、α-コパエン、β-オシメン、及びα-ファルネセン、並びにモノテルペンの一種であるリナロールを、FPP(リナロールのみGPP)を基質として合成するタンパク質(酵素)及び該タンパク質をコードする遺伝子を取得し、提供することができた。本発明によれば、バレリアノール、ヘディカルオール、α-セリネン、α-コパエン、β-オシメン、及びα-ファルネセン、並びにリナロールを大腸菌等で製造する方法を提供することができた。   The present invention is a kind of physiologically active sesquiterpenes useful for humans, valeranol, hedicarol, α-selinen, α-copaene, β-osimene, α-farnesene, and a monoterpene A protein (enzyme) that synthesizes linalool using FPP (only linalool GPP) as a substrate and a gene encoding the protein could be obtained and provided. According to the present invention, it was possible to provide a method for producing valeranol, hedicarol, α-selinene, α-copaene, β-oscymene, α-farnesene, and linalool in Escherichia coli and the like.

本発明はさらに、セスキテルペン(又はモノテルペン)を合成する組換え宿主(大腸菌)を培地で本培養する時から、炭素数8〜10のn-アルカンを20%程度加えて重層培養するといった該テルペンの効率的な回収・精製法を考案し、テルペンを効率的に製造する方法を提供することができた。本発明はまた、フルクトース、ガラクトース、トレハロース、ソルビトール、マンニトール、及び/又はマンノースを培地に1%程度添加して培養するという、テトラテルペン(カロテノイド)を合成する組換え大腸菌の効果的な培養法を開発し、テトラテルペンを効率的に製造する方法を提供することができた。 Furthermore, the present invention further includes a method in which about 20% of an n -alkane having 8 to 10 carbon atoms is added to the cultivated layer and cultured from the time when the recombinant host (E. coli) that synthesizes sesquiterpene (or monoterpene) is cultured in a medium. An efficient recovery and purification method for terpenes was devised, and a method for efficiently producing terpenes could be provided. The present invention also provides an effective culture method for recombinant Escherichia coli for synthesizing tetraterpenes (carotenoids), wherein fructose, galactose, trehalose, sorbitol, mannitol, and / or mannose is added to the medium and cultured. Developed and provided a method for efficiently producing tetraterpenes.

本発明はさらに、安価な基質であるアセト酢酸メチルエステル又はアセト酢酸エチルエステルを利用するため、新たに見出したアセト酢酸エステル(アセト酢酸脂肪酸エステル)加水分解酵素(エステラーゼ)遺伝子を利用して、テルペン(イソプレノイド、テルペノイド)を効率的に製造する方法を提供することができた。   The present invention further uses acetoacetic acid ester (acetoacetic acid fatty acid ester) hydrolase (esterase) gene to terpene in order to use acetoacetic acid methyl ester or acetoacetic acid ethyl ester, which is an inexpensive substrate. It was possible to provide a method for efficiently producing (isoprenoid, terpenoid).

カンツバキ(Camellia × hiemalis)の (a) 花、及び(b) 地上部を表す図。(A) Flower of Camellia x hiemalis , and (b) The figure showing the above-ground part. ChTPS1-1と既知のショウガ科植物由来セスキテルペン合成酵素(シンターゼ)のアミノ酸配列アラインメントを表す図。ZoTPS1はZingiber officinale Roscoe由来β-ビサボレン合成酵素(BAI67934)を示す。ZzZSS1及び ZzZSS2は、それぞれ、Z. zerumbet Smith由来のα-フムレン合成酵素(BAG12020)及び β-オイデスモール合成酵素(BAG12021)を示す。全てのタンパク質に共通するアミノ酸は黒塗りで示した。縮重オリゴヌクレオチドプライマーに対応する配列の下部に矢印を付した。セスキテルペン合成酵素に高度に保存されているRDR、DDxxD、(N/D)Dxx(S/T)xxxEモチーフはアスタリスクで示した。The figure showing the amino acid sequence alignment of ChTPS1-1 and the known ginger plant sesquiterpene synthase (synthase). ZoTPS1 represents Zingiber officinale Roscoe-derived β-bisaboren synthase (BAI67934). ZzZSS1 and ZzZSS2 represent α-humulene synthase (BAG12020) and β-eudesmol synthase (BAG12021) derived from Z. zerumbet Smith, respectively. Amino acids common to all proteins are shown in black. An arrow is added below the sequence corresponding to the degenerate oligonucleotide primer. RDR, DDxxD, (N / D) Dxx (S / T) xxxE motifs highly conserved in sesquiterpene synthase are indicated by asterisks. プラスミドpRSF-ChTps1-xの構造を表す図。ChTps1-xのORFに相当するcDNA(1,665 bp又は1,563 bp)が、ベクターpRSFDuet-1のBglI-XhoI間に挿入されている。The figure showing the structure of plasmid pRSF-ChTps1-x. CDNA corresponding to the ORF of ChTps1-x (1,665 bp or 1,563 bp) is inserted between the vector pRSFDuet-1 of Bgl I- Xho I. 組換え大腸菌のセスキテルペン生成物のGC-MS分析結果を表す図。(a)ChTps1-1を含むプラスミドpRSF-ChTps1-1とプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclを保持する大腸菌株の酢酸エチル抽出液のGCクロマトグラム。新規なピーク1および2を矢印で示した。(b)ChTps1-10を含むプラスミドpRSF-ChTps1-10とプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclを保持する大腸菌株の酢酸エチル抽出液のGCクロマトグラム。新規なピーク1および2を矢印で示した。(c)ChTps1-xを含まないベクターpRSFDuet-1とプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclを保持する大腸菌株酢酸エチル抽出液のGCクロマトグラム(コントロール)。The figure showing the GC-MS analysis result of the sesquiterpene product of recombinant Escherichia coli. (A) GC chromatogram of ethyl acetate extracts of E. coli strains harboring plasmid pRSF-ChTps1-1 plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl including ChTps1-1. New peaks 1 and 2 are indicated by arrows. (B) GC chromatogram of ethyl acetate extracts of E. coli strains harboring plasmid pRSF-ChTps1-10 plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl including ChTps1-10. New peaks 1 and 2 are indicated by arrows. (C) GC chromatogram (control) of an ethyl acetate extract of Escherichia coli strain carrying the vector pRSFDuet-1 not containing ChTps1-x and the plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl. ヘディカルオールのH NMRスペクトル(a)、及びヘディカルオールの室温での構造変化予想図(b)を示す図。The figure which shows the structural-change prediction figure (b) of 1 H NMR spectrum (a) of hedicarol at room temperature. 本発明で生産可能なセスキテルペンである、バレリアノール(Valerianol)及びヘディカリオール(Hedycaryol)の化学構造とファルネシル二リン酸(FPP)からの生合成を示す図。ヘディカルオールはGC分析等の熱(heat)でエレモール(Elemol)に変換される。The figure which shows the biosynthesis from the chemical structure and farnesyl diphosphate (FPP) of valeranol (Valerianol) and Hedycaryol (Hedycaryol) which are the sesquiterpenes which can be produced by this invention. Hedicalol is converted into Elemol by heat such as GC analysis. フリージア(Freesia × hybrida)エアリーパープルの花 (a)、及びエアリーピーチの花(b)を表す図。The figure showing the flower (a) of freesia ( Freesia x hybrida ) Airy purple, and the flower (b) of Airy peach. Fh1TPS-y(yは1〜3)と既知のショウガ科植物由来セスキテルペン合成酵素(シンターゼ)のアミノ酸配列アラインメントを表す図。ZoTPS1はZingiber officinale Roscoe由来β-ビサボレン合成酵素(BAI67934)を示す。 ZzZSS1及び ZzZSS2は、それぞれ、Z. zerumbet Smith由来のα-フムレン合成酵素(BAG12020)及び β-オイデスモール合成酵素(BAG12021)を示す。全てのタンパク質に共通するアミノ酸は黒塗りで示した。縮重オリゴヌクレオチドプライマーに対応する配列の下部に矢印を付した。セスキテルペン合成酵素に高度に保存されているRDR、DDxxD、(N/D)Dxx(S/T)xxxEモチーフはアスタリスクで示した。The figure showing the amino acid sequence alignment of Fh1TPS-y (y is 1-3) and the known ginger plant sesquiterpene synthase (synthase). ZoTPS1 represents Zingiber officinale Roscoe-derived β-bisaboren synthase (BAI67934). ZzZSS1 and ZzZSS2 represent α-humulene synthase (BAG12020) and β-eudesmol synthase (BAG12021) derived from Z. zerumbet Smith, respectively. Amino acids common to all proteins are shown in black. An arrow is added below the sequence corresponding to the degenerate oligonucleotide primer. RDR, DDxxD, (N / D) Dxx (S / T) xxxE motifs highly conserved in sesquiterpene synthase are indicated by asterisks. プラスミドpRSF-Fh1Tps-y及びpRSF-Fh6Tps-zの構造を表す図。Fh1Tps-y及びFh6Tps-zのそれぞれのORFに相当するcDNA(1,701 bp)及びcDNA(1,713 bp)が、ベクターpRSFDuet-1のNdeI-KpnI間に挿入されている。The figure showing the structure of plasmid pRSF-Fh1Tps-y and pRSF-Fh6Tps-z. CDNA corresponding to each ORF of Fh1Tps-y and Fh6Tps-z (1,701 bp) and cDNA (1,713 bp) is inserted between the vector pRSFDuet-1 of Nde I- Kpn I. 組換え大腸菌のセスキテルペン生成物のGC-MS分析結果を表す図。(a)Fh1Tps -1を含むプラスミドpRSF-Fh1Tps-1とプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclを保持する大腸菌株の酢酸エチル抽出液のGCクロマトグラム。新規なピーク1を矢印で示した。(b)Fh1Tps -2を含むプラスミドpRSF-Fh1Tps-2とプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclを保持する大腸菌株の酢酸エチル抽出液のGCクロマトグラム。新規なピーク1を矢印で示した。(c)Fh1Tps -3を含むプラスミドpRSF-Fh1Tps-3とプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclを保持する大腸菌株の酢酸エチル抽出液のGCクロマトグラム。新規なピーク1を矢印で示した。(d)Fh1Tps-yを含まないベクターpRSFDuet-1とプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclを保持する大腸菌株酢酸エチル抽出液のGCクロマトグラム(コントロール)。The figure showing the GC-MS analysis result of the sesquiterpene product of recombinant Escherichia coli. (A) GC chromatogram of ethyl acetate extracts of the plasmid containing Fh1Tps -1 pRSF-Fh1Tps-1 and plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl E. coli strains harboring. A new peak 1 is indicated by an arrow. (B) GC chromatogram of ethyl acetate extracts of the plasmid containing the Fh1Tps -2 pRSF-Fh1Tps-2 plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl E. coli strains harboring. A new peak 1 is indicated by an arrow. (C) plasmid containing Fh1Tps -3 pRSF-Fh1Tps-3 plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl GC chromatogram of ethyl acetate extracts of E. coli strains harboring. A new peak 1 is indicated by an arrow. (D) GC chromatogram (control) of an E. coli strain ethyl acetate extract containing the vector pRSFDuet-1 not containing Fh1Tps-y and the plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl. 本発明で生産可能な、フリージア花由来のセスキテルペンである、α-セリネン(α-selinene)とα-コパエン(α-copaene)の化学構造とファルネシル二リン酸(FPP)からの生合成を示す図。Shows the chemical structure of α-selinene and α-copaene, biosynthesis from farnesyl diphosphate (FPP), sesquiterpenes derived from freesia flowers that can be produced in the present invention. Figure. Fh6TPS-z(zは1〜8)と既知のショウガ科植物由来セスキテルペン合成酵素(シンターゼ)のアミノ酸配列アラインメントを表す図。ZoTPS1はZingiber officinale Roscoe由来β-ビサボレン合成酵素(BAI67934)を示す。 ZzZSS1及び ZzZSS2は、それぞれ、Z. zerumbet Smith由来のα-フムレン合成酵素(BAG12020)及び β-オイデスモール合成酵素(BAG12021)を示す。全てのタンパク質に共通するアミノ酸は黒塗りで示した。縮重オリゴヌクレオチドプライマーに対応する配列の下部に矢印を付した。セスキテルペン合成酵素に高度に保存されているRDR、DDxxD、(N/D)Dxx(S/T)xxxEモチーフはアスタリスクで示した。The figure showing the amino acid sequence alignment of Fh6TPS-z (z is 1-8) and the known ginger plant sesquiterpene synthase (synthase). ZoTPS1 represents Zingiber officinale Roscoe-derived β-bisaboren synthase (BAI67934). ZzZSS1 and ZzZSS2 represent α-humulene synthase (BAG12020) and β-eudesmol synthase (BAG12021) derived from Z. zerumbet Smith, respectively. Amino acids common to all proteins are shown in black. An arrow is added below the sequence corresponding to the degenerate oligonucleotide primer. RDR, DDxxD, (N / D) Dxx (S / T) xxxE motifs highly conserved in sesquiterpene synthase are indicated by asterisks. 組換え大腸菌のセスキテルペン生成物のGC-MS分析結果を表す図。8個のFh6Tps-zの内、活性の高かった上位4つの分析結果を記した。(a)Fh6Tps -1を含むプラスミドpRSF-Fh6Tps-1とプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclを保持する大腸菌株の酢酸エチル抽出液のGCクロマトグラム。新規なピーク1を矢印で示した。(b)Fh6Tps -2を含むプラスミドpRSF-Fh6Tps-2とプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclを保持する大腸菌株の酢酸エチル抽出液のGCクロマトグラム。新規なピーク1を矢印で示した。(c)Fh6Tps -3を含むプラスミドpRSF-Fh6Tps-3とプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclを保持する大腸菌株の酢酸エチル抽出液のGCクロマトグラム。新規なピーク1を矢印で示した。(d)Fh6Tps -4を含むプラスミドpRSF-Fh6Tps-4とプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclを保持する大腸菌株の酢酸エチル抽出液のGCクロマトグラム。新規なピーク1を矢印で示した。(e)Fh6Tps-zを含まないベクターpRSFDuet-1とプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclを保持する大腸菌株酢酸エチル抽出液のGCクロマトグラム(コントロール)。The figure showing the GC-MS analysis result of the sesquiterpene product of recombinant Escherichia coli. Of the 8 Fh6Tps-z , the top 4 analysis results with the highest activity are shown. (A) GC chromatogram of ethyl acetate extracts of the plasmid containing Fh6Tps -1 pRSF-Fh6Tps-1 and plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl E. coli strains harboring. A new peak 1 is indicated by an arrow. (B) GC chromatogram of ethyl acetate extracts of the plasmid containing Fh6Tps -2 pRSF-Fh6Tps-2 plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl E. coli strains harboring. A new peak 1 is indicated by an arrow. (C) plasmid containing Fh6Tps -3 pRSF-Fh6Tps-3 plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl GC chromatogram of ethyl acetate extracts of E. coli strains harboring. A new peak 1 is indicated by an arrow. (D) GC chromatogram of ethyl acetate extracts of the plasmid containing Fh6Tps -4 pRSF-Fh6Tps-4 plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl E. coli strains harboring. A new peak 1 is indicated by an arrow. (E) GC chromatogram (control) of an ethyl acetate extract of an Escherichia coli strain carrying the vector pRSFDuet-1 not containing Fh6Tps-z and the plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl. ツバキ(Camellia saluenensis 品種名:いのくち香り)の花を表す図。The figure showing a camellia ( Camellia saluenensis variety name: Inochi fragrance) flower. CsTPS1と既知のショウガ科植物由来セスキテルペン合成酵素(シンターゼ)のアミノ酸配列アラインメントを表す図。ZoTPS1はZingiber officinale Roscoe由来β-ビサボレン合成酵素(BAI67934)を示す。 ZzZSS1及び ZzZSS2は、それぞれ、Z. zerumbet Smith由来のα-フムレン合成酵素(BAG12020)及び β-オイデスモール合成酵素(BAG12021)を示す。全てのタンパク質に共通するアミノ酸は黒塗りで示した。縮重オリゴヌクレオチドプライマーに対応する配列の下部に矢印を付した。モノテルペン/セスキテルペン合成酵素に高度に保存されているRDR、DDxxD、(N/D)Dxx(S/T)xxxEモチーフはアスタリスクで示した。The figure showing the amino acid sequence alignment of CsTPS1 and the known ginger family plant-derived sesquiterpene synthase (synthase). ZoTPS1 represents Zingiber officinale Roscoe-derived β-bisaboren synthase (BAI67934). ZzZSS1 and ZzZSS2 represent α-humulene synthase (BAG12020) and β-eudesmol synthase (BAG12021) derived from Z. zerumbet Smith, respectively. Amino acids common to all proteins are shown in black. An arrow is added below the sequence corresponding to the degenerate oligonucleotide primer. RDR, DDxxD, (N / D) Dxx (S / T) xxxE motifs highly conserved in monoterpene / sesquiterpene synthase are indicated by asterisks. プラスミドpRSF-CsTps1の構造を表す図。CsTps1のORFに相当するcDNA(1,728 bp)が、ベクターpRSFDuet-1のNdeI-KpnI間に挿入されている。The figure showing the structure of plasmid pRSF-CsTps1. CDNA corresponding to the ORF of CsTps1 (1,728 bp) is inserted between the vector pRSFDuet-1 of Nde I- Kpn I. 組換え大腸菌のモノテルペン生成物の分析結果を表す図。(a)CsTps1を含むプラスミドpRSF-CsTps1とプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclを保持する大腸菌株の酢酸エチル抽出液のGCクロマトグラム。新規なピーク1を矢印で示した。(b)CsTps1を含まないベクターpRSFDuet-1とプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclを保持する大腸菌株酢酸エチル抽出液のGCクロマトグラム(コントロール)。The figure showing the analysis result of the monoterpene product of recombinant Escherichia coli. (A) GC chromatogram of ethyl acetate extracts of E. coli strains harboring plasmid pRSF-CsTps1 plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl including CsTps1. A new peak 1 is indicated by an arrow. (B) CsTps1 do not contain the vector pRSFDuet-1 and plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl GC chromatogram of E. coli strain ethyl acetate extracts to hold the (control). 本発明で生産可能なモノテルペンである、リナロール(linalool)の化学構造とゲラニル二リン酸(GPP)からの生合成を示す図。The figure which shows the biosynthesis from the chemical structure of linalool (linalool) which is a monoterpene which can be produced by this invention, and geranyl diphosphate (GPP). ラッキョウ(Allium chinense G.Don)の全体写真、及び鱗茎からの全RNA抽出の工程を示す図である。It is a figure which shows the process of the whole RNA of a rakkyo ( Allium chinense G.Don), and the total RNA extraction from a bulb. 組換え大腸菌のセスキテルペン生成物の分析結果を表す図。(a)AlcTPS1を含むプラスミドpAlcTPS1とプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclを保持する大腸菌株のドデカン抽出液(ドデカン層)のGCクロマトグラム。新規なピーク1を矢印で示した。(b)AlcTPS1を含まないベクターpRSFDuet-1とプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclを保持する大腸菌株のドデカン抽出液(ドデカン層)のGCクロマトグラム(コントロール)。The figure showing the analysis result of the sesquiterpene product of recombinant Escherichia coli. GC chromatogram of dodecane extract of E. coli strain carrying (dodecane layer) Plasmid pAlcTPS1 plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl comprising (a) AlcTPS1. A new peak 1 is indicated by an arrow. GC chromatogram of (b) AlcTPS1 do not contain the vector pRSFDuet-1 and plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl dodecane extract of E. coli strains harboring (dodecane layer) (control). 組換え大腸菌のセスキテルペン生成物の分析結果を表す図。(a)AlcTPS1を含むプラスミドpAlcTPS1とプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclを保持する大腸菌株のドデカン抽出液(ドデカン層)のGCクロマトグラム。新規なピーク2を矢印で示した。(b)AlcTPS1を含まないベクターpRSFDuet-1とプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclを保持する大腸菌のドデカン抽出液(ドデカン層)のGCクロマトグラム(コントロール)。The figure showing the analysis result of the sesquiterpene product of recombinant Escherichia coli. GC chromatogram of dodecane extract of E. coli strain carrying (dodecane layer) Plasmid pAlcTPS1 plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl comprising (a) AlcTPS1. A new peak 2 is indicated by an arrow. GC chromatogram of (b) AlcTPS1 do not contain the vector pRSFDuet-1 and plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl dodecane extract of E. coli for holding (dodecane layer) (control). ピーク1(図20)のMSスペクトル(a)とβ-オシメン(β-ocimene)のMSスペクトル(b)を示す図である。It is a figure which shows the MS spectrum (a) of peak 1 (FIG. 20), and the MS spectrum (b) of (beta) -ocimene. ピーク2(図21)のMSスペクトル(a)とα-ファルネセン(α-farnesene)のMSスペクトル(b)を示す図である。FIG. 22 shows an MS spectrum (a) of peak 2 (FIG. 21) and an MS spectrum (b) of α-farnesene. ショウガのγ-アモルフェン合成酵素遺伝子(ZoTps5)を発現した大腸菌(プラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclを保持)の溶媒抽出物のPDA-HPLC分析図。The PDA-HPLC analysis figure of the solvent extract of colon_bacillus | E._coli (it hold | maintains plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl) which expressed the gamma-amorphene synthase gene ( ZoTps5 ) of ginger. ショウガのγ-アモルフェン合成酵素遺伝子(ZoTps5)を発現した大腸菌(プラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclを保持)により生産された4種類のセスキテルペンの構造。Structures of four types of sesquiterpenes produced by Escherichia coli (containing plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl ) expressing the gamma-amorphene synthase gene ( ZoTps5 ) of ginger. タラノキのクベベン合成酵素遺伝子(AeTps1)を発現した大腸菌(プラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclを保持)の溶媒抽出物のTLC分析図。The TLC analysis figure of the solvent extract of colon_bacillus | E._coli (it hold | maintains plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl) which expressed the Kubeben synthase gene ( AeTps1 ). タラノキのクベベン合成酵素遺伝子(AeTps1)を発現した大腸菌(プラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclを保持)により生産された4種類のセスキテルペンの構造。Structures of four types of sesquiterpenes produced by Escherichia coli (holding the plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl ) expressing the Kubanben synthase gene ( AeTps1 ) アセト酢酸エチルエステル(EAA)及びアセト酢酸メチルエステル(MAA)に対する各種加水分解酵素のエステラーゼ活性評価を示す図である。It is a figure which shows the esterase activity evaluation of the various hydrolase with respect to acetoacetic acid ethyl ester (EAA) and acetoacetic acid methyl ester (MAA). プラスミドpAC-Mev/Scidi/Aacl/pnbA及びpAC-Mev/Scidi/Aacl/pnbAoptの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl / pnbA and pAC-Mev / Scidi / Aacl / pnbAopt. アセト酢酸リチウム(LAA)、MAA、又はEAAを基質とした場合の、プラスミドpAC-Mev/Scidi/Aacl/pnbA、又はpAC-Mev/Scidi/Aacl/pnbAoptを導入したリコペン(lycopene)産生大腸菌によるリコペン生産量を比較した図である。なお、プラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclはエステラーゼ活性を持たないコントロールとして用いた。左図は、乾燥菌体重量(DCW)1gあたりのリコペン産生量を示し、右図は、培地1Lあたりのリコペン産生量を示す。Lycopene produced by lycopene-producing Escherichia coli introduced with plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl / pnbA or pAC-Mev / Scidi / Aacl / pnbAopt using lithium acetoacetate (LAA), MAA, or EAA as a substrate It is the figure which compared the production amount. The plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl was used as a control having no esterase activity. The left figure shows the amount of lycopene produced per gram of dry cell weight (DCW), and the right figure shows the amount of lycopene produced per liter of medium. LAA、MAA、又はEAAを基質とした場合の、プラスミドpAC-Mev/Scidi/Aacl/pnbAを導入したα-フムレン産生大腸菌によるα-フムレン(α-humulene)生産量を比較した図である。なお、プラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclはエステラーゼ活性を持たないコントロールとして用いた。FIG. 3 is a diagram comparing the amount of α-humulene produced by α-humulene-producing Escherichia coli introduced with plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl / pnbA when LAA, MAA, or EAA is used as a substrate. The plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl was used as a control having no esterase activity. LB培地に種々の糖1%を加えて、リコペン産生大腸菌(プラスミドpACCRT-EIBとpRK-idiを有する)を、バッフル付き三角フラスコを用いて培養した時の力価を検討した結果を示す図である。The figure shows the results of examining the titer when lycopene-producing Escherichia coli (containing plasmids pACCRT-EIB and pRK-idi) was cultured in baffled Erlenmeyer flasks by adding various sugars 1% to LB medium. is there. α-コパエン(α-copaene)とカテキン(catechin;ポジティブコントロール)を用いたラット脳脂質過酸化抑制試験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the rat brain lipid peroxidation suppression test using (alpha) -copaene ((alpha) -copaene) and catechin (catechin; positive control).

以下に、本発明を詳細に説明する。
(1.メバロン酸経路遺伝子群とIPPイソメラーゼ遺伝子導入の効果)
大腸菌はメバロン酸経路を有さないが、メバロン酸経路の酵素の遺伝子群(メバロン酸経路遺伝子群)を大腸菌に導入する研究が盛んに行われてきた。最初の先駆的研究は柿沼らにより行われた(参照:非特許文献6)。柿沼らは、アセトアセチル-CoAからIPPまでの合成を行うメバロン酸経路遺伝子群、すなわち、HMG-CoA合成酵素(HMG-CoA synthase)、HMG-CoAレダクターゼ(HMG-CoA reductase)、メバロン酸キナーゼ(mevalonate kinase;MVA kinase)、ホスホメバロン酸キナーゼ(phosphomevalonate kinase; PMVA kinase)、ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ(diphosphomevalonate decarboxylase;DPMVA decarboxylase)をコードする5遺伝子、及び2型のIPPイソメラーゼ(IPP isomerase)をコードする遺伝子群{ストレプトミセス(Streptomyces)属CL190株由来;非特許文献5;Accession no AB037666}を、パントエア・アナナティス(Pantoea ananatis)由来のカロテノイド(テトラテルペンとも呼ばれる)生合成遺伝子群{crtEcrtBcrtIcrtYcrtZ;FPPからゼアキサンチン(zeaxanthin)を作るのに必要な生合成遺伝子群}とともに大腸菌に導入し、発現させた。この組換え大腸菌は、D-メバロン酸ラクトン(D-mevalonate lactone、D-メバロノラクトン;MVLと記載する場合がある)を培地に基質として加えて培養することにより、効率的にゼアキサンチンを合成することができた(参照:非特許文献6)。
本発明者らも、柿沼らと同じストレプトミセス(Streptomyces)属CL190株由来のメバロン酸経路遺伝子群(非特許文献5;Accession no AB037666)(2型のIPPイソメラーゼ遺伝子を含む)を用い、そのままの形で大腸菌ベクターpACYC184{クロラムフェニコール(Cm)耐性}に挿入し、プラスミドpAC-Mevを作製した(参照:非特許文献7)。プラスミドpAC-Mevを、ハナショウガのα-フムレン合成酵素遺伝子(α-humulene synthase;ZzZSS1)発現用プラスミドとともに大腸菌に導入した組換え大腸菌は0.5 mg/mLのMVLを培地に基質として加えて培養することにより、1 mLあたり1 mgのα-フムレンを生産することが示された(参照:特許文献3、非特許文献7)。なお、プラスミドpAC-Mevを導入すること無しに、ZzZSS1遺伝子を大腸菌に導入し発現させた場合、α-フムレンの生産量はプラスミドpAC-Mevを含む場合の1/11に留まった。なお、メバロン酸経路遺伝子群のソースに関し、本発明者らは、本明細書の実施例でもストレプトミセス属CL190株由来のものを用いたが、酵母や他の細菌由来の相当遺伝子群を用いることもできる(参照:非特許文献8)。また、ハナショウガのβ-オイデスモール合成酵素遺伝子(ZzZSS2)をメバロン酸経路遺伝子群とともに導入し発現させると、その組換え大腸菌はMVLを培地に基質として加えて培養することにより、1 mLあたり100 μgのβ-オイデスモールを生産することが示された(参照:非特許文献4)。なお、これらセスキテルペンだけでなく、モノテルペンのリナロールも上記の系で生成することを示した(参照:特許文献3)。
また、プラスミドpAC-Mev内の外来遺伝子群の最後に、出芽酵母サッカロミセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)由来の1型のIPPイソメラーゼ(IPP isomerase)遺伝子(Scidi)を挿入したプラスミドpAC-Mev/Scidiを作製した(参照:特許文献3、非特許文献7)。pAC-Mev/Scidiを持つ組換え大腸菌にテルペン生合成遺伝子(例えば、カロテノイドのリコペン生合成に必要なcrtEcrtBcrtI)を導入し発現させると、テルペン(例えばリコペン)の生成量が、Scidi遺伝子が無い場合(プラスミドpAC-Mevの場合)より上昇することが示された(参照:特許文献3、非特許文献7)。なお、1型のIPPイソメラーゼ遺伝子としては、パン酵母サッカロミセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)、緑藻ヘマトコッカス・プルビアリス(Haematococcus pluvialis)等の真核微生物や一部の原核生物が有する遺伝子が知られており(Kajiwara, S., Fraser, P. D., Kondo, K., and Misawa, N., Biochem. J., 324: 421-426, 1997)、本発明においても、これらの遺伝子を使用することができる。また、2型のIPPイソメラーゼ遺伝子においても、大腸菌由来の2型のIPPイソメラーゼ遺伝子(V. J. J. Martin, D. J. Pitera, S. T. Withers, J. D. Newman, J. D. Keasling, Nature Biotechonosy, 21: 796-802, 2003)のほか、海洋細菌ブレバンデォモナス(Brevundimonas)属SD212株やパラコッカス(Paracoccus)属N81106株の2型IPPイソメラーゼ遺伝子など原核生物由来遺伝子が知られており(Misawa, N., Marine Drugs, 9 (5): 757-771, 2011)、本発明においても、これらの遺伝子を使用することができる。
以上、メバロン酸経路遺伝子群(2型のIPPイソメラーゼ遺伝子を含む)を、1型のIPPイソメラーゼ(例えばScidi遺伝子)を加えて大腸菌に導入し発現させること、及び、培地にMVLを添加して培養することにより、結果的に、その組換え大腸菌内におけるFPPの生成量を多いに増量させることが示された。すなわち、FPPを基質とするセスキテルペン合成酵素(sesquiterpene synthase;sesquiterpene cyclase)遺伝子、モノテルペン合成酵素(monoterpene synthase)遺伝子、又はcrtE(GGPP合成酵素遺伝子)から始まるカロテノイド生合成遺伝子群をメバロン酸経路遺伝子群と同時に導入し、発現させることにより、これらの産物であるセスキ(モノ)テルペン又はカロテノイドを効率的に製造することが可能であることが明らかとなった(参照:非特許文献7、8)。
The present invention is described in detail below.
(1. Effects of mevalonate pathway gene cluster and IPP isomerase gene transfer)
Although Escherichia coli does not have a mevalonate pathway, studies have been actively conducted to introduce an enzyme gene group (mevalonate pathway gene group) of the mevalonate pathway into Escherichia coli. The first pioneering study was conducted by Kakinuma et al. (See Non-Patent Document 6). Kakinuma et al., A group of mevalonate pathway genes that synthesize acetoacetyl-CoA to IPP, that is, HMG-CoA synthase, HMG-CoA reductase, HMG-CoA reductase, mevalonate kinase ( 5 genes encoding mevalonate kinase (MVA kinase), phosphomevalonate kinase (PMVA kinase), diphosphomevalonate decarboxylase (DPMVA decarboxylase), and genes encoding 2 types of IPP isomerase (IPP isomerase) {Derived from Streptomyces genus CL190; Non-Patent Document 5; Accession no AB037666} from Pantoea ananatis carotenoid (also called tetraterpene) biosynthetic genes { crtE , crtB , crtI , crtY , crtZ; to make the zeaxanthin (zeaxanthin) from FPP It was introduced into E. coli with essential biosynthetic gene cluster}, and expressed. This recombinant Escherichia coli can synthesize zeaxanthin efficiently by adding D-mevalonate lactone (D-mevalonate lactone; sometimes referred to as MVL) as a substrate to the medium and culturing. (Reference: Non-Patent Document 6).
The present inventors also used the same mevalonate pathway gene group derived from Streptomyces genus CL190 strain (Non-patent Document 5; Accession no AB037666) (including type 2 IPP isomerase gene) as in the case of Suganuma et al. Was inserted into the E. coli vector pACYC184 {chloramphenicol (Cm) resistance} in the form of plasmid pAC-Mev (see Non-patent Document 7). Recombinant Escherichia coli introduced with plasmid pAC -Mev together with a plasmid for expression of the α-humulene synthase gene (α-humulene synthase; ZzZSS1 ) of 0.5 g / mL was added to the medium as a substrate. It was shown that 1 mg of α-humulene per 1 mL was produced by culturing (Reference: Patent Document 3, Non-Patent Document 7). In addition, when the ZzZSS1 gene was introduced into E. coli and expressed without introducing the plasmid pAC-Mev, the production amount of α-humulene remained at 1/11 that of the plasmid pAC-Mev. In addition, regarding the source of the mevalonate pathway gene group, the present inventors used the one derived from Streptomyces genus CL190 strain in the examples of the present specification, but use the corresponding gene group derived from yeast or other bacteria. (Reference: Non-Patent Document 8). In addition, when the β- eudesmol synthase gene ( ZzZSS2 ) of Hana ginger is introduced and expressed together with the group of mevalonate pathway genes, the recombinant Escherichia coli is cultured by adding MVL as a substrate to the culture medium to 100 per mL. It was shown to produce μg of β-eudesmol (see Non-Patent Document 4). In addition, it was shown that not only these sesquiterpenes but also the monoterpene linalool is produced in the above system (see: Patent Document 3).
Also, the end of the foreign genes in the plasmid pAC-Mev, prepare plasmid pAC-Mev / Scidi inserting the budding yeast Saccharomyces cerevisiae (Saccharomyces cerevisiae) 1 type of IPP isomerase from (IPP isomerase) gene (Scidi) (Reference: Patent Document 3, Non-Patent Document 7). pAC-Mev / Scidi terpene biosynthetic gene recombinant E. coli with (e.g., required lycopene biosynthesis of carotenoids crtE, crtB, crtI) when to introduce the expression, the amount of the terpene (e.g. lycopene) is, Scidi It was shown that the level was higher than when no gene was present (in the case of plasmid pAC-Mev) (see: Patent Document 3, Non-Patent Document 7). Examples of type 1 IPP isomerase genes include genes possessed by eukaryotic microorganisms such as baker's yeast Saccharomyces cerevisiae and green alga Haematococcus pluvialis and some prokaryotic organisms ( Kajiwara, S., Fraser, PD, Kondo, K., and Misawa, N., Biochem. J. , 324: 421-426, 1997), these genes can also be used in the present invention. Also, in the type 2 IPP isomerase gene, in addition to the type 2 IPP isomerase gene derived from E. coli (VJJ Martin, DJ Pitera, ST Withers, JD Newman, JD Keasling, Nature Biotechonosy, 21: 796-802, 2003), marine bacterium shake Bande O MONAS (Brevundimonas) prokaryotic genes from such type 2 IPP isomerase gene of the genus SD212 strain and Paracoccus (Paracoccus) genus N81106 strain is known (Misawa, N., marine Drugs, 9 (5): 757-771, 2011), these genes can also be used in the present invention.
As described above, the mevalonate pathway gene group (including type 2 IPP isomerase gene) is introduced into E. coli by adding type 1 IPP isomerase (eg, Scidi gene), and cultured with MVL added to the medium. As a result, it was shown that the amount of FPP produced in the recombinant E. coli was increased to a large amount. In other words, the carotenoid biosynthetic genes starting from sesquiterpene synthase (sesquiterpene synthase) gene, monoterpene synthase gene, or crtE (GGPP synthase gene) using FPP as a substrate are mevalonate pathway genes It was revealed that these products, such as sesqui (mono) terpenes or carotenoids, can be efficiently produced by introducing and expressing at the same time as the group (see Non-Patent Documents 7 and 8). .

(2.アセト酢酸塩、アセト酢酸エステル資化遺伝子導入の効果)
D-メバロノラクトン(MVL)は分子内に不斉炭素を含むため高価(たとえば東京化成工業株式会社2012-2013のカタログによると1 g:30,200円)であり実用化は困難なため、より安価な基質を用いて効率的にテルペンを作る系の構築が望まれていた。そこで本発明者らは、前記ストレプトミセス属CL190株由来のメバロン酸経路遺伝子群(2型のIPPイソメラーゼ遺伝子を含む)、及び1型のIPPイソメラーゼ遺伝子(Scidi遺伝子)に加えて、ラット(Rattus norvegicus)由来のアセト酢酸-コエンザイムA リガーゼ遺伝子(acetoacetate-CoA ligase;Aac1;アセトアセチル-CoA シンテターゼ)をコードする遺伝子を付加して、大腸菌に導入し発現させた(参照:特許文献3、非特許文献7、8)。その組換え大腸菌を培養し、LAAを基質として(終濃度1.0 g/L)、培地に加えることにより、MVL添加の場合と同様に、テルペンを効率的に生産できることを示した(参照:特許文献3、非特許文献7、8)。すなわち、FPPからテルペンを合成する酵素遺伝子のみを導入し発現させた組換え大腸菌の場合と比べて、3.5〜9.3倍(FPPからカロテノイドを合成する酵素遺伝子群の場合)になることを示した(参照:特許文献3、非特許文献7)。イソペンテニル二リン酸までの合成を行うメバロン酸経路遺伝子群としては、前述したストレプトミセス属CL190株由来のメバロン酸経路遺伝子群(参照:非特許文献5)を用いることができるが、これ以外にも出芽酵母(Saccharomyces cerevisiae)由来のメバロン酸経路遺伝子群(V. J. J. Martin, D. J. Pitera, S. T. Withers, J. D. Newman, J. D. Keasling, Nature Biotechonosy, 21: 796-802, 2003)、細菌ストレプトコッカス・プノイモニエ(Streptococcus pneumoniae)由来のメバロン酸経路遺伝子群(S. H. Yoon, Y. M. Lee, J. E. Kim, S. H. Lee, J. H. Lee, J. Y. Kim, K. H. Jung, Y. C. Shin, J. D. Keasling, S. W. Kim, Biotechnology & Bioengineering, 94: 1025-1032, 2006)なども用いることができる。
さらに、前述してきた系を利用すると、新規に取得された、又は機能が未知のセスキテルペン(又はモノテルペン)合成酵素遺伝子配列の機能解析を行うことができる(参照:非特許文献8)。すなわち、この遺伝子配列を発現するように導入したMVL又はLAA資化能を有する組換え大腸菌がセスキテルペン(又はモノテルペン)を生産しているかどうかを調べることができる(大腸菌は元々セスキテルペンやモノテルペンを生産しない)。テルペンが生産されている場合は、そのテルペンの化学構造を解析することにより、そのテルペン合成酵素遺伝子配列は、FPPからその化学構造を持つセスキテルペン(又はモノテルペン)の産物を合成する酵素をコードする遺伝子であると同定されるからである。セスキテルペンは植物や微生物等(植物が主体)からすでに7,000種以上が単離されているが、まだ、多くのセスキテルペン合成酵素遺伝子が未知である。今後、この系により、テルペン合成酵素遺伝子の機能解析が進むものと期待される(参照:特許文献2、3、非特許文献8)。
なお、MVLは分子内に不斉炭素を持つ高価な試薬(例えば30,200円/g;東京化成工業株式会社2012-2013カタログ)であったので、比較的安価な試薬であるLAA(例えば11,100円/g、35,800円/5 g;東京化成工業株式会社2012-2013カタログ)の利用技術の開発は意義深いものであった。しかしながら、培地糖源のグルコース(D-(+)-glucose;例えば1,900円/500 g;東京化成工業株式会社2012-2013カタログ)と比べるとLAAは遥かに高価であるので、更なる安価な基質の開発が望まれていた。
なお、試薬としてのアセト酢酸メチルエステル(methyl acetoacetate:MAA)及びアセト酢酸エチルエステル(ethyl acetoacetate:EAA)の価格はそれぞれ、2,800円/500 g及び3,400円/500 gであった(東京化成工業株式会社2012-2013カタログ)。なお、試薬としてのアセト酢酸リチウム(LAA)の価格は、35,800円/5 gであったので(東京化成工業株式会社2012-2013カタログ)、LAA の代わりに、MAA及び/又はEAAを用いることにより、大幅なコストダウンが可能である。
これまで、MAA又はEAAを(効率的に)加水分解できる酵素(エステラーゼ)や酵素遺伝子の報告は無かった。そこで、本発明者らは、アミノ酸一次配列より分類した細菌12ファミリーから構成される18個の推定遺伝子を含むエステル加水分解酵素(エステラーゼ)遺伝子について、ゲノム配列データベースより塩基配列を取得し、全長配列を単離した。これらの遺伝子を導入・発現した組換え大腸菌から調製された酵素粗抽出液のうち、13菌株由来サンプルにおいて、可溶性画分に著量の酵素タンパク質の合成が確認された。MAA又はLAAに対する加水分解活性を指標にスクリーニングしたところ、PnbA、PA3859およびSGO0795の3遺伝子の発現株にて高いアセト酢酸エステル加水分解活性を有していることが確認された。次に、プラスミドpAC-Mev/Scidi/Aacl{いずれも大腸菌ベクターpACYC184を使用;クロラムフェニコール(Cm)耐性;特許文献3、非特許文献7}に上記3遺伝子の1つを挿入したプラスミドを作製した。その一例としてのプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aacl/pnbA及びpAC-Mev/Scidi/Aacl/pnbAoptの構造を図29に示した。プラスミドpAC-Mev/Scidi/Aacl/pnbA(又はpAC-Mev/Scidi/Aacl/pnbAopt、又は他のアセト酢酸エステル加水分解酵素遺伝子を含む類似のプラスミド)を、FPP(又はGPP)からテルペン(イソプレノイド、テルペノイド)合成に必要な遺伝子又は遺伝子群と共に大腸菌に導入して、評価試験を行った。例えば、テトラテルペン(カロテノイド)のリコペンの合成に必要な遺伝子群を導入した場合においても、セスキテルペンのα-フムレンの合成に必要な遺伝子を導入した場合においても、プラスミドpAC-Mev/Scidi/Aacl/pnbA(又はpAC-Mev/Scidi/Aacl/pnbAopt)と共に大腸菌に導入した場合、プラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclと共存させた大腸菌におけるLAA添加の場合(ポジティブコントロール)と比べて、同レベルかそれ以上のMAA又はEAAの資化能を示すことが明らかになった(図30、図31)。すなわち、本発明によって、安価な基質であるMAA又はEAAを利用して、テルペン{セスキテルペン、モノテルペン、及びテトラテルペン(カロテノイド)を含む;テルペンはイソプレノイド、テルペノイドとも呼ばれる}を組換え大腸菌により安価に製造することができる。
(2. Effects of acetoacetate and acetoacetate ester utilization gene transfer)
Since D-mevalonolactone (MVL) contains asymmetric carbon in the molecule, it is expensive (for example, 1 g: 30,200 yen according to the catalog of Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. 2012-2013) and difficult to put into practical use. Construction of a system for efficiently producing terpenes using a simple substrate has been desired. Therefore, the present inventors have added a rat ( Rattus norvegicus ) in addition to the mevalonate pathway gene group (including the type 2 IPP isomerase gene) derived from the Streptomyces genus CL190 strain and the type 1 IPP isomerase gene ( Scidi gene). ) -Derived acetoacetate-coenzyme A ligase gene (acetoacetate-CoA ligase; Aac1; acetoacetyl-CoA synthetase) was added and introduced into E. coli and expressed (Reference: Patent Document 3, Non-patent Document) 7, 8). By culturing the recombinant Escherichia coli and adding LAA as a substrate (final concentration 1.0 g / L) to the medium, it was shown that terpenes can be efficiently produced as in the case of adding MVL (see: Patent Document 3, Non-Patent Documents 7 and 8). In other words, it is 3.5 to 9.3 times higher (in the case of enzyme genes that synthesize carotenoids from FPP) than in the case of recombinant Escherichia coli in which only the enzyme gene that synthesizes terpenes from FPP is expressed. (Reference: Patent Document 3, Non-Patent Document 7). As the mevalonate pathway gene group for synthesizing up to isopentenyl diphosphate, the above-mentioned mevalonate pathway gene group derived from Streptomyces genus CL190 strain (Reference: Non-Patent Document 5) can be used. Mevalonate pathway genes derived from Saccharomyces cerevisiae (VJJ Martin, DJ Pitera, ST Withers, JD Newman, JD Keasling, Nature Biotechonosy, 21: 796-802, 2003), bacteria Streptococcus pneumonia ( Streptococcus pneumonia ) Mevalonate Pathway Gene Group (SH Yoon, YM Lee, JE Kim, SH Lee, JH Lee, JY Kim, KH Jung, YC Shin, JD Keasling, SW Kim, Biotechnology & Bioengineering, 94: 1025-1032, 2006) Etc. can also be used.
Furthermore, by using the system described above, it is possible to analyze the function of a newly obtained sesquiterpene (or monoterpene) synthase gene sequence whose function is unknown (see Non-Patent Document 8). That is, it is possible to examine whether recombinant E. coli having an ability to assimilate MVL or LAA introduced so as to express this gene sequence is producing sesquiterpenes (or monoterpenes). Does not produce terpenes). When terpenes are produced, by analyzing the chemical structure of the terpene, the terpene synthase gene sequence encodes an enzyme that synthesizes a sesquiterpene (or monoterpene) product with that chemical structure from FPP. It is because it is identified that it is a gene. More than 7,000 sesquiterpenes have already been isolated from plants and microorganisms (mainly plants), but many sesquiterpene synthase genes are still unknown. In the future, functional analysis of terpene synthase genes is expected to proceed with this system (see: Patent Documents 2 and 3, Non-Patent Document 8).
Since MVL was an expensive reagent having an asymmetric carbon in the molecule (for example, 30,200 yen / g; Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. 2012-2013 catalog), LAA, which is a relatively inexpensive reagent (for example, 11 , 100 yen / g, 35,800 yen / 5 g; Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. 2012-2013 catalog), the development of the utilization technology was significant. However, LAA is much more expensive than glucose (D-(+)-glucose; for example, 1,900 yen / 500 g; Tokyo Chemical Industry 2012-2013 catalog) as a medium sugar source. Development of a new substrate has been desired.
The prices of methyl acetoacetate (MAA) and ethyl acetoacetate (EAA) as the reagents were 2,800 yen / 500 g and 3,400 yen / 500 g, respectively ( Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. 2012-2013 catalog). In addition, since the price of lithium acetoacetate (LAA) as a reagent was 35,800 yen / 5 g (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. 2012-2013 catalog), MAA and / or EAA is used instead of LAA. As a result, the cost can be significantly reduced.
Until now, there have been no reports of enzymes (esterases) or enzyme genes that can hydrolyze MAA or EAA (efficiently). Therefore, the present inventors obtained a base sequence from a genome sequence database for an ester hydrolase (esterase) gene containing 18 putative genes composed of 12 bacterial families classified from the primary amino acid sequence, and obtained a full-length sequence. Was isolated. Among the crude enzyme extract prepared from recombinant Escherichia coli introduced and expressed with these genes, synthesis of a significant amount of enzyme protein was confirmed in the soluble fraction in samples derived from 13 strains. When screening was performed using the hydrolytic activity for MAA or LAA as an index, it was confirmed that PnbA, PA3859 and SGO0795 have high acetoacetate hydrolyzing activity in the three gene expression strains. Next, the plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl {both using the E. coli vector pACYC184; chloramphenicol (Cm) resistance; Patent Document 3, Non-patent Document 7} is inserted with one of the above three genes. Produced. Examples of the structures of plasmids pAC-Mev / Scidi / Aacl / pnbA and pAC-Mev / Scidi / Aacl / pnbAopt are shown in FIG. Plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl / pnbA (or a similar plasmid containing pAC-Mev / Scidi / Aacl / pnbAopt, or other acetoacetate hydrolase gene) from FPP (or GPP) to terpene (isoprenoid, Terpenoids) were introduced into Escherichia coli together with genes or gene groups necessary for synthesis, and an evaluation test was conducted. For example, the plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl, whether the gene group necessary for the synthesis of tetraterpene (carotenoid) lycopene or the gene necessary for the synthesis of sesquiterpene α-humulene is introduced. When introduced into E. coli with / pnbA (or pAC-Mev / Scidi / Aacl / pnbAopt), is the same level as when LAA was added in E. coli coexisting with plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl (positive control)? It became clear that the assimilation ability of MAA or EAA beyond it was shown (FIG. 30, FIG. 31). That is, according to the present invention, by using MAA or EAA which is an inexpensive substrate, terpenes {including sesquiterpenes, monoterpenes, and tetraterpenes (carotenoids); Can be manufactured.

{3.テルペン合成酵素(テルペンシンターゼ;terpene synthase、TPS)と生成したテルペンの機能}
モノテルペン、セスキテルペン及び一部のジテルペンを合成する酵素タンパク質は互いに相同性を有しており、総称して、テルペン合成酵素(テルペンシンターゼ;terpene synthase、TPS)と呼ばれている。モノテルペンとセスキテルペンは植物の精油に含まれる主成分であり、植物の香り・芳香成分である。モノテルペンには、リモネン(例えば柑橘の香り成分)、リナロール(例えばラベンダーやベルガモットの香り成分)、メンソール(ハッカ植物の香り成分)、カンファ―(樟脳)といった有名な香り・芳香成分が含まれている。リナロール合成酵素(linalool synthase)遺伝子は今日までに、サルナシ(Actinidia arguta)、マタタビ(Actinidia polygama)、ショウガ(Zingiber officinale)、ウコン(秋ウコン;Curcuma longa)など種々の植物から得られているが、機能解析されたリナロール合成酵素は全て、セスキテルペンのネロリドール(nerolidol)合成活性を共有することがわかっている(H. J. Koo, D. R. Gang, Suites of terpene synthases explain differential terpenoid production in ginger and turmeric tissues. PLoS One 7:e51481, 2012)。それゆえ、リナロール合成酵素はしばしば、リナロール/ネロリドール合成酵素(linalool/nerolidol synthase)とも呼ばれる。なお、リナロールが心地よい香りであるのに対して、ネロリドールは不快臭である。一方、本発明に含まれるツバキ(Camellia saluenensis 品種名:いのくち香り)由来のリナロール合成酵素(CsTPS1)はネロリドール合成活性を全く持っていない。したがって、CsTPS1は機能的にも新規な酵素である。
セスキテルペンは、植物や微生物等(植物が主体)からすでに7,000種以上が単離され、化学構造は公知である。しかし、多くの{セスキテルペンシンターゼ;(sesqui)terpene synthase、TPS}遺伝子が未知である(参照:非特許文献8)。触媒機能が明らかになっている植物等のセスキテルペン合成酵素(及びそれをコードする遺伝子)の例として、アメリカオオモミ(ベイモミ;grand fir)から単離されたδ-セリネン合成酵素やγ-フムレン合成酵素遺伝子(C. L. Steele, J. Crock, J. Bohlmann, R. Croteau, Sesquiterpene synthases from grand fir (Abies grandis). Comparison of constitutive and wound-induced activities, and cDNA isolation, characterization, and bacterial expression of δ-selinene synthase and γ-humulene synthase. J. Biol. Chem. 273:2078-2089, 1998)がある。また、ショウガ科(Zingiberaceae)に属する植物では、ショウガ(生姜;Zingiber officinale)から、セスキテルペン合成酵素としてはゲルマクレンD合成酵素(germacrene D synthase)遺伝子(ZoGeD;非特許文献1)、β-ビサボレン合成酵素(β-bisabolene synthase)遺伝子(ZoTPS1;特許文献1、非特許文献2)、γ-アモルフェン合成酵素(γ-amorphene synthase)遺伝子(ZoTPS5;特許文献1)が単離され、その構造と機能解析が行われた。また、同じショウガ属植物であるハナショウガ(Shampoo ginger; Zingiber zerumbet)から、α-フムレン合成酵素(α-humulene synthase)遺伝子(ZzZSS1)やβ-オイデスモール合成酵素(β-eudesmol synthase)遺伝子(ZzZSS2)が単離され、その構造と機能解析が行われた(参照:非特許文献3、4)。
本発明では、FPPからセスキテルペンを合成する酵素遺伝子として、バレリアノール/ヘディカルオール合成酵素(valerianol/hedycaryol synthase)遺伝子(例えばChTps1-1)、α-セリネン合成酵素(α-selinene synthase)遺伝子(例えばFh1Tps-1)、α-コパエン合成酵素(α-copaene synthase)遺伝子(例えばFh6Tps-1)、及びβ-オシメン/α-ファルネセン合成酵素(β-ocimene/α-farnesene synthase)遺伝子(AlcTPS1)を新規に見出した。特に、バレリアノールを合成する酵素や該酵素をコードする遺伝子については、これまで知られていなかったので、本明細書により世界で初めて開示された。また、α-セリネン又はα-コパエンをほぼ単一産物として合成する酵素やこれをコードする遺伝子については、これまで知られていなかったので(少なくとも学術論文と配列情報の両方が開示されたものの中では)、本明細書により世界で初めて開示された。
さらに、本発明に含まれるセスキテルペン(及びモノテルペン)合成酵素遺伝子の大腸菌発現用プラスミドのいずれか1つのプラスミドを、前述したCm耐性プラスミド(例えばpAC-Mev/Scidi/Aacl/pnbA)と共に大腸菌に導入して、LAA、Km及びCmを含む培地で培養することにより、バレリアノール、ヘディカルオール、α-セリネン、α-コパエン、β-オシメン及びα-ファルネセン(及びリナロール)を効率的に生産することができる。これらのセスキテルペン(及びモノテルペン)には、人の健康に有用な生理機能があることが期待される。例えば、バレリアノールには卵巣機能強壮作用が、α-コパエンには抗炎症作用が、β-オシメンには抗菌・抗ウィルス作用があると考えられている。また、本発明においても、α-コパエンについてラット脳脂質過酸化抑制試験(in vitro抗酸化活性試験)を実施し、α-コパエンが穏やかな抗酸化活性 (IC50 = 35.1 μM) を有することを実際に示した。
{3. Terpene synthase (terpene synthase; function of terpene produced)
Enzyme proteins that synthesize monoterpenes, sesquiterpenes, and some diterpenes have homology to each other, and are collectively referred to as terpene synthase (TPS). Monoterpenes and sesquiterpenes are the main components contained in plant essential oils, and are plant fragrance and fragrance components. Monoterpenes include famous fragrances and fragrances such as limonene (for example citrus scents), linalool (for example scents for lavender and bergamot), menthol (scents for mint plants), camphor (camphor). Yes. To date, linalool synthase genes have been obtained from various plants such as sarunasi ( Actinidia arguta ), matatabi ( Actinidia polygama ), ginger ( Zingiber officinale ), turmeric (autumn turmeric; Curcuma longa ), All of the functionally analyzed linalool synthases are known to share the nerving activity of sesquiterpene (HJ Koo, DR Gang, Suites of terpene synthases explain differential terpenoid production in ginger and turmeric tissues. PLoS One 7: e51481, 2012). Therefore, linalool synthase is often also referred to as linalool / nerolidol synthase. In addition, linalool has an unpleasant odor while linalool has a pleasant scent. On the other hand, linalool synthase (CsTPS1) derived from camellia ( Camellia saluenensis variety name: Inochi fragrance) included in the present invention has no nerolidol synthesizing activity. Therefore, CsTPS1 is a functionally novel enzyme.
More than 7,000 sesquiterpenes have already been isolated from plants and microorganisms (mainly plants), and their chemical structures are known. However, many {sesquiterpene synthase (TPS) genes are unknown (see Non-Patent Document 8). Examples of sesquiterpene synthase (and the gene that encodes it) of plants and the like whose catalytic function has been clarified include δ-selinen synthase and γ-humulene isolated from American fir (grandfir; grand fir) Synthetic enzyme genes (CL Steele, J. Crock, J. Bohlmann, R. Croteau, Sesquiterpene synthases from grand fir (Abies grandis). Comparison of constitutive and wound-induced activities, and cDNA isolation, characterization, and bacterial expression of δ- selinene synthase and γ-humulene synthase. J. Biol. Chem. 273: 2078-2089, 1998). In addition, in plants belonging to Zingiberaceae, from ginger (ginger; Zingiber officinale ), as a sesquiterpene synthase, germacrene D synthase gene ( ZoGeD ; non-patent document 1), β-bisabolen synthesis The enzyme (β-bisabolene synthase) gene ( ZoTPS1 ; Patent Document 1, Non-patent Document 2) and the γ-amorphene synthase gene ( ZoTPS5 ; Patent Document 1) were isolated, and their structure and function analysis Was done. Also, from the same Ginger plant, Shampoo ginger ( Zingiber zerumbet ), α-humulene synthase gene ( ZzZSS1 ) and β-eudesmol synthase gene ( ZzZSS2 ) ) Was isolated and analyzed for its structure and function (see Non-Patent Documents 3 and 4).
In the present invention, as an enzyme gene for synthesizing a sesquiterpene from FPP, a valerianol / hedycaryol synthase gene (for example, ChTps1-1 ), an α-selinene synthase gene ( For example, Fh1Tps-1 ), α-copaene synthase gene (eg Fh6Tps-1 ), and β-ocimene / α-farnesene synthase gene ( AlcTPS1 ) Newly found. In particular, the enzyme that synthesizes valerianol and the gene that encodes the enzyme have not been known so far and have been disclosed for the first time in the world by this specification. In addition, the enzyme that synthesizes α-selinen or α-copaene almost as a single product and the gene encoding it have not been known so far (at least both academic papers and sequence information have been disclosed). It was first disclosed in the world by this specification.
Furthermore, any one of the plasmids for expressing Escherichia coli of the sesquiterpene (and monoterpene) synthase gene included in the present invention is introduced into E. coli together with the Cm resistant plasmid (for example, pAC-Mev / Scidi / Aacl / pnbA). Introducing and culturing in a medium containing LAA, Km and Cm efficiently produces valerianol, hedicarol, α-selinen, α-copaene, β-oscymene and α-farnesene (and linalool) be able to. These sesquiterpenes (and monoterpenes) are expected to have physiological functions useful for human health. For example, it is thought that valeranol has a tonic effect on ovarian function, α-copaene has an anti-inflammatory effect, and β-ocimene has an antibacterial and antiviral effect. Also in the present invention, rat brain lipid peroxidation inhibition test ( in vitro antioxidant activity test) was performed on α-copaene, and α-copaene has a mild antioxidant activity (IC 50 = 35.1 μM). Actually showed that.

(4.大腸菌の株及び遺伝子組換え実験方法)
本明細書実施例では、大腸菌B株のBL21(DE3)、K12株のJM101又はJM109を用いた。しかし、大腸菌の株には、大腸菌K12株のDH5、HB101、LE392、JM109(DE3)など種々の株が存在するので、大腸菌の株としてBL21(DE3)、JM101及びJM109に限定されるものでない。
また、下記実施例では、組換え大腸菌の培養培地として、LB培地とTB培地を利用したが、大腸菌の培養培地としては、2 x YT培地、M9培地等多くの培地が存在するので、LB培地やTB培地に限定されるものでない。
また、遺伝子組換え実験方法としては、下記実施例で示されているメーカーによる実施マニュアル以外に、多くの手引書が存在している。たとえば、Sambrook and Russel, Molecular Cloning A Laboratory Manual (Third edition) Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2001が例示できる。本手引書は包括的であり、通常の遺伝子組換え実験方法以外に、大腸菌株の種類、ベクターの種類、培養法等が示されているので、参考にして実験を行うことができる。
(4. Escherichia coli strain and genetic recombination experiment method)
In the Examples of the present specification, E. coli B strain BL21 (DE3) and K12 strain JM101 or JM109 were used. However, various strains such as DH5, HB101, LE392, and JM109 (DE3) of Escherichia coli K12 strain exist in E. coli strains. Therefore, E. coli strains are not limited to BL21 (DE3), JM101, and JM109.
In the following examples, LB medium and TB medium were used as the culture medium for recombinant Escherichia coli, but there are many mediums such as 2 x YT medium and M9 medium as the culture medium for Escherichia coli. It is not limited to TB media.
Moreover, as a genetic recombination experiment method, many manuals exist besides the implementation manual by the manufacturer shown in the following Example. For example, Sambrook and Russel, Molecular Cloning A Laboratory Manual (Third edition) Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2001 can be exemplified. This handbook is comprehensive and describes the types of E. coli strains, types of vectors, culture methods, etc. in addition to the usual genetic recombination experiment methods, so that experiments can be conducted with reference.

(5.組換え大腸菌以外の宿主)
本発明のセスキテルペンの製造方法において、組換え大腸菌以外の宿主としては、昆虫系、酵母系、植物細胞系、無細胞系(コムギ胚芽等)等を使用することができる。
これらの宿主においても、適切な各合成酵素遺伝子を導入することにより、組換え大腸菌系と同様に、セスキテルペン(又はモノテルペン)の製造が可能になる。各宿主に必要な合成酵素遺伝子は、以下の通りである。
酵母系:本発明のセスキテルペン(又はモノテルペン)合成酵素遺伝子を、酵母発現用ベクターを用いて、酵母に導入し発現させることにより、これらのセスキテルペンの製造が可能になる。なお、HMG-CoAレダクターゼ(HMG-CoAからメバロン酸を作る酵素)遺伝子を共発現させることにより、目的のセスキテルペン生産量が向上させることができると考えられる。
昆虫系:本発明のセスキテルペン(又はモノテルペン)合成酵素遺伝子を、昆虫発現用ベクターを用いて、昆虫に導入し発現させることにより、これらのセスキテルペンの製造が可能になる。なお、HMG-CoAレダクターゼ遺伝子を共発現させることにより、目的のセスキテルペン生産量が向上することができると考えられる。
植物細胞系:本発明のセスキテルペン(又はモノテルペン)合成酵素遺伝子を、植物発現用ベクターを用いて、植物に導入し発現させることにより、これらのセスキテルペン(又はモノテルペン)の製造が可能になる。なお、IPPイソメラーゼ(idi)又はHMG-CoAレダクターゼ遺伝子を共発現させることにより、目的のテルペン生産量が向上することができると考えられる。加えて、パーティクルガンによる葉緑体の形質転換により葉緑体内に、直接、外来遺伝子を導入し発現させる場合は、イソペンテニル二リン酸(IPP)イソメラーゼ(1型及び/又は2型)遺伝子を共発現させることにより、目的のセスキテルペン生産量が向上することができると考えられる。
(5. Hosts other than recombinant E. coli)
In the method for producing a sesquiterpene of the present invention, insects, yeasts, plant cell systems, cell-free systems (such as wheat germ) and the like can be used as hosts other than recombinant E. coli.
Also in these hosts, sesquiterpenes (or monoterpenes) can be produced in the same manner as in the recombinant Escherichia coli system by introducing appropriate synthase genes. Synthetic enzyme genes necessary for each host are as follows.
Yeast system: These sesquiterpenes can be produced by introducing and expressing the sesquiterpene (or monoterpene) synthase gene of the present invention in yeast using a yeast expression vector. In addition, it is thought that the target sesquiterpene production amount can be improved by co-expressing the HMG-CoA reductase (enzyme that makes mevalonic acid from HMG-CoA) gene.
Insect system: These sesquiterpenes can be produced by introducing the sesquiterpene (or monoterpene) synthase gene of the present invention into insects using an insect expression vector and expressing them. In addition, it is thought that the target sesquiterpene production can be improved by co-expressing the HMG-CoA reductase gene.
Plant cell system: The sesquiterpene (or monoterpene) synthase gene of the present invention can be produced by introducing it into a plant using a plant expression vector and expressing it. Become. In addition, it is considered that the target terpene production can be improved by co-expressing the IPP isomerase ( idi ) or HMG-CoA reductase gene. In addition, when a foreign gene is introduced and expressed directly into chloroplasts by transformation of chloroplasts with particle gun, isopentenyl diphosphate (IPP) isomerase (type 1 and / or type 2) gene It is considered that the desired sesquiterpene production can be improved by co-expression.

(6.セスキテルペン、モノテルペン等を生合成する組換え大腸菌の培養、及び生産されたセスキテルペン、モノテルペン等の回収・精製方法)
本発明において、n-オクタン乃至デカンの炭素数8〜10のn-アルカンを培地に重層して、テルペン(セスキテルペン、モノテルペン等)を生合成する組換え大腸菌を培養し、産生されたテルペンを効率的に回収するといった製造方法が発明された。なお、n-オクタン乃至デカンを重層して宿主を培養し、産生されたテルペンを回収するといった製造方法はこれまで無かった方法である。
n-オクタン乃至デカンを重層培養することから始まる本発明の精製方法は、セスキテルペン、モノテルペン等を生合成する組換え大腸菌からテルペン類を効率的に単離精製する方法であり、具体的には、以下の(I)、(II)、(III)及び(IV)の工程あるいは(I)、(II)及び(V)の工程を、この順に含む。
(I)組換え大腸菌培養(液体振とう培養)時に、培地に炭素数8〜10のn-アルカンを重層して培養することにより生産されたテルペン類をアルカン相に抽出する工程(抽出工程)。
(II)工程(I)で得られるアルカン相と適当な含水溶媒間で二相分配を実施し、テルペン類を含有するアルカン相を回収して不純物を除く工程(分液工程)。
(III)工程(II)で得られるアルカン相を逆相系(ODS等)のカラムを用いた分取HPLCで純品とする工程(分取工程)。
(IV)工程(III)で得られる純品のテルペン類を含む溶液から、アルカン/含水溶媒系でアルカン相にテルペン類を回収して濃縮乾固することにより、回収率良く純品のテルペン類を得る工程(脱溶媒工程)。
(V)工程(II)で得られるアルカン相を、シリカゲルを用いたオープンカラムあるいは分取HPLCで純品とする工程(分取工程)。
以下の[1]〜[5]において、上記の(I)〜(V)の工程について、詳細に説明する。
(6. Culture of recombinant Escherichia coli for biosynthesis of sesquiterpenes, monoterpenes, etc., and methods for recovering and purifying the produced sesquiterpenes, monoterpenes, etc.)
In the present invention, n -alkane having 8 to 10 carbon atoms of n -octane or decane is overlaid on a culture medium, cultivating recombinant Escherichia coli for biosynthesis of terpenes (sesquiterpenes, monoterpenes, etc.), and the produced terpenes A manufacturing method has been invented for efficiently recovering the product. It should be noted that there has never been a production method in which n -octane or decane is overlaid and the host is cultured and the produced terpene is recovered.
The purification method of the present invention, which begins with the layer culture of n -octane or decane, is a method for efficiently isolating and purifying terpenes from recombinant Escherichia coli that biosynthesizes sesquiterpenes, monoterpenes, etc. Includes the following steps (I), (II), (III) and (IV) or (I), (II) and (V) in this order.
(I) A step of extracting terpenes produced by overlaying and culturing an n-alkane having 8 to 10 carbon atoms in the medium during recombinant E. coli culture (liquid shaking culture) to the alkane phase (extraction step) .
(II) A step of carrying out two-phase partitioning between the alkane phase obtained in step (I) and a suitable aqueous solvent, recovering the alkane phase containing terpenes and removing impurities (separation step).
(III) A step in which the alkane phase obtained in step (II) is purified by preparative HPLC using a reversed phase system (ODS or the like) column (preparation step).
(IV) Pure terpenes with a good recovery rate are obtained by recovering terpenes in the alkane phase in the alkane / aqueous solvent system from the solution containing pure terpenes obtained in step (III) and concentrating to dryness. Step for removing (solvent removal step).
(V) A step in which the alkane phase obtained in step (II) is purified by an open column using silica gel or by preparative HPLC (preparation step).
In the following [1] to [5], the steps (I) to (V) will be described in detail.

[1]工程(I)において組換え大腸菌を培養する培地は、大腸菌が順調に生育し、また適切な遺伝子発現誘導剤の存在下で目的とするテルペン類を生産するものであればよい。溶媒が水である大腸菌生育培地に10%〜50% (V/V)のn-アルカンを重層させた状態で大腸菌の培養を実施する(100 mLの培地に10〜50 mLのn-アルカン)。この時に用いるn-アルカンはn-オクタン(C8)よりも炭素鎖の長いものであればよい(n-オクタンより炭素鎖の短いアルカンは水への溶解度が高いため、組換え大腸菌の生育を抑制してしまうため)。一方、炭素が長くなるほどアルカンの沸点は高くなりエバポレータ等の減圧濃縮器での溶媒除去が困難になるため、具体的にはn-オクタン(C8)からデカン(C10)までのアルカンを用いるのが簡便である(C8〜C10までのn-アルカンであれば、40〜50℃の加温下、通常のダイアフラムポンプで濃縮可)。C,Hのみからなるテルペン類(ハイドロカーボン)、或いはこれに水酸基が一つ導入されたテルペン類に関しては、大腸菌に生産されたものの95%以上が、重層されたC8〜C10 のn-アルカン相に分配される。 [1] The medium for culturing recombinant Escherichia coli in step (I) may be any medium as long as Escherichia coli grows smoothly and produces the desired terpenes in the presence of an appropriate gene expression inducer. Cultivation of E. coli is carried out with 10% -50% (V / V) n -alkane layered on E. coli growth medium whose solvent is water (10-50 mL n -alkane in 100 mL medium). . The n -alkane used at this time should have a longer carbon chain than n -octane (C8) (alkanes with a shorter carbon chain than n -octane are highly soluble in water, and thus inhibit the growth of recombinant E. coli. To end up). On the other hand, the longer the carbon, the higher the boiling point of the alkane and the more difficult it is to remove the solvent in a vacuum concentrator such as an evaporator. Specifically, alkanes from n -octane (C8) to decane (C10) are used. It is simple (if it is an n -alkane from C8 to C10, it can be concentrated with a normal diaphragm pump under heating at 40 to 50 ° C.). As for terpenes consisting of C and H (hydrocarbon), or terpenes having one hydroxyl group introduced therein, 95% or more of the terpenes produced in Escherichia coli are layered C8-C10 n -alkane phase. To be distributed.

[2]工程(II)で用いる含水溶媒は、工程(I)で用いられるC8〜C10 のn-アルカンに溶解せず、かつアルカリ性の性質を持つものが好ましい。具体的には0.1〜1 N程度のKOHやNaOH溶液とメタノール或いはアセトニトリルを混合させたものを、アルカン相と同程度の体積で用いる。ただし、工程(I)で用いたアルカン相の体積が少ない場合は、この後の二相分配を容易にするため、アルカンをさらに加えた方が良い。ただし、ここで加えるアルカンはC8〜C10 のn-アルカンに限定する必要はなく、C8〜C10 のn-アルカンに親和性のあるアルカンを使うことができるが、好ましくは、C5〜C8 のn-アルカンを挙げることができる。本発明者らはC6のn-ヘキサンを用いた。テルペン類の多くは極性の低い中性物質であるので、アルカリ性の含水溶媒とアルカン(元々のC8〜C10のn-アルカン及び後から加えたアルカンからなる)で二相分配を実施することにより、組換え大腸菌が大量に生産する遊離脂肪酸を含む酸性物質や比較的極性の高い中性物質は含水溶媒側に分配され、一方テルペン類はアルカン相に分配されるために効率よく不純物を除くことができる。ただしメタノールやアセトニトリルと0.1〜1 N KOHあるいはNaOHの混合割合については、テルペン類の種類によって調整が必要である。例えばC,Hのみからなるテルペン類(ハイドロカーボン)であればメタノールやアセトニトリル:アルカリ水=90:10程度、水酸基が一つ導入されたテルペン類についてはアセトニトリル:アルカリ水=50:50程度を用いる必要がある。これはテルペン類をアルカン相にほぼすべて分配させるための工夫である。 [2] The water-containing solvent used in step (II) is preferably one that does not dissolve in the C8-C10 n -alkane used in step (I) and has alkaline properties. Specifically, a mixture of about 0.1 to 1 N KOH or NaOH solution with methanol or acetonitrile is used in the same volume as the alkane phase. However, when the volume of the alkane phase used in the step (I) is small, it is better to further add alkane in order to facilitate the subsequent two-phase distribution. However, where added alkane is n of C8 to C10 - need not be limited to alkanes, n of C8 to C10 - can be used alkane having an affinity for alkane, preferably, C₅-C₈ the n - Alkanes can be mentioned. We used C6 n -hexane. Since most of the terpenes are neutral substances with low polarity, by carrying out a two-phase partition with an alkaline hydrous solvent and an alkane (consisting of the original C8-C10 n -alkane and the alkane added later), Acidic substances containing free fatty acids produced in large quantities by recombinant Escherichia coli and neutral substances with relatively high polarity are distributed to the hydrous solvent side, while terpenes are distributed to the alkane phase, so impurities can be efficiently removed. it can. However, the mixing ratio of methanol or acetonitrile and 0.1 to 1 N KOH or NaOH needs to be adjusted depending on the type of terpene. For example, methanol or acetonitrile: alkaline water = 90: 10 is used for terpenes (hydrocarbons) composed of only C and H, and acetonitrile: alkali water = 50: 50 is used for terpenes into which one hydroxyl group is introduced. There is a need. This is a device for distributing almost all of the terpenes to the alkane phase.

[3]工程(III)は、工程(II)で粗精製されたテルペン類を完全精製して回収するための手法である。多くのテルペン類は低極性のためシリカゲルには弱くしか吸着せず、純品への精製にシリカゲル系樹脂を用いるのは困難なことが多い。またテルペン類の精製としては、分別蒸留のような沸点の差を利用したものが従来から知られているが、従来法は大量処理(gスケール)には適しているがmgスケールでは適用困難(クリアな分離が困難、回収率が悪い)な場合が多い。一方、逆相系の樹脂(C18やC30のHPLCカラム)と90〜100% アセトニトリルあるいはメタノールを溶媒として用いてHPLC分取を実施することにより、多くの場合クリアに、回収率よくテルペン類を完全精製可能である。なおHPLCでの検出はUV末端吸収(200 - 220 nm)あるいは示差屈折(RI)を用いることができるが、検出にUV末端吸収を用いる場合は、同領域に吸収のないアセトニトリルと水からなる溶媒を選択することが好ましい。   [3] Step (III) is a technique for completely purifying and recovering the terpenes roughly purified in step (II). Many terpenes are weakly adsorbed on silica gel because of their low polarity, and it is often difficult to use a silica gel resin for purification to a pure product. As for the purification of terpenes, a method using a difference in boiling point such as fractional distillation has been known, but the conventional method is suitable for mass processing (g scale) but difficult to apply on the mg scale ( In many cases, clear separation is difficult and recovery rate is poor. On the other hand, by performing HPLC fractionation using reverse-phase resin (C18 or C30 HPLC column) and 90-100% acetonitrile or methanol as solvent, terpenes can be completely cleared in many cases with high recovery rate. It can be purified. For detection by HPLC, UV end absorption (200-220 nm) or differential refraction (RI) can be used. When UV end absorption is used for detection, a solvent composed of acetonitrile and water that does not absorb in the same region. Is preferably selected.

[4]工程(IV)は、工程(III)で完全精製されたテルペン類から溶媒を除き、純品を得る手法である。多くのテルペン類は沸点が低くかつ水と共沸する性質を有しているため、工程(III)で分取した画分をそのままエバポレータ等の装置で減圧濃縮を実施すると、大部分のテルペン類が溶媒と共に気化してしまう。これを防ぐためにはHPLC分取した溶媒(90〜100% アセトニトリルあるいはメタノール)に同量の水を加えて50%弱程度のアセトニトリルあるいはメタノール溶液とし、この溶液と沸点が低く常温常圧で液体のアルカン{具体的にはn-ペンタン(C5)或いはn-ヘキサン(C6)}を等しい体積で二相分配してテルペン類をアルカン相に分配した後、アルカン相に硫酸ナトリウム(無水)を加えてよく脱水し150 mmHg程度の低真空度でエバポレータで溶媒を除去することにより、ロス無くテルペン類を純品とすることが可能である。またエバポレータなどの減圧濃縮器を用いず、乾燥窒素ガスの吹付も脱溶媒(アルカン)として利用できる。 [4] Step (IV) is a method for obtaining a pure product by removing the solvent from the terpenes completely purified in step (III). Since many terpenes have a low boiling point and a property of azeotroping with water, most of the terpenes can be obtained by subjecting the fraction collected in step (III) to vacuum concentration in an apparatus such as an evaporator. Vaporizes with the solvent. To prevent this, the same amount of water is added to the HPLC-prepared solvent (90-100% acetonitrile or methanol) to make an acetonitrile or methanol solution of about 50%, and this solution has a low boiling point and is liquid at room temperature and normal pressure. Alkanes (specifically n -pentane (C5) or n -hexane (C6)) are distributed in two phases in equal volumes to distribute terpenes into the alkane phase, and then sodium sulfate (anhydrous) is added to the alkane phase. By thoroughly dehydrating and removing the solvent with an evaporator at a low vacuum of about 150 mmHg, terpenes can be made pure without loss. Moreover, spraying of dry nitrogen gas can be used as a solvent removal (alkane) without using a vacuum concentrator such as an evaporator.

[5]工程(V)は工程(II)で粗精製されたテルペン類を完全精製して回収するための、工程(III)とは異なる手法である。[3]に記載したように、多くのテルペン類は極性が低くシリカゲルでは純品への精製が困難なことが多い。しかし不純物があまり多くない場合、あるいは存在する複数のテルペン間で極性が離れている場合には、OH基を含まないテルペン類は展開溶媒としてヘキサンを使用して、OH基を含むテルペン類では展開溶媒をヘキサン:酢酸エチル混合溶媒としてシリカゲルオープンカラムあるいは分取HPLCを用いて純品への精製が可能である。本法を用いる場合は展開溶媒に水が含まれないため、工程(IV)は必要なく、分画溶液をそのまま150 mmHg程度の低真空度エバポレータなどの減圧濃縮器で濃縮可能である。   [5] Step (V) is a method different from step (III) for completely purifying and recovering the terpenes roughly purified in step (II). As described in [3], many terpenes have low polarity, and silica gel is often difficult to purify to a pure product. However, when there are not many impurities, or when the polarities are separated between existing terpenes, terpenes that do not contain OH groups use hexane as a developing solvent, and terpenes that contain OH groups develop. Purification to a pure product is possible using a silica gel open column or preparative HPLC with a solvent of hexane: ethyl acetate mixed solvent. Since water is not contained in the developing solvent when this method is used, the step (IV) is not necessary, and the fraction solution can be concentrated as it is with a vacuum concentrator such as a low vacuum evaporator of about 150 mmHg.

(7.アセト酢酸エステルを利用したテルペンの製造方法)
さらに、本発明のテルペン(イソプレノイド)の製造方法は、組換え大腸菌を、アセト酢酸エステル(アセト酢酸脂肪酸エステル)を含む培地で培養して培養物又は菌体からテルペンを得ることを特徴とするものである。
アセト酢酸エステルとしては、アセト酢酸メチルエステル(MAA)、アセト酢酸エチルエステル(EAA)、アセト酢酸プロピルエステル、アセト酢酸ブチルエステル、アセト酢酸tert-ブチルエステルなどを例示でき、これらの中でも、安価な原料であるアセト酢酸メチルエステル(MAA)及び/又はアセト酢酸エチルエステル(EAA)を使用するのが好ましい。
培地中のアセト酢酸エステル濃度は、大腸菌がテルペンを生産し得る範囲であれば特に限定されないが、1〜25 mMとするのが好ましく、1〜10 mMとするのが更に好ましい。アセト酢酸エステル以外の培地成分は、一般的な大腸菌培養培地に含まれる成分と同様でよい。
MAA及び/又はEAA添加培養時の温度は組換え大腸菌が生育可能なら特に限定されないが、15〜30℃とするのが好ましく、18〜22℃とするのが更に好ましい。
培養時間も特に限定されないが、導入遺伝子発現から12〜72時間培養することが好ましく、24〜48時間培養することが更に好ましい。
なお、培養物又は菌体からのセスキテルペン、モノテルペン等の採取・精製は、前記の6.で開示された方法に従って行うことができる。
(7. Method for producing terpene using acetoacetate)
Furthermore, the method for producing terpenes (isoprenoids) according to the present invention is characterized in that recombinant Escherichia coli is cultured in a medium containing acetoacetate (acetoacetate fatty acid ester) to obtain terpenes from the culture or the cells. It is.
Examples of the acetoacetate ester include acetoacetate methyl ester (MAA), acetoacetate ethyl ester (EAA), acetoacetate propyl ester, acetoacetate butyl ester, acetoacetate tert -butyl ester, etc. Among these, inexpensive raw materials It is preferred to use acetoacetic acid methyl ester (MAA) and / or acetoacetic acid ethyl ester (EAA).
The concentration of acetoacetate in the medium is not particularly limited as long as Escherichia coli can produce terpene, but it is preferably 1 to 25 mM, and more preferably 1 to 10 mM. Medium components other than acetoacetate may be the same as those contained in a general E. coli culture medium.
The temperature at the time of MAA and / or EAA addition culture is not particularly limited as long as recombinant E. coli can grow, but it is preferably 15 to 30 ° C, more preferably 18 to 22 ° C.
Although the culture time is not particularly limited, the culture is preferably performed for 12 to 72 hours, more preferably for 24 to 48 hours after the transgene expression.
The collection / purification of sesquiterpenes, monoterpenes, etc. from the culture or the cells is as described in 6. above. Can be carried out according to the method disclosed in.

{8.テトラテルペン(カロテノイド)を生合成する組換え大腸菌の培養方法}
テトラテルペン(カロテノイド)を生合成する組換え大腸菌を培養する場合、前記の7.に示された条件又は通常の培養条件に、フルクトース、ガラクトース、トレハロース、ソルビトール、マンニトール、及び/又はマンノースを培地に1%程度(0.5%〜2%)、添加して培養すればよい。
培養液当たりのカロテノイド生産量が顕著に上昇する炭素源として、フルクトース、ガラクトース、トレハロース、ソルビトールが、さらに前4者ほどでは無いが、培養液当たりのカロテノイド生産量が上昇する炭素源として、マンニトール、マンノースが挙げられる。なお、培養液当たりの菌体量の増加にグルコース、スクロース、ラクトース、マルトース、スターチに効果が認められなかった。以上、本実施例に開示された内容により、フルクトース、ガラクトース、トレハロース、ソルビトール、マンニトール、及び/又はマンノースを培地に添加して、カロテノイド産生大腸菌を培養するといった効率的培養法を発明した。
{8. Recombinant Escherichia coli Culture Method for Biosynthesis of Tetraterpenes (Carotenoids)}
When culturing recombinant E. coli that biosynthesizes tetraterpenes (carotenoids), the above-mentioned 7. In addition, fructose, galactose, trehalose, sorbitol, mannitol, and / or mannose may be added to the medium under the conditions shown in 1) or normal culture conditions and cultured.
Fructose, galactose, trehalose, and sorbitol are carbon sources that significantly increase the amount of carotenoid production per culture solution, and mannitol, a carbon source that increases the carotenoid production amount per culture solution, although not as much as the previous four. Mannose is mentioned. In addition, the effect on glucose, sucrose, lactose, maltose, and starch was not recognized by the increase in the amount of microbial cells per culture solution. As described above, according to the contents disclosed in this example, an efficient culture method was devised in which fructose, galactose, trehalose, sorbitol, mannitol, and / or mannose was added to a medium to culture carotenoid-producing Escherichia coli.

以下に、実施例に基づいて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be described in detail below based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

{カンツバキ由来セスキテルペンシンターゼ(セスキテルペン合成酵素)遺伝子cDNA配列の決定}
カンツバキ(Camellia × hiemalis)の花(図1)から、RNeasy Plant Mini Kit(Qiagen社製)を用いて全RNAを抽出した。SMARTer RACE cDNA amplification kit (Takara Bio社製) を用いて、製造元の指示に従い、全RNA 1.0 μgからcDNAを調製した。非特許文献3に記された高等植物のセスキテルペンシンターゼの保存ドメインの配列に基づく縮重オリゴヌクレオチドプライマー対{フォワード:5'-TTYCGAYTIYTIMGRMARCAIGG-3'(配列番号38) 及びリバース:5'-TAIGHRTCAWAIRTRTCRTC-3'(配列番号39)}を用いて、非特許文献3にある通りの条件でcDNAを鋳型としたPCRを行い、938 bpの増幅断片を得た(配列番号38及び配列番号39において、「Y」はピリミジン(C又はT)、「R」はプリン(A又はG)、「I」はイノシン、「M」はA又はC、「H」はA又はC又はT、「W」はA又はTを示す)。得られた増幅断片をpGEM-T Easy Vector System(Promega社製)を用いてクローン化し塩基配列を決定した。得られたクローンは、両端にリバースプライマー(配列番号39)の配列を持ち、リバースプライマーのみで増幅されたことが分かった。5'側は開始メチオニンおよび5'UTR配列を含んでいたことから、全長cDNAを単離するために、上述のSMARTer RACE cDNA Amplification Kit(Takara Bio社製)、オリゴヌクレオチドプライマー(White.3race-2:5'- TTTAGACAAACAGCTATGGGACAA-3'(配列番号1)及びAdvantage2 Polymerase Mix(Clontech社製)を用いて、製造元の指示に従い断片を3'末端に向かって伸長させ、全長cDNA配列を決定した。
{Determination of sesquiterpene synthase (sesquiterpene synthase) gene cDNA sequence from citrus camellia}
Total RNA was extracted from flowers of Camellia x hiemalis (Fig. 1) using RNeasy Plant Mini Kit (Qiagen). Using SMARTer RACE cDNA amplification kit (Takara Bio), cDNA was prepared from 1.0 μg of total RNA according to the manufacturer's instructions. Degenerate oligonucleotide primer pair based on the sequence of the conserved domain of higher plant sesquiterpene synthase described in Non-Patent Document 3 {Forward: 5′-TTYCGAYTIYTIMGRMARCAIGG-3 ′ (SEQ ID NO: 38) and reverse: 5′-TAIGHRTCAWAIRTRTCRTC- 3 ′ (SEQ ID NO: 39)} was used, and PCR was performed using cDNA as a template under the conditions as described in Non-Patent Document 3, and an amplified fragment of 938 bp was obtained (in SEQ ID NO: 38 and SEQ ID NO: 39, “ “Y” is pyrimidine (C or T), “R” is purine (A or G), “I” is inosine, “M” is A or C, “H” is A or C or T, “W” is A Or T). The obtained amplified fragment was cloned using pGEM-T Easy Vector System (Promega) and the nucleotide sequence was determined. It was found that the obtained clone had the reverse primer sequence (SEQ ID NO: 39) at both ends and was amplified only with the reverse primer. Since 5 ′ side contained the starting methionine and 5 ′ UTR sequence, in order to isolate full-length cDNA, the above-mentioned SMARTer RACE cDNA Amplification Kit (manufactured by Takara Bio), oligonucleotide primer (White.3 race-2) : Using 5′-TTTAGACAAACAGCTATGGGACAA-3 ′ (SEQ ID NO: 1) and Advantage2 Polymerase Mix (Clontech), the fragment was extended toward the 3 ′ end according to the manufacturer's instructions to determine the full-length cDNA sequence.

{バレリアノール/ヘディカリオールシンターゼ(バレリアノール/ヘディカリオール合成酵素)遺伝子(ChTps1)cDNAの取得}
実施例1で得られた全長cDNA配列に特異的なオリゴヌクレオチドプライマー対Wh.Bgl-F(5'- AGACAGAAGATCTCATGGCTTCATCTCAAGTTGGTGA -3'(配列番号2)、下線はBglII認識部位を示す)及びWh.Xho-R(5'- GAGGTACCTCGAGTCACATGGGAATTGGATCTTCGA -3' (配列番号3)、下線はXhoI認識部位を示す)及びAdvantage2 Polymerase Mix(Clontech社製)を用いて、カンツバキcDNAを鋳型としたPCR(反応組成:製造元の指示に従った;反応条件:変性94℃で2分間、次に、94℃で30秒間、55℃で30秒間、72℃で4分間を5サイクル、次いで94℃で30秒間、60℃で30秒間、72℃で4分間を25サイクル)を行った。得られたcDNAはプラスミドpGEM-T Easy Vector System(Promega社製)によりクローン化し、塩基配列を決定した。このcDNAヌクレオチド配列を配列番号4〜20に、該cDNAによりコードされるそれぞれのポリペプチドのアミノ酸配列を配列番号21〜37に示す。また、配列番号4〜20により特定されるcDNAをChTps1-x(x は1〜17)と命名し、ChTps1-xがコードする配列番号21〜37により特定されるそれぞれのタンパク質をChTPS1-x(x は1〜17)と命名した。
ChTps1-1は、1665 bpのオープンリーディングフレーム(ORF)を含み、推定554アミノ酸残基、分子量64.0kDa、及びpI 5.15のタンパク質(ChTPS1-1)をコードしていた。GenBank/EMBL/DDBJデータベースに対する相同性検索により、ChTPS1-1は既知セスキテルペンシンターゼであるラベンダー(Lavandula pedunculata)由来ゲルマクレンAシンターゼ(germacrene A synthase)と 51%、セイヨウカノコソウ(Valeriana officinalis L.)由来ドリミノールシンターゼ(Driminol synthase)と50%、トマト(Solanum lycopersicum)由来テルペンシンターゼ(terpene synthase)と 50%のアミノ酸配列一致度(identity)を示した。既知セスキテルペンシンターゼとの相同性から、ChTPS1-1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-aサブファミリー(J. Bohlmann, G. Meyer-Gauen, R. Croteau (1998) Plant terpenoid synthases: molecular biology and phylogenetic analysis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95:4126-4133 参照のこと)に属することが分かった。さらにChTPS1-1は、セスキテルペンシンターゼに高度に保存されているDDxxD、RDR、(N/D)Dxx(S/T)xxxE {NSE/DTEモチーフと呼ばれる}というモチーフを含んでいた(図2)。一方、既知のセスキテルペンシンターゼと同様に、ChTPS1-1は、色素体輸送(transit)ペプチドを含まないことが予測された。
ChTps1-10は、1665 bpのORFを含み、推定554アミノ酸残基、分子量64.0kDa、及びpI 5.20のタンパク質(ChTPS1-10)をコードしていた。GenBank/EMBL/DDBJデータベースに対する相同性検索により、ChTPS1-10は既知セスキテルペンシンターゼであるラベンダー(Lavandula pedunculata)由来ゲルマクレンAシンターゼ(germacrene A synthase)と 52%、セイヨウカノコソウ(Valeriana officinalis L.)由来ドリミノールシンターゼ(Driminol synthase)と51%、トマト(Solanum lycopersicum)由来テルペンシンターゼ(terpene synthase)と 50%のアミノ酸配列一致度(identity)を示した。既知セスキテルペンシンターゼとの相同性から、ChTPS1-10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-aサブファミリー(J. Bohlmann, G. Meyer-Gauen, R. Croteau (1998) Plant terpenoid synthases: molecular biology and phylogenetic analysis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95:4126-4133 参照のこと)に属することが分かった。さらにChTPS1-10は、セスキテルペンシンターゼに高度に保存されているDDxxD、RDR、(N/D)Dxx(S/T)xxxE {NSE/DTEモチーフと呼ばれる}というモチーフを含んでいた(図2)。一方、既知のセスキテルペンシンターゼと同様に、ChTPS1-10は、色素体輸送(transit)ペプチドを含まないことが予測された。
ほとんどのChTps1-xは1665bpのORFを含んでいたが、ChTps1-13は102bp断片の欠失による1563 bpのORFを含み、推定520アミノ酸残基、分子量60.4kDa、及びpI 5.33のタンパク質(ChTPS1-13)をコードしていた。GenBank/EMBL/DDBJデータベースに対する相同性検索により、ChTPS1-13は既知セスキテルペンシンターゼであるラベンダー(Lavandula pedunculata)由来ゲルマクレンAシンターゼ(germacrene A synthase)と 49%、トマト(Solanum lycopersicum)由来テルペンシンターゼ(terpene synthase)と 48%、セイヨウカノコソウ(Valeriana officinalis L.)由来ドリミノールシンターゼ(Driminol synthase)と48% のアミノ酸配列一致度(identity)を示した。既知セスキテルペンシンターゼとの相同性から、ChTPS1-13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-aサブファミリー(J. Bohlmann, G. Meyer-Gauen, R. Croteau (1998) Plant terpenoid synthases: molecular biology and phylogenetic analysis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95:4126-4133 参照のこと)に属することが分かった。さらにChTPS1-13は、セスキテルペンシンターゼに高度に保存されているDDxxD、RDR、(N/D)Dxx(S/T)xxxE {NSE/DTEモチーフと呼ばれる}というモチーフを含んでいた(図2)。一方、既知のセスキテルペンシンターゼと同様に、ChTPS1-13は、色素体輸送(transit)ペプチドを含まないことが予測された。
{Acquisition of Valerenanol / Hedicariol Synthase ( Valeranol / Hedicariol Synthase) Gene ( ChTps1 ) cDNA}
Oligonucleotide primer pair Wh.Bgl-F specific to the full-length cDNA sequence obtained in Example 1 (5′-AGACAGA AGATCT CATGGCTTCATCTCAAGTTGGTGA-3 ′ (SEQ ID NO: 2), underline indicates Bgl II recognition site) and Wh PCR using .Xho-R (5'-GAGGTAC CTCGAG TCACATGGGAATTGGATCTTCGA-3 '(SEQ ID NO: 3), underlined indicates Xho I recognition site) and Advantage2 Polymerase Mix (Clontech) Reaction composition: according to manufacturer's instructions; reaction conditions: Denaturation 94 ° C for 2 minutes, then 94 ° C for 30 seconds, 55 ° C for 30 seconds, 72 ° C for 4 minutes, 5 cycles, then 94 ° C for 30 seconds 25 cycles of 60 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 4 minutes). The obtained cDNA was cloned using the plasmid pGEM-T Easy Vector System (Promega), and the nucleotide sequence was determined. The cDNA nucleotide sequences are shown in SEQ ID NOs: 4 to 20, and the amino acid sequences of the respective polypeptides encoded by the cDNAs are shown in SEQ ID NOs: 21 to 37. Further, the cDNA specified by SEQ ID NOs: 4 to 20 is named ChTps1-x (x is 1 to 17), and the respective proteins specified by SEQ ID NOs: 21 to 37 encoded by ChTps1-x are ChTPS1-x ( x was named 1-17).
ChTps1-1 contained a 1665 bp open reading frame (ORF) and encoded a protein (ChTPS1-1) with a putative 554 amino acid residue, a molecular weight of 64.0 kDa, and a pI of 5.15. Based on homology search against GenBank / EMBL / DDBJ database, ChTPS1-1 is a known sesquiterpene synthase, Lavandula pedunculata- derived germacrene A synthase and 51%, Doremi from Valeriana officinalis L. It showed 50% amino acid sequence identity with narpene synthase and 50%, and tomato ( Solanum lycopersicum ) terpene synthase. Because of its homology with known sesquiterpene synthases, ChTPS1-1 is a group of angiosperm sesquiterpenes and diterpene synthases, TPS-a subfamily (J. Bohlmann, G. Meyer-Gauen, R. Croteau (1998) Plant). terpenoid synthases: molecular biology and phylogenetic analysis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95: 4126-4133). In addition, ChTPS1-1 contained the motifs DDxxD, RDR and (N / D) Dxx (S / T) xxxE {referred to as NSE / DTE motif} highly conserved in sesquiterpene synthase (Fig. 2). . On the other hand, like the known sesquiterpene synthase, ChTPS1-1 was predicted not to contain a plastid transit peptide.
ChTps1-10 contained a 1665 bp ORF and encoded a protein (ChTPS1-10) with a putative 554 amino acid residue, a molecular weight of 64.0 kDa, and a pI of 5.20. Based on homology searches against the GenBank / EMBL / DDBJ database, ChTPS1-10 is a known sesquiterpene synthase, Lavandula pedunculata- derived germacrene A synthase, 52%, Doremi from Valeriana officinalis L. The amino acid sequence identity was found to be 51% with nomin synthase and 50% with terpene synthase derived from tomato ( Solanum lycopersicum ). Because of its homology with known sesquiterpene synthases, ChTPS1-10 is a subfamily of angiosperm sesquiterpenes and diterpene synthases (J. Bohlmann, G. Meyer-Gauen, R. Croteau (1998) Plant). terpenoid synthases: molecular biology and phylogenetic analysis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95: 4126-4133). In addition, ChTPS1-10 contained the motifs DDxxD, RDR and (N / D) Dxx (S / T) xxxE {called NSE / DTE motif} highly conserved in sesquiterpene synthase (Fig. 2) . On the other hand, like the known sesquiterpene synthase, ChTPS1-10 was predicted not to contain a plastid transit peptide.
Most ChTps1-x contained a 1665 bp ORF, whereas ChTps1-13 contained a 1563 bp ORF due to the deletion of the 102 bp fragment, a protein of putative 520 amino acid residues, molecular weight 60.4 kDa, and pI 5.33 (ChTPS1-13) was encoded. By homology search against GenBank / EMBL / DDBJ database, ChTPS1-13 is a known sesquiterpene synthase, Lavandula pedunculata- derived Germacrene A synthase and 49%, tomato ( Solanum lycopersicum ) terpene synthase (terpene synthase) and 48%, and the amino acid sequence identity (Driminol synthase) derived from Valeriana officinalis L. was 48%. Because of its homology with known sesquiterpene synthases, ChTPS1-13 is a group of angiosperm sesquiterpenes and diterpene synthases, TPS-a subfamily (J. Bohlmann, G. Meyer-Gauen, R. Croteau (1998) Plant). terpenoid synthases: molecular biology and phylogenetic analysis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95: 4126-4133). In addition, ChTPS1-13 contained the motifs DDxxD, RDR and (N / D) Dxx (S / T) xxxE {referred to as NSE / DTE motif} highly conserved in sesquiterpene synthase (Fig. 2). . On the other hand, like the known sesquiterpene synthase, ChTPS1-13 was predicted not to contain a plastid transit peptide.

(プラスミドpRSF-ChTps1-x及びプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclを持つ大腸菌によるバレリアノールおよびヘディカリオール生産)
ChTps1-x全長配列が挿入されたプラスミドDNAを制限酵素BglI-XhoIで消化し、得られたChTps1-x配列をpRSFDuet-1ベクター{カナマイシン(kanamycin;Km)耐性;Novagen社製}のBglII-XhoI部位に連結して、pRSF-ChTps1-xプラスミドを作製した(図3)。
プラスミドpAC-Mev/Scidi/Aacl{クロラムフェニコール(chloramphenicol;Cm)耐性;特許文献3、非特許文献7}、及びプラスミドpRSF-ChTps1-xを用いて大腸菌(Escherichia coli)BL21(DE3) を形質転換した。なお、大腸菌の形質転換法、組換え大腸菌の培養法、培養した大腸菌の菌体からのセスキテルペンの抽出、ガスクロマトグラフ質量分析計(GC-MS:Shimadzu製 GCMS-QP5050)を用いた分析法は特許文献2、3又は非特許文献7の通りである。ただし、組換え大腸菌の培養時の基質はMVLではなくLAAを用い、薬剤としては50 mg/LのKmと30 mg/LのCmを用い、培養中にはドデカンを重層しなかった。GC-MSを用いた分析の結果、プラスミドpRSFDuet-1及びプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aacl を含む大腸菌培養中にIPTGを添加した対照区では、菌体からの酢酸エチル抽出液中に新規なセスキテルペンの生成は確認されなかったのに対し、プラスミドpRSF-ChTps1-x及びプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aacl を含む大腸菌培養中にIPTG誘導を行った実験区では、菌体からの酢酸エチル抽出液中に新規なピークが2つ見られた(ピーク1、2とする;図4)。ピーク1はMSデータベースのエレモール(elemol)と一致した。一方、ピーク2はデータベースとの比較ではヒットするものが無かった。
さらに本発明者らは、プラスミドpAC-Mev/Scidi/AaclとpRSF-ChTps1-xを導入した大腸菌BL21(DE3)を1 L培養し、ピーク1、ピーク2を組換え大腸菌より精製し、NMR解析を行った。その結果、ピーク1と2はそれぞれ、ヘディカリオール(hedycaryol)及びバレリアノール(valerianol)であると同定された(実施例4)。図5にヘディカルオールのH NMRスペクトル及びヘディカルオールの室温での構造変化予想図を示した。このヘディカルオールの構造変化のゆえに、そのH NMRスペクトルの各シグナルが非常にブロードになっていることがわかる。ヘディカルオールはGC分析等の熱(heat)でエレモール(elemol)に変換されると予想されるので、GC-MS分析でピーク1はエレモールであると示されたことはリーズナブルな結果である。
以上の結果から、ChTps1-xがバレリアノール/ヘディカリオールシンターゼ(valerianol/hedycaryol synthase)をコードする遺伝子であることが判明した。バレリアノール及びヘディカリオールの合成活性はChTps1-1が最も高く、ChTps1-2からChTps1-9までクローンのナンバー(x)が進むにつれ徐々に減少した。ほとんどのクローンにおいて主たる産物はバレリアノールであったが、ChTps1-10においてはヘディカリオールの方がバレリアノールより多かった。ChTps1-11からChTps1-16までのクローンはバレリアノールのみを合成した。ChTps1-17においてはヘディカリオールのみが検出された。表1にChTps1-xの各クローンと該クローンを含む組換え大腸菌によって合成されたバレリアノール及びヘディカリオールのGC-MSピーク強度を示した。なお、バレリアノール及びヘディカリオールの化学構造は図6に示されている。
以上の結果より、プラスミドpRSF-ChTps1-x及びプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclを導入した大腸菌を用いて、バレリアノール及びヘディカリオール(エレモール)の選択的な生産が可能であることが示された。なお、バレリアノールを合成する酵素やこれをコードする遺伝子については、これまで知られていなかったので、本明細書により世界で初めて開示された。なお、バレリアノールには卵巣機能強壮作用があると考えられているが、今後は本発明の製造法によりバレリアノールを容易に提供できるようになったことから、バレリアノールについて種々の生理機能試験を行うことが可能になった。バレリアノールに関して新たな機能性の発見や機能性の知見の深化が期待される。
(Valeria and hedicariol production by E. coli with plasmid pRSF-ChTps1-x and plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl)
The plasmid DNA into which the full - length ChTps1-x sequence has been inserted is digested with the restriction enzyme Bgl I- Xho I, and the resulting ChTps1-x sequence is pRSFDuet-1 vector {kanamycin (Km) resistance; Novagen} Bgl The plasmid pRSF-ChTps1-x was ligated to the II- Xho I site (FIG. 3).
Plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl {chloramphenicol (Cm) resistance; Patent Document 3, Non-patent Document 7} and plasmid pRSF-ChTps1-x were used to transform Escherichia coli BL21 (DE3). Transformed. In addition, E. coli transformation method, recombinant E. coli culture method, extraction of sesquiterpene from cultured E. coli cells, and analysis method using gas chromatograph mass spectrometer (GC-MS: GCMS-QP5050 manufactured by Shimadzu) It is as Patent Documents 2 and 3 or Non-Patent Document 7. However, LAA was used instead of MVL as a substrate for culturing recombinant E. coli, 50 mg / L Km and 30 mg / L Cm were used as drugs, and dodecane was not overlaid during the culture. As a result of analysis using GC-MS, in the control group in which IPTG was added to the E. coli culture containing the plasmid pRSFDuet-1 and the plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl, a new sesquioxide was added to the ethyl acetate extract from the cells. While terpene formation was not confirmed, in the experimental section where IPTG induction was carried out in E. coli culture containing plasmid pRSF-ChTps1-x and plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl, the ethyl acetate extract from the cells Two new peaks were observed (peaks 1 and 2; FIG. 4). Peak 1 was consistent with elemol in the MS database. On the other hand, peak 2 was not hit in comparison with the database.
Further, the present inventors cultured 1 L of E. coli BL21 (DE3) into which plasmids pAC-Mev / Scidi / Aacl and pRSF-ChTps1-x were introduced, purified peak 1 and peak 2 from recombinant E. coli, and NMR analysis. Went. As a result, peaks 1 and 2 were identified as hedycaryol and valerianol, respectively (Example 4). FIG. 5 shows the 1 H NMR spectrum of hedicarol and the predicted structural change of hedicarol at room temperature. It can be seen that each signal in the 1 H NMR spectrum is very broad because of the structural change of this hedicarol. Since hedicarol is expected to be converted to elemol by heat such as GC analysis, it is a reasonable result that GC-MS analysis shows that peak 1 is elemol.
From the above results, it was found that ChTps1-x is a gene encoding valerianol / hedycaryol synthase. The synthetic activity of valerianol and hedicariol was highest in ChTps1-1 , and gradually decreased as the clone number (x) progressed from ChTps1-2 to ChTps1-9 . The main product in most clones was valeranol , but in ChTps 1-10 , hedicariol was more than valeranol . Clones from ChTps1-11 to ChTps1-16 synthesized only valeranol . In ChTps 1-17 , only hedicariol was detected. Table 1 shows the GC-MS peak intensities of valerianol and hedicariol synthesized by each ChTps1-x clone and recombinant Escherichia coli containing the clone. The chemical structure of valeranol and hedicariol is shown in FIG.
From the above results, it is shown that selective production of valeranol and hedicariol (Elemol) is possible using E. coli introduced with plasmid pRSF-ChTps1-x and plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl. It was. In addition, since the enzyme which synthesize | combines a valerianol and the gene which codes this were not known until now, it was disclosed for the first time in the world by this specification. Valeranol is considered to have a tonic effect on ovarian function, but in the future, valeranol could be easily provided by the production method of the present invention. It became possible to do. Discovery of new functionality and deepening of knowledge of functionality are expected for valeranol.

ChTps1-x 組換え大腸菌から検出されたテルペンのピーク強度(濃い網掛けほど高いピーク強度を示す. TIC: total ion chromatogram, ND:not determined)。 Peak intensity of terpenes detected from ChTps1-x recombinant E. coli (darker shade indicates higher peak intensity. TIC: total ion chromatogram, ND: not determined).

(バレリアノール及びヘディカリオールの精製と同定)
プラスミドpRSF-ChTps1-1及びプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclを導入した大腸菌BL21(DE3)を、50 mg/LのKmと30 mg/LのCmを含むTB(Terific Broth; J. Sambrook, D. W. Russel, Molecular Cloning, 3rd edition, Cold Spring Harbor, NY, 2001)1 Lで培養した。この際、n-オクタン 200 mLを加えて培養した。培養終了後、まず培養物(培養液1 L + n-オクタン 200 mL)を2 L容分液ロートに入れてよく撹拌し、明らかな下層(水層)を捨てた{この時点では上層(n-オクタン層)はエマルジョン状態}。次に分液ロートにn-ヘキサン 300 mLとアルカリ50% メタノール 500 mL(0.1 N NaOH 250 mL + メタノール 250 mL)を加えて、よく撹拌した。本作業でエマルジョンはほぼ消失して二層に分かれるので、下層(アルカリ50% メタノール層)を捨てた。再度分液ロートにアルカリ50% メタノール 500 mLを加えて良く撹拌して下層を捨てた。残った上層を500 mL容三角フラスコに回収し、無水硫酸ナトリウムを加えて30分程度脱水後、減圧下(20 mmHg設定)2 mL程度まで濃縮した。
次に本濃縮物の20 Lを以下に示すPDA-HPLC(フォトダイオードアレイ検出器付き高速液体クロマトグラフィー)で、以下の条件で分析・分取した。
カラム:Developsil C30-UG-520 mm x 250 mm(野村化学)
溶媒:90% CHCN
流速:8.0 mL/min
検出:200 - 500 nm (PDA)
2つのメインピーク、すなわち、保持時間16.2分のピーク(ピーク1)と保持時間18.0分のピーク(ピーク2)を10回程度に分けて(前記濃縮物2 mLを200 Lずつ10回inject)分取した。10回のピーク分取が終了したのち、回収した総溶出液(80 - 150 mL)と同量の水を加えて500 mL容分液ロートに入れ、そこに同量(溶出溶媒x 2 (160 - 300 mL))のn-ペンタンを加えてよく撹拌してn-ペンタン層を回収した。同作業をもう一度繰り返して集めたn-ペンタン層を1 L容三角フラスコに移して無水硫酸ナトリウムで乾燥後、エバポレータで減圧下(150 mmHg設定)濃縮した。濃縮物が5 mL程度になった時点で25 mL容ナスフラスコに残った溶媒を移し、エバポレータでの濃縮はn-ペンタンが消失すると同時に止め、最後に乾燥窒素ガスを5分ほど吹き付けて溶媒を完全に留去した。
以上の作業で、ピーク1の化合物13.1 mg{各種分析により下記式(1)で表されるバレリアノール(valerianol)と同定}が純品として得られた。ピーク2の化合物は混合物として4.2 mg得られた[{この混合物中に下記式(2)で表されるhedycaryolが存在することはGC-MS分析から判明している。GC-MSではhedycaryolが加熱変化して生ずる下記式(3)で表されるエレモール(elemol)として検出}]。ピーク1の化合物はNMR分析及びGC-MS分析によりバレリアノール(valerianol)と同定された。
(Purification and identification of valericanol and hedicariol)
Escherichia coli BL21 (DE3) introduced with plasmid pRSF-ChTps1-1 and plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl was transferred to TB containing 50 mg / L Km and 30 mg / L Cm (Terific Broth; J. Sambrook, DW Russel, Molecular Cloning, 3rd edition, Cold Spring Harbor, NY, 2001) 1 L. At this time, 200 mL of n -octane was added and cultured. After completion of the culture, first culture (broth 1 L + n - octane 200 mL) was stirred well and put in 2 L capacity separating funnel, clear the lower (aqueous layer) was discarded {upper layer at this point (n -Octane layer) is in an emulsion state}. Next, 300 mL of n -hexane and 500 mL of 50% methanol (0.1 N NaOH 250 mL + methanol 250 mL) were added to the separatory funnel and stirred well. In this operation, the emulsion almost disappeared and separated into two layers, so the lower layer (alkali 50% methanol layer) was discarded. Again, 500 mL of alkali 50% methanol was added to the separatory funnel and stirred well, and the lower layer was discarded. The remaining upper layer was collected in a 500 mL Erlenmeyer flask, dehydrated with anhydrous sodium sulfate for about 30 minutes, and then concentrated to about 2 mL under reduced pressure (20 mmHg setting).
Next, 20 L of this concentrate was analyzed and fractionated by the following PDA-HPLC (high performance liquid chromatography with photodiode array detector) under the following conditions.
Column: Developsil C30-UG-520 mm x 250 mm (Nomura Chemical)
Solvent: 90% CH 3 CN
Flow rate: 8.0 mL / min
Detection: 200-500 nm (PDA)
The two main peaks, that is, the peak with a retention time of 16.2 minutes (peak 1) and the peak with a retention time of 18.0 minutes (peak 2) were divided into about 10 times. Inject times). After completing 10 peak fractions, add the same amount of water as the collected total eluate (80-150 mL) and place in a 500 mL separatory funnel, where the same amount (elution solvent x 2 (160 -300 mL)) n -pentane was added and stirred well to recover the n -pentane layer. The n -pentane layer collected by repeating the same operation once again was transferred to a 1 L Erlenmeyer flask, dried over anhydrous sodium sulfate, and concentrated under reduced pressure (150 mmHg setting) with an evaporator. When the concentrate reaches about 5 mL, transfer the remaining solvent to the 25 mL eggplant flask. Concentration with the evaporator is stopped as soon as n -pentane disappears. Finally, dry nitrogen gas is blown for about 5 minutes to remove the solvent. Distilled completely.
As a result of the above operations, 13.1 mg of the compound of peak 1 {identified as valerianol represented by the following formula (1) by various analyzes} was obtained as a pure product. The compound of peak 2 was obtained as a mixture in an amount of 4.2 mg [{hedycaryol represented by the following formula (2) is present in this mixture from GC-MS analysis. In GC-MS, hedycaryol is detected as elemol represented by the following formula (3) generated by heating change}]. The compound of peak 1 was identified as valerianol by NMR analysis and GC-MS analysis.

バレリアノールの分光学的分析データ:
GC-MS retention time 38.8 min, m/z 222 (M+). H-NMR (CDCl) : 0.91 (d, J=7.0 Hz, 3H, H-11), 0.95 (m, 1H, H-6), 1.11 (s, 3H, H-15), 1.15 (s, 3H, H-13), 1.15 (m, 1H, H-9), 1.16 (s, 3H, H-14), 1.36 (m, 1H, H-2), 1.40 (m, 1H, H-9), 1.56 (m, 1H, H-1), 1.68 (m, 1H, H-2), 1.70 (m, 1H, H-8), 1.80-1.95 (2H, H-3), 1.88 (m, 1H, H-6), 2.04 (m, 1H, H-6), 2.26 (m, 1H, H-6), 5.33 (m, 1H, H-4). 13C-NMR (CDCl) : 15.5 (C-11), 23.7 (C-3), 25.3 (C-15), 26.9 (C-2), 27.0 (C-13), 27.1 (C-14), 29.6 (C-7), 32.5 (C-6), 35.2 (C-9), 37.7 (C-10), 39.3 (C-1), 44.2 (C-8), 72.9 (C-12), 119.0 (C-4), 143.1 (C-5),
Spectroscopic analysis data of valerianol:
GC-MS retention time 38.8 min, m / z 222 (M + ). 1 H-NMR (CDCl 3 ): 0.91 (d, J = 7.0 Hz, 3H, H-11), 0.8 95 (m, 1H, H-6), 1.11 (s, 3H, H-15), 1.15 (s, 3H, H-13), 1.15 (m, 1H, H-9), 1.16 (s, 3H, H-14), 1.36 (m, 1H, H-2), 1.40 (m, 1H, H-9), 1.56 (m, 1H, H-1) ), 1.68 (m, 1H, H-2), 1.70 (m, 1H, H-8), 1.80-1.95 (2H, H-3), 1.88 (m, 1H , H-6), 2.04 (m, 1H, H-6), 2.26 (m, 1H, H-6), 5.33 (m, 1H, H-4). 13 C-NMR ( CDCl 3 ): 15.5 (C-11), 23.7 (C-3), 25.3 (C-15), 26.9 (C-2), 27.0 (C-13), 27 .1 (C-14), 29.6 (C-7), 32.5 (C-6), 35.2 (C-9), 37.7 (C-10), 39.3 (C- 1), 44.2 (C-8), 72.9 C-12), 119.0 (C-4), 143.1 (C-5),

エレモールの分光学的分析データ:
GC-MS retention time 36.9 min, m/z 222 (M+). H-NMR (CDCl) : 0.98 (s, 3H, H-13), 1.20 (s, 6H, H-8 and H-9), 1.38 (m, 1H, H-1), 1.40-1.50 (2H, H-6), 1.44 (m, 1H, H-2), 1.59 (m, 1H, H-2), 1.60-1.70 (2H, H-5), 1.71 (s, 3H, H-12), 1.96 (dd, J=3.3. 12.4 Hz, H-3), 4.59 (s, 1H, H-11), 4.82 (s, 1H, H-11), 4.89 (d, J=11.8 Hz, 1H, H-15), 4.90 (d, J=16.5 Hz, 1H, H-15), 5.80 (dd, J=11.8, 16.5 Hz, 1H, H-14). 13C-NMR (CDCl) : 16.5 (C-13), 22.5 (C-6), 24.8 (C-12), 27.1 (C-8 and C-9), 28.4 (C-2), 39.7 (C-4), 39.8 (C-5), 49.3 (C-1), 52.6 (C-3), 72.4 (C-7), 109.9 (C-15), 112.0 (C-11), 147.9 (C-10), 150.2 (C-14).
Elemol spectroscopic data:
GC-MS retention time 36.9 min, m / z 222 (M + ). 1 H-NMR (CDCl 3 ): 0.98 (s, 3H, H-13), 1.20 (s, 6H, H -8 and H-9), 1.38 (m, 1H, H-1), 1.40-1.50 (2H, H-6), 1.44 (m, 1H, H-2), 1 .59 (m, 1H, H-2), 1.60-1.70 (2H, H-5), 1.71 (s, 3H, H-12), 1.96 (dd, J = 3. 3. 12.4 Hz, H-3), 4.59 (s, 1H, H-11), 4.82 (s, 1H, H-11), 4.89 (d, J = 11.8 Hz , 1H, H-15), 4.90 (d, J = 16.5 Hz, 1H, H-15), 5.80 (dd, J = 11.8, 16.5 Hz, 1H, H-14 13 C-NMR (CDCl 3 ): 16.5 (C-13), 22.5 (C-6), 24.8 (C-12), 27.1 (C-8 and C-9) , 28.4 (C-2), 39.7 (C-4), 39.8 (C-5), 49.3 (C-1), 52.6 (C-3), 72.4 ( C-7), 109.9 (C-15) , 112.0 (C-11), 147.9 (C-10), 150.2 (C-14).

{フリージア由来セスキテルペンシンターゼ(セスキテルペン合成酵素)遺伝子cDNA配列の決定}
フリージア(Freesia × hybrida)エアリーパープル及びエアリーピーチの花(図7)から、RNeasy Plant Mini Kit(Qiagen社製)を用いて全RNAを抽出した。SMARTer RACE cDNA amplification kit (Takara Bio社製) を用いて、製造元の指示に従い、それぞれ全RNA 1.0 μgからcDNAを調製した。非特許文献3に記された高等植物のセスキテルペンシンターゼの保存ドメインの配列に基づく縮重オリゴヌクレオチドプライマー対(フォワード:5'-TTYCGAYTIYTIMGRMARCAIGG-3'(配列番号38)及びリバース:5'-TAIGHRTCAWAIRTRTCRTC-3'(配列番号39)を用いて、非特許文献3にある通りの条件でcDNAを鋳型としたPCRを行い、611 bp(エアリーパープル)と359bp(エアリーピーチ)の増幅断片を得た。得られた増幅断片をpGEM-T Easy Vector System(Promega社製)を用いてクローン化し塩基配列を決定した。エアリーパープルから得られたクローンは、フォワードおよびリバースの縮重オリゴヌクレオチドプライマー対によって増幅されていた。一方エアリーピーチから得られたクローンは、両端にリバースプライマー(配列番号39)の配列を持ち、リバースプライマーのみで増幅されたことが分かった。それぞれの全長cDNAを単離するために、上述のSMARTer RACE cDNA Amplification Kit(Takara Bio社製)、オリゴヌクレオチドプライマー及びAdvantage2 Polymerase Mix(Clontech社製)を用いて、製造元の指示に従い断片を5'及び3'末端に向かって伸長させ、全長cDNA配列を決定した。なお、オリゴヌクレオチドプライマーは、エアリーパープルに関してはFR.purple.5-R(5'- TCAAGTATATCCTCACCAGGGATGCT -3')(配列番号40)及びFR.purple.3-F(5'- AGCAAGGAAGATGCTGACAAAGGT -3')(配列番号41)、一方エアリーピーチに関してはFPe1.5race(5'- GTTGTTTGATAAAATAATCACCCCAAAC -3')(配列番号42)及びFPe1.3race(5'- TCATTTCTCTTCGGTTCCGATTGTTGAG -3')(配列番号43)を使用した。
{Determining cDNA sequence of sesquiterpene synthase (sesquiterpene synthase) gene from freesia}
Total RNA was extracted from Freesia x hybrida Airy Purple and Airy Peach flowers (FIG. 7) using RNeasy Plant Mini Kit (Qiagen). CDNA was prepared from 1.0 μg of total RNA using SMARTer RACE cDNA amplification kit (Takara Bio) according to the manufacturer's instructions. Degenerate oligonucleotide primer pairs (forward: 5'-TTYCGAYTIYTIMGRMARCAIGG-3 '(SEQ ID NO: 38) and reverse: 5'-TAIGHRTCAWAIRTRTCRTC- based on the sequence of the conserved domain of higher plant sesquiterpene synthase described in Non-Patent Document 3 Using 3 ′ (SEQ ID NO: 39), PCR was performed using cDNA as a template under the conditions described in Non-Patent Document 3, and amplified fragments of 611 bp (Airy Purple) and 359 bp (Airy Peach) were obtained. The amplified fragment was cloned using pGEM-T Easy Vector System (Promega), and the nucleotide sequence was determined.The clone obtained from Airy Purple was amplified with a pair of forward and reverse degenerate oligonucleotide primers. On the other hand, the clone obtained from Airy Peach has the sequence of the reverse primer (SEQ ID NO: 39) at both ends, In order to isolate each full-length cDNA, SMARTer RACE cDNA Amplification Kit (Takara Bio), oligonucleotide primer and Advantage2 Polymerase Mix (Clontech) were used. The fragment was extended toward the 5 ′ and 3 ′ ends according to the manufacturer's instructions and the full-length cDNA sequence was determined.Note that the oligonucleotide primer was FR.purple.5-R (5′− for Airy Purple). TCAAGTATATCCTCACCAGGGATGCT-3 ′) (SEQ ID NO: 40) and FR.purple.3-F (5′-AGCAAGGAAGATGCTGACAAAGGT-3 ′) (SEQ ID NO: 41), while for Airy Peach, Fpe1.5race (5′-GTTGTTTGATAAAATAATCACCCCAAAC-3 ′) (SEQ ID NO: 42) and FPe 1.3 race (5′-TCATTTCTCTTCGGTTCCGATTGTTGAG-3 ′) (SEQ ID NO: 43) were used.

{α-セリネンシンターゼ(α-セリネン合成酵素)遺伝子(Fh1Tps)cDNAの取得}
実施例5で得られた全長cDNA配列に特異的なオリゴヌクレオチドプライマー対FPu1.Nde-F(5'- AGACAGACATATGGAGTCAG-CTGCTGG -3'(配列番号44)、下線はNdeI認識部位を示す)及びFPu1.Kpn-R(5'- GTACGGTACCCTAGAAATAGTCATCTTCGAAGGAAATTGG -3' (配列番号45)、下線はKpnI認識部位を示す)及びAdvantage2 Polymerase Mix(Clontech社製)を用いて、エアリーパープルcDNAを鋳型としたPCR(反応組成:製造元の指示に従った;反応条件:変性94℃で2分間、次に、94℃で30秒間、55℃で30秒間、72℃で4分間を5サイクル、次いで94℃で30秒間、60℃で30秒間、72℃で4分間を25サイクル)を行った。得られたcDNAはプラスミドpGEM-T Easy Vector System(Promega社製)によりクローン化し、塩基配列を決定した。このcDNAヌクレオチド配列を配列番号46〜48に、該cDNAによりコードされるそれぞれのポリペプチドのアミノ酸配列を配列番号49〜51に示す。また、配列番号46〜48により特定されるcDNAをFh1Tps-y(yは1〜3)と命名し、Fh1Tps-yがコードする配列番号49〜51により特定されるタンパク質(ポリペプチド)をそれぞれFh1TPS-y(yは1〜3)と命名した。
Fh1Tps-yは、いずれも1701 bpのオープンリーディングフレーム(ORF)を含み、推定566アミノ酸残基、分子量66.4kDa、及びpI 4.98〜4.99のタンパク質(Fh1TPS-y)をコードしていた(表2)。GenBank/EMBL/DDBJデータベースに対する相同性検索により、Fh1TPS-1は既知セスキテルペンシンターゼであるアメリカアブラヤシ(Elaeis oleifera)由来セスキテルペンシンターゼ(sesquiterpene synthase)と 52%、ブドウ(Vitis vinifera)由来β-カリオフィレンシンターゼ(beta-caryophyllene synthase)と47%、ハナショウガ(Zingiber zerumbet)由来セスキテルペンシンターゼ3(Sesquiterpene synthase 3)と 48〜49%のアミノ酸配列一致度(identity)を示した(表2)。既知セスキテルペンシンターゼとの相同性から、Fh1TPS-y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-aサブファミリー(J. Bohlmann, G. Meyer-Gauen, R. Croteau (1998) Plant terpenoid synthases: molecular biology and phylogenetic analysis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95:4126-4133 参照のこと)に属することが分かった。さらにFh1TPS-yは、セスキテルペンシンターゼに高度に保存されているDDxxD、RDR、(N/D)Dxx(S/T)xxxE {NSE/DTEモチーフと呼ばれる}というモチーフを含んでいた(図8)。一方、既知のセスキテルペンシンターゼとは異なり、Fh1TPS-yは、色素体輸送(transit)ペプチドを含むことが予測された。
{Acquisition of α-selinene synthase (α-selinene synthase) gene ( Fh1Tps ) cDNA}
Oligonucleotide primer pair FPu1.Nde-F specific to the full-length cDNA sequence obtained in Example 5 (5′-AGACAGA CATATG GAGTCAG-CTGCTGG-3 ′ (SEQ ID NO: 44), underline indicates Nde I recognition site) And FPu1.Kpn-R (5′-GTAC GGTACC CTAGAAATAGTCATCTTCGAAGGAAATTGG-3 ′ (SEQ ID NO: 45), underlined indicates Kpn I recognition site) and Advantage2 Polymerase Mix (manufactured by Clontech) using Airy purple cDNA as a template PCR (reaction composition: according to manufacturer's instructions; reaction conditions: denaturation 94 ° C for 2 minutes, then 94 ° C for 30 seconds, 55 ° C for 30 seconds, 72 ° C for 4 minutes, 5 cycles, then 94 ° C For 30 seconds, 60 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 4 minutes for 25 cycles). The obtained cDNA was cloned using the plasmid pGEM-T Easy Vector System (Promega), and the nucleotide sequence was determined. The cDNA nucleotide sequence is shown in SEQ ID NOs: 46 to 48, and the amino acid sequences of the respective polypeptides encoded by the cDNA are shown in SEQ ID NOs: 49 to 51. Further, the cDNA specified by SEQ ID NOs: 46 to 48 is named Fh1Tps-y (y is 1 to 3), and the proteins (polypeptides) specified by SEQ ID NOs: 49 to 51 encoded by Fh1Tps-y are respectively Fh1TPS. -y (y is 1-3).
Each of Fh1Tps-y contains a 1701 bp open reading frame (ORF) and encodes a protein (Fh1TPS-y) with a putative 566 amino acid residue, a molecular weight of 66.4 kDa, and a pI of 4.98 to 4.99. (Table 2). Based on a homology search against the GenBank / EMBL / DDBJ database, Fh1TPS-1 is a known sesquiterpene synthase, sesquiterpene synthase from American oil palm ( Elaeis oleifera ), 52%, β-caryophyllene synthase from grape ( Vitis vinifera ) (Beta-caryophyllene synthase) and 47%, sesquiterpene synthase 3 (Sesquiterpene synthase 3) derived from Zingiber zerumbet and 48-49% amino acid sequence identity (Table 2). Due to its homology with known sesquiterpene synthases, Fh1TPS-y is a subfamily of angiosperm sesquiterpenes and diterpene synthases (J. Bohlmann, G. Meyer-Gauen, R. Croteau (1998) Plant). terpenoid synthases: molecular biology and phylogenetic analysis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95: 4126-4133). In addition, Fh1TPS-y contained the motifs DDxxD, RDR, and (N / D) Dxx (S / T) xxxE {referred to as NSE / DTE motif} highly conserved in sesquiterpene synthase (Fig. 8). . On the other hand, unlike the known sesquiterpene synthase, Fh1TPS-y was predicted to contain a plastid transit peptide.

Fh1TPS-yの分子量、pI、および相同性検索による他のテルペンシンターゼとの類似度。 Fh1TPS-y molecular weight, pI, and similarity to other terpene synthases by homology search.

(プラスミドpRSF-Fh1Tps及びプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclを持つ大腸菌によるα-セリネン生産)
Fh1Tps1-y全長配列が挿入されたプラスミドDNAを制限酵素NdeI-KpnIで消化し、得られたFh1Tps1-y配列をpRSFDuet-1ベクター(Km耐性;Novagen社製)のNdeI-KpnI部位に連結して、pRSF-Fh1Tps-yプラスミドを作製した(図9)。
プラスミドpRSF-Fh1Tps-y及びプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aacl(Cm耐性;特許文献3、非特許文献7)を用いて大腸菌BL21(DE3) を形質転換した。なお、大腸菌の形質転換法、組換え大腸菌の培養法、培養した大腸菌の菌体からのセスキテルペンの抽出、ガスクロマトグラフ質量分析計(GC-MS:Shimadzu製 GCMS-QP5050)を用いた分析法は特許文献2、3又は非特許文献7の通りである。ただし、組換え大腸菌の培養時の基質はMVLではなくLAAを用い、薬剤としては50 mg/LのKmと30 mg/LのCmを用い、培養中にはドデカンを重層しなかった。GC-MSを用いた分析の結果、プラスミドpRSFDuet-1及びプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aacl を含む大腸菌培養中にIPTGを添加した対照区では、菌体からの酢酸エチル抽出液中に新規なセスキテルペンの生成は確認されなかったのに対し、プラスミドpRSF- Fh1Tps-y及びプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aacl を含む大腸菌培養中にIPTG誘導を行った実験区では、菌体からの酢酸エチル抽出液中に新規なピークが1つ見られた(図10)。ピーク1はNMR解析し、α-セリネンであると同定した(実施例8)。この結果から、Fh1Tps-yがα-セリネンシンターゼ(α-selinene synthase)をコードする遺伝子であることが判明した。α-セリネンの合成活性はFh1Tps-1が1.67×10 TIC(α-セリネンピークの高さ、以下同様)と最も高く、Fh1Tps-2が1.13×10 TIC、Fh1Tps-3が0.94×10 TICと徐々に減少した。α-セリネンの化学構造は図11に示されている。
なお、α-セリネンをほぼ単一産物として合成する酵素やこれをコードする遺伝子については、これまで知られていなかったので、ここで開示された、フリージア(Freesia × hybrida)エアリーパープル由来のα-セリネンシンターゼ(Fh1TPS-y)や同遺伝子(Fh1Tps-y)が最初の報告である。また、副産物としてα-セリネンを合成する既知の酵素タンパク質{例えば、スイートバジル (sweet basil;Ocimum basilicum) 由来のSES (Y. Iijima et al., Plant Physiol. 136: 3724-3736, 2004)}とは系統学的にも離れている(いずれも相同性が50%以下と低い)。今後は本発明の製造法によりα-セリネンを容易に提供できるようになったことから、α-セリネンについて種々の生理機能試験を行うことが可能になった。α-セリネンに関して新たな機能性の発見や機能性の知見の深化が期待される。
(Α-Selene production by E. coli with plasmid pRSF-Fh1Tps and plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl)
The plasmid DNA into which the full - length Fh1Tps1-y sequence was inserted was digested with the restriction enzyme Nde I- Kpn I, and the resulting Fh1Tps1-y sequence was converted to the Nde I- Kpn I site of the pRSFDuet-1 vector (Km resistant; Novagen). To construct a pRSF-Fh1Tps-y plasmid (FIG. 9).
Plasmid pRSF-Fh1Tps-y and plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl (Cm resistance; Patent Document 3, Non-Patent Document 7) were used to transform E. coli BL21 (DE3). In addition, E. coli transformation method, recombinant E. coli culture method, extraction of sesquiterpene from cultured E. coli cells, and analysis method using gas chromatograph mass spectrometer (GC-MS: GCMS-QP5050 manufactured by Shimadzu) It is as Patent Documents 2 and 3 or Non-Patent Document 7. However, LAA was used instead of MVL as a substrate for culturing recombinant E. coli, 50 mg / L Km and 30 mg / L Cm were used as drugs, and dodecane was not overlaid during the culture. As a result of analysis using GC-MS, in the control group in which IPTG was added to the E. coli culture containing the plasmid pRSFDuet-1 and the plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl, a new sesquioxide was added to the ethyl acetate extract from the cells. While terpene formation was not confirmed, in the experimental group in which IPTG induction was performed in E. coli culture containing plasmid pRSF-Fh1Tps-y and plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl, the ethyl acetate extract from the cells One new peak was observed inside (FIG. 10). Peak 1 was analyzed by NMR and identified as α-selinene (Example 8). From this result, it was found that Fh1Tps-y is a gene encoding α-selinene synthase. Synthetic activity Fh1Tps-1 of alpha-selinene is 1.67 × 10 6 TIC (α- Serinenpiku height, hereinafter the same) as the highest, Fh1Tps-2 is 1.13 × 10 6 TIC, Fh1Tps- 3 is 0 It gradually decreased to 0.94 × 10 6 TIC. The chemical structure of α-selinene is shown in FIG.
In addition, since the enzyme which synthesize | combines (alpha)-serinen as a substantially single product, and the gene which codes this were not known until now, it is (alpha) -derived from Freesia ( Freesia x hybrida ) Airy purple disclosed here. Linen synthase (Fh1TPS-y) and the same gene ( Fh1Tps-y ) are the first reports. In addition, a known enzyme protein that synthesizes α-selinen as a by-product {for example, SES derived from sweet basil ( Ocimum basilicum ) (Y. Iijima et al., Plant Physiol. 136: 3724-3736, 2004)} Are also phylogenetically distant (all have a low homology of less than 50%). In the future, since α-selinen can be easily provided by the production method of the present invention, it has become possible to conduct various physiological function tests on α-serinen. It is expected to discover new functionality and deepen knowledge of functionality for α-selinen.

(α-セリネンの同定)
プラスミドpRSF-Fh1Tps-1及びプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclを導入した大腸菌BL21(DE3)を、50 mg/LのKmと30 mg/LのCmを含むTB(Terific Broth)1 Lで培養した。この際、n-オクタン 200 mLを加えて培養した。培養終了後、まず培養物(培養液1 L + n-オクタン 200 mL)を2 L容分液ロートに入れてよく撹拌し、明らかな下層(水層)を捨てた{この時点では上層(n-オクタン層)はエマルジョン状態}。次に分液ロートにn-ヘキサン 300 mLとアルカリ50% メタノール 500 mL(0.1 N NaOH 250 mL + メタノール 250 mL)を加えて、よく撹拌した。本作業でエマルジョンはほぼ消失して二層に分かれるので、下層(アルカリ50% メタノール層)を捨てた。再度分液ロートにアルカリ50% メタノール 500 mLを加えて良く撹拌して下層を捨てた。残った上層を500 mL容三角フラスコに回収し、無水硫酸ナトリウムを加えて30分程度脱水後、減圧下(20 mmHg設定)2 mL程度まで濃縮した。
次に本濃縮物の20 Lを以下に示すPDA-HPLC(フォトダイオードアレイ検出器付き高速液体クロマトグラフィー)で分析した。
カラム:Developsil C30-UG-520 mm x 250 mm(野村化学)
溶媒:90% CHCN
流速:8.0 mL/min
検出:200 - 500 nm (PDA)
その結果、保持時間55.0 minのピークがテルペン系化合物であると推定されたため(予備的なGC-MS分析により)、上記同一条件で各ピークを10回程度に分けて(前記濃縮物2 mLを200 Lずつ10回inject)分取した。10回のピーク分取が終了したのち、回収した総溶出液(80 - 150 mL)と同量の水を加えて500 mL容分液ロートに入れ、そこに同量(溶出溶媒x 2 (160 - 300 mL))のn-ペンタンを加えてよく撹拌してn-ペンタン層を回収した。同作業をもう一度繰り返して集めたn-ペンタン層を1 L容三角フラスコに移して無水硫酸ナトリウムで乾燥後、エバポレータで減圧下(150 mmHg設定)濃縮した。濃縮物が5 mL程度になった時点で25 mL容ナスフラスコに残った溶媒を移し、エバポレータでの濃縮はn-ペンタンが消失すると同時に止め、最後に乾燥窒素ガスを5分ほど吹き付けて溶媒を完全に留去した。
以上の作業で、純品の化合物 5.6 mgが得られた。本化合物はNMR分析及びGC-MS分析により下記式(4)で表されるα-セリネン(α-selinene)と同定された。
(Identification of α-selinen)
E. coli BL21 (DE3) introduced with plasmid pRSF-Fh1Tps-1 and plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl was cultured in 1 L of TB (Terific Broth) containing 50 mg / L Km and 30 mg / L Cm. . At this time, 200 mL of n -octane was added and cultured. After completion of the culture, first culture (broth 1 L + n - octane 200 mL) was stirred well and put in 2 L capacity separating funnel, clear the lower (aqueous layer) was discarded {upper layer at this point (n -Octane layer) is in an emulsion state}. Next, 300 mL of n -hexane and 500 mL of 50% methanol (0.1 N NaOH 250 mL + methanol 250 mL) were added to the separatory funnel and stirred well. In this operation, the emulsion almost disappeared and separated into two layers, so the lower layer (alkali 50% methanol layer) was discarded. Again, 500 mL of alkali 50% methanol was added to the separatory funnel and stirred well, and the lower layer was discarded. The remaining upper layer was collected in a 500 mL Erlenmeyer flask, dehydrated with anhydrous sodium sulfate for about 30 minutes, and then concentrated to about 2 mL under reduced pressure (20 mmHg setting).
Next, 20 L of this concentrate was analyzed by PDA-HPLC (high performance liquid chromatography with photodiode array detector) shown below.
Column: Developsil C30-UG-520 mm x 250 mm (Nomura Chemical)
Solvent: 90% CH 3 CN
Flow rate: 8.0 mL / min
Detection: 200-500 nm (PDA)
As a result, it was estimated that the peak with a retention time of 55.0 min was a terpene compound (by preliminary GC-MS analysis), so that each peak was divided into about 10 times under the same conditions (the concentrate 2). 10 mL each of 200 L was injected). After completing 10 peak fractions, add the same amount of water as the collected total eluate (80-150 mL) and place in a 500 mL separatory funnel, where the same amount (elution solvent x 2 (160 -300 mL)) n -pentane was added and stirred well to recover the n -pentane layer. The n -pentane layer collected by repeating the same operation once again was transferred to a 1 L Erlenmeyer flask, dried over anhydrous sodium sulfate, and concentrated under reduced pressure (150 mmHg setting) with an evaporator. When the concentrate reaches about 5 mL, transfer the remaining solvent to the 25 mL eggplant flask. Concentration with the evaporator is stopped as soon as n -pentane disappears. Finally, dry nitrogen gas is blown for about 5 minutes to remove the solvent. Distilled completely.
With the above operation, 5.6 mg of a pure compound was obtained. This compound was identified as α-selinene represented by the following formula (4) by NMR analysis and GC-MS analysis.

α-セリネンの分光学的分析データ:
GC-MS retention time 28.7 min, m/z 204 (M+). H-NMR (CDCl) : 0.80 (s, 3H, H-15), 1.18 (m, 1H, H-6), 1.20 (m, 1H, H-9), 1.30-1.40 (2H, H-1), 1.46 (m, 1H, H-9), 1.50-1.60 (2H, H-8), 1.61 (s, 3H, H-11), 1.73 (s, 3H, H-14), 1.75 (m, 1H, H-6), 1.90 (m, 1H, H-2), 1.92 (m, 1H, H-7), 2.15 (m, 1H, H-2), 4.70 (s, 1H, H-13), 4.72 (s, 1H, H-13), 5.32 (m, 1H, H-3). 13C-NMR (CDCl) : 15.6 (C-15), 20.9 (C-14), 21.2 (C-11), 23.0 (C-2), 26.8 (C-8), 28.9 (C-6), 32.3 (C-10), 37.9 (C-1), 40.2 (C-9), 46.8 (C-5), 46.8 (C-7), 108.2 (C-13), 120.9 (C-3), 135.1 (C-4), 151.0 (C-12).
Spectroscopic analysis data for α-selinen:
GC-MS retention time 28.7 min, m / z 204 (M + ). 1 H-NMR (CDCl 3 ): 0.80 (s, 3H, H-15), 1.18 (m, 1H, H -6), 1.20 (m, 1H, H-9), 1.30-1.40 (2H, H-1), 1.46 (m, 1H, H-9), 1.50-1 .60 (2H, H-8), 1.61 (s, 3H, H-11), 1.73 (s, 3H, H-14), 1.75 (m, 1H, H-6), 1 .90 (m, 1H, H-2), 1.92 (m, 1H, H-7), 2.15 (m, 1H, H-2), 4.70 (s, 1H, H-13) , 4.72 (s, 1H, H-13), 5.32 (m, 1H, H-3). 13 C-NMR (CDCl 3 ): 15.6 (C-15), 20.9 (C -14), 21.2 (C-11), 23.0 (C-2), 26.8 (C-8), 28.9 (C-6), 32.3 (C-10), 37 .9 (C-1), 40.2 (C-9), 46.8 (C-5), 46.8 (C-7), 108.2 (C-13), 120.9 (C- 3), 135.1 (C- 4), 151.0 (C-12).

{α-コパエンシンターゼ(α-コパエン合成酵素)遺伝子(Fh6Tps)cDNAの取得}
実施例5で得られた全長cDNA配列に特異的なオリゴヌクレオチドプライマー対FPe1.Nde-F(5'- AGACAGACATATGGAGTCAGTACTGCTGAGCT -3'(配列番号52)、下線はNdeI認識部位を示す)及びFPe1.Kpn-R(5'- GTACGGTACCCTAGTAGTAGTCCCCCGGGAAG -3' (配列番号53)、下線はKpnI認識部位を示す)及びAdvantage2 Polymerase Mix(Clontech社製)を用いて、エアリーピーチcDNAを鋳型としたPCR(反応組成:製造元の指示に従った;反応条件:変性94℃で2分間、次に、94℃で30秒間、55℃で30秒間、72℃で4分間を5サイクル、次いで94℃で30秒間、60℃で30秒間、72℃で4分間を25サイクル)を行った。得られたcDNAはプラスミドpGEM-T Easy Vector System(Promega社製)によりクローン化し、塩基配列を決定した。このcDNAヌクレオチド配列を配列番号54〜61に、該cDNAによりコードされるそれぞれのポリペプチドのアミノ酸配列を配列番号62〜69に示す。また、配列番号54〜61により特定されるcDNAをFh6Tps-z(zは1〜8)と命名し、Fh6Tps-zがコードする配列番号62〜69により特定されるタンパク質(ポリペプチド)をそれぞれFh6TPS-z(zは1〜8)と命名した。
Fh6Tps-zは、いずれも1713 bpのオープンリーディングフレーム(ORF)を含み、推定570アミノ酸残基、分子量66.7〜66.8kDa、及びpI 4.85〜4.88のタンパク質(Fh6TPS-z)をコードしていた(表3)。GenBank/EMBL/DDBJデータベースに対する相同性検索により、Fh6TPS-zは既知セスキテルペンシンターゼであるアメリカアブラヤシ(Elaeis oleifera)由来セスキテルペンシンターゼ(sesquiterpene synthase)と 51%、ブドウ(Vitis vinifera)由来β-カリオフィレンシンターゼ(beta-caryophyllene synthase)と46%、ハナショウガ(Zingiber zerumbet)由来セスキテルペンシンターゼ3(Sesquiterpene synthase 3)と 48〜49%のアミノ酸配列一致度(identity)を示した(表3)。既知セスキテルペンシンターゼとの相同性から、Fh6TPS-z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-aサブファミリー(J. Bohlmann, G. Meyer-Gauen, R. Croteau (1998) Plant terpenoid synthases: molecular biology and phylogenetic analysis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95:4126-4133 参照のこと)に属することが分かった。さらにFH6TPS-zは、セスキテルペンシンターゼに高度に保存されているDDxxD、RDR、(N/D)Dxx(S/T)xxxE {NSE/DTEモチーフと呼ばれる}というモチーフを含んでいた(図12)。一方、既知のセスキテルペンシンターゼとは異なり、Fh6TPS-zは、色素体輸送(transit)ペプチドを含むことが予測された。
{Acquisition of α-copaene synthase (α-copaene synthase) gene ( Fh6Tps ) cDNA}
A pair of oligonucleotide primers specific for the full-length cDNA sequence obtained in Example 5 FPe1.Nde-F (5′-AGACAGA CATATG GAGTCAGTACTGCTGAGCT-3 ′ (SEQ ID NO: 52), underlined indicates Nde I recognition site) and FPe1 PCR using Airy Peach cDNA as a template using Kpn -R (5'-GTAC GGTACC CTAGTAGTAGTCCCCCGGGAAG-3 '(SEQ ID NO: 53), underlined indicates Kpn I recognition site) and Advantage2 Polymerase Mix (Clontech) (Reaction composition: according to manufacturer's instructions; reaction conditions: denaturation 94 ° C for 2 minutes, then 94 ° C for 30 seconds, 55 ° C for 30 seconds, 72 ° C for 4 minutes, 5 cycles, then 94 ° C for 30 minutes. Second, 25 cycles of 60 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 4 minutes). The obtained cDNA was cloned using the plasmid pGEM-T Easy Vector System (Promega), and the nucleotide sequence was determined. The cDNA nucleotide sequence is shown in SEQ ID NOs: 54 to 61, and the amino acid sequences of the respective polypeptides encoded by the cDNA are shown in SEQ ID NOs: 62 to 69. Further, the cDNA specified by SEQ ID NOs: 54 to 61 is named Fh6Tps-z (z is 1 to 8), and the proteins (polypeptides) specified by SEQ ID NOs: 62 to 69 encoded by Fh6Tps-z are respectively Fh6TPS. -z (z is 1-8).
All of Fh6Tps-z contain a 1713 bp open reading frame (ORF), a protein (Fh6TPS-z) with a putative 570 amino acid residue, a molecular weight of 66.7-66.8 kDa, and a pI of 4.85 to 4.88. (Table 3). Based on homology searches against GenBank / EMBL / DDBJ databases, Fh6TPS-z is a known sesquiterpene synthase, sesquiterpene synthase from American oil palm ( Elaeis oleifera ) and 51%, β-caryophyllene synthase from grape ( Vitis vinifera ) (Beta-caryophyllene synthase) and 46%, and sesquiterpene synthase 3 (Sesquiterpene synthase 3) derived from Zingiber zerumbet showed 48-49% amino acid sequence identity (Table 3). Because of homology with known sesquiterpene synthases, Fh6TPS-z is a subfamily of angiosperm sesquiterpenes and diterpene synthases (J. Bohlmann, G. Meyer-Gauen, R. Croteau (1998) Plant). terpenoid synthases: molecular biology and phylogenetic analysis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95: 4126-4133). Furthermore, FH6TPS-z contained the motifs DDxxD, RDR and (N / D) Dxx (S / T) xxxE {referred to as NSE / DTE motif} highly conserved in sesquiterpene synthase (Fig. 12). . On the other hand, unlike known sesquiterpene synthases, Fh6TPS-z was predicted to contain a plastid transit peptide.

Fh6TPS-zの分子量、pI、および相同性検索による他のテルペンシンターゼとの類似度。 Molecular weight of Fh6TPS-z, pI, and similarity to other terpene synthases by homology search.

(プラスミドpRSF-Fh6Tps-z及びプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclを持つ大腸菌によるα-コパエン生産)
Fh6Tps-z全長配列が挿入されたプラスミドDNAを制限酵素NdeI-KpnIで消化し、得られたFh6Tps-z配列をpRSFDuet-1ベクター(Km耐性;Novagen社製)のNdeI-KpnI部位に連結して、pRSF-Fh6Tps-zプラスミドを作製した(図9)。
プラスミドpRSF-Fh6Tps-z及びプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aacl(Cm耐性;特許文献3、非特許文献7)を用いて大腸菌BL21(DE3) を形質転換した。なお、大腸菌の形質転換法、組換え大腸菌の培養法、培養した大腸菌の菌体からのセスキテルペンの抽出、ガスクロマトグラフ質量分析計(GC-MS:Shimadzu製 GCMS-QP5050)を用いた分析法は特許文献2、3又は非特許文献7の通りである。ただし、組換え大腸菌の培養時の基質はMVLではなくLAAを用い、薬剤としては50 mg/LのKmと30 mg/LのCmを用い、培養中にはドデカンを重層しなかった。GC-MSを用いた分析の結果、プラスミドpRSFDuet-1及びプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aacl を含む大腸菌培養中に、IPTGを添加した対照区では、菌体からの酢酸エチル抽出液中に新規なセスキテルペンの生成は確認されなかったのに対し、プラスミドpRSF-Fh6Tps-z及びプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aacl を含む大腸菌培養中にIPTG誘導を行った実験区では、菌体からの酢酸エチル抽出液中に新規なピーク1が見られた(図13)。ピーク1はNMR解析し、α-コパエンであると同定した(実施例11)。この結果から、Fh6Tps-zがα-コパエンシンターゼ(α-copaene synthase)をコードする遺伝子であることが判明した。α-コパエンの合成活性はFh6Tps-1が最も高く、Fh6Tps-2からFh6Tps-8までクローンのナンバー(z)が進むにつれ減少した。表4にFh6Tps-zの各クローンと該クローンを含む組換え大腸菌によって合成されたα-コパエンのGC-MSピーク強度を示した。α-コパエンの化学構造は図11に示されている。
以上の結果より、プラスミドpRSF-Fh1Tps-y及びプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclを導入した大腸菌を用いて、α-セリネンの選択的な生産が可能であることが示された。また、プラスミドpRSF-Fh6Tps-z及びプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclを導入した大腸菌を用いて、α-コパエンの選択的な生産が可能であることが示された。
なお、α-コパエンをほぼ単一産物として合成する酵素やこれをコードする遺伝子については、学術論文と配列情報の両方が開示されたものの中では、これまで知られていなかった。したがって、ここで開示された、フリージア(Freesia × hybrida)エアリーピーチ由来のα-コパエンシンターゼ(Fh6TPS-z)や同遺伝子(Fh6Tps-z)が最初の報告である。また、副産物としてα-コパエンを合成する既知の酵素タンパク質{例えば、トウゴマ (castor bean;Ricinus communis) 由来のRcSeTPS1 (X. Xie, J. Kirby, J.D. Keasling, Phytochem. 78: 20-28, 2012)}とは系統学的にも離れている(いずれも相同性が50%以下と低い)。今後は本発明の製造法によりα-コパエンを容易に提供できるようになったことから、α-コパエンについて種々の生理機能試験を行うことが可能になった。α-コパエンに関して、抗炎症作用があると考えられているが、新たな機能性の発見や機能性の知見の深化が期待される。
(Α-Copaene production by E. coli with plasmid pRSF-Fh6Tps-z and plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl)
Plasmid DNA with the full - length Fh6Tps-z sequence inserted was digested with the restriction enzyme Nde I- Kpn I, and the resulting Fh6Tps-z sequence was converted into the Nde I- Kpn I site of the pRSFDuet-1 vector (Km resistant; manufactured by Novagen). To produce a pRSF-Fh6Tps-z plasmid (FIG. 9).
Escherichia coli BL21 (DE3) was transformed with plasmid pRSF-Fh6Tps-z and plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl (Cm resistance; Patent Document 3, Non-Patent Document 7). In addition, E. coli transformation method, recombinant E. coli culture method, extraction of sesquiterpene from cultured E. coli cells, and analysis method using gas chromatograph mass spectrometer (GC-MS: GCMS-QP5050 manufactured by Shimadzu) It is as Patent Documents 2 and 3 or Non-Patent Document 7. However, LAA was used instead of MVL as a substrate for culturing recombinant E. coli, 50 mg / L Km and 30 mg / L Cm were used as drugs, and dodecane was not overlaid during the culture. As a result of analysis using GC-MS, in the control group to which IPTG was added during the cultivation of E. coli containing plasmid pRSFDuet-1 and plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl, a novel substance was extracted into the ethyl acetate extract from the cells. In the experimental section where IPTG induction was performed in E. coli culture containing the plasmid pRSF-Fh6Tps-z and the plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl, ethyl acetate was extracted from the cells. A new peak 1 was observed in the liquid (FIG. 13). Peak 1 was analyzed by NMR and identified as α-copaene (Example 11). From this result, it was found that Fh6Tps-z is a gene encoding α-copaene synthase. The synthetic activity of α-copaene was highest in Fh6Tps-1 , and decreased as the clone number (z) progressed from Fh6Tps- 2 to Fh6Tps-8 . Table 4 shows the GC-MS peak intensity of each Fh6Tps-z clone and α-copaene synthesized by recombinant E. coli containing the clone. The chemical structure of α-copaene is shown in FIG.
From the above results, it was shown that selective production of α-linenene was possible using E. coli into which plasmid pRSF-Fh1Tps-y and plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl were introduced. It was also shown that selective production of α-copaene was possible using E. coli introduced with plasmid pRSF-Fh6Tps-z and plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl.
In addition, about the enzyme which synthesize | combines (alpha) -copaene almost as a single product, and the gene which codes this, it was not known until now in what both the academic paper and the sequence information were disclosed. Therefore, the α-copaene synthase (Fh6TPS-z) derived from Freesia × hybrida Airy Peach and the same gene ( Fh6Tps-z ) disclosed here are the first reports. Also known enzyme proteins that synthesize α-copaene as a by-product {eg, RcSeTPS1 derived from castor bean; Ricinus communis (X. Xie, J. Kirby, JD Keasling, Phytochem. 78: 20-28, 2012) } Is also phylogenetically distant (all have a low homology of 50% or less). In the future, since α-copaene can be easily provided by the production method of the present invention, it has become possible to conduct various physiological function tests on α-copaene. Although α-copaene is considered to have anti-inflammatory effects, it is expected to discover new functionalities and deepen functional knowledge.

Fh6Tps-z 組換え大腸菌から検出されたテルペンのピーク強度(TIC: total ion chromatogram, tr: trace)。 Peak intensity of terpenes detected from Fh6Tps-z recombinant E. coli (TIC: total ion chromatogram, tr: trace).

(α-コパエンの同定)
プラスミドpRSF-Fh6Tps-1及びプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclを導入した大腸菌BL21(DE3)を、50 mg/LのKmと30 mg/LのCmを含むTB(Terific Broth)1 Lで培養した。この際、n-オクタン 200 mLを加えて培養した。培養終了後、まず培養物(培養液1 L + n-オクタン 200 mL)を2 L容分液ロートに入れてよく撹拌し、明らかな下層(水層)を捨てた{この時点では上層(n-オクタン層)はエマルジョン状態}。次に分液ロートにn-ヘキサン 300 mLとアルカリ90% メタノール 500 mL(0.5 N NaOH 50 mL + メタノール 450 mL)を加えて、よく撹拌した。本作業でエマルジョンは消失してクリアに二層に分かれるので、下層(アルカリ90% メタノール層)を捨てた。再度分液ロートにアルカリ90% メタノール 500 mLを加えて良く撹拌して下層を捨てた。残った上層を500 mL容三角フラスコに回収し、無水硫酸ナトリウムを加えて30分程度脱水後、減圧下(20 mmHg設定)2 mL程度まで濃縮した。濃縮物を、ヘキサンを展開溶媒として内径20 mm x 長さ 200 mmのシリカゲル(Silica Gel 60、関東化学)に供し、同溶媒で6 mLずつ分画した。各フラクションをシリカゲルTLC (Merck) 展開溶媒ヘキサンで展開し、リンモリブデン発色した。発色のあった、シリカゲルカラムクロマトグラフィーの溶出フラクション9, 10を合一し、エバポレータ減圧下(150 mmHg設定)濃縮乾固したところ、純品の化合物4.3 mgが得られた。本化合物はNMR分析及びGC-MS分析により下記式(5)で表されるα-コパエン(α-copaene)と同定された。
(Identification of α-copaene)
E. coli BL21 (DE3) introduced with plasmid pRSF-Fh6Tps-1 and plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl was cultured in TB (Terific Broth) 1 L containing 50 mg / L Km and 30 mg / L Cm. . At this time, 200 mL of n -octane was added and cultured. After completion of the culture, first culture (broth 1 L + n - octane 200 mL) was stirred well and put in 2 L capacity separating funnel, clear the lower (aqueous layer) was discarded {upper layer at this point (n -Octane layer) is in an emulsion state}. Next, 300 mL of n -hexane and 500 mL of alkali 90% methanol (50 mL of 0.5 N NaOH + 450 mL of methanol) were added to the separatory funnel and stirred well. In this operation, the emulsion disappeared and it was clearly divided into two layers, so the lower layer (alkali 90% methanol layer) was discarded. Again, 500 mL of alkaline 90% methanol was added to the separatory funnel and stirred well, and the lower layer was discarded. The remaining upper layer was collected in a 500 mL Erlenmeyer flask, dehydrated with anhydrous sodium sulfate for about 30 minutes, and then concentrated to about 2 mL under reduced pressure (20 mmHg setting). The concentrate was applied to silica gel (Silica Gel 60, Kanto Chemical) having an inner diameter of 20 mm and a length of 200 mm using hexane as a developing solvent, and 6 mL each was fractionated with the same solvent. Each fraction was developed with silica gel TLC (Merck) developing solvent hexane to develop phosphomolybdenum color. The elution fractions 9 and 10 of the silica gel column chromatography with color were combined and concentrated to dryness under reduced pressure of an evaporator (150 mmHg setting) to obtain 4.3 mg of a pure product. This compound was identified as α-copaene represented by the following formula (5) by NMR analysis and GC-MS analysis.

α-コパエンの分光学的分析データ:
GC-MS retention time 23.2 min, m/z 204 (M+). H-NMR (CDCl) : 0.78 (s, 3H, H-12), 0.83 (d, J=6.4 Hz, 3H, H-14), 0.84 (d, J=6.4 Hz, 3H, H-15), 1.52 (m, 1H, H-4), 1.52 (m, 1H, H-13), 1.55 (m, 1H, H-8), 1.56 (m, 1H, H-6), 1.57 (m, 1H, H-7), 1.64 (m, 1H, H-7), 1.66 (s, 3H, H-11), 1.67 (m, 1H, H-9), 1.72 (m, 1H, H-6), 2.09 (m, 1H, H-10), 2.15-2.20 (2H, H-1), 5.20 (m, 1H, H-2). 13C-NMR (CDCl) : 19.3 (C-12), 19.7 (C-15), 19.9 (C-14), 21.8 (C-7), 23.1 (C-11), 30.0 (C-1), 32.2 (C-13), 36.2 (C-6), 36.9 (C-10), 39.4 (C-5), 44.3 (C-9), 44.7 (C-8), 54.2 (C-4), 116.1 (C-2), 144.0 (C-3).
Spectroscopic analysis data of α-copaen:
GC-MS retention time 23.2 min, m / z 204 (M + ). 1 H-NMR (CDCl 3 ): 0.78 (s, 3H, H-12), 0.83 (d, J = 6 .4 Hz, 3H, H-14), 0.84 (d, J = 6.4 Hz, 3H, H-15), 1.52 (m, 1H, H-4), 1.52 (m, 1H, H-13), 1.55 (m, 1H, H-8), 1.56 (m, 1H, H-6), 1.57 (m, 1H, H-7), 1.64 ( m, 1H, H-7), 1.66 (s, 3H, H-11), 1.67 (m, 1H, H-9), 1.72 (m, 1H, H-6), 2. 09 (m, 1H, H-10), 2.15-2.20 (2H, H-1), 5.20 (m, 1H, H-2). 13 C-NMR (CDCl 3 ): 19. 3 (C-12), 19.7 (C-15), 19.9 (C-14), 21.8 (C-7), 23.1 (C-11), 30.0 (C-1 ), 32.2 (C-13), 36.2 (C-6), 36.9 (C-10), 39.4 (C-5), 44.3 (C-9), 44.7 (C-8), 54.2 (C-4), 116.1 (C-2), 144.0 (C-3).

{ツバキいのくち香り由来モノテルペンシンターゼ(モノテルペン合成酵素)遺伝子cDNA配列の決定}
ツバキ(Camellia saluenensis 品種名:いのくち香り)の花(図14)から、RNeasy Plant Mini Kit(Qiagen社製)を用いて全RNAを抽出した。SMARTer RACE cDNA amplification kit (Takara Bio社製) を用いて、製造元の指示に従い、それぞれ全RNA 1.0 μgからcDNAを調製した。非特許文献3に記された高等植物のセスキテルペンシンターゼの保存ドメインの配列に基づく縮重オリゴヌクレオチドプライマー対(フォワード:5'-TTYCGAYTIYTIMGRMARCAIGG-3'(配列番号38)及びリバース:5'-TAIGHRTCAWAIRTRTCRTC-3'(配列番号39)を用いて、非特許文献3にある通りの条件でcDNAを鋳型としたPCRを行い、409 bpの増幅断片を得た。得られた増幅断片をpGEM-T Easy Vector System(Promega社製)を用いてクローン化し塩基配列を決定した。全長cDNAを単離するために、上述のSMARTer RACE cDNA Amplification Kit(Takara Bio社製)、オリゴヌクレオチドプライマー及びAdvantage2 Polymerase Mix(Clontech社製)を用いて、製造元の指示に従い断片を5'及び3'末端に向かって伸長させ、全長cDNA配列を決定した。なお、オリゴヌクレオチドプライマーは、Pur.5race(5'- TCGAGCTTGATGATGAGAAAGATG -3')(配列番号70)及びPur.3race(5'- TCACAAAACCCATCTCTTTCATCT -3')(配列番号71)を使用した。
{Determination of camellia scented monoterpene synthase (monoterpene synthase) gene cDNA sequence}
Total RNA was extracted from camellia ( Camellia saluenensis varieties: scented scent) flowers (FIG. 14) using RNeasy Plant Mini Kit (Qiagen). CDNA was prepared from 1.0 μg of total RNA using SMARTer RACE cDNA amplification kit (Takara Bio) according to the manufacturer's instructions. Degenerate oligonucleotide primer pairs (forward: 5'-TTYCGAYTIYTIMGRMARCAIGG-3 '(SEQ ID NO: 38) and reverse: 5'-TAIGHRTCAWAIRTRTCRTC- based on the sequence of the conserved domain of higher plant sesquiterpene synthase described in Non-Patent Document 3 Using 3 ′ (SEQ ID NO: 39), PCR was performed using cDNA as a template under the conditions as described in Non-Patent Document 3. Thus, an amplified fragment of 409 bp was obtained, and the obtained amplified fragment was designated as pGEM-T Easy Vector. In order to isolate full-length cDNA, the above-mentioned SMARTer RACE cDNA Amplification Kit (Takara Bio), oligonucleotide primer and Advantage2 Polymerase Mix (Clontech) were used. The fragments were extended toward the 5 ′ and 3 ′ ends in accordance with the manufacturer's instructions, and the full-length cDNA sequence was determined. e (5′-TCGAGCTTGATGATGAGAAAGATG-3 ′) (SEQ ID NO: 70) and Pur.3 race (5′-TCACAAAACCCATCTCTTTCATCT-3 ′) (SEQ ID NO: 71) were used.

{リナロールシンターゼ(リナロール合成酵素)遺伝子(CsTps1)cDNAの取得}
実施例12で得られた全長cDNA配列に特異的なオリゴヌクレオチドプライマー対Pu.Nde-F2(5'- AGACAGACATATGCAAATCTTCCACTGTGCAT -3'(配列番号72)、下線はNdeI認識部位を示す)及びPu.Kpn-R(5'- GGTACCCTAAGGTAATTTATCATAGAACATAGACTTCATG -3' (配列番号73)、下線はKpnI認識部位を示す)及びAdvantage2 Polymerase Mix(Clontech社製)を用いて、ツバキいのくち香りcDNAを鋳型としたPCR(反応組成:製造元の指示に従った;反応条件:変性94℃で2分間、次に、94℃で30秒間、55℃で30秒間、72℃で4分間を5サイクル、次いで94℃で30秒間、60℃で30秒間、72℃で4分間を25サイクル)を行った。得られたcDNAはプラスミドpGEM-T Easy Vector System(Promega社製)によりクローン化し、塩基配列を決定した。このcDNAヌクレオチド配列を配列番号74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75に示す。また、配列番号74により特定されるcDNAをCsTps1と命名し、CsTps1がコードする配列番号75により特定されるタンパク質(ポリペプチド)をCsTPS1と命名した。
CsTps1は、1728 bpのオープンリーディングフレーム(ORF)を含み、推定575アミノ酸残基、分子量66.1kDa、及びpI 6.03のタンパク質(CsTPS1)をコードしていた。GenBank/EMBL/DDBJデータベースに対する相同性検索により、CsTPS-1は既知セスキテルペン/モノテルペンシンターゼであるチャ(Camellia sinensis)由来バイファンクショナルテルペノイドシンターゼ(Bifunctional terpenoid synthase)と 97%、既知モノテルペンシンターゼであるサルナシ(Actinidia arguta)由来リナロールシンターゼ(linalool synthase)と71%、マタタビ(Actinidia polygama)由来リナロールシンターゼ(linalool synthase)と 71%のアミノ酸配列一致度(identity)を示した。既知セスキテルペンシンターゼとの相同性から、CsTPS1は、RRx8W モチーフを欠くモノテルペン合成酵素の群であるTPS-gサブファミリーに属することを確認した(参照:N. Dudareva, D. Martin, C. M. Kish, N. Kolosova, N. Gorenstein, J. F?ldt, B. Miller, J. Bohlmann (2003) (E)-β-Ocimene and Myrcene Synthase Genes of Floral Scent Biosynthesis in Snapdragon: Function and Expression of Three Terpene Synthase Genes of a New Terpene Synthase Subfamily. Plant Cell 15:1227-1241)。さらにCsTPS1は、モノテルペン/セスキテルペンシンターゼに高度に保存されているDDxxD、RDR、(N/D)Dxx(S/T)xxxE {NSE/DTEモチーフと呼ばれる}というモチーフも、RDRがRDQとなるなどの変化はあるが、ほぼ保存されていた(図15)。一方、通常の既知のモノテルペンシンターゼと同様に、CsTPS1は、色素体輸送(transit)ペプチドを含むことが予測された。
{Acquisition of linalool synthase (linalool synthase) gene ( CsTps1 ) cDNA}
Oligonucleotide primer pair Pu.Nde-F2 (5′-AGACAGA CATATG CAAATCTTCCACTGTGCAT-3 ′ (SEQ ID NO: 72), underlined represents the Nde I recognition site) specific to the full-length cDNA sequence obtained in Example 12 and Pu Using Kpn-R (5'- GGTACC CTAAGGTAATTTATCATAGAACATAGACTTCATG-3 '(SEQ ID NO: 73), underlined indicates Kpn I recognition site) and Advantage2 Polymerase Mix (Clontech), the camellia scented cDNA was used as a template. PCR (reaction composition: according to manufacturer's instructions; reaction conditions: denaturation 94 ° C for 2 minutes, then 94 ° C for 30 seconds, 55 ° C for 30 seconds, 72 ° C for 4 minutes, 5 cycles, then 94 ° C For 30 seconds, 60 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 4 minutes for 25 cycles). The obtained cDNA was cloned using the plasmid pGEM-T Easy Vector System (Promega), and the nucleotide sequence was determined. The cDNA nucleotide sequence is shown in SEQ ID NO: 74, and the amino acid sequence of the polypeptide encoded by the cDNA is shown in SEQ ID NO: 75. The cDNA identified by SEQ ID NO: 74 was named CsTps1, and the protein (polypeptide) identified by SEQ ID NO: 75 encoded by CsTps1 was named CsTPS1.
CsTps1 contained a 1728 bp open reading frame (ORF) and encoded a protein (CsTPS1) with a putative 575 amino acid residue, a molecular weight of 66.1 kDa, and a pI of 6.03. Homology searches against GenBank / EMBL / DDBJ database, CsTPS-1 is known sesquiterpene / monoterpene synthases tea (Camellia sinensis) derived bifunctional ruthenate Lupe isoprenoid synthase (Bifunctional terpenoid synthase) and 97%, in a known monoterpene synthases An amino acid sequence identity of 71% with linalool synthase derived from a certain monkey ( Actinidia arguta ) and 71% with linalool synthase derived from a matabi ( Actinidia polygama ) was shown. Homology with known sesquiterpene synthases confirmed that CsTPS1 belongs to the TPS-g subfamily, a group of monoterpene synthases lacking the RRx8W motif (see N. Dudareva, D. Martin, CM Kish, N. Kolosova, N. Gorenstein, J. F? Ldt, B. Miller, J. Bohlmann (2003) (E) -β-Ocimene and Myrcene Synthase Genes of Floral Scent Biosynthesis in Snapdragon: Function and Expression of Three Terpene Synthase Genes of a New Terpene Synthase Subfamily. Plant Cell 15: 1227-1241). In addition, CsTPS1 is also highly conserved in monoterpenes / sesquiterpene synthases, DDxxD, RDR, and (N / D) Dxx (S / T) xxxE {called NSE / DTE motif} RDR becomes RDQ Although there was a change, etc., it was almost preserved (FIG. 15). On the other hand, like the usual known monoterpene synthase, CsTPS1 was predicted to contain a plastid transit peptide.

(プラスミドpRSF-CsTps1及びプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclを持つ大腸菌によるリナロール生産)
CsTps1全長配列が挿入されたプラスミドDNAを制限酵素NdeI-KpnIで消化し、得られたCsTps1配列をpRSFDuet-1ベクター(Km耐性;Novagen社製)のNdeI-KpnI部位に連結して、pRSF-CsTps1プラスミドを作製した(図16)。
プラスミドpRSF-CsTps1及びプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aacl(Cm耐性;特許文献3、非特許文献7)を用いて大腸菌BL21(DE3) を形質転換した。なお、大腸菌の形質転換法、組換え大腸菌の培養法、培養した大腸菌の菌体からのセスキテルペンの抽出、ガスクロマトグラフ質量分析計(GC-MS:Shimadzu製 GCMS-QP5050)を用いた分析法は特許文献2、3又は非特許文献7の通りである。ただし、組換え大腸菌の培養時の基質はMVLではなくLAAを用い、薬剤としては50 mg/LのKmと30 mg/LのCmを用い、培養中にはドデカンを重層しなかった。GC-MSを用いた分析の結果、プラスミドpRSFDuet-1及びプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aacl を含む大腸菌培養中に、IPTGを添加した対照区では、菌体からの酢酸エチル抽出液中に新規なセスキテルペンの生成は確認されなかったのに対し、プラスミドpRSF-CsTps1及びプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aacl を含む大腸菌培養中にIPTG誘導を行った実験区では、菌体からの酢酸エチル抽出液中に新規なピークが見られた(図17)。ピーク1はNMR解析し、リナロールであると同定した(実施例15)。この結果から、CsTps1がリナロールシンターゼ(linalool synthase)をコードする遺伝子であることが判明した。リナロールの化学構造は図18に示されている。なお、本実施例において、リナロールシンターゼ(CsTPS1)はリナロール以外に、ネロリドール(nerolidol)又はそれ以外の副生成物を全く作っていなかった。リナロールシンターゼ(リナロール合成酵素)遺伝子は本発明の遺伝子以外にも、サルナシ(Actinidia arguta)、マタタビ(Actinidia polygama)、ショウガ(Zingiber officinale)、ウコン(秋ウコン;Curcuma longa)など種々の植物から得られているが、機能解析されたリナロール合成酵素は全て、セスキテルペンのネロリドール(nerolidol)の合成活性を共有することがわかっている(H. J. Koo, D. R. Gang, Suites of terpene synthases explain differential terpenoid production in ginger and turmeric tissues. PLoS One 7:e51481, 2012)。それゆえ、リナロール合成酵素はしばしば、リナロール/ネロリドール合成酵素(linalool/nerolidol synthase)とも呼ばれる。なお、リナロールが心地よい香りであるのに対して、ネロリドールは不快臭である。一方、今回得られた、ツバキ(Camellia saluenensis 品種名:いのくち香り)由来のリナロール合成酵素(CsTPS1)はネロリドール合成活性を全く持っていないので、CsTPS1は機能的にも新規な酵素であるといえる。
(Linalool production by E. coli with plasmid pRSF-CsTps1 and plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl)
Plasmid DNA into which the full-length CsTps1 sequence has been inserted is digested with the restriction enzyme Nde I- Kpn I, and the resulting CsTps1 sequence is ligated to the Nde I- Kpn I site of the pRSFDuet-1 vector (Km resistant; Novagen). PRSF-CsTps1 plasmid was prepared (FIG. 16).
Escherichia coli BL21 (DE3) was transformed with plasmid pRSF-CsTps1 and plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl (Cm resistance; Patent Document 3, Non-Patent Document 7). In addition, E. coli transformation method, recombinant E. coli culture method, extraction of sesquiterpene from cultured E. coli cells, and analysis method using gas chromatograph mass spectrometer (GC-MS: GCMS-QP5050 manufactured by Shimadzu) It is as Patent Documents 2 and 3 or Non-Patent Document 7. However, LAA was used instead of MVL as a substrate for culturing recombinant E. coli, 50 mg / L Km and 30 mg / L Cm were used as drugs, and dodecane was not overlaid during the culture. As a result of analysis using GC-MS, in the control group to which IPTG was added during the cultivation of E. coli containing plasmid pRSFDuet-1 and plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl, a novel substance was extracted into the ethyl acetate extract from the cells. While no sesquiterpene was confirmed, in the experimental group in which IPTG induction was performed during the culture of E. coli containing plasmid pRSF-CsTps1 and plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl, A new peak was observed in (Fig. 17). Peak 1 was analyzed by NMR and identified as linalool (Example 15). From this result, it was found that CsTps1 is a gene encoding linalool synthase. The chemical structure of linalool is shown in FIG. In this example, linalool synthase (CsTPS1) did not produce nerolidol or other by-products in addition to linalool. In addition to the gene of the present invention, the linalool synthase (linalool synthase) gene can be obtained from various plants such as sarunasi ( Actinidia arguta ), matatabi ( Actinidia polygama ), ginger ( Zingiber officinale ), turmeric (autumn turmeric; Curcuma longa ). However, all of the functionally analyzed linalool synthases are known to share the synthesis activity of the sesquiterpene nerolidol (HJ Koo, DR Gang, Suites of terpene synthases explain differential terpenoid production in ginger and turmeric tissues. PLoS One 7: e51481, 2012). Therefore, linalool synthase is often also referred to as linalool / nerolidol synthase. In addition, linalool has an unpleasant odor while linalool has a pleasant scent. On the other hand, since the linalool synthase (CsTPS1) derived from camellia ( Camellia saluenensis variety name: Inochi fragrance) obtained this time has no nerolidol synthesis activity, CsTPS1 is a functionally novel enzyme. It can be said.

(リナロールの同定)
プラスミドpAC-Mev/Scidi/Aaclに加えて、ツバキ(Camellia saluenensis、品種名:いのくち香り)の花由来の遺伝子を含むプラスミドpRSF-CsTps1を導入した大腸菌BL21(DE3)を、50 mg/LのKmと30 mg/LのCmを含むTB(Terific Broth)1 Lで培養した。この際、n-オクタン 200 mLを加えて培養した。培養終了後、まず培養物(培養液1 L + n-オクタン 200 mL)を2 L容分液ロートに入れてよく撹拌し、明らかな下層(水層)を捨てた{この時点では上層(n-オクタン層)はエマルジョン状態}。次に分液ロートにn-ヘキサン 300 mLとアルカリ50% メタノール 500 mL(0.1 N NaOH 250 mL + メタノール 250 mL)を加えて、よく撹拌した。本作業でエマルジョンはほぼ消失して二層に分かれるので、下層(アルカリ50% メタノール層)を捨てた。再度分液ロートにアルカリ50% メタノール 500 mLを加えて良く撹拌して下層を捨てた。残った上層を500 mL容三角フラスコに回収し、無水硫酸ナトリウムを加えて30分程度脱水後、減圧下(20 mmHg設定)2 mL程度まで濃縮した。
次に本濃縮物の20 Lを以下に示すPDA-HPLC(フォトダイオードアレイ検出器付き高速液体クロマトグラフィー)で分析した。
カラム:Developsil C30-UG-520 mm x 250 mm(野村化学)
溶媒:90% CHCN
流速:8.0 mL/min
検出:200 - 500 nm (PDA)
その結果、保持時間9.0 minのピークがモノテルペン系化合物であると推定されたため(予備的なGC-MS分析により)、上記同一条件で本ピークを10回程度に分けて(前記濃縮物2 mLを200 Lずつ10回inject)分取した。10回のピーク分取が終了したのち、回収した総溶出液(80 - 150 mL)と同量の水を加えて500 mL容分液ロートに入れ、そこに同量(溶出溶媒x 2 (160 - 300 mL))のn-ペンタンを加えてよく撹拌してn-ペンタン層を回収した。同作業をもう一度繰り返して集めたn-ペンタン層を1 L容三角フラスコに移して無水硫酸ナトリウムで乾燥後、エバポレータで減圧下(150 mmHg設定)濃縮した。濃縮物が5 mL程度になった時点で25 mL容ナスフラスコに残った溶媒を移し、エバポレータでの濃縮はn-ペンタンが消失すると同時に止め、最後に乾燥窒素ガスを5分ほど吹き付けて溶媒を完全に留去した。
以上の作業で、純品の化合物 15.1 mgが得られた。本化合物はNMR分析及びGC-MS分析により下記式(6)で表されるリナロール(linalool)と同定された。
(Identification of linalool)
In addition to plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl, Escherichia coli BL21 (DE3) introduced with plasmid pRSF-CsTps1 containing a gene derived from camellia ( Camellia saluenensis , variety name: Inochi fragrance) was introduced at 50 mg / L. Of 1 ml of TB (Terific Broth) containing 30 mg / L of Cm. At this time, 200 mL of n -octane was added and cultured. After completion of the culture, first culture (broth 1 L + n - octane 200 mL) was stirred well and put in 2 L capacity separating funnel, clear the lower (aqueous layer) was discarded {upper layer at this point (n -Octane layer) is in an emulsion state}. Next, 300 mL of n -hexane and 500 mL of 50% methanol (0.1 N NaOH 250 mL + methanol 250 mL) were added to the separatory funnel and stirred well. In this operation, the emulsion almost disappeared and separated into two layers, so the lower layer (alkali 50% methanol layer) was discarded. Again, 500 mL of alkali 50% methanol was added to the separatory funnel and stirred well, and the lower layer was discarded. The remaining upper layer was collected in a 500 mL Erlenmeyer flask, dehydrated with anhydrous sodium sulfate for about 30 minutes, and then concentrated to about 2 mL under reduced pressure (20 mmHg setting).
Next, 20 L of this concentrate was analyzed by PDA-HPLC (high performance liquid chromatography with photodiode array detector) shown below.
Column: Developsil C30-UG-520 mm x 250 mm (Nomura Chemical)
Solvent: 90% CH 3 CN
Flow rate: 8.0 mL / min
Detection: 200-500 nm (PDA)
As a result, it was estimated that the peak with a retention time of 9.0 min was a monoterpene compound (by preliminary GC-MS analysis), so this peak was divided into about 10 times under the same conditions (the concentrate described above). 2 mL was dispensed 10 times 200 L each time). After completing 10 peak fractions, add the same amount of water as the collected total eluate (80-150 mL) and place in a 500 mL separatory funnel, where the same amount (elution solvent x 2 (160 -300 mL)) n -pentane was added and stirred well to recover the n -pentane layer. The n -pentane layer collected by repeating the same operation once again was transferred to a 1 L Erlenmeyer flask, dried over anhydrous sodium sulfate, and concentrated under reduced pressure (150 mmHg setting) with an evaporator. When the concentrate reaches about 5 mL, transfer the remaining solvent to the 25 mL eggplant flask. Concentration with the evaporator is stopped as soon as n -pentane disappears. Finally, dry nitrogen gas is blown for about 5 minutes to remove the solvent. Distilled completely.
With the above operation, 15.1 mg of a pure compound was obtained. This compound was identified as linalool represented by the following formula (6) by NMR analysis and GC-MS analysis.

リナロールの分光学的分析データ:
GC-MS retention time 14.2 min, m/z 154 (M+). H-NMR (CDCl) : 1.27 (s, 3H, H-10), 1.50-1.63 (2H, H-5), 1.60 (s, 3H, H-9), 1.68 (s, 3H, H-1), 1.95-2.05 (2H, H-4), 5.06 (d, J=10.7 Hz, 1H, H-8), 5.12 (dd, J=7.0, 7.1 Hz, 1H, H-3), 5.21 (d, J=16.3 Hz, 1H, H-8), 5.91 (dd, J=10.7, 16.3 Hz, H-7). 13C-NMR (CDCl) : 17.7 (C-9), 22.8 (C-4), 25.7 (C-1), 27.9 (C-10), 42.0 (C-5), 73.5 (C-6), 111.7 (C-8), 124.3 (C-3), 131.9 (C-2), 145.0 (C-9).
Spectroscopic analysis data of linalool:
GC-MS retention time 14.2 min, m / z 154 (M + ). 1 H-NMR (CDCl 3 ): 1.27 (s, 3H, H-10), 1.50-1.63 (2H , H-5), 1.60 (s, 3H, H-9), 1.68 (s, 3H, H-1), 1.95-2.05 (2H, H-4), 5.06 (D, J = 10.7 Hz, 1H, H-8), 5.12 (dd, J = 7.0, 7.1 Hz, 1H, H-3), 5.21 (d, J = 16 .3 Hz, 1H, H-8), 5.91 (dd, J = 10.7, 16.3 Hz, H-7). 13 C-NMR (CDCl 3 ): 17.7 (C-9) , 22.8 (C-4), 25.7 (C-1), 27.9 (C-10), 42.0 (C-5), 73.5 (C-6), 111.7 ( C-8), 124.3 (C-3), 131.9 (C-2), 145.0 (C-9).

(ラッキョウ由来転写産物解析およびβ-オシメン/α-ファルネセン合成酵素遺伝子配列の決定)
ラッキョウ(Allium chinense G.Don)の鱗茎組織(図19)を細断し、液体窒素にて凍結した。凍結組織は、液体窒素中で乳鉢および乳棒を用いて粉砕後、FastRNA Pro Green Kit(MPバイオメディカルズ社製)およびRNeasy Plant Mini Kit(キアゲン社製)を用いて全RNAを抽出した。得られた全RNA は、Agilent 2100 バイオアナライザ(アジレント・テクノロジー社製)およびAgilent RNA6000ナノキット(アジレント・テクノロジー社製)を用いてRNA Integrity Number (RIN) により RNA 品質を定量的に評価し、RIN=8以上のサンプルを以降の実験に供した。取得した全RNAのうち5 μgをRNAシーケンス解析およびシーケンスデータアセンブルに供した。シーケンスおよびアセンブルの結果、217,890のコンティグ配列を取得した。これらをBlastXによる相同性検索に供した結果、タイサンボク(Magnolia grandiflora)のα-テルピネオールシンターゼ(α-terpineol synthase、Genbank accession B3TPQ7)と46%、ヨーロッパブドウ(Vitis vinifera)のα-テルピネオールシンターゼ(α-terpineol synthase、Genbank accession NP_001268216)と44%の相同性を示す遺伝子断片を見出し、AlcTPS1と命名した。AlcTPS1は、1827 bpのオープンリーディングフレーム(ORF)、608アミノ酸残基、分子量70.1 kDa、およびpI = 6.4と推定される遺伝子をコードしていた。推定塩基配列を配列番号76に、推定アミノ酸配列を配列番号77に示す。AlcTPS1の推定アミノ酸配列中には、RxR 、DDxxDといった、多くのテルペン合成酵素に保存されているモチーフが含まれていた。また、AlcTPS1のN末端アミノ酸配列には、55アミノ酸残基の色素体移行シグナル配列の存在が予想された。
(Rakkyo-derived transcript analysis and determination of β-oscymene / α-farnesene synthase gene sequence)
The bulbous tissue of Allium chinense G. Don was chopped and frozen in liquid nitrogen. The frozen tissue was ground in liquid nitrogen using a mortar and pestle, and then total RNA was extracted using FastRNA Pro Green Kit (MP Biomedicals) and RNeasy Plant Mini Kit (Qiagen). The total RNA obtained was quantitatively evaluated for RNA quality by RNA Integrity Number (RIN) using Agilent 2100 Bioanalyzer (Agilent Technology) and Agilent RNA6000 Nano Kit (Agilent Technology). Eight or more samples were subjected to subsequent experiments. 5 μg of the obtained total RNA was subjected to RNA sequence analysis and sequence data assembly. As a result of the sequence and assembly, 217,890 contig sequences were obtained. Results These were subjected to homology search by BlastX, magnolia grandiflora (Magnolia grandiflora) of alpha-terpineol synthase (α-terpineol synthase, Genbank accession B3TPQ7) 46%, Vitis vinifera (Vitis vinifera) of alpha-terpineol synthase (alpha- terpineol synthase, Genbank accession NP_001268216), a gene fragment showing 44% homology was found and named AlcTPS1 . AlcTPS1 encoded a gene predicted to have an 1827 bp open reading frame (ORF), 608 amino acid residues, a molecular weight of 70.1 kDa, and a pI = 6.4. The deduced base sequence is shown in SEQ ID NO: 76, and the deduced amino acid sequence is shown in SEQ ID NO: 77. The deduced amino acid sequence of AlcTPS1, RxR, such DDXXD, were included motifs that are conserved in many terpene synthases. In addition, the Nc terminal amino acid sequence of AlcTPS1 was predicted to have a plastid transfer signal sequence of 55 amino acid residues.

{β-オシメン/α-ファルネセン合成酵素遺伝子(AlcTPS1)の単離と発現プラスミド(pAlcTPS1)の作製}
ラッキョウ鱗茎組織より取得した全RNAサンプル2 μgについて、PrimeScriptTM II 1st strand cDNA Synthesis Kit(タカラバイオ社製)により逆転写反応を行い、一本鎖cDNAライブラリを調製した。AlcTPS1の推定塩基配列情報を基に、オリゴヌクレオチドプライマー対(AlcTPS1 Fw, 5'- ATGAGCATTTGTGTGTTAGGTTTTACCCA-3';配列番号78 およびAlcTPS1 Rv, 5'- CTAATTCAAACAAGAAAAATCCTTCTGTGCTATATTAATAGG-3';配列番号79)を設計した。これらオリゴヌクレオチド対およびPrimeSTAR(日本登録商標) Max DNA Polymeraseを用いて、一本鎖cDNAライブラリを鋳型としたPCRを行うことにより、目的とするAlcTPS1断片を取得した。取得したAlcTPS1断片は、pRSFDuet-1プラスミド(Novagen社製)を鋳型としたオリゴヌクレオチドプライマー対(pRSF-AlcTPS1 Fw, 5'- TCTTGTTTGAATTAGGCTGCTGCCACCGCTGA-3';配列番号80, およびpRSF-AlcTPS1 Rv, 5'- CACACAAATGCTCATATGTATATCTCCTTCTTATACTTAACT-3';配列番号81)を用いたPCRにより取得したDNA断片と共に、In-Fusion HD Cloning Kit(タカラバイオ社製)を利用したin vitro相同組換え反応を行ってクローン化し、目的とするpAlcTPS1プラスミドを得た。
{Isolation of β- osymene / α-farnesene synthase gene ( AlcTPS1 ) and preparation of expression plasmid (pAlcTPS1)}
A reverse transcription reaction was performed on 2 μg of the total RNA sample obtained from the Rakkyo bulb tissue using PrimeScript II 1st strand cDNA Synthesis Kit (manufactured by Takara Bio Inc.) to prepare a single-stranded cDNA library. An oligonucleotide primer pair (AlcTPS1 Fw, 5′-ATGAGCATTTGTGTGTTAGGTTTTACCCA-3 ′; SEQ ID NO: 78 and AlcTPS1 Rv, 5′-CTAATTCAAACAAGAAAAATCCTTCTGTGCTATATTAATAGG-3 ′; SEQ ID NO: 79) was designed based on the estimated base sequence information of AlcTPS1. Using these oligonucleotide pairs and PrimeSTAR (Japan registered trademark) Max DNA Polymerase, PCR was performed using a single-stranded cDNA library as a template to obtain the target AlcTPS1 fragment. The obtained AlcTPS1 fragment is an oligonucleotide primer pair (pRSF-AlcTPS1 Fw, 5′-TCTTGTTTGAATTAGGCTGCTGCCACCGCTGA-3 ′; SEQ ID NO: 80, and pRSF-AlcTPS1 Rv, 5′-) using the pRSFDuet-1 plasmid (Novagen) as a template. CACACAAATGCTCATATGTATATCTCCTTCTTATACTTAACT-3 '; SEQ ID NO: 81) and DNA fragment obtained by PCR, cloned by in vitro homologous recombination using In-Fusion HD Cloning Kit (Takara Bio) The pAlcTPS1 plasmid was obtained.

(プラスミドpAlcTPS1を用いた大腸菌発現系によるβ-オシメン/α-ファルネセン合成)
pAlcTPS1プラスミドは、特許文献3又は非特許文献7の方法に従ってpAC-Mev/Scidi/Aaclプラスミドと共に大腸菌(Escherichia coli)BL21(DE3) に導入し、特許文献3又は非特許文献7の方法に従ってドデカンを添加した液体培地にて培養、生産および生産物の抽出を行った。抽出したドデカン層1 μLをガスクロマトグラフ質量分析計(GC-MS)にて分析を行った結果、pAlcTPS1プラスミドを導入した大腸菌由来のサンプルにおいて、保持時間10.75分および30.2分付近に対照となるpRSFDuet-1を導入した大腸菌由来サンプルには見られないピークが検出された(図20;ピーク1, 図21;ピーク2)。これら2つのピークについてマススペクトル解析を行った結果、ピーク1がβ-オシメン、ピーク2がα-ファルネセンのスペクトルと一致した(図22および図23)。この結果から、AlcTPS1がβ-オシメン/α-ファルネセンシンターゼ(β-ocimene/α-farnesene synthase)をコードする遺伝子であることが判明した。
(Β-Ocimene / α-farnesene synthesis by E. coli expression system using plasmid pAlcTPS1)
The pAlcTPS1 plasmid is introduced into Escherichia coli BL21 (DE3) together with the pAC-Mev / Scidi / Aacl plasmid according to the method of Patent Document 3 or Non-Patent Document 7, and dodecane is introduced according to the method of Patent Document 3 or Non-Patent Document 7. Culture, production, and product extraction were performed in the added liquid medium. As a result of analyzing 1 μL of the extracted dodecane layer with a gas chromatograph mass spectrometer (GC-MS), in the sample derived from Escherichia coli introduced with the pAlcTPS1 plasmid, the retention times were around 10.75 minutes and 30.2 minutes. A peak not found in the E. coli-derived sample into which pRSFDuet-1 was introduced was detected (FIG. 20; peak 1, FIG. 21; peak 2). As a result of mass spectrum analysis of these two peaks, peak 1 coincided with the spectrum of β-ocimene, and peak 2 coincided with the spectrum of α-farnesene (FIGS. 22 and 23). From this result, it was found that AlcTPS1 is a gene encoding β- ocimene / alpha-farnesene synthase (β-ocimene / α-farnesene synthase).

(炭素数8〜10のn-アルカンを用いた効率的なセスキテルペンの精製法の実証試験1)
特許文献1で開示したショウガ(生姜;Zingiber officinale;品種名:金時ショウガ)の幼根茎由来のγ-アモルフェン合成酵素遺伝子(γ-amorphene synthase;ZoTps5)を用いて、炭素数8〜10のn-アルカンを用いたセスキテルペンの精製法の効率性を実証した。すなわち、プラスミドpAC-Mev/Scidi/Aacl{クロラムフェニコール(Cm)耐性;特許文献3、非特許文献7}に加えて、ショウガのZoTps5遺伝子を含むプラスミドpET-Zo501FL2{アンピシリン(Ap)耐性;特許文献1}を導入した大腸菌を、終濃度100 mg/LのApと30 mg/LのCmを含む1 LのTB培地(Terific Broth; J. Sambrook, D. W. Russel, Molecular Cloning, 3rd edition, Cold Spring Harbor, NY, 2001)で培養した。この際、n-オクタン(n-octane) 200 mLを加えて培養した。培養終了後、まず培養物(培養液1 L + n-オクタン 200 mL)を2 L容分液ロートに入れてよく撹拌し、明らかな下層(水層)を捨てた{この時点では上層(n-オクタン層)はエマルジョン状態}。次に分液ロートにn-ヘキサン 300 mLとアルカリ90% メタノール 500 mL(0.5 N NaOH 50 mL + メタノール 450 mL)を加えて、よく撹拌した。本作業でエマルジョンは消失してクリアに二層に分かれるので、下層(アルカリ90% メタノール層)を捨てた。再度分液ロートにアルカリ90% メタノール 500 mLを加えて良く撹拌して下層を捨てた。残った上層を500 mL容三角フラスコに回収し、無水硫酸ナトリウムを加えて30分程度脱水後、減圧下(20 mmHg設定)2 mL程度まで濃縮した。
なお、上記のn-オクタンの代わりにデカン(decane)を用いても同じ結果が得られた。一方、炭素数7のn-ヘプタン(n-heptane)やこれより小さいn-アルカンを用いた場合、組換え大腸菌の生育を阻害した。
次に本濃縮物の20 μLを以下に示す条件でPDA-HPLC(フォトダイオードアレイ検出器付き高速液体クロマトグラフィー)にて分析した。
カラム:Developsil C30-UG-5 10 mm x 250 mm(野村化学)
溶媒:95% CHCN
流速:3.0 mL/min
検出:200 - 500 nm (PDA)
結果を図24に示す。本図に示した丸付き数字1〜4としたピーク群がテルペン系化合物であると推定されたため(予備的なGC-MS分析により)、上記同一条件で各ピークを10回程度に分けて(前記濃縮物2 mLを200 μLずつ10回inject)分取した。(これらのうち丸付き数字1〜3はそれぞれ一定の量のある一化合物であったので、各ピークごとに分取した。10回のピーク分取が終了したのち、回収した総溶出液(10 - 30 mL)と同量の水を加えて200 mL容分液ロートに入れ、そこに同量(溶出溶媒x 2 (20 - 60 mL))のn-ペンタンを加えてよく撹拌してn-ペンタン層にテルペン類を分配した。同作業をもう一度繰り返して集めたn-ペンタン層を200 mL容三角フラスコに移して無水硫酸ナトリウムで乾燥後、エバポレータで減圧下(150 mmHg設定)濃縮した。濃縮物が5 mL程度になった時点で25 mL容ナスフラスコに溶媒を移し、エバポレータでの濃縮はn-ペンタンが消失すると同時に止め、最後に乾燥窒素ガスを5分ほど吹き付けて溶媒を完全に留去した。
以上の作業で、丸付き数字1の化合物 2.9 mg{各種分析によりgermacrene D(ゲルマクレンD)と同定}、丸付き数字2の化合物 2.8 mg[各種分析によりcis-muurola-4(15),5-diene{cis-ムウロラ-4(15),5-ジエン}と同定]、丸付き数字3の化合物1.0 mg{各種分析によりaromadendrene(アロマデンドレン)と同定}、丸付き数字4の化合物 9.9 mg{各種分析によりγ-amorphene(γ-アモルフェン)と同定}が純品として得られた。各化合物の構造を図25に示す。特許文献1ではγ-amorpheneしか同定できなかったが、今回の効率的な精製法により、germacrene D、cis-muurola-4(15),5-diene、aromadendreneの生成を確認することができた。
以上、本実施例等に開示された内容により、n-オクタン乃至デカンの炭素数8〜10のn-アルカンを培地に重層して、テルペンを生合成する大腸菌を培養し、産生されたテルペンを効率的に回収するといった製造方法が発明された。なお、n-オクタン又はデカンを重層して宿主を培養し、産生されたテルペンを回収するといった製造方法はこれまで無かった方法である。
(Demonstration test 1 of efficient purification method of sesquiterpene using n -alkane having 8 to 10 carbon atoms)
Using the gamma-amorphene synthase gene (γ-amorphene synthase; ZoTps5 ) derived from the radicle stem of ginger (ginger; Zingiber officinale ; variety name: Kintoki ginger) disclosed in Patent Document 1, n having 8 to 10 carbon atoms -The efficiency of the purification method of sesquiterpenes using alkanes was demonstrated. That is, in addition to plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl {chloramphenicol (Cm) resistance; Patent Document 3, Non-patent Document 7}, plasmid pET-Zo501FL2 {ampicillin (Ap) resistance including ginger ZoTps5 gene; Patent Document 1} is introduced into 1 L of TB medium (Terific Broth; J. Sambrook, DW Russel, Molecular Cloning, 3rd edition, Cold, containing 100 mg / L of Ap and 30 mg / L of Cm. Cultured in Spring Harbor, NY, 2001). At this time, n - and cultured with octane (n -octane) 200 mL. After completion of the culture, first, the culture (culture medium 1 L + n -octane 200 mL) was placed in a 2 L separatory funnel and stirred well, and the apparent lower layer (aqueous layer) was discarded {at this time the upper layer (n -Octane layer) is in an emulsion state}. Next, 300 mL of n -hexane and 500 mL of alkali 90% methanol (50 mL of 0.5 N NaOH + 450 mL of methanol) were added to the separatory funnel and stirred well. In this operation, the emulsion disappeared and it was clearly divided into two layers, so the lower layer (alkali 90% methanol layer) was discarded. Again, 500 mL of alkaline 90% methanol was added to the separatory funnel and stirred well, and the lower layer was discarded. The remaining upper layer was collected in a 500 mL Erlenmeyer flask, dehydrated with anhydrous sodium sulfate for about 30 minutes, and then concentrated to about 2 mL under reduced pressure (20 mmHg setting).
The same result was obtained even when decane was used instead of the above n -octane. On the other hand, n having 7 carbon - heptane (n -heptane) and less than this n - in the case of using an alkane, inhibited the growth of recombinant E. coli.
Next, 20 μL of this concentrate was analyzed by PDA-HPLC (high performance liquid chromatography with photodiode array detector) under the conditions shown below.
Column: Developsil C30-UG-5 10 mm x 250 mm (Nomura Chemical)
Solvent: 95% CH 3 CN
Flow rate: 3.0 mL / min
Detection: 200-500 nm (PDA)
The results are shown in FIG. Since it was presumed that the peak group with circled numbers 1 to 4 shown in this figure was a terpene compound (by preliminary GC-MS analysis), each peak was divided into about 10 times under the same conditions ( 2 mL of the concentrate was injected 10 times at a time of 200 μL. (Of these, the numbers 1 to 3 with circles represent a certain amount of each compound, so that each peak was fractionated. After 10 peak fractions were collected, the total eluate (10 - 30 mL) and placed in the same amount of water was added to 200 mL volume separatory funnel, the same amount therein (eluent x 2 (20 - 60 mL) ) of the n - well stirred added pentane n - The n -pentane layer collected by repeating the same operation once again was transferred to a 200 mL Erlenmeyer flask, dried over anhydrous sodium sulfate, and concentrated under reduced pressure (150 mmHg setting) with an evaporator. When the product reaches about 5 mL, transfer the solvent to a 25 mL eggplant flask, stop the evaporator concentration as soon as n -pentane disappears, and finally blow dry nitrogen gas for about 5 minutes to keep the solvent completely. Left.
In the above operation, 2.9 mg of the compound with a circled number 1 {identified as germacrene D (germacrene D) by various analyzes}, 2.8 mg of the compound with a circled number 2 [ cis- muurola-4 (15 by various analyzes) ), 5-diene {identified as cis -Murora-4 (15), 5-diene}], 1.0 mg of compound with circled number 3 {identified as aromadendrene by various analyzes}, circled number Compound 9.9 mg {identified as γ-amorphene (γ-amorphene) by various analyzes} was obtained as a pure product. The structure of each compound is shown in FIG. Although only γ-amorphene could be identified in Patent Document 1, the production of germacrene D, cis- muurola-4 (15), 5-diene, and aromadendrene could be confirmed by this efficient purification method.
As described above, according to the contents disclosed in the present examples and the like, n -alkane having 8 to 10 carbon atoms of n -octane to decane is overlaid on the medium, E. coli for biosynthesis of terpene is cultured, and the produced terpene is obtained. A manufacturing method has been invented for efficient recovery. It should be noted that there has never been a production method in which n -octane or decane is overlaid and the host is cultured to recover the produced terpene.

(炭素数8〜10のn-アルカンを用いた効率的なセスキテルペンの精製法の実証試験2)
特許文献2で開示したタラノキ(Aralia elata)新芽由来のβ-クベベン合成酵素遺伝子(β-cubebene synthase;AeTps1)を用いて、炭素数8〜10のn-アルカンを用いたセスキテルペンの精製法の効率性を実証した。すなわち、プラスミドpAC-Mev/Scidi/Aacl{クロラムフェニコール(Cm)耐性;特許文献3、非特許文献7}に加えて、タラノキ由来のAeTps1遺伝子を含むプラスミドpET-AeTps1a{アンピシリン(Ap)耐性;特許文献2}を導入した大腸菌を、終濃度100 mg/LのApと30 mg/LのCmを含む1 LのTB培地(Terific Broth; J. Sambrook, D. W. Russel, Molecular Cloning, 3rd edition, Cold Spring Harbor, NY, 2001)で培養した。この際、n-オクタン(又はデカン)200 mLを加えて培養した。培養終了後、まず培養物{培養液1 L + n-オクタン(又はデカン) 200 mL}を2 L容分液ロートに入れてよく撹拌し、明らかな下層(水層)を捨てた{この時点では上層(n-オクタン層又はデカン層)はエマルジョン状態}。次に分液ロートにn-ヘキサン 300 mLとアルカリ90% メタノール 500 mL(0.5 N NaOH 50 mL + メタノール 450 mL)を加えて、よく撹拌した。本作業でエマルジョンは消失してクリアに二層に分かれるので、下層(アルカリ90% メタノール層)を捨てた。再度分液ロートにアルカリ90% メタノール 500 mLを加えて良く撹拌して下層を捨てた。残った上層を500 mL容三角フラスコに回収し、無水硫酸ナトリウムを加えて30分程度脱水後、減圧下(20 mmHg設定)2 mL程度まで濃縮した。濃縮物を、ヘキサンを展開溶媒として内径20 mm x 長さ 200 mmのシリカゲル(Silica Gel 60、関東化学)カラムクロマトグラフィーに供し、同溶媒で6 mLずつ分画した。各フラクションをシリカゲルTLC (Merck) 展開溶媒ヘキサンで展開し、リンモリブデン発色した結果を図26に示す。シリカゲルカラムクロマトグラフィー溶出フラクション9, 10を合一し、エバポレータで減圧下(150 mmHg設定)濃縮乾固したところ、純品のα-copaene (4.3 mg) が得られた。またフラクション12, 13を合一して濃縮乾固したところ、β-cubebene(β-クベベン)とδ-cadinene(δ-カジネン)の混じり (7.7 mg) が、フラクション15-17 を合一して濃縮乾固したところ、純品のgermacrene D (4.9 mg) が得られた。図27にこれらの構造を示す。特許文献2ではβ-cubebeneしか同定できなかったが、今回の効率的な精製法により、α-copaene、δ-cadinene、germacrene Dの生成を確認することができた。
(Verification test 2 of efficient purification method of sesquiterpene using n -alkane having 8 to 10 carbon atoms)
A method for purifying a sesquiterpene using an n -alkane having 8 to 10 carbon atoms, using a β-cubebene synthase ( AeTps1 ) gene derived from a sprout of Aralia elata disclosed in Patent Document 2 The efficiency was demonstrated. That is, plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl {chloramphenicol (Cm) resistance; Patent Document 3, Non-Patent Document 7} In addition, the plasmid pET-AeTps1a including AeTps1 gene from Aralia elata {ampicillin (Ap) resistance E. coli introduced with Patent Document 2} is prepared by adding 1 L of TB medium containing 100 mg / L of Ap and 30 mg / L of Cm (Terific Broth; J. Sambrook, DW Russel, Molecular Cloning, 3rd edition, Cold Spring Harbor, NY, 2001). At this time, 200 mL of n -octane (or decane) was added and cultured. After completion of the culture, first put the culture {culture medium 1 L + n -octane (or decane) 200 mL} into a 2 L separatory funnel and stir well, discarding the apparent lower layer (aqueous layer) {at this point Then, the upper layer ( n -octane layer or decane layer) is in an emulsion state}. Next, 300 mL of n -hexane and 500 mL of alkali 90% methanol (50 mL of 0.5 N NaOH + 450 mL of methanol) were added to the separatory funnel and stirred well. In this operation, the emulsion disappeared and it was clearly divided into two layers, so the lower layer (alkali 90% methanol layer) was discarded. Again, 500 mL of alkaline 90% methanol was added to the separatory funnel and stirred well, and the lower layer was discarded. The remaining upper layer was collected in a 500 mL Erlenmeyer flask, dehydrated with anhydrous sodium sulfate for about 30 minutes, and then concentrated to about 2 mL under reduced pressure (20 mmHg setting). The concentrate was subjected to column chromatography on silica gel (Silica Gel 60, Kanto Chemical) having an inner diameter of 20 mm and a length of 200 mm using hexane as a developing solvent, and 6 mL each was fractionated with the same solvent. Each fraction was developed with silica gel TLC (Merck) developing solvent hexane, and the phosphomolybdenum coloration was shown in FIG. The silica gel column chromatography elution fractions 9 and 10 were combined and concentrated to dryness under reduced pressure (150 mmHg setting) with an evaporator to obtain pure α-copaene (4.3 mg). When fractions 12 and 13 were combined and concentrated to dryness, a mixture of β-cubebene and δ-cadinene (7.7 mg) was combined into fractions 15-17. After concentration and drying, pure germacrene D (4.9 mg) was obtained. FIG. 27 shows these structures. Although only β-cubebene could be identified in Patent Document 2, the production of α-copaene, δ-cadinene, and germacrene D could be confirmed by this efficient purification method.

(アセト酢酸エステル加水分解酵素遺伝子のクローニング)
アセト酢酸エステル(アセト酢酸脂肪酸エステル)のうち、アセト酢酸メチルエステル(メチルアセト酢酸:methyl acetoacetate:MAA)又はアセト酢酸エチルエステル(エチルアセト酢酸:ethyl acetoacetate:EAA)を特異的に加水分解可能な酵素遺伝子の候補として、アミノ酸一次配列より分類した12ファミリーから構成される18個の推定遺伝子を含むエステル加水分解酵素遺伝子(表5)について、ゲノム配列データベースより塩基配列を取得した。取得した塩基配列を基にNdeI又はNheI、およびBamHIの制限酵素切断配列を付加した36種の合成プライマーDNA(表6)を作製し、独立行政法人製品評価技術基盤機構バイオテクノロジーセンター(NBRC)、理研BRC又はATCCより購入したゲノムDNAを鋳型としてPCR増幅することにより、目的遺伝子断片を取得した。
(Cloning of acetoacetate hydrolase gene)
Among acetoacetate esters (acetoacetate fatty acid esters), an enzyme gene that can specifically hydrolyze acetoacetate methyl ester (methyl acetoacetate: MAA) or acetoacetate ethyl ester (ethyl acetoacetate: EAA) As candidates, nucleotide sequences of the ester hydrolase genes (Table 5) containing 18 putative genes composed of 12 families classified from the primary amino acid sequences were obtained from the genome sequence database. 36 kinds of synthetic primer DNAs (Table 6) to which NdeI or NheI and BamHI restriction enzyme cleavage sequences were added based on the obtained base sequence were prepared, and the National Institute of Technology and Evaluation Biotechnology Center (NBRC), The target gene fragment was obtained by PCR amplification using genomic DNA purchased from RIKEN BRC or ATCC as a template.

推定遺伝子を含む18個のエステル加水分解酵素遺伝子。 18 ester hydrolase genes including putative genes.

取得した塩基配列を基にNdeI又はNheI、およびBamHIの制限酵素切断配列を付加した36種の合成プライマーDNA。 36 kinds of synthetic primer DNAs to which restriction enzyme cleavage sequences of Nde I or Nhe I and Bam HI are added based on the obtained base sequence.

(アセト酢酸エステル加水分解酵素遺伝子発現大腸菌株の作製と発現条件検討)
上述した方法により取得したエステル加水分解酵素(エステラーゼ)遺伝子18個は、制限酵素NdeI又はNheI、およびBamHI切断とLigation-Convenience Kit(ニッポンジーン社製)を利用した連結方法、又はIn-Fusion HD Cloning Kit(タカラバイオ社製)を利用したin vitro相同組換え法を用いてpET21aプラスミドに連結し、18種のエステル加水分解酵素発現プラスミドを取得した。これらのプラスミドは、大腸菌コンピテントセルECOS competent E. coli BL21(DE3)(ニッポンジーン社製)に導入し、終濃度100 μg/mLのアンピシリンを含むLB寒天培地上で選抜して陽性クローンを取得した。
次に、終濃度100 μg/mLアンピシリンを含むLB培地500 μLを加えた96穴ディープウェルプレートに上述の各クローンを植菌し、ウェルプレート用恒温振とう培養機にて37℃、1700 rpmで17時間前培養した。この前培養液1% (v/v)を終濃度100 μg/mLアンピシリンを含むLB培地500 μLに添加し、37℃、1700 rpmで4時間培養した後、IPTG溶液を終濃度0.1、0.25、0.5又は1.0 mMになるように添加し、誘導温度37、30又は25℃、1700 rpmで22〜30時間培養を行った。培養菌体500 μLを1.5 mLチューブに移し、18,000×g、1分間遠心して集菌した。上清を除いた菌体に50 μLのBugBuster Master Mix(メルク社製)を添加し、室温で10〜20分間穏やかにボルテックスした後、4℃、16,000×gで20分間遠心して不溶性細片を除去した。上清を酵素粗抽出液サンプルとし、Pierce BCA Protein Assay Kit(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製)にてタンパク質濃度定量を行った。
上述の酵素粗抽出液サンプルについてSDS-PAGE分析した結果、IPTG終濃度0.25 mM、誘導温度30℃の条件において、BC4102、BC4904、Cgl0292、Cgl1099およびCgl2220の5菌株を除く13菌株由来サンプルにおいて可溶性画分に著量の酵素タンパク質発現が確認された。
(Production of acetoacetate hydrolase gene-expressing E. coli strain and examination of expression conditions)
Eighteen ester hydrolase (esterase) genes obtained by the above-described method are the ligation method using restriction enzymes NdeI or NheI and BamHI cleavage and Ligation-Convenience Kit (manufactured by Nippon Gene), or In-Fusion HD Cloning Kit. Using an in vitro homologous recombination method using Takara Bio Inc., the plasmid was ligated to the pET21a plasmid to obtain 18 types of ester hydrolase expression plasmids. These plasmids were introduced into E. coli competent cell ECOS competent E. coli BL21 (DE3) (manufactured by Nippon Gene) and selected on LB agar medium containing ampicillin at a final concentration of 100 μg / mL to obtain positive clones. .
Next, each of the above-mentioned clones was inoculated into a 96-well deep well plate to which 500 μL of LB medium containing final concentration of 100 μg / mL ampicillin was added, and was incubated at 37 ° C. and 1700 rpm in a constant temperature shaking incubator for well plates. Pre-cultured for 17 hours. 1% (v / v) of this preculture was added to 500 μL of LB medium containing 100 μg / mL ampicillin at a final concentration and cultured at 37 ° C. and 1700 rpm for 4 hours. It added so that it might become 0.25, 0.5, or 1.0 mM, and it culture | cultivated for 22 to 30 hours by induction temperature 37, 30 or 25 degreeC, 1700 rpm. 500 μL of the cultured cells were transferred to a 1.5 mL tube, and collected by centrifugation at 18,000 × g for 1 minute. 50 μL of BugBuster Master Mix (Merck) was added to the cells after removing the supernatant, gently vortexing at room temperature for 10-20 minutes, and centrifuged at 16,000 × g for 20 minutes at 4 ° C. The piece was removed. The supernatant was used as a crude enzyme extract sample, and protein concentration was quantified using Pierce BCA Protein Assay Kit (manufactured by Thermo Fisher Scientific).
As a result of SDS-PAGE analysis of the above-mentioned enzyme crude extract sample, in the samples derived from 13 strains except for 5 strains BC4102, BC4904, Cgl0292, Cgl1099 and Cgl2220 under the conditions of IPTG final concentration of 0.25 mM and induction temperature of 30 ° C. A significant amount of enzyme protein expression was confirmed in the soluble fraction.

(アセト酢酸エステル加水分解酵素活性測定による酵素機能同定)
上述の酵素粗抽出液サンプルについて、Acetoacetate Colorimetric Assay Kit(フナコシ社製)を利用してアセト酢酸エステル加水分解酵素(エステラーゼ)活性を測定した。酵素粗抽出液サンプル10% (v/v)(タンパク質濃度を0.5 μg/μLに調製)、および基質として終濃度100 mMのMAA又はEAAを含む活性測定用反応液を調製し、96穴マイクロプレートにて4℃で100分間反応させた後、マイクロプレートリーダーにて550 nmの吸光度を測定した。アセト酢酸検量線を利用した活性定量の結果、複数の発現株においてアセト酢酸の生成が確認され、特にPnbA、PA3859およびSGO0795発現株にて高いアセト酢酸エステル加水分解活性を有していることが確認された(図28)。PnbA、PA3859およびSGO0795のアミノ酸配列を配列番号85から87、ならびに塩基配列を配列番号82から84に示す。
(Identification of enzyme function by measuring acetoacetate hydrolase activity)
Acetoacetate hydrolase (esterase) activity was measured for the above-mentioned enzyme crude extract sample using Acetoacetate Colorimetric Assay Kit (Funakoshi). Prepare a reaction solution for activity measurement containing 10% (v / v) of crude enzyme extract (prepared at a protein concentration of 0.5 μg / μL) and MAA or EAA at a final concentration of 100 mM as a substrate. After reacting on a microplate at 4 ° C. for 100 minutes, absorbance at 550 nm was measured with a microplate reader. As a result of activity quantification using an acetoacetate calibration curve, the production of acetoacetate was confirmed in a plurality of expression strains, and in particular, it was confirmed that PnbA, PA3859 and SGO0795 expression strains have high acetoacetate hydrolysis activity. (FIG. 28). The amino acid sequences of PnbA, PA3859 and SGO0795 are shown in SEQ ID NOs: 85 to 87, and the base sequences are shown in SEQ ID NOs: 82 to 84.

(プラスミドpAC-Mev/Scidi/Aacl/pnbAおよびpAC-Mev/Scidi/Aacl/pnbAoptの構築)
NBRCより購入したBacillus subtilis subsp. subtilis str. 168のゲノムDNAを鋳型として、pnbA Fw(5'- AGGGCTAGCACTCATCAAATAGTAACGACTCAATACG-3';配列番号88)及びpnbA Rv(5'-GGCGGATCCTTATTCTCCTTTTGAAGGGAATAG-3';配列番号89)の2つのプライマーを用いたPCRにより、両末端にHindIII切断部位ならびに5'末端にSD配列を付与したpnbA遺伝子を増幅した。このpnbA遺伝子について、Streptomyces sp. CL190株の由来のメバロン酸経路酵素遺伝子群(メバロン酸キナーゼ、ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ、ホスホメバロン酸キナーゼ、2型IPPイソメラーゼ、HMG-CoA合成酵素ならびにHMG-CoAレダクターゼ)、出芽酵母(Saccharomyces cerevisiae)由来1型IPPイソメラーゼ、およびラット(Rattus norvegicus)由来アセト酢酸-CoAリガーゼの各遺伝子を発現するpAC-Mev/Scidi/Aaclプラスミド(特許文献3、非特許文献7)のHindIII切断部位に連結することで、pAC-Mev/Scidi/Aacl/pnbAプラスミドを構築した(図29)。
PnbAのアミノ酸配列(配列番号85)を基に、大腸菌コドン使用頻度に最適化して人工合成遺伝子を作製し、pnbAoptと命名した。塩基配列を配列番号90に示す。この合成遺伝子断片を鋳型として、pnbAopt Fw(5'-GTTAAGCTTAGGAGGCAGCTATGACCCATCAGATTGTTACCAC-3';配列番号91)及びpnbAopt Rv(5'-CTCAAGCTTATTCGCCTTTGCTCGGAAAC-3';配列番号92)の2つのプライマーを用いたPCRにより、両末端にHindIII切断部位ならびに5'末端にSD配列を付与したpnbAopt遺伝子を増幅した。このpnbAopt遺伝子は、上述と同様の方法でpAC-Mev/Scidi/AaclプラスミドのHindIII切断部位に連結することで、pAC-Mev/Scidi/Aacl/pnbAoptプラスミドを構築した(図29)
(Construction of plasmids pAC-Mev / Scidi / Aacl / pnbA and pAC-Mev / Scidi / Aacl / pnbAopt)
.. Bacillus subtilis subsp were purchased from NBRC subtilis str 168 genomic DNA as a template, pnbA Fw (5'- AGGGCTAGCACTCATCAAATAGTAACGACTCAATACG-3 '; SEQ ID NO: 88) and pnbA Rv (5'-GGCGGATCCTTATTCTCCTTTTGAAGGGAATAG-3 '; SEQ ID NO: 89) The pnbA gene having a HindIII cleavage site at both ends and an SD sequence at the 5 ′ end was amplified by PCR using these two primers. About this pnbA gene, mevalonate pathway enzyme gene group derived from Streptomyces sp. Strain CL190 (mevalonate kinase, diphosphomevalonate decarboxylase, phosphomevalonate kinase, type 2 IPP isomerase, HMG-CoA synthetase and HMG-CoA reductase), budding yeast (Saccharomyces cerevisiae) derived from type 1 IPP isomerase, and Hin rat (Rattus norvegicus) expressing the gene from acetoacetate -CoA ligase pAC-Mev / Scidi / Aacl plasmid (Patent Document 3, non-Patent Document 7) The pAC-Mev / Scidi / Aacl / pnbA plasmid was constructed by ligating to the dIII cleavage site (FIG. 29).
Based on the amino acid sequence of PnbA (SEQ ID NO: 85), an artificially synthesized gene was prepared by optimizing the frequency of E. coli codon usage and named pnbAopt . The base sequence is shown in SEQ ID NO: 90. Using this synthetic gene fragment as a template, both PCR were performed using two primers of pnbAopt Fw (5′-GTTAAGCTTAGGAGGCAGCTATGACCCATCAGATTGTTACCAC-3 ′; SEQ ID NO: 91) and pnbAopt Rv (5′-CTCAAGCTTATTCGCCTTTGCTCGGAAAC-3 ′; SEQ ID NO: 92). The pnbAopt gene having a HindIII cleavage site at the end and an SD sequence at the 5 ′ end was amplified. This pnbAopt gene was ligated to the Hin dIII cleavage site of the pAC-Mev / Scidi / Aacl plasmid in the same manner as described above to construct the pAC-Mev / Scidi / Aacl / pnbAopt plasmid (FIG. 29).

(プラスミドpAC-Mev/Scidi/Aacl/pnbAおよびpAC-Mev/Scidi/Aacl/pnbAoptを保持する大腸菌株によるリコペン生産)
上述した方法で構築したプラスミドは、リコペン生産プラスミドpCRT-EIB(N. Misawa, M. Nakagawa, K. Kobayashi, S. Yamano, Y. Izawa, K. Nakamura, K. Harashima, J. Bacteriol, 172: 6704-6712, 1990)と共に大腸菌コンピテントセルECOS competent E. coli JM109(ニッポンジーン社製)に導入し、終濃度100 μg/mLのアンピシリン、および終濃度30 μg/mLのクロラムフェニコールを含むLB寒天培地上で選抜して陽性クローンを取得した。
取得した大腸菌クローンは、終濃度100 μg/mLアンピシリン、および終濃度30 μg/mLのクロラムフェニコールを含むLB培地2 mLを入れた試験管に植菌し、30℃、180 rpmで17時間振とう培養した(前培養)。次に、終濃度100 μg/mLアンピシリン、および終濃度30 μg/mLのクロラムフェニコールを含む2×YT培地20 mLを入れた100 mLバッフル付き三角フラスコに前培養液を1% (v/v)添加し、30℃、140 rpmで振とう培養した。600 nmの吸光度が0.5に到達した時点で室温まで冷却し、終濃度1 mMのIPTG、終濃度5 mMのMAA又はEAAを添加後、20℃、160 rpmで振とう培養を続けた。48時間及び72時間後の培養菌体500 μLを1.5 mLチューブに移し、18,000×g、室温で10分間遠心して集菌した。沈殿菌体に0.5 mLのクロロホルム:メタノール=1:1の混合溶液を添加して、色素成分を抽出した。抽出液は、遠心エバポレータ(CC-105、トミー精工社製)にて1〜3時間乾固した後に200 μLの酢酸エチルに溶解し、高速液体クロマトグラフHPLC LC-2000Plusシステム(日本分光社製)にて定量分析を行った。
TSK ODS-80Tsカラム(4.6×150 mm、東ソー社製)を分離用カラムとして用い、流速1.0 mL/min、温度35℃条件下、移動相A(メタノール:水=95:5)と移動相B(メタノール:テトラヒドロフラン=7:3)からなるグラジエント形成により分離し、波長470 nmにて検出を行った。グラジエント条件としては、移動相Aを100%として5分間保持した後、5分かけて移動相Aから移動相Bのリニアグラジエントを形成させ、そのまま移動相Bで100%を8分間保持することとした。その後、100%の移動相Aを12分間流し続けてカラム内部を平衡化した。
色素成分は、高速液体クロマトグラフの保持時間およびリコペン標準試料を用いて作成した面積値をもとに換算し、サンプル中のリコペン濃度を大腸菌乾重量当たりおよび培養液当たりのリコペン量として算出した。
定量結果を図30に示す。図に示すようにプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aacl/pnbAおよびpAC-Mev/Scidi/Aacl/pnbAoptを導入した大腸菌生産株においては、エステル体であるMAA又はEAAを基質として用いた場合でも、従来基質であるアセト酢酸リチウム(LAA)を用いた場合と同等に乾燥菌体重量(DCW)1 g当たり約15 mg(培養液1 L当たり12〜15 mg)のリコペン生産を示した。
(Lycopene production by E. coli strains carrying plasmids pAC-Mev / Scidi / Aacl / pnbA and pAC-Mev / Scidi / Aacl / pnbAopt)
The plasmid constructed by the above-described method is a lycopene production plasmid pCRT-EIB (N. Misawa, M. Nakagawa, K. Kobayashi, S. Yamano, Y. Izawa, K. Nakamura, K. Harashima, J. Bacteriol, 172: 6704-6712, 1990) and introduced into E. coli competent cell ECOS competent E. coli JM109 (Nippon Gene), LB containing ampicillin at a final concentration of 100 μg / mL and chloramphenicol at a final concentration of 30 μg / mL. A positive clone was obtained by selection on an agar medium.
The obtained Escherichia coli clone was inoculated into a test tube containing 2 mL of LB medium containing 100 μg / mL ampicillin at a final concentration of 30 μg / mL and chloramphenicol at a final concentration of 30 μg / mL for 17 hours at 30 ° C. and 180 rpm. Shake culture (preculture). Next, add 1% (v / v) of the preculture to a 100 mL baffled Erlenmeyer flask containing 20 mL of 2 × YT medium containing 100 μg / mL ampicillin and a final concentration of 30 μg / mL chloramphenicol. v) Added and cultured with shaking at 30 ° C. and 140 rpm. When the absorbance at 600 nm reached 0.5, the mixture was cooled to room temperature. After addition of IPTG having a final concentration of 1 mM and MAA or EAA having a final concentration of 5 mM, shaking culture was continued at 20 ° C. and 160 rpm. After 48 hours and 72 hours, 500 μL of cultured cells were transferred to a 1.5 mL tube and collected by centrifugation at 18,000 × g for 10 minutes at room temperature. To the precipitated cells, 0.5 mL of a mixed solution of chloroform: methanol = 1: 1 was added to extract the pigment component. The extract was dried for 1 to 3 hours using a centrifugal evaporator (CC-105, manufactured by Tommy Seiko Co., Ltd.) and then dissolved in 200 μL of ethyl acetate. High-performance liquid chromatograph HPLC LC-2000Plus system (manufactured by JASCO Corporation) Quantitative analysis was performed.
Using a TSK ODS-80Ts column (4.6 × 150 mm, manufactured by Tosoh Corporation) as a separation column, a flow rate of 1.0 mL / min, a temperature of 35 ° C., mobile phase A (methanol: water = 95: 5) And mobile phase B (methanol: tetrahydrofuran = 7: 3) to form a gradient, and detection was performed at a wavelength of 470 nm. Gradient conditions include holding mobile phase A as 100% for 5 minutes, then forming a linear gradient from mobile phase A to mobile phase B over 5 minutes, and holding 100% in mobile phase B for 8 minutes. did. Thereafter, 100% mobile phase A was allowed to flow for 12 minutes to equilibrate the inside of the column.
The pigment component was converted based on the retention time of the high performance liquid chromatograph and the area value created using the lycopene standard sample, and the lycopene concentration in the sample was calculated as the amount of lycopene per E. coli dry weight and per culture broth.
The quantitative results are shown in FIG. As shown in the figure, in the E. coli production strain into which plasmids pAC-Mev / Scidi / Aacl / pnbA and pAC-Mev / Scidi / Aacl / pnbAopt were introduced, even when MAA or EAA as an ester was used as a substrate, The amount of lycopene produced was about 15 mg per gram of dry cell weight (DCW) (12 to 15 mg per liter of the culture solution) as in the case of using the substrate lithium acetoacetate (LAA).

(プラスミドpAC-Mev/Scidi/Aacl/pnbAを保持する大腸菌株によるセスキテルペン生産)
pAC-Mev/Scidi/Aacl/pnbAプラスミドと共に、セスキテルペンであるβ-ビサボレン生産プラスミド(pET-Zo506FL3、非特許文献2)大腸菌コンピテントセルECOS competent E. coli BL21(DE3)(ニッポンジーン社製)に導入し、終濃度100 μg/mLのアンピシリン、および終濃度30 μg/mLのクロラムフェニコールを含むLB寒天培地上で選抜して陽性クローンを取得した。取得した大腸菌クローンは、終濃度100 μg/mLアンピシリン、および終濃度30 μg/mLのクロラムフェニコールを含むLB培地2 mLを入れた試験管に植菌し、30℃、180 rpmで17時間振とう培養した(前培養)。次に、終濃度100 μg/mLアンピシリン、および終濃度30 μg/mLのクロラムフェニコールを含むTB培地20 mLを入れた100 mLバッフル付き三角フラスコに前培養液を1% (v/v)添加し、37℃、180 rpmで振とう培養した。600 nmの吸光度が0.8に到達した時点で室温まで冷却し、終濃度0.1 mMのIPTG、終濃度5 mMのMAA又はEAA、20% (v/v)のn-ドデカンを添加後、20℃、180 rpmで振とう培養を続けた。72時間後の培養液1 mLを1.5 mLチューブに移し、18,000×g、室温で5分間遠心した。n-ドデカン層をガスクロマトグラフ質量分析計GCMS-QP2010(島津製作所社製)にて定量分析を行った。分析は、スプリットインジェクション(比率:10:1、インジェクター温度:250℃)により、サンプル(1 μL)をインジェクションした。分析プログラムは、60℃から毎分3℃ずつ280℃ まで加温した後、この温度を6.7分間保持する条件で行った。質量分析は、出力70 eV、インターフェース温度250℃で、40〜400 m/zの範囲を測定した。保持時間(30.2分)とピーク面積値より、α-フムレン標品(フナコシ社製)相当量として定量分析を行った。
定量結果を図31に示す。図に示すようにプラスミドpAC-Mev/Scidi/Aacl/pnbAを導入した大腸菌生産株においては、エステル体であるMAA又はEAAを用いた場合、同濃度のLAAを基質とするよりも生産量が約1.8倍増加した。
これらの結果より、新規に機能同定したアセト酢酸エステル加水分解酵素(エステラーゼ)を利用した本大腸菌生産系が、従来基質であるLAAよりも安価なアセト酢酸エステル体を基質として利用することにより、LAAを基質として利用する場合よりも、テルペンを効率的に(高い生産量で)製造できることが示された。
(Sesquiterpene production by E. coli strain carrying plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl / pnbA)
Along with the pAC-Mev / Scidi / Aacl / pnbA plasmid, a sesquiterpene β-bisabolen production plasmid (pET-Zo506FL3, non-patent document 2) E. coli competent cell ECOS competent E. coli BL21 (DE3) (manufactured by Nippon Gene) The positive clone was obtained by selection on an LB agar medium containing ampicillin having a final concentration of 100 μg / mL and chloramphenicol having a final concentration of 30 μg / mL. The obtained Escherichia coli clone was inoculated into a test tube containing 2 mL of LB medium containing 100 μg / mL ampicillin at a final concentration of 30 μg / mL and chloramphenicol at a final concentration of 30 μg / mL for 17 hours at 30 ° C. and 180 rpm. Shake culture (preculture). Next, 1% (v / v) of the pre-cultured solution was added to a 100 mL baffled Erlenmeyer flask containing 20 mL of TB medium containing final concentration of 100 μg / mL ampicillin and final concentration of 30 μg / mL chloramphenicol. The mixture was added and cultured with shaking at 37 ° C. and 180 rpm. When the absorbance at 600 nm reaches 0.8, after cooling to room temperature, add final concentration of 0.1 mM IPTG, final concentration of 5 mM MAA or EAA, 20% (v / v) n -dodecane The shaking culture was continued at 20 ° C. and 180 rpm. After 72 hours, 1 mL of the culture solution was transferred to a 1.5 mL tube and centrifuged at 18,000 × g for 5 minutes at room temperature. The n -dodecane layer was quantitatively analyzed with a gas chromatograph mass spectrometer GCMS-QP2010 (manufactured by Shimadzu Corporation). For the analysis, a sample (1 μL) was injected by split injection (ratio: 10: 1, injector temperature: 250 ° C.). The analysis program was performed under the condition of heating from 60 ° C. to 3 ° C. per minute to 280 ° C. and then holding this temperature for 6.7 minutes. Mass spectrometry measured a range of 40 to 400 m / z at an output of 70 eV and an interface temperature of 250 ° C. From the retention time (30.2 minutes) and the peak area value, quantitative analysis was carried out as an equivalent amount of α-humulene sample (Funakoshi).
The quantitative results are shown in FIG. As shown in the figure, in the E. coli production strain into which the plasmid pAC-Mev / Scidi / Aacl / pnbA was introduced, when MAA or EAA as an ester was used, the production amount was about more than that using LAA of the same concentration as the substrate. Increased 1.8 times.
From these results, this E. coli production system using acetoacetate hydrolase (esterase) whose function was newly identified utilized LAA, which is less expensive than LAA, which is a conventional substrate, as a substrate. It has been shown that terpenes can be produced more efficiently (with higher yields) than when using as a substrate.

{カロテノイド(テトラテルペン)産生大腸菌による培養液当たりの生産量の増強に関与する糖の検討}
プラスミドpACCRT-EIB、pACCAR16ΔcrtX、pACCAR25ΔcrtX(N. Misawa et al, J. Bacteriol., 177: 6575-6584, 1995)、及びプラスミドpRK-idi(M. Albrecht et al, Biotechnol. Lett., 21: 791-795, 1999)を導入した大腸菌(Escherichia coli)JM101株(Sambrook and Russel, Molecular Cloning A Laboratory Manual (Third edition) Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2001)を用いて生産量の増強に関与する糖の検討実験を行った。プラスミドpACCRT-EIBは、土壌細菌Pantoea ananatis由来のcrtE, crtB, crtI遺伝子を、大腸菌ベクターpACYC184{クロラムフェニコール(chloramphenicol;Cm)耐性}のEcoRV部位に挿入したもので、リコペン(lycopene)を大腸菌に合成させる。プラスミドpACCAR16ΔcrtXは、Pantoea ananatis由来のcrtE, crtB, crtI, crtY遺伝子を、大腸菌ベクターpACYC184のEcoRV部位に挿入したものでβ-カロテン(β-carotene)を大腸菌に合成させる。pACCAR25ΔcrtXは、Pantoea ananatis由来のcrtE, crtB, crtI, crtY, crtZ 遺伝子を、大腸菌ベクターpACYC184のEcoRV部位に挿入したものでゼアキサンチン(zeaxanthin)を大腸菌に合成させる。プラスミドpRK-idiは、酵母Xanthophyllomyces dendrorhousidi (IPP isomerase; type 1; accession no. AB019035) 遺伝子 (cDNA) を、大腸菌ベクターpRK404{テトラサイクリン(tetracycline;Tc)耐性}のPstI-BamHI部位に挿入したもので、上記のプラスミドと共存させると、カロテノイドの生産量が2〜3倍上昇する。
前培養として、33 mg/LのCmと15 mg/LのTcを含む100 mL LB培地(1% バクトトリプトン、0.5% 酵母エキス、1% NaCl)/500 mL三角フラスコ(flask)に、プラスミドpACCRT-EIB、pACCAR16ΔcrtX又はpACCAR25ΔcrtX、及びプラスミドpRK-idiを持つ組換え大腸菌の-80℃凍結ストックを解凍したものを1mL添加して30℃、150 rpm回旋培養で24時間した。本培養として、33 mg/LのCmと15 mg/LのTcを含む100 mL LB培地/500 mL三角フラスコに、前培養液2%(2 mL)を植菌し、20℃、150 rpm回旋培養を共通として、培養容器(500 mL三角フラスコ)としてはバッフル付きあるいは通常の(バッフル無し)三角フラスコを、生産培地としては基本のLB培地に種々の糖あるいは窒素源を1種類ずつ1 g添加して、これらの差異がカロテノイド生産力価に及ぼす影響を検討した。
力価の検討には、各培地で24時間、48時間、72時間、96時間後に培養液を5 mLずつ15 mLファルコンチューブに回収し、本チューブを3000 rpmで5分間遠心して菌体(カロテノイドを含む)を集めた。上澄みの培養液を捨てたのち、各ファルコンチューブにジクロロメタン:メタノール(1:1)溶液を8 mL加えた状態で菌体を超音波破砕することにより、生産されたカロテノイドを完全に有機溶媒に溶解させた。次にファルコンチューブを3000 rpmで5分間遠心処理して破砕した菌体を再度沈殿させたのち、上澄の溶液中のカロテノイド濃度を476 nm(リコペンの場合)又は450 nm(β-カロテン、ゼアキサンチンの場合)でのODを分光光度計で測定することにより実施した。
結果の1例を図32に示す。本図は、リコペン産生大腸菌(プラスミドpACCRT-EIBとpRK-idiを有する)を用いた場合を示したが、β-カロテン産生大腸菌(プラスミドpACCAR16ΔcrtXとpRK-idiを有する)やゼアキサンチン産生大腸菌(プラスミドpACCAR25ΔcrtXとpRK-idiを有する)を用いた場合でも同様の結果が得られた。
{Investigation of sugars involved in enhancement of production per culture by carotenoid (tetraterpene) -producing Escherichia coli}
Plasmids pACCRT-EIB, pACCAR16ΔcrtX, pACCAR25ΔcrtX (N. Misawa et al, J. Bacteriol., 177: 6575-6684, 1995) and plasmid pRK-idi (M. Albrecht et al, Biotechnol. Lett., 21: 791- 795, 1999) Escherichia coli JM101 strain (Sambrook and Russel, Molecular Cloning A Laboratory Manual (Third edition) Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2001) Went. The plasmid pACCRT-EIB is obtained by inserting crtE , crtB , crtI genes derived from the soil bacterium Pantoea ananatis into the Eco RV site of the Escherichia coli vector pACYC184 {chloramphenicol (Cm) resistance}, and lycopene Synthesize into E. coli. The plasmid pACCAR16ΔcrtX is obtained by inserting the crtE , crtB , crtI , and crtY genes derived from Pantoea ananatis into the Eco RV site of the E. coli vector pACYC184 to synthesize β-carotene in E. coli. pACCAR25ΔcrtX is obtained by inserting the crtE , crtB , crtI , crtY , crtZ genes derived from Pantoea ananatis into the Eco RV site of the Escherichia coli vector pACYC184 to synthesize zeaxanthin in Escherichia coli. Plasmid pRK-idi inserts the idi (IPP isomerase; type 1; accession no. AB019035) gene (cDNA) of yeast Xanthophyllomyces dendrorhous into the Pst I- Bam HI site of the E. coli vector pRK404 {tetracycline (Tc) resistance} However, when it is made to coexist with said plasmid, the production amount of carotenoid will increase 2 to 3 times.
As a preculture, in a 100 mL LB medium (1% bactotryptone, 0.5% yeast extract, 1% NaCl) / 500 mL Erlenmeyer flask (flask) containing 33 mg / L Cm and 15 mg / L Tc Plasmid pACCRT-EIB, pACCAR16ΔcrtX or pACCAR25ΔcrtX, and 1 mL of a -80 ° C. frozen stock of recombinant Escherichia coli carrying plasmid pRK-idi were added and incubated at 30 ° C. and 150 rpm for 24 hours. As the main culture, inoculate 2% (2 mL) of the preculture solution into a 100 mL LB medium / 500 mL Erlenmeyer flask containing 33 mg / L Cm and 15 mg / L Tc, and rotate at 20 ° C. and 150 rpm. Common cultures include baffled or normal (non-baffled) Erlenmeyer flasks as culture vessels (500 mL Erlenmeyer flasks), and 1 g each of various sugars or nitrogen sources to basic LB media as production media Thus, the effect of these differences on the carotenoid production titer was examined.
To examine the titer, after 24 hours, 48 hours, 72 hours, and 96 hours of each medium, collect 5 mL of the culture solution in a 15 mL falcon tube, and centrifuge the tube at 3000 rpm for 5 minutes to obtain bacterial cells (carotenoids). Collected). After discarding the supernatant culture solution, the produced carotenoids are completely dissolved in an organic solvent by ultrasonically crushing the cells with 8 mL of dichloromethane: methanol (1: 1) solution added to each Falcon tube. I let you. Next, the falcon tube was centrifuged at 3000 rpm for 5 minutes to precipitate the crushed cells again, and then the carotenoid concentration in the supernatant solution was 476 nm (in the case of lycopene) or 450 nm (β-carotene, zeaxanthin) In the case of (1)) by measuring with a spectrophotometer.
An example of the result is shown in FIG. This figure shows the case of using lycopene-producing E. coli (with plasmids pACCRT-EIB and pRK-idi), but β-carotene-producing E. coli (with plasmids pACCAR16ΔcrtX and pRK-idi) and zeaxanthin-producing E. coli (plasmid pACCAR25ΔcrtX). And pRK-idi) were also used.

以下に結果をまとめる。
LB培地に加える糖は、炭素源として大きな影響を与える(基本 1 g/flask添加)。
該炭素源は、その影響の大きさにより、下記のA〜Cに分類できる。
A:力価が顕著に上昇する炭素源は、フルクトース(fructose)、ガラクトース(galactose)、トレハロース(trehalose)、ソルビトール(sorbitol)。
B:Aほどではないが、力価が上昇する炭素源は、マンニトール(mannitol)、マンノース(mannose)。
C:力価がほとんど上がらない炭素源は、グルコース(glucose)、スクロース(sucrose)、ラクトース(lactose)、マルトース(maltose)、スターチ(starch)。
*ただしAの炭素源を2 g/flaskにしても、多くの場合はさらなる力価上昇は認められない。また4 g/flask加えると、むしろ1 g/flaskより力価が下がる。Aの炭素源を2種組み合わせても、さらなる力価上昇は認められない。
エアレーションは、重要と考えられる。fructose添加の条件でバッフル付き三角フラスコで培養すると、通常の三角フラスコの場合よりさらに2倍程度の力価に上がる。
3種類の窒素源、すなわち、bacto soytone、peptone、又はpolypeptoneを各1 g/flaskの濃度でLB培地に加えてみたが、力価上昇に寄与するものはなかった(むしろ下がるケースもあり)。
高力価となる条件では、菌体量の増加が観察される(LB培地では150 mg/flask程度だが、fructose添加(バッフル付き三角フラスコ)では500 mg/flask程度)。
The results are summarized below.
The sugar added to the LB medium has a significant effect as a carbon source (basic 1 g / flask added).
The carbon source can be classified into the following A to C depending on the magnitude of the influence.
A: The carbon sources whose titer increases remarkably are fructose, galactose, trehalose, and sorbitol.
B: Although not as high as A, the carbon sources whose titer increases are mannitol and mannose.
C: Carbon sources that hardly increase in titer are glucose, sucrose, lactose, maltose, and starch.
* However, even if the carbon source of A is 2 g / flask, in many cases, no further increase in titer is observed. The addition of 4 g / flask will lower the potency rather than 1 g / flask. Even when two carbon sources of A are combined, no further increase in titer is observed.
Aeration is considered important. When cultured in a baffled Erlenmeyer flask under the conditions of fructose addition, the titer increases to about twice that of a normal Erlenmeyer flask.
Three nitrogen sources, namely bacto soytone, peptone, or polypeptone, were added to the LB medium at a concentration of 1 g / flask, but none contributed to the increase in titer (in some cases, it decreased).
Under high titer conditions, an increase in the amount of cells is observed (about 150 mg / flask for LB medium but about 500 mg / flask for fructose added (conical flask with baffle)).

培養液当たりのカロテノイド生産量が顕著に上昇する炭素源として、フルクトース、ガラクトース、トレハロース、ソルビトールを、さらに前4者ほどでは無いが、培養液当たりのカロテノイド生産量が上昇する炭素源として、マンニトール、マンノースを見出したことは予想に反したことであった。なぜなら、培養液当たりの菌体量の増加に貢献すると通常考えられるグルコース、スクロース、ラクトースに効果が認められず、前3者に比べて培養液当たりの菌体量の増加に貢献しづらいと思われるフルクトース、ガラクトース、トレハロース、ソルビトール、マンニトール、マンノースに効果が認められたからである。なお、これらの糖が培養液当たりのカロテノイド生産量の増強に効果があるという報告はこれまでなかった。以上、本実施例に開示された内容により、フルクトース、ガラクトース、トレハロース、ソルビトール、マンニトール、及び/又はマンノースを培地に添加して、カロテノイド産生大腸菌を培養するといった効率的培養法が発明された。   Fructose, galactose, trehalose, sorbitol as carbon sources that significantly increase carotenoid production per culture broth, and mannitol as a carbon source that increases carotenoid production per culture broth, although not as much as the previous four. The discovery of mannose was unexpected. This is because the effects of glucose, sucrose, and lactose, which are generally considered to contribute to the increase in the amount of cells per culture, are not recognized, and it is difficult to contribute to the increase in the amount of cells per culture compared to the previous three. This is because fructose, galactose, trehalose, sorbitol, mannitol and mannose were effective. Heretofore, there has been no report that these sugars are effective in enhancing the amount of carotenoid production per culture solution. As described above, according to the contents disclosed in the present example, an efficient culture method has been invented in which fructose, galactose, trehalose, sorbitol, mannitol, and / or mannose is added to a medium to culture carotenoid-producing Escherichia coli.

{ラット脳脂質過酸化抑制試験(in vitro抗酸化活性試験)}
プラスミドpRSF-Fh6Tps-1及びpAC-Mev/Scidi/Aaclを導入した大腸菌BL21(DE3) を用いて生産されたα-コパエンを用いて、ラット脳脂質過酸化抑制試験を行った。本実験はShindoら(2008)の文献(K. Shindo, E. Asagi, A. Sano, E. Hotta, N. Minemura, K. Mikami, E. Tamesada, N. Misawa, T. Maoka, Diapolycopenedioic acid xlosyl esters A, B, and C, novel antioxidative glycol-C30-carotenoic acids produced by a new marine bacterium Rubritalea squalenifaciens. J. Antibiot. 61:185-191, 2008)に示された手法で行った。結果を図33に示す。その結果、α-コパエン(α-copaene)が、ポジティブコントロールのカテキン(catechin)と比べると弱いながらも、明確な抗酸化活性 (IC50 = 35.1 μM) を有することが明らかになった。
よって、本発明により製造されるα-コパエンは、人の健康に有用な生理機能があることが確認された。
{Rat brain lipid peroxidation inhibition test ( in vitro antioxidant activity test)}
Rat brain lipid peroxidation inhibition test was conducted using α-copaene produced using E. coli BL21 (DE3) introduced with plasmids pRSF-Fh6Tps-1 and pAC-Mev / Scidi / Aacl. This experiment was carried out by Shindo et al. (2008) (K. Shindo, E. Asagi, A. Sano, E. Hotta, N. Minemura, K. Mikami, E. Tamesada, N. Misawa, T. Maoka, Diapolycopenedioic acid xlosyl). esters A, B, and C, novel antioxidative glycol-C30-carotenoic acids produced by a new marine bacterium Rubritalea squalenifaciens . J. Antibiot. 61: 185-191, 2008). The results are shown in FIG. As a result, it was revealed that α-copaene has a clear antioxidant activity (IC50 = 35.1 μM) although it is weaker than the positive control catechin.
Therefore, it was confirmed that the α-copaene produced by the present invention has a physiological function useful for human health.

本発明によれば、テルペン合成酵素及びテルペン合成酵素遺伝子を提供し、テルペンを大腸菌等で効率的に製造し、さらにアセト酢酸エステル加水分解酵素遺伝子を利用して産業上有用なテルペンを大腸菌等で効率的に製造することできる。   According to the present invention, a terpene synthase and a terpene synthase gene are provided, the terpene is efficiently produced in E. coli and the like, and an industrially useful terpene is obtained in E. coli and the like using the acetoacetate hydrolase gene. It can be manufactured efficiently.

Claims (4)

以下の(1)〜(7)のいずれか1つのポリペプチド有するアセト酢酸エステル(アセト酢酸脂肪酸エステル)加水分解
(1)配列番号85に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチド
(2)配列番号85に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドにおいて、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号85に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドと実質的同質のアセト酢酸エステルを加水分解する活性を有するポリペプチド
(3)配列番号85に記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなるポリペプチドであり、かつ配列番号85に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドと実質的同質のアセト酢酸エステルを加水分解する活性を有するポリペプチド
(4)配列番号82又は90に記載の塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなるポリペプチド、
(5)配列番号82又は90に記載の塩基配列において、1〜50個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加している塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなるポリペプチドであり、かつ配列番号82又は90に記載の塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなるポリペプチドと実質的同質のアセト酢酸エステルを加水分解する活性を有するポリペプチド、
(6)配列番号82又は90に記載の塩基配列と85%以上の相同性を有する塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなるポリペプチドであり、かつ配列番号82又は90に記載の塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなるポリペプチドと実質的同質のアセト酢酸エステルを加水分解する活性を有するポリペプチド、
(7)配列番号82又は90に記載の塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなるポリペプチドであり、かつ配列番号82又は90に記載の塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなるポリペプチドと実質的同質のアセト酢酸エステルを加水分解する活性を有するポリペプチド
The following (1) to any one of the polypeptides acetoacetic ester having free of (7) (acetoacetic fatty acid ester) hydrolyzing agent:
(1) a polypeptide comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 85 ,
(2) A polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 85 , wherein 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 85 A polypeptide having an activity to hydrolyze acetoacetate substantially the same as
(3) a polypeptide consisting of an amino acid sequence homology of 90% or more to have the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 85, and comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 85 polypeptide substantially homogeneous acetoacetate A polypeptide having an activity of hydrolyzing an ester,
(4) a polypeptide comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 82 or 90,
(5) In the base sequence set forth in SEQ ID NO: 82 or 90, a polypeptide comprising an amino acid sequence encoded by a base sequence in which 1 to 50 base sequences are substituted, deleted, inserted and / or added, And a polypeptide having an activity of hydrolyzing an acetoacetate substantially the same quality as a polypeptide consisting of the amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 82 or 90,
(6) A polypeptide comprising an amino acid sequence encoded by a base sequence having 85% or more homology with the base sequence described in SEQ ID NO: 82 or 90, and encoded by the base sequence described in SEQ ID NO: 82 or 90 A polypeptide having an activity of hydrolyzing an acetoacetate substantially the same quality as a polypeptide comprising the amino acid sequence
(7) A polypeptide consisting of an amino acid sequence encoded by a DNA that hybridizes under stringent conditions with a DNA consisting of a base sequence complementary to the base sequence set forth in SEQ ID NO: 82 or 90, and SEQ ID NO: 82 Or a polypeptide having an activity of hydrolyzing an acetoacetate ester substantially the same quality as a polypeptide consisting of the amino acid sequence encoded by the nucleotide sequence according to 90 .
以下の(1)〜(5)の遺伝子を導入した組換え大腸菌:
(1)ゲラニル二リン酸又はファルネシル二リン酸からテルペン(イソプレノイド、テルペノイド)を合成する酵素の遺伝子又は遺伝子群、
(2)1型及び/又は2型のイソペンテニル二リン酸イソメラーゼ遺伝子又は遺伝子群、
(3)アセトアセチル-コエンザイムAからイソペンテニル二リン酸までの合成を行うメバロン酸経路遺伝子群、
(4)アセト酢酸-コエンザイムAリガーゼ遺伝子、
(5)アセト酢酸エステル(アセト酢酸脂肪酸エステル)加水分解酵素(エステラーゼ)遺伝子、ここで該遺伝子が以下の(5−1)〜(5−7)のいずれか1つである、
(5−1)配列番号85に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子、
(5−2)配列番号85に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号85に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドと実質的同質のアセト酢酸エステルを加水分解する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(5−3)配列番号85に記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子であり、かつ配列番号85に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドと実質的同質のアセト酢酸エステルを加水分解する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(5−4)配列番号82又は90に記載の塩基配列からなる遺伝子、
(5−5)配列番号82又は90に記載の塩基配列からなる遺伝子において、1〜50個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号82又は90に記載の塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなるポリペプチドと実質的同質のアセト酢酸エステルを加水分解する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(5−6)配列番号82又は90に記載の塩基配列と85%以上の相同性を有する塩基配列からなる遺伝子であり、かつ配列番号82又は90に記載の塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなるポリペプチドと実質的同質のアセト酢酸エステル(アセト酢酸脂肪酸エステル)を加水分解する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(5−7)配列番号82又は90に記載の塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAからなり、かつ配列番号82又は90に記載の塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなるポリペプチドと実質的同質のアセト酢酸エステル(アセト酢酸脂肪酸エステル)を加水分解する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子。
Recombinant E. coli introduced with the following genes (1) to (5):
(1) Gene or gene group of an enzyme that synthesizes a terpene (isoprenoid, terpenoid) from geranyl diphosphate or farnesyl diphosphate,
(2) type 1 and / or type 2 isopentenyl diphosphate isomerase gene or gene group,
(3) Mevalonate pathway genes that synthesize acetoacetyl-coenzyme A to isopentenyl diphosphate,
(4) Acetoacetate-coenzyme A ligase gene,
(5) acetoacetate ester (acetoacetate fatty acid ester) hydrolase (esterase) gene , wherein the gene is any one of the following (5-1) to (5-7):
(5-1) a gene encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 85;
(5-2) In the gene encoding the polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 85, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and set forth in SEQ ID NO: 85 A gene encoding a polypeptide having an activity to hydrolyze an acetoacetate substantially the same as a polypeptide comprising an amino acid sequence,
(5-3) a gene encoding a polypeptide consisting of an amino acid sequence having 90% or more homology with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 85, and substantially equivalent to the polypeptide consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 85 A gene encoding a polypeptide having an activity to hydrolyze a homogenous acetoacetate,
(5-4) a gene comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 82 or 90,
(5-5) In the gene consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 82 or 90, 1 to 50 base sequences are substituted, deleted, inserted and / or added, and set forth in SEQ ID NO: 82 or 90 A gene encoding a polypeptide having an activity of hydrolyzing an acetoacetate substantially the same quality as a polypeptide consisting of an amino acid sequence encoded by a base sequence;
(5-6) a gene comprising a nucleotide sequence having 85% or more homology with the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 82 or 90, and an amino acid sequence encoded by the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 82 or 90 A gene encoding a polypeptide having an activity of hydrolyzing acetoacetate (acetoacetate fatty acid ester) substantially the same quality as
(5-7) consisting of a DNA that hybridizes under stringent conditions with a DNA consisting of a base sequence complementary to the base sequence set forth in SEQ ID NO: 82 or 90, and according to the base sequence set forth in SEQ ID NO: 82 or 90 A gene encoding a polypeptide having an activity of hydrolyzing an acetoacetate ester (acetoacetate fatty acid ester) substantially the same as a polypeptide having an encoded amino acid sequence.
請求項に記載の組換え大腸菌を、アセト酢酸メチルエステル及び/又はアセト酢酸エチルエステルを含む培地で培養して培養物又は菌体を得、得られた培養物又は菌体からテルペンを得ることを特徴とする、テルペンの製造方法。 The recombinant Escherichia coli according to claim 2 is cultured in a medium containing methyl acetoacetate and / or ethyl acetoacetate to obtain a culture or cells, and a terpene is obtained from the obtained culture or cells. A method for producing a terpene, 以下の(1)〜(7)のいずれか1つのポリペプチドを使用するアセト酢酸エステル(アセト酢酸脂肪酸エステル)加水分解方法:Acetoacetic acid ester (acetoacetic acid fatty acid ester) hydrolysis method using any one of the following polypeptides (1) to (7):
(1)配列番号85に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチド、(1) a polypeptide comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 85,
(2)配列番号85に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドにおいて、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号85に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドと実質的同質のアセト酢酸エステルを加水分解する活性を有するポリペプチド、(2) A polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 85, wherein 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 85 A polypeptide having an activity to hydrolyze acetoacetate substantially the same as
(3)配列番号85に記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなるポリペプチドであり、かつ配列番号85に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドと実質的同質のアセト酢酸エステルを加水分解する活性を有するポリペプチド、(3) An acetoacetate which is a polypeptide consisting of an amino acid sequence having 90% or more homology with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 85 and substantially the same as the polypeptide consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 85 A polypeptide having an activity of hydrolyzing
(4)配列番号82又は90に記載の塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなるポリペプチド、(4) a polypeptide comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 82 or 90,
(5)配列番号82又は90に記載の塩基配列において、1〜50個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加している塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなるポリペプチドであり、かつ配列番号82又は90に記載の塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなるポリペプチドと実質的同質のアセト酢酸エステルを加水分解する活性を有するポリペプチド、(5) In the base sequence set forth in SEQ ID NO: 82 or 90, a polypeptide comprising an amino acid sequence encoded by a base sequence in which 1 to 50 base sequences are substituted, deleted, inserted and / or added, And a polypeptide having an activity of hydrolyzing an acetoacetate substantially the same quality as a polypeptide consisting of the amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 82 or 90,
(6)配列番号82又は90に記載の塩基配列と85%以上の相同性を有する塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなるポリペプチドであり、かつ配列番号82又は90に記載の塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなるポリペプチドと実質的同質のアセト酢酸エステルを加水分解する活性を有するポリペプチド、(6) A polypeptide comprising an amino acid sequence encoded by a base sequence having 85% or more homology with the base sequence described in SEQ ID NO: 82 or 90, and encoded by the base sequence described in SEQ ID NO: 82 or 90 A polypeptide having an activity of hydrolyzing an acetoacetate substantially the same quality as a polypeptide comprising the amino acid sequence
(7)配列番号82又は90に記載の塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなるポリペプチドであり、かつ配列番号82又は90に記載の塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなるポリペプチドと実質的同質のアセト酢酸エステルを加水分解する活性を有するポリペプチド。(7) A polypeptide comprising an amino acid sequence encoded by a DNA that hybridizes under stringent conditions with a DNA comprising a base sequence complementary to the base sequence described in SEQ ID NO: 82 or 90, and SEQ ID NO: 82 Or a polypeptide having an activity of hydrolyzing an acetoacetate ester substantially the same quality as a polypeptide consisting of the amino acid sequence encoded by the nucleotide sequence according to 90.
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