JP7450867B2 - 植物形質転換体 - Google Patents
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Description
β-アミリンからオレアナン型トリテルペノイド及びその配糖体を合成する代謝経路においてアグリコン部のC11位及びC30位以外の炭素位を水酸化する全ての内因性水酸化酵素の発現又は活性が抑制又は阻害されており、かつ
以下の[1]~[3]で示す3種類のタンパク質をコードする塩基配列を含む発現ベクターを含む、前記植物形質転換体。
[1]CYP88D6タンパク質、CYP88D6タンパク質のアミノ酸配列において1若しくは複数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を有する変異型CYP88D6タンパク質、又はCYP88D6タンパク質のアミノ酸配列と60%以上の同一性を有するアミノ酸配列を有するCYP88D6タンパク質オルソログのいずれか、
[2]CYP72A154タンパク質、CYP72A154タンパク質のアミノ酸配列において1若しくは複数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を有する変異型CYP72A154タンパク質、又はCYP72A154タンパク質のアミノ酸配列と60%以上の同一性を有するアミノ酸配列を有するCYP72A154タンパク質オルソログのいずれか、及び
[3]UGT73P12タンパク質、UGT73P12タンパク質のアミノ酸配列において1若しくは複数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を有する変異型UGT73P12タンパク質、又はUGT73P12タンパク質のアミノ酸配列と60%以上の同一性を有するアミノ酸配列を有するUGT73P12タンパク質オルソログのいずれか
(2)CYP88D6タンパク質が配列番号70で示すアミノ酸配列からなり、CYP72A154タンパク質が配列番号71、87、又は88のいずれかで示すアミノ酸配列からなり、及びUGT73P12タンパク質が配列番号72で示すアミノ酸配列からなる、(1)に記載の植物形質転換体。
(3)前記内因性水酸化酵素がオレアナン型トリテルペノイドにおけるC21位、C22位、及びC24位を水酸化する活性を有する、(1)又は(2)に記載の植物形質転換体。
(4)前記代謝経路において、以下の(a)~(d)の内因性酵素のうち1つ以上の発現又は活性がさらに抑制又は阻害されている、(1)~(3)のいずれかに記載の植物形質転換体。
(a)オレアナン型トリテルペノイドモノグルクロニドにおけるC3位のグルクロン酸のC2位のヒドロキシ基にガラクトース又はアラビノースを転移する活性を有する内因性糖転移酵素、
(b)オレアナン型トリテルペノイドのC3位のグルクロン酸+ガラクトース又はグルクロン酸+アラビノースのC2位のヒドロキシ基にグルコース又はラムノースを転移する活性を有する内因性糖転移性酵素、
(c)オレアナン型トリテルペノイドにおけるC22位のヒドロキシ基にアラビノースを転移する活性を有する内因性糖転移酵素、及び
(d)オレアナン型トリテルペノイドにおけるC22位のアラビノースのC3位のヒドロキシ基にキシロース又はグルコースを転移する活性を有する内因性糖転移酵素
(5)前記発現又は活性の抑制又は阻害が酵素をコードする遺伝子の遺伝子ノックダウン又はノックアウトである、(1)~(4)のいずれかに記載の植物形質転換体。
(6)以下の[4]で示すタンパク質をコードする塩基配列を含む発現ベクターをさらに含む、(1)~(5)のいずれかに記載の植物形質転換体。
[4]CSyGTタンパク質、CSyGTタンパク質のアミノ酸配列において1若しくは複数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を有する変異型CSyGTタンパク質、又はCSyGTタンパク質のアミノ酸配列と60%以上の同一性を有するアミノ酸配列を有するCSyGTタンパク質オルソログのいずれか
(7)CSyGTタンパク質が配列番号91、69、又は93で示すアミノ酸配列からなる、(6)に記載の植物形質転換体。
(8)前記植物がβ-アミリンを生合成できる、(1)~(7)のいずれかに記載の植物形質転換体。
(9)マメ科(Fabaceae)植物に由来する、(8)に記載の植物形質転換体。
(10)前記マメ科植物がダイズである、(9)に記載の植物形質転換体。
(11)(1)~(10)のいずれかに記載の植物形質転換体から得られる種子又は不定胚。
オレアナン型トリテルペノイドにおけるC21位、C22位、及びC24位を水酸化する活性を有する内因性水酸化酵素の発現又は活性を抑制又は阻害する工程、
以下の[1]~[3]で示す3種類のタンパク質をコードする塩基配列を含む発現ベクターを植物に導入する工程
[1]CYP88D6タンパク質、CYP88D6タンパク質のアミノ酸配列において1若しくは複数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を有する変異型CYP88D6タンパク質、又はCYP88D6タンパク質のアミノ酸配列と60%以上の同一性を有するアミノ酸配列を有するCYP88D6タンパク質オルソログのいずれか、
[2]CYP72A154タンパク質、CYP72A154タンパク質のアミノ酸配列において1若しくは複数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を有する変異型CYP72A154タンパク質、又はCYP72A154タンパク質のアミノ酸配列と60%以上の同一性を有するアミノ酸配列を有するCYP72A154タンパク質オルソログのいずれか、及び
[3]UGT73P12タンパク質、UGT73P12タンパク質のアミノ酸配列において1若しくは複数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を有する変異型UGT73P12タンパク質、又はUGT73P12タンパク質のアミノ酸配列と60%以上の同一性を有するアミノ酸配列を有するUGT73P12タンパク質オルソログのいずれか、並びに
前記工程後に得られる植物形質転換体を培養する工程
を含む、前記製造方法。
(13)植物形質転換体の不定胚を培養する、(12)に記載の製造方法。
(14)前記植物がβ-アミリンを生合成できる、(12)又は(13)に記載の製造方法。
(15)前記工程後に得られる植物形質転換体から種子を取得する工程をさらに含む、(12)~(14)のいずれかに記載の製造方法。
(16)前記種子からグリチルリチンを含む抽出液を抽出する工程をさらに含む、(15)に記載の製造方法。
1-1.概要
本発明の第1の態様は、グリチルリチン製造用の植物形質転換体である。本発明のグリチルリチン製造用の植物形質転換体は、特定の酵素の発現又は活性が抑制又は阻害されている一方、グリチルリチン生合成に関わる複数の酵素をコードする発現ベクターを包含する。本発明の植物形質転換体は、β-アミリンからグリチルリチンを生合成することができ、それによりグリチルリチンの生物生産系として利用することができる。
本明細書で頻用する用語について、以下で定義をする。
本明細書において「オレアナン型トリテルペノイド」とは、5環性のオレアナン骨格を有し、6個のイソプレン単位からなるC30のイソプレノイドをいう。本発明では最終目的物であるグリチルリチンの非糖部分(アグリコン)に相当する。本明細書に記載のオレアナン型トリテルペノイドは、特に断りの無い限り、3位の炭素にヒドロキシ基(OH基)を有するオレアナン型トリテルペノイドを意味する。オレアナン型トリテルペノイドの具体例として、限定はしないが、β-アミリン、11-オキソ-β-アミリン、30-ヒドロキシ-11-オキソ-β-アミリン、30-ヒドロキシ-β-アミリン、24-ヒドロキシ-β-アミリン、11-デオキソグリチルレチン酸、グリチルレチン酸、オレアノール酸、メジカゲニン酸、ソヤサポゲノールB、ソヤサポゲノールA、α-ボスウェリン酸、ヘデラゲニン、カメリアゲニン、及びサイコゲニン、プラチコジゲニン、プレセネギン、マスリン酸等が挙げられる。
1-3-1.構成の概要
本明細書における「植物形質転換体」は、β-アミリンからグリチルリチンを生合成できるように遺伝子改変された、宿主及びその後代をいう。より具体的には、本発明の植物形質転換体は、「1-3-3.標的内因性酵素」で述べるようにグリチルリチン生合成の障害となり得る内因性酵素の発現又は活性が抑制又は阻害されており、かつ、「1-3-4.包含する発現ベクター」で述べるようにグリチルリチン生合成に関わる外因性グリチルリチン生合成酵素の発現ベクターを包含する宿主及びその後代である。本発明の植物形質転換体は遺伝子組換え体であってもよい。
本発明において形質転換される宿主はカンゾウ(G. uralensis)以外の植物である。宿主となる植物種は、限定しない。グリチルリチン生合成の出発物質であるβ-アミリンは、多くの植物が生合成することができる。本発明に使用する宿主は、β-アミリンを生合成できる植物、あるいは生合成できない植物のいずれであってもよい。すなわち、宿主におけるβ-アミリンの生合成は、内因的な合成系に基づくものであってもよいし、外因的な合成系に基づくものであってもよい。好ましくは、β-アミリンを生合成できる植物、すなわち内因的な合成系を有する宿主を利用することができる。例えば、アカザ科(Chenopodiaceae)、ウコギ科(Araliaceae)、キキョウ科(Campanulaceae)、セリ科(Apiaceae)、ヒメハギ科(Polygalaceae)、又はマメ科(Fabaceae)が挙げられる。より好ましくは、β-アミリン合成能が高く、繁殖力が旺盛で、育成しやすい植物種、例えばマメ科植物である。例えば、ダイズ属(Glycine)に属する種、ミヤコグサ属(Lotus)に属する種等が挙げられる。ダイズ属(Glycine)のダイズ(Glycine max)は、栽培が容易であり、その種子は様々な食品や飲料への加工が可能であるため、本発明に使用する宿主として好適である。
本発明の植物形質転換体は、同一の遺伝情報を有するクローン体を包含する。植物形質転換体第1世代から採取した植物体の一部、例えば、表皮、師部、柔組織、木部若しくは維管束のような植物組織、葉、花弁、茎、根若しくは種子のような植物器官、又は植物細胞から植物組織培養法や挿し木、接木若しくは取り木によって得られるクローン体、あるいは根茎、塊根、球茎、ランナー等のような植物形質転換体第1世代から無性生殖で得られる栄養繁殖器官より新たに生じた新たなクローン体、植物形質転換体第1世代若しくはそれに由来するクローン体から脱分化処理によって誘導される不定胚等も本発明の植物形質転換体に含まれる。
本発明の植物形質転換体は、グリチルリチン生合成の障害となり得る内因性酵素の発現又は活性が抑制又は阻害されている。
本明細書では、本発明の植物形質転換体において発現又は活性を抑制又は阻害する標的となる内因性酵素を「標的内因性酵素」という。
以下では、標的内因性酵素を、植物形質転換体において、(1)必須標的内因性酵素と、(2)選択的標的内因性酵素に分けて説明する。
本発明において、「必須標的内因性酵素」とは、発現又は活性が抑制又は阻害されることが必須である標的内因性酵素をいう。
本発明において、「選択的標的内因性酵素」とは、選択的に発現又は活性が抑制又は阻害される標的内因性酵素をいう。
本発明の植物形質転換体において、「選択的標的内因性酵素」とは、グリチルリチン生合成の障害となり得る内因性糖転移酵素である。
本発明の植物形質転換体は、グリチルリチン生合成に関わる外因性の酵素(以下、しばしば「外因性グリチルリチン生合成酵素」と表記する)の発現ベクターを包含する。
本発明において、「必須発現ベクター」とは3種の必須の外因性グリチルリチン生合成酵素の発現ベクターをいう。
「CYP88D6発現ベクター」は、オレアナン型トリテルペノイドにおけるC11位を酸化する活性を有するポリペプチドを発現可能な状態で含む発現ベクターである。前記活性を有するポリペプチドとして、例えばCYP88D6タンパク質若しくはその活性断片、変異型CYP88D6タンパク質、又はCYP88D6タンパク質オルソログ(本明細書では、しばしば「CYP88D6タンパク質等」と表記する)のいずれかをコードする遺伝子及びその断片(本明細書では、しばしば「CYP88D6遺伝子等」と表記する)が挙げられる。したがって、植物形質転換体内ではCYP88D6発現ベクターによりCYP88D6タンパク質等が発現する。
「CYP72A154発現ベクター」は、オレアナン型トリテルペノイドにおけるC30位を酸化する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子及びその断片(本明細書では、しばしば「CYP72A154遺伝子等」と表記する)を発現可能な状態で含む発現ベクターである。前記活性を有するポリペプチドとして、例えば、CYP72A154タンパク質若しくはその活性断片、変異型CYP72A154タンパク質、又はCYP72A154タンパク質オルソログ(本明細書では、しばしば「CYP72A154タンパク質等」と表記する)が挙げられる。したがって、植物形質転換体内ではCYP72A154発現ベクターによりCYP72A154タンパク質等が発現する。
「UGT73P12発現ベクター」は、オレアナン型トリテルペノイドモノグルクロニドにおけるグルクロン酸のC2位のヒドロキシ基にグルクロン酸を転移する活性(以下、しばしば「第2段階配糖化活性」と表記する)を有するポリペプチドをコードする遺伝子及びその断片(本明細書では、しばしば「UGT73P12遺伝子等」と表記する)を発現可能な状態で含む発現ベクターである。前記活性を有するポリペプチドとして、例えば、UGT73P12タンパク質若しくはその活性断片、変異型UGT73P12タンパク質、又はUGT73P12タンパク質オルソログ(本明細書では、しばしば「UGT73P12タンパク質等」と表記する)が挙げられる。したがって、植物形質転換体内ではUGT73P12発現ベクターによりUGT73P12タンパク質等が発現する。
本発明において、「選択的発現ベクター」とは、上記必須発現ベクター以外で本発明の植物形質転換体が包含する1種以上の選択的な外因性グリチルリチン生合成酵素の発現ベクターをいう。
「CSyGT発現ベクター」は、オレアナン型トリテルペノイドにおけるC3位のヒドロキシ基にグルクロン酸を転移する活性(以下、しばしば「第1段階配糖化活性」と表記する)を有するポリペプチドをコードする遺伝子及びその断片(本明細書では、しばしば「CSyGT遺伝子等」と表記する)を発現可能な状態で含む発現ベクターである。前記活性を有するポリペプチドとして、例えば、CSyGTタンパク質若しくはその活性断片、変異型CSyGTタンパク質、又はCSyGTタンパク質オルソログ(本明細書では、しばしば「CSyGTタンパク質等」と表記する)が挙げられる。したがって、CSyGT発現ベクターを包含する植物形質転換体内ではCSyGT発現ベクターによりCSyGTタンパク質等が発現する。
本発明の植物形質転換体によれば、従来グリチルリチンを生合成できなかった宿主であっても、β-アミリンを出発物質として、その代謝産物としてグリチルリチンを生合成できるようになる。
2-1.概要
本発明の第2の態様は、グリチルリチン製造用植物形質転換体の製造方法に関する。本発明の植物形質転換体の製造方法によれば、グリチルリチンを製造することができる植物形質転換体を製造することができる。これによって、カンゾウ属植物以外の様々な植物でこれまでに生合成することのできなかったグリチルリチンを製造することが可能となる。
本発明のグリチルリチン製造用植物形質転換体の製造方法は、必須の工程として抑制/阻害工程、及び導入工程を含む。以下、各工程について具体的に説明をする。
本態様において「抑制/阻害工程」とは、宿主植物においてグリチルリチン生合成の障害となり得る内因性酵素の発現又は活性を抑制又は阻害する工程である。
本明細書において「既存の変異体の利用」とは、当該技術分野で既に存在している変異体を利用することを意味する。ここでいう「変異体」とは、標的遺伝子、すなわち各内因性酵素をコードする遺伝子に変異を生じた植物体をいう。変異は、各標的遺伝子の野生型遺伝子における付加、欠失、及び/又は置換が含まれる。変異体は、変異を含む標的遺伝子の機能が欠損、阻害、又は抑制されているものが好ましい。「既存の変異体」とは、過去に収集され、各種配布機関によって収集、保存、提供されており、適宜利用することができる変異体である。自然変異体、あるいは人為的に作出された既存の変異体のいずれであってもよい。また、既存の変異体同士の交配によって、複数の遺伝子に変異を生じた多重変異体を作出してもよい。例えば、宿主がダイズであれば、ソヤサポニンのC22位第2糖転移酵素Sg-1の自然変異体「きぬさやか」、C3位第3糖転移酵素Sg-3の自然変異体「御厨青」、C3位第2糖転移酵素Sg-4の自然変異体「Jack」、C21位水酸化酵素Sg-5の自然変異体「東北152号」を交配し、多重変異体を作出することができる。
本明細書において「変異原処理」とは、対象の植物に対して突然変異を誘発する処理をいう。処理方法は特に限定しない。例えば、X線や紫外線等の電磁波又は放射線を照射する処理、ニトロソグアニジン、ニトロソアミン、ブロモデオキシウリジン、N-エチル-N-ニトロソウレア、エタンスルホン酸メチル、ベンゾピレン、臭化エチジウム等の突然変異誘発剤を接触させる処理、ウイルスやトランスポゾン等を利用して核酸をゲノム中のランダムな位置に導入する処理等を挙げることができる。変異原処理によって、点変異や欠失変異、挿入変異等の突然変異が誘発される。変異原処理後、表現型等により標的遺伝子に変異を生じた候補変異体を分離し、PCRを用いた塩基配列決定により標的遺伝子への変異導入を確認することで目的とする標的遺伝子の変異体を得ることができる。
本明細書において「遺伝子ノックダウン」とは、標的遺伝子の発現レベルを減少させる操作をいう。例えば、標的遺伝子から転写されるRNAにハイブリダイズすることのできるアンチセンスDNAを用いて、RNaseHにより標的遺伝子のmRNAを分解するアンチセンス法や、siRNAやshRNAを用いて標的mRNAを分解することにより遺伝子の発現を転写後に抑制するRNA干渉法(RNAi)等が挙げられる。例えば、アンチセンス核酸やshRNAの発現ベクターを細胞に導入する方法や、人工核酸を含むアンチセンス核酸やshRNAを使用する方法が挙げられる。
本明細書において「遺伝子ノックアウト」とは、染色体上の標的遺伝子に挿入や欠失を加えることにより遺伝子の機能を破壊することをいう。遺伝子ノックアウトには、相同組換えを用いて内因性の遺伝子を改変する遺伝子ターゲティング法や、ZFNやTALEN等の人工のDNA切断酵素や、CRISPR/Cas等の部位特異的ヌクレアーゼを用いるゲノム編集技術を用いることができる。本発明における遺伝子ノックアウトは、条件付き遺伝子ノックアウトであってもよい。本明細書において「条件付き遺伝子ノックアウト」とは、部位特異的及び/又は時期特異的な遺伝子ノックアウトをいう。条件付き遺伝子ノックアウトは、例えば、DNA組換え酵素の認識配列を標的遺伝子の前後に導入し、部位特異的及び/又は時期特異的な活性を有するプロモーターの制御下でDNA組換え酵素を発現させ、部位特異的組換え反応を引き起こすことによって行うことができる。条件付き遺伝子ノックアウトでは、標的遺伝子が生存や生育に必須の遺伝子であっても、その遺伝子の機能が生存や生育に必須となる部位や時期以外において遺伝子を破壊することで、生存や生育が可能な個体を作出することができる。本発明では、例えば、標的内因性酵素遺伝子が必須遺伝子であっても、条件付き遺伝子ノックアウトによりグリチルリチンを豊富に産生し得る部位(例えば種子)及び/又は時期に限定して遺伝子を破壊すれば、生存や生育が可能な個体を作出することができるため、特に有用である。
本態様において「導入工程」は、外因性グリチルリチン生合成酵素の発現ベクターを宿主植物に導入する工程である。本工程で発現ベクターによって導入される外因性グリチルリチン生合成酵素遺伝子の構成は、前記第1態様の「1-3-4.包含する発現ベクター」の記載に準じる。したがって、ここでは、発現ベクターのその他の構成について述べる。
3-1.概要
本発明の第3の態様は、グリチルリチン製造用植物形質転換体から得られる種子又は不定胚である。本発明の種子又は不定胚は、グリチルリチン生合成の障害となり得る酵素の発現又は活性が抑制又は阻害されており、かつグリチルリチン生合成に関わる酵素の発現ベクターを包含する。
本発明の種子又は不定胚は、グリチルリチンを豊富に含有する種子や植物体として、またグリチルリチンを含有する食品等の原料として利用することができる。
本発明の種子は、通常の種子を得るための当該分野で公知の技術を用いて、第1態様のグリチルリチン製造用植物形質転換体から得ることができる。例えば、グリチルリチン製造用植物形質転換体を適切な土壌又は培地で栽培し、開花、結実させた後に得ればよい。
4-1.概要
本発明の第4の態様は、グリチルリチンの製造方法である。本発明の製造方法は、第1態様のグリチルリチン製造用植物形質転換体を生物生産系として使用し、β-アミリンからグリチルリチンを製造することを特徴とする。
本発明の製造方法は、必須の工程として抑制/阻害工程、導入工程、及び培養工程を、また選択工程として種子取得工程、及び/又は抽出工程を含む。
(1)抑制/阻害工程
本態様における「抑制/阻害工程」は、基本的には第2態様に記載の抑制/阻害工程に準ずればよい。本工程により宿主植物において標的内因性酵素の発現又は活性が抑制又は阻害される。
本態様における「導入工程」は、基本的には第2態様に記載の導入工程に準ずればよい。本工程により宿主植物に外因性グリチルリチン生合成酵素の発現ベクターが導入される。
本態様において「培養工程」は、抑制/阻害工程、及び導入工程によって得られた植物形質転換体を培養する工程である。
本態様における「種子取得工程」は、前記培養工程で種子を形成した植物体からその種子を取得する工程である。種子を取得する方法は、当該分野で公知の方法を適宜選択すればよい。例えば、培養工程後に必要に応じて乾燥させた植物体を脱穀機に投入する等して脱穀し、種子のみを選別する方法が挙げられる。
本態様における「抽出工程」は、前記培養工程で得られた培養物、及び/又は前記種子取得工程で得られた種子からグリチルリチンを抽出する工程である。
本態様のリチルリチン製造方法によれば、カンゾウに依らないグリチルリチンの生産法を確立することができる。例えば、カンゾウ以外の栽培が容易な植物を宿主として用いれば、従来高価であったグリチルリチンを様々な植物種で、安定的に、かつ大量に製造することが可能となる。例えばダイズを宿主として用いれば、ダイズを用いたグリチルリチンの生産法を確立することができる。
種子特異的に発現するインゲンマメ(Phaseolus vulgaris)のアルセリン遺伝子(arc5-I)のプロモーター(配列番号1)をフォワードプライマー(配列番号2)及びリバースプライマー(配列番号3)を用いて増幅したPCR産物、カンゾウのcDNA由来のCYP88D6遺伝子(配列番号4)をフォワードプライマー(配列番号5)及びリバースプライマー(配列番号6)を用いて増幅したPCR産物、arc5-Iのターミネーター(配列番号7)をフォワードプライマー(配列番号8)及びリバースプライマー(配列番号9)を用いて増幅したPCR産物をoverlap extension PCR法により連結し、得られたA5P-CYP88D6-A5T配列をpCR4Blunt-TOPOベクター(Invitrogen社)にクローニングした。同様に、arc5-Iのプロモーター(配列番号1)をフォワードプライマー(配列番号10)及びリバースプライマー(配列番号11)を用いて増幅したPCR産物、カンゾウのcDNA由来のCYP72A154遺伝子(配列番号12)をフォワードプライマー(配列番号13)及びリバースプライマー(配列番号14)を用いて増幅したPCR産物、arc5-Iのターミネーター(配列番号7)をフォワードプライマー(配列番号15)及びリバースプライマー(配列番号16)を用いて増幅したPCR産物をoverlap extension PCR法により連結し、得られたA5P-CYP72A154-A5T配列をpCR4Blunt-TOPOベクターにクローニングした。
実施例1で作製したpCR4Blunt-TOPOベクター(Invitrogen社)にA5P-CYP88D6-A5T配列をクローニングしたプラスミドを鋳型として、A5P配列の3’末端に設計したリバースプライマー(配列番号24)とA5T配列の5’末端に設計したフォワードプライマー(配列番号25)を用いて外向きに増幅したPCR産物(pCR4Blunt-TOPO配列にarc5-Iプロモーター及びターミネーター配列が連結した産物)を、発現抑制用ダイズ組換えベクターpUHR:P11S-IR(Nishizawa K. et al., 2010, Plant Biotech. 27: 409-420)よりXhoI/SacIIを用いて切り出したRNAiカセットと連結して、A5P-RNAi-A5T配列を有するクローニングベクターを得た。同クローニングベクターよりApaI/KpnIにより切り出したA5P-RNAi-A5T配列をダイズ組換え用ベクターpUHG(Khallafalla M. et al., 2005, Breed. Sci. 55: 257-263)に挿入し、arc5-Iのプロモーターとターミネーターを有する発現抑制用ダイズ組換えベクターpUHG:A5P-RNAi-A5Tを得た。
ソヤサポニンのC22位第2糖転移酵素Sg-1の自然変異体「きぬさやか」(Kikuchi, A. et al., Breeding Sci. 1999;49:167-171.;Takada Y. et al., Breeding Sci. 2010; 60:3-8.;Sayama T. et al., Plant Cell. 2012 May; 24(5): 2123-2138.)、C3位第3糖転移酵素Sg-3の自然変異体「御厨青」(Yano R. et al., Plant Cell Physiol. 2018 Apr 1;59(4):792-805.)、C3位第2糖転移酵素Sg-4の自然変異体「Jack」(Takada Y. et al., Breed Sci. 2012;61(5):639-645.)、C21位水酸化酵素Sg-5の自然変異体「東北152号」(Takada Y. et al., Theor Appl Genet. 2013 Mar;126(3):721-31.;Yano R. et al., Plant J. 2017 Feb;89(3):527-539.)を交配し、変異を集積させたJKMT株を作出した。
実施例3で作出したJKMT(sg-1、sg-3、sg-4、sg-5)株の未熟胚から誘導した不定胚を遺伝子組換えに用いた。
実施例4により得られた成熟不定胚の乾燥粉末サンプルに乾燥重量の10倍量の80%エタノールを添加し攪拌後、室温で1時間抽出したのち遠心分離し上清を回収した。GL Sciences 社のGL chromate disk 4A filter (ポアサイズ0.2 μm) でフィルター処理しLC-MS分析の試料とした。LC-MS分析には、ACQUITY UPLC/TQD-MS(Waters Corp.)とUPLC HSS C18 (2.1 mm x 150 mm, 1.7μm) 分析カラム(Waters Corp.)を使用した。分析条件はNomura Y. et al., 2019, Plant J., 99: 1127-1143に記載の条件を使用した。SIMモードを用いて最終目標産物のグリチルリチン (m/z 821.4)に焦点を絞った分析を行った。その結果、組換えダイズ不定胚「11-2」の抽出サンプルにおいて、グリチルリチンの標準化合物(図5d)と同じカラム保持時間(9 min)にピークが検出された(図5c)。一方、Jack株及びJKMT株では、同じピークは検出されなかった(図5a及びb)。次に、組換えダイズ不定胚「11-2」に由来するカラム保持時間9 minのサンプルに対して質量分析を行った結果、組換えダイズ不定胚「11-2」ではグリチルリチンに対応するピーク(m/z = 821.4)が検出された(図6)。グリチルリチンを示すピークは、野生型ダイズ自然変異体のJack株及び遺伝子導入のバックグランドに使用したJKMT株からは検出されなかった。
Claims (12)
- グリチルリチン製造用のダイズ属(Glycine)由来の植物形質転換体であって、
β-アミリンからオレアナン型トリテルペノイド及びその配糖体を合成する代謝経路においてアグリコン部のC11位及びC30位以外の炭素位を水酸化する全ての内因性水酸化酵素の発現又は活性が抑制又は阻害されており、かつ
以下の(1)~(3)で示す3種類のタンパク質をコードする塩基配列を含む発現ベクターを含む、前記植物形質転換体。
(1)配列番号70で示すアミノ酸配列からなるCYP88D6タンパク質、配列番号70で示すアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を有し、オレアナン型トリテルペノイドにおけるC11位を酸化する活性を有する変異型CYP88D6タンパク質、又は配列番号70で示すアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を有し、オレアナン型トリテルペノイドにおけるC11位を酸化する活性を有するCYP88D6タンパク質オルソログのいずれか、
(2)配列番号71、87、又は88のいずれかで示すアミノ酸配列からなるCYP72A154タンパク質、配列番号71、87、又は88のいずれかで示すアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を有し、オレアナン型トリテルペノイドにおけるC30位を酸化する活性を有する変異型CYP72A154タンパク質、又は配列番号71、87、又は88のいずれかで示すアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を有し、オレアナン型トリテルペノイドにおけるC30位を酸化する活性を有するCYP72A154タンパク質オルソログのいずれか、及び
(3)配列番号72で示すアミノ酸配列からなるUGT73P12タンパク質、配列番号72で示すアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を有し、オレアナン型トリテルペノイドモノグルクロニドにおけるグルクロン酸のC2位のヒドロキシ基にグルクロン酸を転移する活性を有する変異型UGT73P12タンパク質、又は配列番号72で示すアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を有し、オレアナン型トリテルペノイドモノグルクロニドにおけるグルクロン酸のC2位のヒドロキシ基にグルクロン酸を転移する活性を有するUGT73P12タンパク質オルソログのいずれか - 前記内因性水酸化酵素がオレアナン型トリテルペノイドにおけるC21位、C22位、及びC24位を水酸化する活性を有する、請求項1に記載の植物形質転換体。
- 前記代謝経路において、以下の(a)~(d)の内因性酵素のうち1つ以上の発現又は活性がさらに抑制又は阻害されている、請求項1又は2に記載の植物形質転換体。
(a)オレアナン型トリテルペノイドモノグルクロニドにおけるC3位のグルクロン酸のC2位のヒドロキシ基にガラクトース又はアラビノースを転移する活性を有する内因性糖転移酵素、
(b)オレアナン型トリテルペノイドのC3位のグルクロン酸+ガラクトース又はグルクロン酸+アラビノースのC2位のヒドロキシ基にグルコース又はラムノースを転移する活性を有する内因性糖転移性酵素、
(c)オレアナン型トリテルペノイドにおけるC22位のヒドロキシ基にアラビノースを転移する活性を有する内因性糖転移酵素、及び
(d)オレアナン型トリテルペノイドにおけるC22位のアラビノースのC3位のヒドロキシ基にキシロース又はグルコースを転移する活性を有する内因性糖転移酵素 - 以下の(4)で示すタンパク質をコードする塩基配列を含む発現ベクターをさらに含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の植物形質転換体。
(4)配列番号91、69、又は93で示すアミノ酸配列からなるCSyGTタンパク質、配列番号91、69、又は93で示すアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を有し、オレアナン型トリテルペノイドにおけるC3位のヒドロキシ基にグルクロン酸を転移する活性を有する変異型CSyGTタンパク質、又は配列番号91、69、又は93で示すアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を有し、オレアナン型トリテルペノイドにおけるC3位のヒドロキシ基にグルクロン酸を転移する活性を有するCSyGTタンパク質オルソログのいずれか - 前記植物がβ-アミリンを生合成できる、請求項1~4のいずれか一項に記載の植物形質転換体。
- 前記ダイズ属(Glycine)がダイズである、請求項1~5のいずれか一項に記載の植物形質転換体。
- 種子又は不定胚である、請求項1~6のいずれか一項に記載の植物形質転換体。
- β-アミリンを含むダイズ属(Glycine)由来の植物を用いてグリチルリチンを製造する方法であって、
前記植物において、オレアナン型トリテルペノイドにおけるC21位、C22位、及びC24位を水酸化する活性を有する内因性水酸化酵素の発現又は活性を抑制又は阻害する抑制/阻害工程、
以下の(1)~(3)で示す3種類のタンパク質をコードする塩基配列を含む発現ベクターを前記植物に導入する導入工程
(1)配列番号70で示すアミノ酸配列からなるCYP88D6タンパク質、配列番号70で示すアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を有し、オレアナン型トリテルペノイドにおけるC11位を酸化する活性を有する変異型CYP88D6タンパク質、又は配列番号70で示すアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を有し、オレアナン型トリテルペノイドにおけるC11位を酸化する活性を有するCYP88D6タンパク質オルソログのいずれか、
(2)配列番号71、87、又は88のいずれかで示すアミノ酸配列からなるCYP72A154タンパク質、配列番号71、87、又は88のいずれかで示すアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を有し、オレアナン型トリテルペノイドにおけるC30位を酸化する活性を有する変異型CYP72A154タンパク質、又は配列番号71、87、又は88のいずれかで示すアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を有し、オレアナン型トリテルペノイドにおけるC30位を酸化する活性を有するCYP72A154タンパク質オルソログのいずれか、及び
(3)配列番号72で示すアミノ酸配列からなるUGT73P12タンパク質、配列番号72で示すアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を有し、オレアナン型トリテルペノイドモノグルクロニドにおけるグルクロン酸のC2位のヒドロキシ基にグルクロン酸を転移する活性を有する変異型UGT73P12タンパク質、又は配列番号72で示すアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を有し、オレアナン型トリテルペノイドモノグルクロニドにおけるグルクロン酸のC2位のヒドロキシ基にグルクロン酸を転移する活性を有するUGT73P12タンパク質オルソログのいずれか、並びに
前記抑制/阻害工程及び前記導入工程後に得られる植物形質転換体を培養する培養工程を含む、前記製造方法。 - 前記植物形質転換体の不定胚を培養することを含み、前記不定胚は、前記内因性水酸化酵素の発現又は活性が抑制又は阻害されており、かつ前記(1)~(3)で示す3種類のタンパク質をコードする塩基配列を含む発現ベクターを含む、請求項8に記載の製造方法。
- 前記植物がβ-アミリンを生合成できる、請求項8又は9に記載の製造方法。
- 前記培養工程後の前記植物形質転換体から種子を取得する工程をさらに含み、前記種子は、前記内因性水酸化酵素の発現又は活性が抑制又は阻害されており、かつ前記(1)~(3)で示す3種類のタンパク質をコードする塩基配列を含む発現ベクターを含む、請求項8に記載の製造方法。
- 前記種子からグリチルリチンを含む抽出液を抽出する工程をさらに含む、請求項11に記載の製造方法。
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