JPH05506358A - 植物組織のエチレンレベルを変更する方法及び組成物 - Google Patents
植物組織のエチレンレベルを変更する方法及び組成物Info
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- JPH05506358A JPH05506358A JP91510151A JP51015191A JPH05506358A JP H05506358 A JPH05506358 A JP H05506358A JP 91510151 A JP91510151 A JP 91510151A JP 51015191 A JP51015191 A JP 51015191A JP H05506358 A JPH05506358 A JP H05506358A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
23、請求項12から16のいずれか1項に記載の方法によって変更されたエチ
レンレベルを有する植物細胞。
明細書
植 組織のエチレンレベルを変 する 法 び組成物本出願は、1990年4月
26日付の米国特許出願第071514.029号の一部継続出願である。
見1五jfJf
本発明は、エチレンレベルの変更によって植物組織の成長関連特性を変化させる
ことに係わる。
1旦立1遣
エチレン(CH2= C1,)は、高等植物における組織の成長及び発育の自然
調節に関与するガス状ホルモンである。エチレンは植物細胞によって規則的に生
成され、二酸化炭素と同様にして植物組織外へ拡散する。植物細胞は常に低しベ
な成長及び発育をもたらし得る。植物の成長段階に応じて様々な植物部分に、エ
チレンへの暴露の結果として特定の効果が表われ得る。
植物発育の特定段階に、エチレン生成レベルの上昇が観察される。この急激なエ
チレン増加は特定の植物過程、特に種子の発芽、受粉、傷害その他の様々なスト
レスを被った時、果実の成熟、葉及び花弁の老化、並びに器官脱離と同時期に起
こると考えられる0通常、上記過程は総て加水分解酵素のレベル上昇を招く。果
実の成熟、花の老化、及び器官脱離などの過程でのエチレン生成は゛自己触媒的
”と説明される。即ち、組織がエチレンに暴露されると該組織によって生成され
るエチレンの量が甚だしく増加し、かつエチレン媒介作用に対する該組織の感受
性が甚だしく高まる。組織に′当てられる“エチレンは、エチレン生成が増加し
、かつ同時期に存在する他の植物組織からエチレンがエチレンガスとして、また
はエチレンを放出する化学組成物として外部に当てられる結果として集積する放
出エチレンである。所与の“エチレン過敏”組織と無関係な組織は、増加したエ
チレンに晒されても比較的影響されないままである。即ち、エチレン感受性に関
してはまず第一に、他のホルモン作用が関与すると仮定される。
最近の農業及び園芸では、エチレンの特性が成る程度実地に利用されている。高
レベルのエチレンを発する組織に対する暴露を回避することにより、残りのエチ
レン過敏組織において望ましくない変化が共感的に惹起されるのを防止する。即
ち、切り花をチオ硫酸銀の形態の銀イオンで処理して、エチレン生成の増加によ
って観察される老化を遅れさせる。同様に、未熟のクリマクテリツク型果実は使
用時まで十分な換気の下に貯蔵を継続する。トマトの場合、成熟が望ましければ
果実を外来エチレンで、即ちエチレンガスか、またはエテフォン(2−り四ロエ
タンホスホン酸)などのエチレン放出化合物で処理する。
遺伝子工学の出現に伴い、植物におけるエチレン生成を、特に生成エチレンの増
加及び集積を防止するべく調節する様々な方策が提案された。特に、エチレンの
生合成に関与する様々な遺伝子のアンチセンスはエチレン生成を調節する機構を
提供し得る。しがし、アンチセンス技術では、所期の遺伝子に対して高度の相補
性を有するDNA配列を用いなければならない、様々な作物のエチレン合成経路
にみられる僅かな相違は、所望の表現型変化を最小限の労力で有効に実現する可
能性を潰しがねない、このような方法は(1種以上の)特定の遺伝子、また植物
そのものとしてもしばしば特定の種類にしが適用できないので、きわめて様々な
作物にあまねく適用可能な方法が必要となる。
1ニス1
果実の成熟におけるエチレンの役割及びエチレン合成についてはThompso
n et al、ed、、 Plant 5enescenee: Its肚肚
■凪躬コ」非L13並ハ□、 pp、 156−166、1987に述べられて
おり、植物発生の他の段階におけるエチレンの役割についてはRoberts
and Tucker ed、、 Eth Iene and PlantDe
velo went、 1985に述べられている。 1979年に^dams
及びYangはPNAS US^76、 pp、 170−174.1979に
おいて、エチレンが1−アミノシクロプロパン−1−カルボン酸(八CC)から
生合成されること、及び植物組織中の^CCのレベルがエチレン生成の速度を制
御することを報告した。八CCをアンモニアとα−ケトブチレートとにする開裂
を触媒する^CCデアミナーゼが、八〇〇を単一窒素源として利用するPseu
dosas種及び酵母Hansenula 5aturnusがら精製された(
Honwa andSbimomura、A ric、Biol、Chew、4
2. pp、1825−1831゜1978) 。
1肌立11
花弁組織、葉組織、及び様々な果実組織など、所期の植物組織のエチレンレベル
を変更する新規な組成物及び方法が提供される。前記方法は、エチレンの生成を
調節し得る酵素をコードするDNA配列に転写解読枠5′末端において結合され
た転写翻訳開始調節領域と、翻訳転写終結領域とを含む、植物細胞内で機能する
発現カセットで所期の植物細胞を形質転換することを含む、上記酵素の発現は、
エチレン生合成に関与する酵素のための基質の濃度を変化させ、それによってエ
チレン生成を減少させる。特に果実及び組織の老化、器官脱離及び/または成熟
に関連するエチレン生成の甚だしい増加を防止するべく、花、果実及び葉といっ
た植物組織でのエチレン生成を選択制御することが特に重要である。
11旦災皇l且泗
第1図はアミノ酸配列(配列同定番号1〜4)と、PCR反応のためのプライマ
ーとして用いるオリゴヌクレオチド八CCDI〜4の、上記アミノ酸配列に対応
するDNA配列(配列同定番号5〜8)とを示す。
第2図は^CCデアミナーゼコード化領域の全DNA配列(配列同定番号9)と
、翻訳されない5′末端領域の623bp、及びやはり翻訳されない3′末端領
域の143bpとを示す。コード化領域の各コドンの下にアミノ酸が1文字表記
で示されている。
第3図は、^CCデアミナーゼゲノムクローンを取り込んだpcGN1479の
部分制限地区を示す。
1定匠五且」
本発明は、所期の組織においてエチレン生合成のための基質の代謝を高めること
によって植物生産品のエチレン濃度を変更し得る新規なりN^配列、DN^楕遺
体、方法及び組成物を提供する。植物細胞を、所期の組織中のエチレン生合成前
駆体の量を減少させ得る酵素をコードするDNA配列を含む発現カセットで形質
転換する。望ましくは、上記発現カセットの植物宿主ゲノムへの組み込みを実現
する組み込み楕遺体が製造され得る。所望用途次第では、代謝中間体を所期の組
織において選択的に発現させることが有用であり得る6組織特異性は、望ましい
発現プロフィールを有する転写頂部領域を用いることによって達成され得る。
即ち本発明は、エチレン生成の増加を制御して、エチレンの生成及びエチレンへ
の暴露が増えることによってもたらされる有害な生理的変化を遅延させる手段を
実現し得る。
望ましくは、上記のような効果が維持されるのは常に所期に関連するホルモン活
性に影響することはない、換言すれば、他の植物過程への影響は最小限であるこ
とが望ましい。
例えば、切り花の花弁及び/または葉のエチレン濃度を低下させれば、当該植物
はさほど急速には萎れなくなる。前記植物には、ペチュニア、バラ、カーネーシ
ョン、センボンヤリ、キクその他のあらゆる所期の園芸作物が含まれる。
同様に野菜の品質も、特に本発明が黄ばみまたは萎れの作用を軽減するべくブロ
ッコリー、クール、パセリ及びホウレンソウのような緑黄色野菜及び/または葉
菜、並びにニンジン、キュウリ、柑橘類果実及び穀物などの他の果実及び野菜に
適用された場合向上する。エチレンへの暴露を制御することによって、トマト、
キュウリ、キーウィーフルーツ、バナナ、メロン、リンゴ、アボカド及びナシの
ような果実及び野菜の品質低下を防止できることも証明された。
エチレン生成増加に関連して生起する、花組織、葉組織、及び柑橘類果実のよう
な、クリマクテリツク型であると看做されない果実を含めた果実組織全般の早期
退化、特にセイヨウアブラナ種に見られる莢片、及びワタの日英のような発生関
連果実構造に関する早期退化などに対して本発明を用いた場合も、エチレン制御
が有効であるはずである。
また、本発明を農作物に適用した場合、エチレン生成の制御によって葉の老化速
度が低下し、それによって穀物生産が増加し得る。このように、本明細書によっ
て明確化され得る本発明の潜在的用途は、きわめて様々な農作物及び農業製品に
非常に多く存在する。そのうえ、組織によっては外来エチレンの適用を、エチレ
ン生成の自然増加と共に観察される典型的“自己触媒”効果の惹起に用いて、例
えば同時成熟などの比較的明確な利益のために内在エチレン生成の減少を“無効
”にし得る。
植物のエチレンレベルを低下させるべく植物細胞を、5′−3′転写方向に転写
翻訳開始調節領域と、エチレン生合成の前駆体のレベルを低下させ得る酵素をコ
ードする構造遺伝子と、転写翻訳終結調節領域とを含む発現カセットで形質転換
する。上記開始及び終結調節領域は宿主植物細胞内で機能し、これらの領域は宿
主植物と同種であっても異種であってもよい。
後段で詳細に検討するように、調節領域は植物宿主、及び所望の発現プロフィー
ル次第で様々である1本発明のDNAN遺構の大部分は、植物全体で十分一様に
(連続的に)発現するか、または選択的に(時点及び/または組織特異的に)発
現するように選択された植物的機能性の調節領域を含む、このようにして、エチ
レンの付加的制御が実現さエチレン濃度を低下させる手段として特に興味深いの
は、エチレン生合成のための基質の有効性及び/または濃度に直接影響する酵素
の使用である。M物組織においてエチレン生合成の前駆体を代謝させるべく特定
の酵素を用いる場合に考慮するべき要件には、当該酵素の最適pi、有効基質が
当該酵素のための単一基質であるかどうか、及び当該酵素が必要とする補因子が
含まれる。所期の酵素は、宿主植物細胞内に見いだされる生化学的環境に適合し
得る動力学的パラメーターを有するべきである6例えば、当該酵素は他の酵素と
基質について競合しなければならないかもしれない、従って、所与の酵素が所与
の宿主植物におけるエチレン生成の制限に適し得るかどうかの決定では問題の酵
素のに1及び比活性の分析が考慮されるべきである。
即ち、酵素は所望の標的組織に存在する諸条件下に機能し得るものでなければな
らないであろうが、この点を除けば該酵素は、エチレン生合成に否定的影響を及
ぼし得るという所望の特性を有する任意の酵素であり得る6特に重要な酵素は、
1−アミノシクロプロパン−1−カルボン酸(^CC)を代謝させる酵素である
。植物において、八〇〇のレベルはエチレン生成のレベルと緊密に相関する。従
って、所期の植物組織におけるエチレンの生成は、該組織の^CCレベルを低下
させることによって減少可能である。 Pseudomonas属の様々な細菌
、及びHansenula 5aLurnusなどの様々な酵母を非限定的に含
めた数種の微生物が八CCを利用し得る。
特に重要であるのは、^CCを単一窒素源として用いる細菌Pseudonon
as種^CPである。八CCを代謝させる酵素の特徴は十分明らかにされており
、該酵素は八CCを、いずれも植物の通常の代謝中間体であるアンモニアとα〜
ケトブチレートとに変換する。植物において^CCデアミナーゼを発現させるの
は、八CCを除去し、それによって八CCのエチレンへの転換を低減するためで
ある。
Pseudosonas種^CP由来の^CCデアミナーゼは高いへCC特異性
を有する(Km=15IIM)、 11.5aturnus由来の^CCデアミ
ナーゼは上記デアミナーゼより大きい、即ち2.6mMのに、値を有する。
デアミナーゼのための構造遺伝子は様々な方法で得ることができる。上記遺伝子
は、八〇〇を異化させ得る、Pseudo−シュ■属の細菌、酵母その他の微生
物を含めた様々な原核細胞などの天然源から取得可能である。
大体において、デアミナーゼ構造遺伝子の幾つか、または総ては天然源に由来す
るか、またはそのような配列と少なくとも実質的に相同の遺伝子である。状況に
よっては、例えば宿主にとって好ましいコドンを用いることによって発現を促進
するべくコドンの全部または一部を変更することが望ましい場合が有る0個々の
状況毎に様々な程度の困難が生じ得るが、所期の配列を同定する方法については
参考文献中に広範な例示がみられる。様々な技術の中に、ゲノムライブラリーま
たはcDN^DMAラリーに相補的配列をもとめる場合にプローブを用いること
が含まれている。橘入するべき構造遺伝子が原核細胞に由来する場合は該原核遺
伝子の、コード化を行なわない3′末端領域を最小化することが望ましい、l!
訳されない上記領域が実質的に存在しないことによって、植物細胞におけるmR
N^の転写、安定性、及び/、または翻訳に肯定的影響が及ぼされ得る。
特にM物にとって好ましいコドンを用意することが望ましい場合、遺伝子の全部
または一部を合成することも可能である。即ち、転写解読枠の全部または一部を
、植物宿主に好まれるコドンを用いて合成し得る6M物にとって好ましいコドン
は、所期の特定植物種において最も多量に発現するタンパク質に関して最も頻繁
に出現するコドンがら決定し得る。配列合成方法、及び配列同士を連結する方法
は参考文献中で十分に確立されている。転写解読枠の一部が合成され、一部が天
然源に由来する場合1合成部分は二つの天然部分の連結部として機能し得、また
は3′末端もしくは5′末端を構成し得る。特にシグナル配列と、デアミナーゼ
をコードする転写解読枠とが異なる遺伝子に由来する場合は通常、合成アダプタ
ーが用いられる。あるいはまた、様々な断片が異なる制限部位に抽入され得、ま
たはポリリンカー中の配列と置換され得る場合はポリリンカーが用いられ得る。
in vitro突然変異誘発及び選択、特定部位の突然変異誘発、または他の
手段を用いて天然のデアミナーゼ遺伝子を突然変異させ、基質^CCへのより高
い親和性のような、植物細胞内で機能するうえでより望ましい物理学的及び動力
学的パラメーターを有する酵素を生成させることが可能である。
デアミナーゼ構造遺伝子は植物遺伝子でないので、この遺伝子を植物細胞内で発
現させるためには、植物細胞内で機能する転写翻訳開始調節領域(“プロモータ
ー”)を設けなければならない、植物細胞内で機能する転写翻訳開始シグナルに
は、植物宿主、または他の植物種が有する遺伝子に由来するもの、例えばタバコ
などのりブロースビスリン酸カルボキシラーゼ小サブユニット転写開始領域、カ
リフラワーモザイクウィルス(CaMV)などのウィルスが有するもの、例えば
35S転写開始領域:及び、例えばオクトビン。
マンノビン、アグロビン等のためのオバインシンターゼ転写開始領域のようにT
−DMAと結合したものが含まれる。本発明で用いる転写翻訳開始領域は、互い
に同じであるかまたは異なる(1個以上の)コード化を行なわない5′上上流部
領域から得ることができる。特に重要なのは、タンデムに位置する2個の35S
プロモーター(“二重35Sプロモーター”とも呼称)を含む構造体の転写開始
領域、マンノビンシンターゼ/35Sプロモーター構造体(1990年2月7日
付米国特許出願第477.055号及びComai et al、、 Plan
t Mo1. Biol、 15゜pp、 373−381.1990参照)、
34Sプロモーター(1989年9月7日付米国特許出願第404,283号及
びSanger et al、、 PlantMol、 Biol、 14.
pp、 433−443.1990参照)等である。
用途次第ではプロモーターを、組織及び/または時点特異的なプロフィールによ
って選択的発現を示すcDN^のゲノムクローンから得ることができる0例えば
、花弁特異的cDN^(Lawton et al、、 Plant Ph 5
io1.90. pp、 690−696゜1989)、並びに葉(Duns+
5uir et al、、 Nucleic Ac1ds Res。
Il、 pp、 4177−4183.1983)、板端(Pokalsky
et al、、 Nu−(Pear et al、、Plant Not、Bi
ol、13.pp、639−651.1989)において選択的に発現するcl
)NA等を用い得る。このようにして得られるプロモーター頚では更に、比較的
普遍的な組織特異的プロモーターと非常に局所的、または時点特異的であるプロ
モーターとへの分化が認められ得る0例えば、1990年7月24日付米国特許
第4,943,674号、並びに同時係属出願である1990年9月14日付米
国特許出願第582,241号(即ちPCT特許出願公開第8809334号)
、1990年7月19日付米国特許出願第554,195号(即ちヨーロッパ特
許出願公開第0409829号)、及び1990年7月19日付米国特許出願第
555.711号(即ちヨーロッパ特許出願公開第0409625号)には、ト
マト果実において異なる発現パターンを示す様々なプロモーターが開示されてい
る。特定の用途に応じて、所望の発現パターンを有するプロモーターを選択する
。特定M織において別様に活性である他のプロモーターは、例えば米国特許第4
,943,674号及びPCT特許出願公開第8809334号に開示されてい
る方法を用いる当該組織の分画スクリーニングによって同定し得る。
調節領域は、植物宿主と同種(宿主植物種に由来)であっても異種(宿主植物種
以外の天然源、または合成りNA配列に由来)であってもよい、“同種”という
語は、固有配列と内在配列との両方を包含する。(1個以上の)プロモーターを
構造遺伝子と結合するために、構造遺伝子上流の、コード化を行なわない5′末
端領域をエンドヌクレアーゼで制限して除去し得る6あるいは他の場合には、構
造遺伝子の5′末端付近の、適当な制限部位が存在するところを制限し、かつ構
造遺伝子の欠失したヌクレオチドを補うアダプターを用いて構造遺伝子とプロモ
ーター領域とを連結し得る。
終結領域は、開始領域を得た遺伝子の3′末端領域に由来しても、別の遺伝子に
由来してもよい、終結領域は植物遺伝子、特に転写翻訳の開始に用いた植物遺伝
子に由来し得、タバコリブロースビスリン酸カルボキシラーゼ小サブユニット終
結領域:オクトビンシンターゼ終結領域のような、Tiプラスミドと結合した遺
伝子;または匡終結領域その他の、当業者に公知である3′末端領域であり得る
。
発現カセットの開発では、調節領域及び転写解読枠に含まれる様々な断片を、連
結反応、制限酵素での消化、切断、in vitro突然変異誘発、プライマー
修復、リンカ−及びアダプターの使用等のような異なるプロセッシング条件下に
置き得る。即ち、調節領域及び/または転写解読枠に用いる[lN^においてヌ
クレオチドトランジション、トランスバージョン、導入、欠失等を実現し得る。
従って発現カセットは、その全部または一部、が天然源に由来し得、またその全
部または一部が宿主細胞と同種または異種の供給源から取得され得る。そのうえ
、本発明の様々なりNA楕遺体(DN^配列、ベクター、プラスミド、発現カセ
ット)は単離及び/または精製されるか合成され、即ち“自然に生じる”もので
はない。
発現カセットを構成する際は普通様々なりNA断片を、DNAの増幅、DNAの
修飾、または配列、リンカ−等の結合や除去によるマニピユレーションを可能に
する適当なりローニングベクターでクローン化する1通常、ベクターは、複製が
E、 coliにおいて少なくとも比較的大きいコピー数で行なわれることを可
能にする。
幾つかのベクターがクローニング用として直ちに有効であり、それらの中にはp
BR3ZZ、pUCシリーズ、813シリーズ等のようなベクターが含まれる。
クローニングベクターは、組み換え体の選択を可能にする1種以上のマーカーを
有する。マーカーは通常、抗生物質、重金属、毒素等のような細胞障害物質に対
して耐性である。ベクター及びカセットを適当に制限し、かつ端部をチューイン
グパックやオーバーハングへの充填により適宜修飾してプラント末端とし、リン
カ−と付加し、ティリングすることによって、ベクターを発現カセットまたはそ
の構成要素と連結結合するための相補的端部を形成し得る。
発現カセットの開発でDNAのマニピユレーションを終える度に1ラスミドをク
ローン化し、その配列に関して適正配列が確実に得られたと分析できた特定のカ
セット構成要素を必要に応じて単離する。マニピユレーションの方法次第では、
所望の配列を1ラスミドから切り取って別のベクターに導入したり、プラスミド
を制限して発現カセット構成要素を適宜マニビュレートしたりすることが可能で
ある。
クローニングのためにE、 coliを様々なりN^構遺体くプラスミド及びウ
ィルス)で形質転換する方法は、本発明にとって重要でない。接合、形質導入、
トランスフェクション、または塩化カルシウムもしくはリン酸カルシウム媒介形
質転換などの形質転換を採用し得る。
発現構造体を植物に導入する方法によっては、上述以外の[lN^配列が必要と
なり得る。発現カセットは通常、該カセットのクローンの単離、配列決定、分析
等を可能するべく原核生物、特にE、 coliにおいて機能する複製系と結合
させる。はとんどの場合DNAN遺構は、(1種以上の)宿主内での選択を可能
にし得る1種以上のマーカーを含み、これらのマーカーは普通、殺生物剤耐性、
即ち例えば抗生物質耐性;重金属耐性;毒素耐性;栄養要求宿主に対しての涙栄
養体性を実現する相補性;免疫等を有する。しばしば、植物宿主内で検出可能な
マーカーが選択される。DNAを植物細胞に微量注射し、もしくは植物細胞内へ
と押し込む場合は普通、その内部で注入DNAが組み込まれ、機能性となった細
胞を直接選択することを可能にするマーカーが選、択さ植物細胞の形質転換にT
−DNAを用いることについては広範な研究が為されており、ヨーロッパ特許出
願公開第120.516号、Hoekea+a、 The Binar Pla
nt Vector S stems。
Chapter V、 0ffsetdrukkerij Kanters B
、 V、、^Ib1as−serda(1985、Knauf et al、、
Genetic Analysis ofHost Range Expres
sion by AgrobacteriulIl” Mo1ecularGe
netics or the Bacteria−Plant Interac
tion、Puhler。
^、 ed、、 p、 245. Springer−Verlag、 NY、
1983、及び^n etal、、 EMBOJ、 4. pp、 277−
284.1985に詳細な記述が有る。
好ましくは、外植片、子葉その他の植物組織をA、 tume−faciens
またはA、 7と共に培養して発現構造体を植物細胞に転移させ、この植物細胞
を選択のための適当な選択培地中に分散させ、増殖させてカルスとし、ルーティ
ング培地での増殖により前記カルスから苗条を成長させて小植物を再生し得る。
仕robaete亘」宿主は、T−DNへの植物細胞への転移に必要な會遺伝子
を含むプラスミドを有し、その際当該宿主自体はT−DNAを有しても有しなく
ともよい。
発現構造体を宿主細胞に、注入または電気穿孔によって挿入するべきである場合
は、(腫瘍遺伝子、特にT−DNA領域を欠失させた)無力のTiプラスミドを
用い得る。
植物細胞内に存在する所望のDN^配列がゲノムに組み込まれ、転写されている
かどうかを決定する技術は、様々なものが存在する。ノーザンブロッティングの
ような技術を用いれば、デアミナーゼをコードするメ・ンセンジャーRNへを検
出することができる。また、生起した発現の検出は、酵素活性に関するアッセイ
やタンパク質産物に関するイムノアッセイなどの様々な方法で可能である。その
際、望ましい表現型は、所期の植物組織、特に果実における低下したエチレン含
量である。
形質転換の済んだ細胞は植物において、通常の方法で増殖させ得る0例えば、M
eCormick eL al、、 P!ant Ce1l Re−肚コs 5
. pp、 81−84.1985を参照されたい、その後、植物を成長させ、
同じ形質転換株か、または異なる株で受粉させ、結果として得られる、所望の表
現型特性を有するハイブリッドを同定し得る。2世代またはそれ以上の世代を成
長させて、上記表現型特性が安定に維持継承されることを確認してから、所望の
植物組織で発現した新しい表現型特性、特にエチレン合成前駆体の代謝に起因す
る低いエチレンレベルを有する植物を得るべく用いる種子を収穫し得る。
以下の実施例は本発明の説明のためのもので、本発明を限定するものではない。
叉1皿−ユ
ローン f−A CC−ア≧ナーゼ の−Pseudononas s 、A
CPか のDNAのPseudononas sp、A CP (Honma及
びShimomura、 7Bio1.Cbem、(1978) 4Z:182
54831)を、2%グルコース、0.5%バクトベプトン及び0.3%酵母抽
出物からなる培地で30°Cで14時間培養した。細胞を遠心分離によって回収
し、10XTE緩衝?fi (10mM l−リス−HCl、pH7,5、lf
f1M EDTΔ)に再懸濁させた。次いでドデシル硫酸ナトリウム及びプロナ
ーゼ(Pronase) (SiHma、SL、Louis、MO)をそれぞれ
1%及び0.5B/mlで加えた。静かに混合した後、細胞溶解物(lysis
)を37℃で30分間インキュベートした。この溶解物(lysite)の上に
20μmのエタノールを重ね(overlaying)、ガラス棒を用いてエタ
ノール/溶解物間の界面からDNAをスプール(spoo l )することによ
りDNAを取り出した。このDNAを10+*M トリス、pH7,5,1mM
EDT^(TE)中に4℃で長時間にわたり溶解した。この溶液又はその一部
分をフェノール/クロロホルムで抽出し、2.5volの100%エタノール中
で一80℃で沈澱させた。DNAを遠心分離によってベレット化し、TE中に再
懸濁させた。
Pseuclomonas s 、A CP D N A−イブ−1−の5前述
のようにして単離したPseu+(omonas sp、A CPDNAから、
EcoRI/ラムダZipH(Stratagene、La Jolla、C^
)ライブラリーを、製造業者により指示されている手順に従って形成した。DN
AをEcoRIで完全に消化し、1.0%アガロースゲルを用いて電気泳動にか
けた。長さ約3〜7kbのPseudomonas D N Aを含む領域を切
り取り、透析膜上に電気溶離した(electroeluted)。このDNA
をTE中でエタノール沈澱させ、製造業者の指示に従ってラムダZap[(St
ratagene、[、a Jolla、C^)の脱ホスホリル化EcoR1部
位に連結した。このDNAをで生育可能な(viable)ファージ粒子中にi
n vitroでバラゲージングした。このEcoRIラムダZap[ライブラ
リーは約5xlO’個のプラーク形成単位を含む。
ACC−アζナーゼプローブの
完全長ACCD遺伝子の…RI/ラムダZapライブラリーをプローブすべく
、Pseudomonas sp、A CP由来のACCデアミナーゼ(A C
CD )遺伝子の369塩基対DNAフラグメントを単離し、[32P]dAT
P及び[”P]dCTPで(又は[32PコdcTPで)標識した。 Pseu
domonas sp、A CPから単離したACCDタンパク質のN末端から
のペプチドのアミノ酸配列<SEo 10 NO5:1〜4)をDr、I’lo
nma (北海道大学)から入手し、図1に示す4つの合成オリゴヌクレオチド
フラグメント(SEQ rD NOS:5 ヘ8>を、Pseudosonas
sp、から単離したDNAを鋳型として用いるポリメラーゼ連鎖反応(PCR
’)でプライマーとして使用するために、^pplied Biosystem
smodel 380A DNAシンセサイザーで、最小の重複性を有する配列
に統合した。制限酵素部位をクローニング用のオリゴヌクレオチドの両端に統合
した。オリゴヌクレオチドの4つの異なる組合わせを5°−又は3′−7ライマ
ーとして使用し、Taqポリメラーゼ(Gene^■pキット)及びDNAサー
マルサイクラ−(thermal cycler)(Perkin−Elmer
Cetus)を用いてPCR反応を生起させた。DNA産生物を1%アガロー
スゲルにかけ、PCR反応でA CCD−1プライマー(ATG領域に対して相
補的な32−mer+ XbaI部位)及びA CCD−3プライマー(3′領
領域列に対して相補的な32−+*er+EeoRI部位)を用いて約360塩
基対のDNAフラグメントを得た。この360塩基対フラグメントを旧uesc
riptベクター(SLratagene。
La Jolla、C^)のEeoRiXba1部位に連結してプラスミドpC
GN2332を得た。 5equenase Version 2 Enzym
eを含む7−Deaza−dGTP試薬キット(lJnited 5tates
Biochemieal Corp、。
C1eveland、H)を用いて、Sangerらのジデオキシ鎖終結方法(
Proc、Natl 、^cad、sci、υS^(1977)74:5463
−5467)によりACCデアミナーゼフラグメントのDNA配列を決定した。
分子プログラムGel及びSEQのIntelliGer+etics 5ui
teを用いて配列データを分析した。配列(SEQ ID NO:9)を第2図
に示す。
一イブー1−のス 1−ニン ブー−のE、ColiColliXLI−Blu
e(Strata、La Jolla、C^)での組換えファージをNZY(1
リツトlし当たり5gのNaCI、2gの8gCI2.10gのNZamine
タイプ^(Sheffield Products)、5gの酵母抽出物及び1
5.の寒天)プレートにブレーティングし、37℃で一晩インキユベートするこ
とにより、ACCデアミナーゼをコードするDNAについて、6X10’個のE
coRr/ラムダZapIIプラーク形成単位をスクリーニングした1次いで、
プラークをニトロセルロースフィルター上に二組とり、DNAを変性させ(1,
58NaCl、 0.58 HaOI()、中和しく38Mail、0.5M
)リス−HCl、pI17.5)、2XSCCですすぎ(Maniatisら、
Mo1ecular C1onin 1LLaborator Manual
(1982) Co1d Spring Harbor、 New York)
、真空下80℃で1.5時間加熱した1次いでフィルターをプレハイブリダイゼ
ーション溶液(50%ホルムアミド、20x Denhardts、0.025
M NaPO,、pl(6,5,5xSSC5100,u g/ml変性サケ精
液DNA、5*N EDT^及び0.1%5DS)中で42℃で3時間インキュ
ベートした。[コ2P]dATP及びコ[2P]dCTP又は[32PコdCT
Pのみを用いて製造業者(BRL)の指示に従い369bpA CCD D N
Aプローブフラグメントを比活性〜10’cpm/μgまでニックトランスレ
ーションし、煮沸し、10?コデキストラン硫酸を含むプレハイブリダイゼーシ
ョン溶液中で42℃で一晩フイルターにハイブリダイズさせた。次いでフィルタ
ーを、l×5SC10,1%SOS中50〜55℃で15分間の洗浄に4回がけ
な。フィルターを乾燥し、増感板を用いて一80℃でKodak XARフィル
ムに暴露した。前記条件下で5時間暴露した後では、少なくとも6つのプラーク
がACCD遺伝子プローブにハイブリダイズしていた。クローンE11を採取し
、放射性プローブを用いて再プローブした。クローンEllは、製造業者の指示
に従いイムノスクリーニングシステム(Promega)を用いて精製ACCD
に対してウサギ体内で産生じたポリクローナル抗体での再スクリーニングにもか
けた。クローンEllはACCD抗体に対して陽性反応を示した。このクローン
をイムノスクリーニングシステムを用いてプラーク精製し、次いでE、coli
Sure(Stratagene、La Jolla、C^)中で1ラスミド
に変換した。得られたプラスミドをpCGN1479と命名した。ρCGN14
79の部分的制限地図を第3図に示す。
ACC−アミナーゼ ローンの
ρCGN1479の配列決定を行うために、デアミナーゼ遺伝子の3°末端に位
置するC1alフラグメントを除去してプラスミドACCD/CLAを得た。、
He1nkoffの方法(ヒ旦」洸■−畦(1987) 155:156−18
5)に従いACcD/cLAをSac 1及びEcoR(で消化し、ExoEI
T/Sl欠失を生起させた。他方の鎖の配列を決定すべく、ACCD/CLAを
−I及び山■で消化し、前述のようにExolll/Sl欠失を生起させた。こ
のような欠失部分を有するグラスミドを、5andhuらの方法(Biotee
hni ues (1989) z:689−690)に従いポリメラーゼ連鎖
反応を用いてスクリーニングし、適当な大きさの欠失を選択した。 5eque
nase D N A配列決定キットを製造業者(United 5tates
8iochemicals;C1eveland H)の指示通りに使用して
、選択したクローンの微小予備D N A (−ini−prep DNA)(
前出のManiatisらの方法で単離)の配列決定を行った。
ACCを 小声 での
ACCを唯一の窒素源として使用する能力について、グラスミドpCGN14B
7及びpCに81468を含むE、coliを検査した。
0.1%ACCt−含ンタ最少培地(89塩−NFl、、0.2% クルーt−
ス、111MMgS04.0.1mM CaCl□、25gg/IIIチアミン
及び2゜g/l純寒天)に形質転換細菌をブレーティングした。
pC[;N1467及びpCにN1468のいずれがを含むE、coliの増殖
が、IPT(、を含む±プロモーターの誘導を伴って又は伴わずに、且つ匡プロ
モーターに対するクローンの配向に関係なく観察された。
衷」1九ユ
^CCデアミナーゼの 4
堕譚1及葬
プロモーター
tel 3’転写終結領域の上流に配向された二重35510モーターと、その
中の適切な制限部位とを有する発現力セラ)−pcGN1431を同時係属中の
米国特許出願第07/329,018号に記載の方法に基づいて後述する如く製
造し得る。pcGN1431は二重カリフラワーモザイクウィルス(CaMV)
35Sプロモーターとtml 3′領域を含み、これらの間には多数のクローニ
ング部位がある。このプロモーター/ターミネータ−カセットはp[lc誘導ベ
クターに含まれ、このベクターはクロラムフェニコールに対する耐性を与え、ま
た簡単な除去のために多数の制限部位に隣接する領域を含んでいる。
匹迷切り11
pCCN986ハカリフラワーモサイクウイルス35S(CaMV35)70モ
ーターとT−DNA t+5l−3’領域を含み、これらの間には多数ノ!11
限部位がある。pcGN986ハ、CaHV35S70 モー 9−ト異なる3
°領域のCaMV領域VI3’−末端とを含んでいる他のカセットpCGNZO
6がら誘導される。 CaMV35Sプロモーターを^lulフラグメント(b
p 7144−7734)(Gardner、 et at、、 Nucl。
^aids Res、 (1981) 9:2871−2888)として813
mp7(Messing。
et al、、 Nucl、^cids Res、 (1981) 9:309
−321>のHinc11部位内でクローニングして、C614を産生じた。C
614のEcoRr消化物は、35Sプロモーターを含むC614からEcoR
rフラグメントを産生し、このフラグメントをpUC8(Vieiraand
Messing、 Gene(1982) 19:259−268)のEcoR
r部位内で部位−ニングして、pcGN147を産生した。
(後述する) pC(:N528をB、lTIでダイジェストし、pcGN14
7からのBa+*HI−Bgl IIプロモーターを挿入して、プロモーター領
域と、選択可能マーカー(2つのATCを含むカナマイシン)と、3°領域とを
含むpcGN148aを製造した。
Bg111部位がカナマイシン遺伝子に隣接するようにこのフラグメントをpC
GN528の136111部位内でクローニングした。
この構築物pcGN52Bで使用するシャトルベクターを以下のように製造する
。カナマイシン遺伝子(Jorgenen et at、。
Mat、 Gen、 Genet、 (1979) 177:65)を有するT
n5を含んでいるプラスミドをHindlI−BamHIでダイジェストし、カ
ナマイシン耐性遺伝子を含むHindlTT−BamHIフラグメントをpAc
Yc184(Chang and Cohen、 J、 Baeteriol、
(1978)134:1141−1156>のテトラサイクリン遺伝子のHi
ndrll−BamHT部位内に挿入して、pccN525を製造した。Sma
1部位内に挿入したXholリンカ−で修飾したpTi^6(Thomasho
w et al、、 Ce1l(1980)19ニア29−739)の19のB
am[フラグメントをpCGN525のBII11旧部位に挿入してpctl:
N526を製造した。小さいχhoIフラグメントを欠失させ、再連結して、p
cG8528を得た。
pHB9KanXXrがらのBawfllカナマイシン遺伝子フラグメントをp
cc、N148aのBa+*HI部位内でクローニングしてpcGN149aを
製造する。pMB9KanXχ■はpUC4に変異型(Vieira andM
essing、 Gene (1982) 19:259−261?)であり、
Xbolllj位が欠如しているが、Ti2O3からの機能性カナマイシン遺伝
子を含んでおり、^grobacteriu−の効果的な選択が可能である。
pcGN149aをff1ndrrl及びBamfl Iでダイジェストし、H
indlTT及びBJLII(I テダイシェストしりpUC8G:l:連結し
て、pcGN169を産生する。これでTn903カナマイシンマーカーが除去
される。 pCにN565及びpcGN169を共にHincllll及びPs
tlでダイジェストし、連結して、pccN203を産生した。これは、CaM
V35Sプロモーターと、TN5カナマイシン遺伝子の5゛−末端部分(Pst
1部位まで(Jorgensen、 et al、、 Mo1. Gen。
Genet、 (1979077:85))とを含むプラスミトテある、Hin
clrlI及びPstrでダイジェストし、連結して、pUc18(Gardn
er、 et A+、、 Nucl、^cids Res、 (1981)9:
2871−2888)内でクローニングした領域VI3’を含んでいるpcGN
204 (CaMVのEcoRIフラグメント(bp 408−6105))か
らのρCCN203に3°調節領域を加えた。得られたカセットpct;N20
6はpcGN986構築の基本であった。
pTi^6 T−DNA tml 3’−配列をBamHI−EcoRIフラグ
メント(ヌクレオチド9082〜12,823、(Barker、 et al
、、 Plant Mol。
Biol、 (1983)2:335−350)に記載の如く番号付け)として
Bam19 T−DNAフラグメント(Thomashow、 et al、、
Ce1l(1980)19 ニア29−739)からサブクローニングし、E
coRI−HindlIフラグメントとしての複製源pAcYc184(Cha
nB and Cohen、 J。
Bacteriol、 (1978)134:1141−1156)及びBam
HI−Hi’ndllフラグメントとしてのゲンタマイシン耐性マーカーと組み
合わせて、pcGN417を産生する。
リンカ−を使用して、pct、N417のユニークSma I部位(Bam19
フラグメントのヌクレオチド11,207)をSac1部位に変え、Baa+H
ISaclフラグメントをpCに8565内でサブクローニングして、pCにN
971を得た。 I)CGN565は、pUC8−Cm(K。
Buckley、 Ph、 D、 Thesis、 UCSan Die8o
1985)に基づくが、pUc18(Yanish−Perron、 et a
l、、 Gene(1985)53:103−119)が) らのポリリンカー
を含んでいるクローニングベクターである。 リンカ−を使用して、pcGN9
71のBatsH1部位をEco81部位に変えて、pccN971Eを産生し
た。 EeoRI及びSac Iでダイジェストすることによって、 tml
3’調節配列を含んでいるpcGN971EのEcoRr−Saefフラグメン
トをpcGN208に結合しズ て、pcGN975を産生した。 5alt及
びBglrIでダイジェストし、末端をプラントし、5ailリンカ−で連結し
て、少部分のTn5カナマイシン耐性遺伝子をCaNv35Sプロモーターの3
°−末端から欠失させり、i!に終発現カセットpCにN986?、tCaMV
35Sプロモーターを含み、それに続いて2つの5alt部位、Xba r部位
、Ba+*[ff部位、5et1部位、KpnI部位及びtml 3°領域(T
−DNAのヌクレオチド11207−9023)を含んでいた。
6郊」lΔ盪月
^luIでダイジェストしてCaNVの^Iulフラグメント(bp7144−
7735)(Gardner、 et at、、 (1981)前記参照)を製
造し、このフラグメントをM13mp7(Vieira and Messin
g。
(1982)前記参照)の旧nc11部位内でクローニングして、C614を産
生する。 C614のEcoRI消化物は、35Sプロモーターを含んでいるC
614からEcoRIフラグメントを産生したにのフラグメントをplJc8(
Vieira and Messing、 (1982)前記参照)のEcoR
1部位内で部位−ニングして、pcGN146を産生した。プロモーター領域を
切断するために、Bg111部位(bp7670)をBgl及びBa131で処
理し、そのf*Bg目Iリンカ−をBa131処理したDNAに付着させて、p
cGN147を産生した。
pC[;N147をEcoRI及び1(ph Iでダイジェストして、35Sプ
ロモーターを含んでいる得られたEcoRI−ffphrフラグメントを、Ec
oRI−SmallでダイジェストしたM13sp8(Vieira andM
essing、 (1982)前記参照)内で連結して、pCにN164を産生
じた。
延びμ追Δ徂I
CaNVlo(Garclner、 et al、、 Nuel、^eids
Res、 (1981)9:2871−2888)のBgllT消化物は、35
Sプロモーター領域を含むBgI11フラグメント(b96493−7670)
を産生じ、これをpUc19(Norrander、 et al、、 Gen
e(1983)28:101−106)のBamHI部位内で連結して、pcc
N638を産生した。
匹堕旦旦五J1
pcGN164をEcoRV及びBa論[でダイジェストして、35Sプロモー
ターの一部分(bp7340−7433)を含んでいるEeoRV−BaII旧
フラグメントを遊離した。 pCGN638をFlindllI及びEeoRV
でダイジェストして、35Sプロモーターの異なる部分(bp6493−734
0>を含んでいる1(indlrl−EcoRVフラグメントを遊離した。 H
indIII及びBamHIでダイジェストしたpCGN986内でこれら2つ
のフラグメントを連結して、35Sプロモーターを含むHinclllI−Ba
…l(Iフラグメントを除去した。この連結によってpCGN639が産生した
。このpCC:N639はDCGN98Bからのバックボーン及びtml−3’
領域と、pccN164.pccN638からの2個の35Sプロモーターフラ
グメントとを含んでいた。
、CにN638をEcoRV及びDdelでダイジェストして、35Sプロモー
ターの7ラグメント(bp7070−7340)牙遊離した。このフラグメント
をDNAポリメラーゼエのフレノウフラグメントで処理して、プラント末端を産
生じ、またpCにN639のEcoRV部位内で連結して、フラグメントを適切
な配向で有するpcc:N2113を産生した。
匹堕貝旦五1】
プロモーター−ポリリンカー−3′の全カゼ・lトを含んでいたpcGN211
3の鎮I−腟R1断片を、江月−膿R1消化によって除去し、 Sal I −
EcoR1消化したpcGN565にクローニングしてpcGNZ120を作製
した。 pcGN2120を匡Iで完全消化し、次に再結合させた。3′末端領
域から858bpのPst l −Pst (断片(9207〜10065、B
arkerら、(1983)、証正)だけが欠失したクローンを選択してpCに
81431を作製した。
ACCデアミナーゼ遺伝子をpcGN1431に挿入し得る適当な制限部位を調
製するために、ACCデアミナーゼ遺伝子の5′末端及び3′末端に相補的なオ
リゴヌクレオチドを、^pplied Biosystemsモデル380^の
DNAシンセサイザー(^pplied Biosystess ; Fost
er C1ty、 CA )によって合成した。第1のオリゴヌクレオチドは図
2に示すようにデアミナーゼ配列の692〜672bpに相補的であり、更に5
′末端にBamFI 1部位を有している。第2のオリゴヌクレオチドは、AC
Cデアミナーゼ構造道伝遺伝子615〜1635bPに相補的な配列から成り、
更に、5′末端にSst l制限部位を有している。上記オリゴヌクレオチドを
プライマーとして用い、ACCデアミナーゼ遺伝子を含むDNAを鋳型として用
い、製造業者(Perkin Elmer Cetus ;Emeryvill
e、 CA )の指示に従ってPCR反応を行なうと、販す1部位とACCデア
ミナーゼコーディング領域と鋤1部位とを含む断片がPCR反応生成物として得
られるであろう。この断片は、Bawl I及び5stlによる消化、及び、B
amHI −Sst I消化したpcGN1431へのクローニングに好適、ブ
ロモ−−DNA
2^11の3′転写末端領域の上流に配向された2^11プロモーターを有し、
その間に適当な制限部位を有している発現カセットpcGN1240は、同時係
属出願である米国特許出願第071555.711号の教示に従って調製できる
。 pcGNIZ40は、2^11の3.8 k bの5′非コーディング配列
と2^11の2kbの3′非コーディング配列とを含み、その間に多数のクロー
ニング領域が存在する。カセットの5′末端側に酵素…I、跡1、DraI[、
珈I、塚I、Hi昶■及び膿RIの制限部位が存在し、3′末端側に酵素上述I
、 LLII I、Not I 、Sac U 、BstU及びSac Iの
制限部位が存在している。
主鎖は、クロラムフェニコール耐性を与える領域を含む。
ACCデアミナーゼ遺伝子をpC(81240に挿入し得る適当な制限部位を調
製するために、ACCデアミナーゼ遺伝子の5′末端及び3′末端に相補的なオ
リゴヌクレオチドを、^pplied Biosystemsモデル380Aの
DNAシンセサイザー(^pplied Biosystems ; Fost
er C1ty、CA )によって合成した。第1のオリゴヌクレオチドは図2
に示すようにデアミナーゼ配列(配列番号 9)の692〜672bpに相補的
であり、更に5′末端にBamHI部位を有している。
第2のオリゴヌクレオチドは、ACCデアミナーゼ構造遺伝子の1615〜16
35bpに相補的な配列から成り、更に、5′末端にPstl制限部位を有して
いる。上記オリゴヌクレオチドをプライマーとして用い、ACCデアミナーゼ遺
伝子を含むDNAを鋳型として用い、製造業者(Perkin Elser C
etus ; E+*eryville、CA )の指示に従ってPCR反応を
行なうと−Ba+J(部位とACCデアミナーゼコーディング領域とPst 1
部位とを含む断片がPCR反応生成物として得られるであろう、この断片は、B
amfl I及び注口による消化、及び、Baw■I Sst I消化したpC
GN1240へのクローニングに好適である。
ニーベクターの
発現カセットを夫々構築し、該カセットをpcGN1547 (後述)のような
適当な二元ベクターに入れるとよい1例えば、上記の35S CaMV構成的プ
ロモーターカセットを匡Iで消化し、二重の355−5”/ACCデアミナーゼ
/3′末端領域を含む断片を、Pst I消化したpcGN1547に結合させ
る。更に、追加の実施例としては、上記の果実特異的プロモーターカセットをE
coRlで消化し、2A11−5′/ACCデアミナーゼ/2A11−3′を含
む断片を、■Ri消化したpcGN1547に結合させる。これらの結合の結果
として、紐皿り坦erium±V吐旺亘胚に導入するための適当な二元ベクター
が得られる。
pCに81547 (McBride & Summerfelt、Plant
Mo1.Biol。
(1990) 14(27) :269〜276)は、同時係属出願である米国
特許出願第07/ 494 、722号の教示に従って調製し得る。
pcGN1547は、蝕三肋じ旦6!L廊mefa二恒匣オクトビンTi −5
eh & Beringer、 Plasmid (1984) 9: 2B7
1〜2890)のゲンタマイシン耐性遺伝子、pLJbBll (Jouani
nら、Mo1.Gen。
Genet、 (1985) 2(す、: 370〜374)に由来の^rob
acterium7 Riプラスミドの複製起点、Tn5 (Jorgense
nら、阿o1.Gen、 Genet、 (1979) 177: 85)のカ
ナマイシン耐性遺伝子を伴うpTi^6のwasプロモーター領域及びmas3
’領域、pBR32Z (Bol 1varら、Gene (1971) 2
: 95〜133 )に由来のCo1E1複製起点、及び、pUc18 (No
rranderら、Gene(1983) 26:101〜106)に由来の1
acZ”スクリーニング可能なマーカー遺伝子を含むM物形質転換用二元ベクタ
ーである。
^robacteriun tumefaciensへの二−ベ −のHo1s
ters他によって、No1.ll:en、Genet、 (1978) 16
針181〜187に記載された方法を使用して、二元ベクターをu匹−bact
erium tumefaciens菌LAB4404株(Horschら、S
c 1ence(1985) に: 1229〜1231)に導入し得る6次い
で、形質転換された紐匹り処μ山□±2吐□匡ユを、トランスジェニック植物を
再分化させるための適当な宿主植物組織に感染させる。
mユ
ベ ユニ 多
MS塩(Murashige & 5kooH,u夏j主of、ヱ土課口、、(
1962)15 : 473〜498) 、B 5ビタミン(にamborHら
、旺り販ユ」es、 (1968) 50 : 14El−151) 、0.7
%植物寒天(phytagar)、3 % y xi l、0 、1 mg/l
ノ+ 79 !J ’、y酢酸、1−0mg/lのベンジルアデニンと共に固体
培地を含むフィーダープレートを調製し、プレートの表面に0.51の7日齢の
タバコ細胞懸濁液を塗布する。プレートを集め、弱照明下(はぼ30rnEta
−25す)に置く、約24時間後、滅菌した1号WhatmanP紙(What
man Ltd、、Maidseone、 England)をフィーダープレ
ート培地に載せる。25℃の育成室において、照明下に16時間/暗黒中に8時
間、光量215Uε「25りで育成した4〜12週齢のN1tcheltペチユ
ニア植物の葉を採集し。
水中実験室に移し、70%エタノールに45秒間、50%(v / v )漂白
剤に45秒秒間状浸漬し、滅菌水で3回濯ぐことによって表面滅菌する。滅菌し
た葉を次に、はぼ5〜10mmX5〜10mm長さの外植体に裁断し、フィルタ
ーと共にフィーダープレートにプレートし、暗黒中または弱照明下に24℃で2
4時閉インキュベートする。
100+*g/lの硫酸ゲンタマイシンと100mg/Iの硫酸ストレプトマイ
シンとを含む固体ABj!l小培地(HaLsonら、J、Bacteriol
、(1975) 123:255〜284)でf上りを4〜5日間増殖させる。
単個コロニーを5−1のMG/Lブイヨン(50%のルリアブイヨンと50%の
マンニトール−グルタミン酸塩培地(Garfinkel & Ne5ter、
J、Bacte−L辷1ユ(1980) 出ニア32〜743)に接種し、同時
栽培する前に30℃及び180R,P、M、のgm機で一夜インキユベートする
。
プレインキュベーシュン期間後に、外植体を5.0×3.0’、1ljl胞7
m lのa閉息濁液に約3分間浸漬し、滅菌した紙タオルにプロットし、同じプ
レートに再プレートする。
48時間後に、上記と同じプレート培地(但しフィーダー細胞及びフィルターを
含まない)に300mg/Iのカナマイシンを加え、更に350n+g/Iのセ
フォタキシム丈たは500mg/Iのカルベニシリンを加えた選択培地に外植体
を載せる。2週間毎に外植体を新しい培地に移す。2週間目の移植のときに培地
のカナマイシンレベルを300mg/Iがら100mg/lに減らし、その後こ
のレベルに維持する。同時栽培後約4週目の始めに苗条を収穫し、MS塩、B5
ビタミン、0.7%バクトアガール、3%ショ糖、IB/Iのインドール−3−
酪酸、100mg/lのカナマイシン、及び、200mg/lのセフォタキシム
または350mg/Iのカルベニシリンを含む発根用培地のプレートに入れる。
苗条は約2週間で発根する0次にこれを土に移植し、育成室に置く。
全in vitro組織を24〜28℃で、照明下に166時間暗黒中に8時間
、光量80〜100μE+1−2S−’で育成する。
育成室の植物は6〜8週間で開花し、人工授粉の8〜12週後に種子が得られる
。トランスジェニック植物から同時栽培開始の14〜18週後に種子が得られる
。
実施例4
に GるへCC−アミナーゼ
Pseudomonas種^cp由来の^CCデアミナーゼを使用して、植物に
於けるへCCデアミナーゼの発現に関するプラスミドベクターを構築した。ΔC
Cデアミナーゼを、電気穿孔したタバコプロトプラスト及び形質転換したペチュ
ニア葉で免疫学的に検出した。形質転換した植物組織の抽出物中に、へCCデア
ミナーゼ活性があった。形質転換体の一つからのff1l!は、in vitr
o分析で^CCをエチレンに転換しにくかった。
11べ又ヱ二
発現カセット、gcGN2187を、pcGN1431のEeoRV−Ba+*
HIフラグメントを除去しく実施PA2参照) 、pCGN986のEcoRV
−む1虹フラグメントと置き換えて(実施例2参照) + pcGN1431に
ある2bpの代わりにmRN^キャップ部位に対し未翻訳のリーダー配列の11
2b、を有する「二重」の355プロモーターを産生じた。へ〇Cデアミナーゼ
遺伝子のBam)II−5aclフラグメント(IIcに81431への挿入に
関して記載の如(PCBにより製造)をpcGN2187に挿入してpcGN1
492を製造した。pccN1492を以下に記載の如くタバコプロトプラスト
に電気穿孔しり、 pcGN1492由来ノr’5117ラグメントをpcGN
15471.:挿入して二元のベクターpCにN1493を製造した。 pcG
N1鴫93を使用して実施例3に記載の如くペチュニアを形質転換した。
(λ見工エニ1
Nicotiana Labaecum(Xanthi)のプロトプラストドナ
ー植物を、Facciotti及びPilet [Faceiotti、D、及
びPilet、P、E。
Pl、Sci、Let、 (1979) 15J]による記載の如く無菌条件下
ガラスジャー内で成長させた。先端の新芽をMS塩、30tt/1蔗糖、1.O
zy/4 I^^及びO,L5xg/lカイネチン(pH5,55)を含む0.
7$ phytagar培地100zj!に設置した。Xanthi培養物を1
2時間の暗/明しジメ下で23±3℃で成長させた。
暗サイクル時、3〜4週齢の植物から若い葉を選択した。
葉の部分を、0.04$ペクチナーゼ(Pectolyase Y−23,5e
ishinPhar+*aceutieal Co、、Ltd、、Japan)
、0.45$セルラーゼ(Onozuka RS、Yakult Pharma
ceutical Industry Co、、Japan)及び0.5gデキ
ストラン硫酸カリウム(pH5,55)を含む6zソルビトール溶液に30ミリ
トールで真空浸潤させた。
植物物質を、50rpmで緩やかに振蕩して3〜4時間消化させた。解離物(+
acerate)を52μ輸メツシユナイロンスクリーンを通過させることによ
り、プロトプラストを破片から分離した。プロトプラストを150X、で5分間
遠心分離することによりベレット化し、1iM CaCj!及び10mM he
pesを含む7zソルビトール溶液を使用して3回洗浄した。プロトプラストを
密度2〜3xlO’で、6zソルビトール、10mNhepes、140J N
aCj!、5−MCalJ(pH7,1)及び濃度175μg/zlのキャリヤ
DNA(ρ[1C19またはサケ精液DNA)を含む電気穿孔M衝液に懸濁させ
た。
Potterら[Potter、H,Jeir、L及びLeder、P、、 P
roc、Natl。
^ead、sei、 US^、(1984)81 : 7181−7165]の
記載の如く電気穿孔キュベツト中で電気穿孔を実施した。適当なプラスミドDN
Aを電気穿孔緩衝液中のプロトプラストの1z1アリコートに添加し、次いで1
250ufキヤパシターからシングルパルス600V/CIが放電されている電
気穿孔キュベツトに移した。電気穿孔後、プロトプラストをMS塩、30g/l
蔗糖、0.6mg7I N^^、O,Zzg/l 2,4−D、 0.8xgl
eカイネチン及び5.5zソルビトールを含む培地9wlに移し、光なしで25
℃48時間インキュベートさせた。50Xgで8分間遠心分離することによりサ
ンプルを収穫した。上清を捨て、ベレットを液体窒素中で冷凍し、分析するまで
一70℃で貯蔵した。
ウェス ンプロット
電気穿孔したタバコ細胞または形質転換したペチュニア葉細胞のサンプルを液体
窒素中で凍結し、凍結粉砕した。
サンプルwL衝液[2X 、Laemmli、 Nature(1970)22
7:680−685]を100℃に加熱し、粉砕サンプルに添加し、次いで少な
くとも5分間沸騰水浴中でインキュベーションした。サンプルを101ポリアク
リルアミドゲルに充填し、電気泳動(Laemmli)により分割した。蛋白質
をニトロセルロース上に電気プロットし、^CCD抗体(実施例1参照)と反応
させた。^CCDは、業者(Promega;MadisonJI)により記載
の如くアルカリ性ホスファターゼ免疫スクリーニングシステムにより識別した。
pC[、N1492をタバコプロトプラストに電気穿孔すると、免疫検出により
視覚化した際に八CCDに対して予想された大きさの蛋白質バンド(約36kD
a)となった、八CCDに対応する蛋白質バンドも、形質転換細胞1493−1
1を含むpcGN1493で形質転換したペチュニア葉抽出物中に検出された。
l聚上上
形質転換したペチュニア組織を、グラウンドグラスホモジナイザー中、不溶性ポ
リビニルポリピロリドン(“pvpp“)の0.51x/gw植物組織を含む1
00mM B15−Tris(pH6,5)、5+aMEDT^、10mM B
ME及び10μHロイペプチンの4容量でホモジナイズした。pvpp及び不溶
性1f物物質を、マイクロヒュージ中遠心分離により除去した。粉末化硫酸アン
モニウム(上清の0.137gz/zIりを溶液と混合し、次いで氷上で1.5
時間インキュベートした。沈澱した物質を遠心分離により除去し、追加の硫酸ア
ンモニウム(上清0.1ha7x1)を添加し、氷上で一晩インキユベートした
。ベレットを遠心分離により回収し、100mM KPO,(pH7,5>、1
mM EDT^、1 mN BME及び1μMロイペプチンの150μl中に再
懸濁させ、ロイペプチンを含まない同一#11衝液で透析した。
へCCデアミナーゼ活性を、へCC由来のα−ケトブチレートを集積することに
より測定した。α−ケトブチレートの測定は、H,Katsuki、 T、Yo
shida、C,Tanegashi+*a及びS、Tanka[^na1.B
ioche+*、(1971)43:349−356コの方法を、反応が100
mHTris(p)18.5)、50mM八CCへび蛋白質抽出物を最終容量0
.1〜0.2x1で含むように変形して使用した。30℃でインキュベーション
後、メタノール中の飽和ジニトロフェニルヒドラジン(DNPI’l)の等容量
と0−1zj!DNPH当たり濃1(C110μlを添加し、50℃で30分間
インキュベーションした。 0.2xl容量当たりSOSメタノール中10$K
Off4 weを添加し、480nm4.:於ける吸光度とα−テクトブチレー
ト濃度尺度として測定した。
あるいは、^CCデアミナーゼ活性を、以下の方法に従って測定してもよい。
形質転換したペチュニア葉組織を、液体窒素中で凍結し、粉末に粉砕し、200
mNTris(pH8,5)、2−MEDT^、1.5z不溶性PVPP、1n
Mβ−メルカプトエタノール、2μg7x10イベブチン、200.Mフェニル
メチルスルホニルフロリド(PMSF)及び6.Fhg/xlジエチルジチオカ
ルバメートの等容量で抽出した。不溶性物質を遠心分離により除去し、透明な抽
出物98μiを8〜16nCi[” C]ACCを含む50nM 1−アミノシ
クロプロパン−1−カルボキシレート(八CC)の最終混合物に添加した。
反応を30℃で1時間インキュベートし、次いでACCを吸着するがα−ケトブ
チレートは吸着しないDowex−50111<水素型)のカラムを通過させた
。カラムを10IaM Tris(pH8,0>100μmで洗浄し、溶離液を
プールし、液体シンチレーションカウンターを使用して放射活性を測定した。活
性は、反応中に形成し且つカラムから放出した放射性α−ケトブチレートの量と
して測定した。
円板型の葉をコルクボーダーを使用して裁断し、計量し、200μ!水と一緒に
4xlバイアル中に設置した。サンプルを真空デシケータ−内に設置し、5分間
脱気した。バイアルをゴム製隔壁を含むキャップでシールした。室温でさらにイ
ンキュベーション後、サンプルをシリンジで取り出し、エチレンを測定するため
にフレームイオン化ガスクロマトグラフに注入した。
へ〇〇デアミナーゼ活性の証拠は、1493−11からの抽出物中に観察された
が、gusマーカー遺伝子で形質転換した対照の植物組織中には知見されなかっ
た。
;土に之11
形質転換したペチュニア植物の葉サンプルを、ネオプレン製隔壁でシールした4
z1バイアル中の10mM Tris(p)18.0)、10μM ACCの溶
液中でインキュベートした。インキュベーション後、アルミナカラムを備えたガ
スクロマトグラフフレームイオン化検出システム中に1i+1ガスサンプルを注
入した。エチレンのピークを識別し、一連のエチレン標準量を注入することによ
り定量した。 1493−11由来の葉組織は、対照植物組織と比較してACC
をエチレンにそれほど転化しなかった。
上記の結果は、八CCDをコードするDNA配列を識別し、配列を隔離し且つこ
れらを操作し、配列を転移する能力、つまり、PseuclomonasからE
、coliに八ccを代謝させる能力を示している。これらの配列から、当該植
物組織中でエチレン生合成前駆体を代謝させる酵素(例えば、八〇CD)を発現
させる発現カセットを産生じ得る。従って、特定の植物部分のエチレン濃度は、
発現カセット中に酵素(例えば、^CCデアミナーゼ)の分化した細胞を産生さ
せ得る誘導制御配列を含むことにより変えられる。従って、特定の植物部分のエ
チレン濃度は、植物に悪影響を与えることなく変えることができる0作用を受け
た植物部分は、後に、特に外因性エチレンの適用時にエチレンの作用に応答でき
るようになっている。
本明細書中に記載した総ての文献及び特許出願は、当業者のレベルで表されてい
る。本明細書中に含まれる総ての文献及び特許出願は、個々の文献または特許出
願が参照として含まれるということが記載されている場合、参照として含まれる
。
本発明を完全に記載したが、当業者には、付記請求項の趣旨及び範囲を逸脱する
ことなく変形し得ることが明らかである。
配列リスト
(1)一般情報:
(i>出願人: 5hank Fa Yan)111i11ian R,旧at
t
(ii)発明の名称: Methods and Compositions
ForModulating Ethylene Levels InPlan
t Ti5sues
(iTi)配列の数:9
(iv)該当する住所:
(^)住所: Calgene、foe。
(B)通り: 1920 Fifth 5treet(C)市: Davis
(D)州二C^
(E)国:uS^
(F)郵便番号: 95616
(v)コンピューター読取形:
(^)媒介型: Diskette、 3.50インチ、 1.0MB(B)コ
ンピューター:^pple Macintosh(C)操作システム: Mac
intosh 6.0(D)ソフトウェア: Mierosoft Word
4.0(vi)現出願データ:
(^)出願番号:未指定
(B)出原日:
(C)分類:
(vi)先出願データ:
(^)出願番号: USSN 071514,029(B)出願日: 1990
年4月26日(帽)出願人/エージェント情報:
(^)名前: Elizabeth La5sen(B)登録番号: 31,8
45
(^)名前: Donna E、5cherer(B)登録番号: P−34,
719
(C)参照/処理番号: C(:NE 67−I MO(ix)遠距離通信情報
:
(^)電話: 916−753−6313(B)ファックス: 916−753
−1510(2)SEo 10 NO:1の情報
(i)配列の特徴:
(^)長さ=8アミノ酸
(B)型二アミノ酸
(D)トポロジー:直顕状
(ii)配列の種顕:ペプチド
(xi)配列: SEQ TD NO+1:Met Asn Leu Gln
Arg Phe Pro^rg 8(2)SEQ ID NO+2の情報
(i)配列の特徴:
(^)長さ=8アミノ酸
(B)型二アミノ酸
(D)トポロジー:直鎖状
(ii)配列の種類:ペプチド
(xi)配列: SEQ ID No:之:Gin Glu Asn Trp
Vil^sn Tyr Ser 8(2)SEo 10 NO:3の情報
(i)配列の特徴:
く^)長さ:8アミノ酸
(B)型二アミノ酸
(D)トポロジー:直鎖状
(ii)配列の種類:ペプチド
(Xl)配列: SEo 10 NO:3:Arg Val Gly Asn
Ile Gln Met Ser 8(2)SEQ rD−NO:4 ノ情報(
i)配列の特徴:
(^)長さ;7アミノ酸
<B)型二アミノ酸
(D)トポロジー:直鎖状
(ii)配列の種類:ペプチド
(xi)配列: SEQ 10 NO:4:Val Pro Asp Thr
Phe Asp Thr 7(2)SEo 10 NO:5の情報
(i)配列の特徴:
(^)長さ=32塩基対
(B)型:核酸
(C)鎖の数、−重鎖
(D)トポロジー二直鎖状
(ii>配列の種類:他の核酸
(xi)配列+ SEQ rD NO:5:CGT八TへTAGA TG^^Y
YTNCA RMGNTTYCCN MG 32(2)SEQ ID NO:6
の情報
(i)配列の特徴:
(^)長さ:34塩基対
(B)型:核酸
(C)鎖の数ニー重鎖
(D)トポロジー:直鎖状
(ii)配列の種類:他の核酸
(xi)配列: SEQ ID NO:6:GCATGTC[l;ACARGA
R^^YTに GGTN^^YTAY 阿SNG 34(2>SEQ ID N
Oニアの情報
(i)配列の特徴:
(^)長さ:32塩基対
(B)型:核酸
(C)鎖の数ニー重鎖
(D)トポロジー;直鎖状
(ii)配列の種類:他の核酸
(xi)配列: SEQ ID NOニア:CANC’:NTTRT^DGTY
TACWS NKCTT^^GCA CT 32(2)SEo 10 NO+8
の情報
(i)配列の特徴:
(^)長さ:30塩基対
(B)型:核酸
(Cogの数ニー木調
(D)トポロジー:直鎖状
(ii)配列の種顕:他の核酸
(xi)配列: SEQ ID NO:8:CANにGNCTRT GN^^R
CTRTG TTCG^^TACC30(2>SEQ rD NO:9の情報
(i)配列の特徴:
(^)長さ: 1778塩基対
(B)型:核酸
(C)gの数ニー木調
(D)トポロジー:直鎖状
(ii)配列の種類:DNAゲノム
(xl)配列: SEQ ID NO:9:GλATTC丁CCG A?CTC
GCATG TCG(:GAGGAG GG丁丁子TGGGT TCGCCCA
A(4CCCGCA^A■r GO
CTTτ丁ACCGA TC八へCCλGC丁 GCCATC入へCCτG C
AA CCA TTCCGT CGT 丁ACCoコ 65R
Met Asn Leu Gin Arg Phe Pro A:g Tyt
Pr。
CTG AC? TTCGGG cCG ACG CCA ATCCAA CC
G CTA aca CGT IJG AGCAAG 70I
L@u Thr Phe Gly f’ro 丁he Pro 工is Gin
Pro Lsu へ工蟲 krq Lsu 5er Ly■
CACCTCGGCGGCAAA GTG Cへτ CTG TAT GCG
AAA CGCGAA GAC丁にCAAC749His Lau Gly G
ly Lys Val )lig L備u Tyt 入1a Lys Arg
GLu Asp Cys ^5■
AGCGGCCTG GCG TTCGGT GGCAAC入^G ACA C
GCAAG CTCGAA 丁へ丁 CTG フ975er Gly Lau
八la Phe Gly Gly Asn L、ys Thr Arg Lys
Lau Glu 丁yr La■
ATCCGT GAA GCG C7丁 GCT CAG 00丁 丁GCGA
CACOCTCCTG TCG ATc GGC845工le Pro GLu
A1a L@u 入1a Gin Gly Cys ksp Thr L@u
Val Sex 工1@ GlyCAG Gee GGCATG (aTG
GTG GGA 丁TCG(CGCT GAG GGCCGN GCCGAT
CGC1277Gin 入1a Gly Met Val Val Gly P
h@ 入1a 入1晶 Asp Gly Arg Ala 八3P 八r9GT
G ATCGGCGTCGACGCT 丁CG GCCAAA CCCGCG
CAG ACG CGCGAG CAG 1325■1上 X↓@ cly V
al 八sp Ala Sar 八la Lys Pro 入la Gin T
hr: Arg GLu Gi■
入丁CACCCNCATCGCG へ〇AC入G ACCGCG GAG 入入
^ GTCGGCC’TG CAG CGC1373XLe Thr Xaa
工l@ A11 人rq Gin Thr ALa GLu Lys l/al
Gly Leu Glu 八r■
GAA TAG GGA T丁G CCG AACGM GGCACG CTG
GAA GCG ATCCGC丁τG TGC1469G↓u Tyt Gl
y L@u Pro Asn GLu Gly 丁hr Lau GLu へ1
晶 工1・ 八tq Lau CysC丁丁τ丁子丁へGT GCGC丁丁τ丁
子τへCGTG(GC丁丁子 八CTCGTGCGG TTGCACCGG^
丁 1778T T
AA A
FZGURE :
■ I+o マ ヘ 0 ロ
a) M cD 會 の 〜
へ の n ? マ い
FIGURE 3
!L
花弁組織、葉組織、及び様々な果実組織など、所期の植物組織のエチレンレベル
を変更する新規な組成物及び方法が提供される。前記方法は、エチレンの生成を
調節し得る酵素をコードするDNA配列に転写解読枠5′末端において結合され
た転写翻訳開始調節領域と、翻訳転写終結領域とを含む、植物細胞内で機能する
発現カセットで所期の植物細胞を形質転換することを含む。上記酵素の発現は、
エチレン生合成に関与する酵素のための基質の濃度を変化させ、それによってエ
チレン生成を減少させる。特に果実及び組織の老化、器官脱離及び/または成熟
に関連するエチレン生成の甚だしい増加を防止するべく、花、果実及び葉といっ
た植物組織でのエチレン生成を選択制御することが特に重要である。
国際調査報告
PCT /US94102910
2958Attach to F<ゴ/ISA/210ACCdeaminas
e and gynonytnssequence 5earch on Fi
gure 2PCT/US9110l102
95BALLaCh口OPC’r/ISA/210 (Section VT)
1 ゛′
Claims (23)
- 1.5′−3′転写方向に次の構成要素、即ち転写翻訳開始領域と、エチレン生 合成の前駆体を代謝させ得る酵素をコードするDNA配列と、転写終結領域とを 含み、これらの構成要素は操作可能に連結されており、前記開始及び終結領域の 少なくとも一方は前記DNA配列と自然に結合する領域でないDNA構造体。
- 2.前記前駆体が1−アミノシクロプロパン−1−カルボン酸(ACC)である ことを特徴とする請求項1に記載のDNA構造体。
- 3.前記酵素がACCデアミナーゼであることを特徴とする請求項1に記載のD NA構造体。
- 4.ACCデアミナーゼをコードするヌクレオチド配列がPseudomona s種ACPから取得可能であることを特徴とする請求項3に記載のDNA構造体 。
- 5.Pseudomonas種ACP ACCデアミナーゼを含むことを特徴と する請求項4に記載のDNA構造体。
- 6.広域スペクトル原核複製系をも含むことを特徴とする請求項5に記載のDN A構造体。
- 7.請求項1に記載のDNA構造体に結合された、前記植物ゲノムヘの組み込み を実現するのに十分な寸法を有する少なくとも右側のT−DNA境界のホモロジ ー領域をも含むことを特徴とする請求項6に記載のDNA構造体。
- 8.Pseudomonas種から取得可能な、1−アミノシクロプロパン−1 −カルボン酸(ACC)デアミナーゼをコードするDNA配列を異種DNA配列 と結合した形態で含むDNA構造体。
- 9.前記異種DNA配列が、植物細胞内で機能する転写翻訳開始領域であること を特徴とする請求項8に記載のDNA構造体。
- 10.前記転写翻訳開始領域が二重35S CaMVプロモーターを含むことを 特徴とする請求項9に記載のDNA構造体。
- 11.前記転写翻訳開始領域が、特定の植物組織において選択的に発現するプロ モーターを含むことを特徴とする請求項9に記載のDNA構造体。
- 12.植物組織のエチレンレベルを変更する方法であって、エチレン生合成の前 駆体を代謝させ得る酵素をコードするDNA配列を有する植物細胞を、前記遺伝 子が発現して植物組織のエチレンレベルを低下させる条件下に増殖させること を含む方法。
- 13.前記前駆体がACCであることを特徴とする請求項12に記載の方法。
- 14.前記酸素がACCデアミナーゼであることを特徴とする請求項12に記載 の方法。
- 15.前記酸素がPseudomonas種ACPから取得可能であることを特 徴とする請求項14に記載の方法。
- 16.前記DNA配列の転写翻訳の開始が、特定の植物組織において選択的に発 現するプロモーターによって制御されることを特徴とする請求項12に記載の方 法。
- 17.請求項1から7のいずれか1項に記載の、エチレン生合成の前駆体を代謝 させ得る酵素をコードする組み換え体DNA配列を有する植物細胞。
- 18.細菌由来のACCデアミナーゼを有する植物細胞。
- 19.エチレン生合成の前駆体を代謝させ得る酵素の産生を実現する方法であっ て、 請求項1から7のいずれか1項に記載の構造体を有する宿主細胞またはその前駆 細胞を、前記酵素の産生を可能にする条件下に増殖させること を含む方法。
- 20.前記宿主細胞が植物細胞であり、前記構造体はこの植物細胞のゲノムに組 み込まれていることを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 21.前記植物細胞がin vivoであることを特徴とする請求項20に記載 の方法。
- 22.請求項19に記載の方法によって得られる酵素を有する植物細胞。
- 23.請求項12から16のいずれか1項に記載の方法によって変更されたエチ レンレベルを有する植物細胞。
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1991
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