JPH06181775A - Cinnamyl alcohol dehydrogenase gene of aralia cordata and broad-leaf tree and broad-leaf tree having transduced the same gene - Google Patents
Cinnamyl alcohol dehydrogenase gene of aralia cordata and broad-leaf tree and broad-leaf tree having transduced the same geneInfo
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- JPH06181775A JPH06181775A JP5152622A JP15262293A JPH06181775A JP H06181775 A JPH06181775 A JP H06181775A JP 5152622 A JP5152622 A JP 5152622A JP 15262293 A JP15262293 A JP 15262293A JP H06181775 A JPH06181775 A JP H06181775A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ウド及び広葉樹のシン
ナミルアルコールデヒドロゲナーゼ(以下、CADとい
うこともある)遺伝子及びそのプロモーター部位、並び
にこれらの全部又は一部を用いて作成したアンチセンス
遺伝子を導入してなるリグニン含量が調節された広葉樹
に関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a cinnamyl alcohol dehydrogenase (hereinafter sometimes referred to as CAD) gene of Udo and hardwood and a promoter site thereof, and an antisense gene prepared by using all or part of these genes. The present invention relates to a broad-leaved tree in which the lignin content is regulated by introduction.
【0002】本発明のウド及びユーカリのCADのアミ
ノ酸配列を規定する遺伝子は広葉樹で有効に発現し、広
葉樹中のリグニン合成に関与するため、これらのアンセ
チンス遺伝子を広葉樹に導入することによって広葉樹に
含まれるCAD活性を任意に変化させ、リグニン含量の
制御を可能とするものである。紙パルプ生産において原
料となる木材からのリグニン分解には多大のコストを要
しているため、本発明によってリグニン含量を低下させ
た木材を紙パルプ生産に用いれば、リグニン除去に要す
るコストを大幅に低減させることができ、紙パルプ生産
の分野において極めて有効である。The genes defining the amino acid sequences of CAD of udo and eucalyptus of the present invention are effectively expressed in broad-leaved trees and are involved in lignin synthesis in broad-leaved trees. Therefore, these ansetins genes were incorporated into broad-leaved trees to be included in the broad-leaved trees. It is possible to control the lignin content by arbitrarily changing the CAD activity carried out. Since lignin decomposition from wood, which is a raw material in paper pulp production, requires a great deal of cost, if the wood with a reduced lignin content according to the present invention is used for paper pulp production, the cost required for lignin removal is significantly increased. It can be reduced and is extremely effective in the field of paper pulp production.
【0003】[0003]
【従来の技術】リグニンは高等植物が普遍的に有する高
分子複合体であり、高等植物の細胞間に存在し、植物体
の強度を保つ役割を担っている。リグニンの生合成は樋
口ら(Wood Sci.Technol.,24,2
3,1990)により詳細に研究されてきた。特にシン
ナミルアルコールデヒドロゲナーゼはその酵素学的性質
がよく研究されている。1988年にC.J.Lamb
らによりインゲンマメCAD遺伝子のcDNAの単離が
報告された(Proc.Natl.Acad.Sc
i.,85,5546,1988)。しかし彼らは19
90年に発表した論文(Plant Mol.Bio
l.,15,525,1990)において、このcDN
Aのコードするタンパク質がトウモロコシのマリックエ
ンザイムと高い相同性を有することから、CADをコー
ドすることに対しての疑問を示唆した。それ以降にマリ
ックエンザイムが各種の植物で単離され、インゲンマメ
から単離したcDNAはCADをコードしていないこと
が明らかとなっている。このようなクローニングの誤ち
は、CADの生化学的性質が不明であったことに起因す
る。2. Description of the Related Art Lignin is a polymer complex universally possessed by higher plants, exists between cells of higher plants, and plays a role of maintaining the strength of the plant. The biosynthesis of lignin was performed by Higuchi et al. (Wood Sci. Technol., 24, 2).
3, 1990). In particular, cinnamyl alcohol dehydrogenase has been well studied for its enzymatic properties. In 1988, C.I. J. Lamb
Reported the isolation of the cDNA for the kidney bean CAD gene (Proc. Natl. Acad. Sc
i. , 85, 5546, 1988). But they are 19
Paper published in 1990 (Plan Mol. Bio
l. , 15, 525, 1990).
Since the protein encoded by A has a high homology with the maize malic enzyme, the question of encoding CAD was suggested. After that, malic enzyme was isolated in various plants, and it has been revealed that the cDNA isolated from common bean does not encode CAD. Such a cloning error is due to the unknown biochemical properties of CAD.
【0004】その後、複数の研究グループによりCAD
に関する報告がなされた。1991年10月に、タバコ
のCAD遺伝子の単離に関する報告(掲示番号:165
3)が第3回国際植物分子生物学会(米国、ツーソン)
の掲示発表においてなされたが、塩基配列及びアミノ酸
配列に関する報告は皆無であった。また、同学会におい
てテーダ松のCADに関する報告(掲示番号:111
1)もなされたが、アミノ末端の一部アミノ酸配列が示
されるに留まった。この一部アミノ酸配列については1
992年4月号のPlant Physiology誌
に掲載された(Plant Physiology,9
8,1364,1992)。ただし、テーダ松は裸子植
物(針葉樹)であり、本発明の被子植物であるウド及び
ユーカリと比較した場合、CADの酵素的な性質の相違
が存在する。[0004] After that, CAD was conducted by several research groups.
Was reported. Report on the isolation of the tobacco CAD gene in October 1991 (post number: 165
3) The 3rd International Society of Plant Molecular Biology (Tucson, USA)
However, there was no report on the nucleotide sequence and amino acid sequence. In addition, a report on CAD of Taeda pine at the same society (post number: 111
Although 1) was also performed, only a partial amino acid sequence at the amino terminus was shown. 1 for this partial amino acid sequence
It was published in the April 1992 issue of Plant Physiology (Plant Physiology, 9
8, 1364, 1992). However, Teda pine is a gymnosperm (coniferous tree), and when compared with the angiosperms Udo and Eucalyptus of the present invention, there are differences in the enzymatic properties of CAD.
【0005】植物中のリグニンを構成する単量体として
2種のモノリグノール(コニフェリルアルコール(C
A)及びシナピルアルコール(SA))が存在する。被
子植物ではこの2種のモノリグノールが混合したリグニ
ンを形成するが、裸子植物ではシナピルアルコールのみ
でリグニンが形成される。Kutsukiらの報告(P
hytochemistry,21,19,1982)
において、複数の被子植物及び裸子植物からCADを部
分精製し、CA及びSAに対する酵素活性の測定がなさ
れ、被子植物CADはCA及びSAの双方に対して同等
に作用するが、裸子植物CADはSAに対する活性が低
いことが示された。特に、マツ類CADのSAに対する
酵素活性は、CAのそれに対して約5分の1以下であっ
た。他の針葉樹CADの基質特異性についての詳細なデ
ータが、スプルース(トウヒ)CADの精製に関する論
文(European Journal of Bio
chemistry,119,115,1984)に示
されている。これによれば、スプルースCADはCA及
びSAに対する基質特異性に10倍以上の差があること
が明らかである。以上の観点から、裸子植物(特に針葉
樹)CAD及び被子植物CADは基質の認識に関与する
立体構造に決定的な違いがある、互いに異なる酵素であ
ると結論される。Two types of monolignol (coniferyl alcohol (C
A) and sinapyl alcohol (SA)) are present. In angiosperms, these two types of monolignol form a mixture of lignin, whereas in angiosperms, lignin is formed only with sinapyl alcohol. Report by Kutsuki et al.
hytochemistry, 21, 19, 1982)
In, the CAD was partially purified from a plurality of angiosperms and gymnosperms, and the enzyme activity against CA and SA was measured. The angiosperms CAD act equally on both CA and SA, but the gymnosperm CAD is SA. Was shown to have low activity against. In particular, the enzymatic activity of pine CAD on SA was about 1/5 or less of that of CA. Detailed data on the substrate specificity of other coniferous CAD can be found in a paper on the purification of spruce CAD (European Journal of Bio).
Chemistry, 119, 115, 1984). From this, it is clear that spruce CAD has a 10-fold or more difference in substrate specificity for CA and SA. From the above viewpoints, it can be concluded that CAD of angiosperms (particularly coniferous trees) and CAD of angiosperms are enzymes different from each other with a definite difference in the three-dimensional structure involved in the recognition of substrates.
【0006】リグニンは紙パルプ生産過程において不要
な物質であり、その除去過程に多大なコストを費やして
いる。従って、林木のリグニン含量を低減することは重
要な育種目標である。近年の遺伝子組換え技術の進歩に
より、林木における該技術を用いた育種が可能となりつ
つある。従って、リグニン生合成に関与する遺伝子の単
離および同定、これを用いた遺伝子組換え技術による林
木の品種改良が待たれていた。Lignin is an unnecessary substance in the paper pulp production process, and a great deal of cost is spent in the removal process. Therefore, reducing the lignin content of forest trees is an important breeding goal. With the recent advances in gene recombination technology, it is becoming possible to breed trees using the technology. Therefore, isolation and identification of genes involved in lignin biosynthesis and improvement of forest tree varieties by gene recombination technology using the same have been awaited.
【0007】[0007]
【本発明が解決しようとする課題】本発明は上記に示し
た現状に鑑み、リグニン含量の低い林木の作出、並びに
林木中のリグニン含有量のコントロールを目的として、
リグニン生合成に関与する酵素群の中からシンナミルア
ルコールデヒドロゲナーゼに着目し、この遺伝子の単離
及び構造の解明のためになされたものである。In view of the above-mentioned present situation, the present invention aims to produce a forest tree having a low lignin content and control the lignin content in the forest tree.
From the group of enzymes involved in lignin biosynthesis, attention was focused on cinnamyl alcohol dehydrogenase to isolate and elucidate the structure of this gene.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、各方面か
ら鋭意研究した結果、ウドの幼梢よりCADを精製し、
部分的なアミノ酸配列を決定し、このアミノ酸配列から
推定されるオリゴヌクレオチドプローブを作成し、この
フローブを用いてウド幼梢由来のcDNAライブラリー
からCADのcDNAの釣り出しに成功した。さらにウ
ドCADのcDNAをプローブとして用い、ユーカリ由
来のゲノムライブラリーからCAD遺伝子の釣り出しに
成功した。本発明は、以上の知見に基づいてさらに研究
した結果、完成されたものである。即ち、本発明はウド
並びにユーカリCAD遺伝子に関するものであって、そ
れらの塩基配列は配列表の配列番号1並びに2に示し
た。[Means for Solving the Problems] As a result of earnest studies from various fields, the present inventors have purified CAD from buds of Udo,
A partial amino acid sequence was determined, an oligonucleotide probe deduced from this amino acid sequence was prepared, and this probe was used to successfully find out the cDNA of CAD from the cDNA library derived from Udo shoots. Furthermore, using the cDNA of Udo CAD as a probe, the CAD gene was successfully found out from the genomic library derived from Eucalyptus. The present invention has been completed as a result of further research based on the above findings. That is, the present invention relates to the Udo and Eucalyptus CAD genes, the base sequences of which are shown in SEQ ID NOS: 1 and 2 of the Sequence Listing.
【0009】本発明によれば、ウドCADのcDNAを
プローブとして用いることによりユーカリCAD遺伝子
を釣り出すことができたが、このことはCAD塩基配列
がウド及びユーカリといった被子植物間で高い相同性を
有していることに他ならない。従って、ウド並びにユー
カリのCAD遺伝子及びその断片をプローブに用いるこ
とにより、全ての被子植物からCAD遺伝子を釣り出す
ことが可能である。According to the present invention, the Eucalyptus CAD gene could be detected by using the cDNA of Udo CAD as a probe. This means that the CAD base sequence has high homology between angiosperms such as Udo and Eucalyptus. It is nothing but possession. Therefore, by using the CAD genes of Udo and Eucalyptus and fragments thereof as probes, it is possible to fish out CAD genes from all angiosperms.
【0010】ウドのCAD遺伝子、及び広葉樹のCAD
遺伝子の全部または一部を用いて、アンチセンス遺伝子
として人工的に構築し、この遺伝子をエレクトロポレー
ション法(Plant Physiol.,92,22
6,1990)及びアグロバクテリウムを用いる遺伝子
導入法(Plant Physiol.,93,111
0,1990)等の確立された方法に従いウド、ユーカ
リはもとより、クワ、ポプラ等の広範囲の広葉樹に導
入、発現させることが可能である。CAD gene of Udo and CAD of hardwood
All or part of the gene is artificially constructed as an antisense gene, and this gene is electroporated (Plant Physiol., 92, 22).
6, 1990) and a gene transfer method using Agrobacterium (Plant Physiol., 93, 111).
0,1990) and the like, and can be introduced and expressed in a wide range of broad-leaved trees such as mulberry and poplar as well as udo and eucalyptus.
【0011】本発明によれば、植物体再生が確立されて
いる広葉樹であれば、CADアンチセンス遺伝子を導入
することによりリグニン含量の低減が可能である。例え
ばパルプ材として利用される木材を対象とすれば、リグ
ニン含量の低い良質のパルプ材として作出することが可
能である。According to the present invention, the lignin content can be reduced by introducing the CAD antisense gene in a broad-leaved tree in which plant regeneration is established. For example, when wood used as a pulp material is targeted, it is possible to produce a high-quality pulp material having a low lignin content.
【0012】以降では本発明を実施例に基づいて詳細に
説明する。操作の手順は特に記述しない限りにおいて、
Current Protocols in Mole
cular Biology(F.M.Ausubel
ら編集、John Wiley & Sons.198
7)に記載された方法に従った。Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments. Unless otherwise stated, the operating procedure is
Current Protocols in Mole
circular Biology (FM Ausubel
Et al., John Wiley & Sons. 198
The method described in 7) was followed.
【0013】[0013]
【0014】(1)材料 市販されている食用ウドを購入し、材料とした。CAD
の活性測定用の基質であるコニフェリルアルデヒド、シ
ナップアルデヒド(以下、両者を総称してアルデヒドと
呼ぶ場合がある)については、Kutsukiらの方法
(木材学会誌27,520,1981)に従い合成し
た。コニフェリルアルコール、シナピルアルコール(以
下、両者を総称してアルコールと呼ぶ場合がある)につ
いては、前者をアルドリッチ社から購入し、後者を岐阜
大学、河合真吾博士より分譲して頂いた。(1) Material Commercially available edible wood was purchased and used as a material. CAD
Coniferyl aldehydes and synap aldehydes (hereinafter, both may be collectively referred to as aldehydes), which are substrates for measuring the activity of, were synthesized according to the method of Kutsuki et al. (Journal of the Wood Research Society 27, 520, 1981). Regarding coniferyl alcohol and sinapiru alcohol (hereinafter, both may be collectively referred to as alcohol), the former was purchased from Aldrich, and the latter was purchased from Gifu University and Dr. Shingo Kawai.
【0015】(2)CAD活性の測定方法 アルコールからアルデヒドへの酸化反応は、200mM
リン酸カリウム緩衝液(pH6.25)中に0.1m
M NADP+、0.07mM コニフェリルアルコー
ル又はシナピルアルコールを加え全量を1mLとし、酵
素液を加えて30℃でおこなった。反応は分光光度計の
測定用セル中でおこない、生成したアルデヒドによる4
00nmの光吸収を測定し、CADのアルコール酸化反
応活性を計算した。(2) Method of measuring CAD activity The oxidation reaction of alcohol to aldehyde is 200 mM.
0.1m in potassium phosphate buffer (pH 6.25)
MNADP +, 0.07 mM coniferyl alcohol or sinapyl alcohol was added to bring the total volume to 1 mL, the enzyme solution was added, and the reaction was performed at 30 ° C. The reaction is carried out in the measuring cell of the spectrophotometer and
The light absorption at 00 nm was measured, and the alcohol oxidation reaction activity of CAD was calculated.
【0016】アルデヒドからアルコールへの還元反応
は、100mM トリス塩酸緩衝液(pH8.8)中に
0.1mM NADPH、0.05mM コニフェリル
アルデヒド又はシナップアルデヒドを加え全量を1mL
とし、酵素液を加えて30℃でおこなった。反応は上記
と同様におこない、減少したNADPHを340nmの
光吸収により測定し、CADのアルデヒド還元反応活性
を計算した。The reduction reaction from aldehyde to alcohol is carried out by adding 0.1 mM NADPH, 0.05 mM coniferyl aldehyde or synapaldehyde to 100 mL of 100 mM Tris-HCl buffer (pH 8.8).
Then, the enzyme solution was added and the reaction was performed at 30 ° C. The reaction was performed in the same manner as above, and the decreased NADPH was measured by light absorption at 340 nm to calculate the aldehyde reduction reaction activity of CAD.
【0017】(3)CADの精製 市販のウドを吸水させながら1日放置すると、CAD活
性が約2倍に上昇したので、この処理をおこなったウド
4.5kgを出発試料とした。約1cm角に切断し、C
AD抽出用緩衝液(100mM トリス塩酸緩衝液(p
H7.5)、20mM β−メルカプトエタノール)4
Lと混合した後、ジューサーミキサーを用いて細かく破
砕した。試料溶液をガーゼをもちいて濾し、直ちに硫酸
アンモニウムを40%飽和濃度となるように加え、遠心
分離をおこない、上清を回収した。上清に70%飽和濃
度となるように硫酸アンモニウムを加え、遠心分離をお
こない、沈澱を回収した。沈澱をCAD緩衝液(10m
M トリス塩酸緩衝液(pH7.5)、10mM β−
メルカプトエタノール)に溶解させ酵素溶液とし、ゲル
ろ過をおこない脱塩した。酵素溶液に硫酸アンモニウム
を加え、最終濃度を0.5Mとした後、0.5M硫酸ア
ンモニウムで平衡化した東ソー社製のブチルトヨパール
による疎水クロマトグラフィーをおこない酵素溶液を分
画した。溶出は硫酸アンモニウムの0.5Mから0Mの
直線濃度勾配によりおこなった。得られたCAD画分を
ゲルろ過により脱塩した後、ファルマシア社製のモノQ
カラムを用いたイオン交換クロマトグラフィーをおこな
い、さらに細かく分画した。溶出は塩化ナトリウムの0
Mから0.3Mの直線濃度勾配によりおこなった。得ら
れたCAD画分をゲルろ過により脱塩した後、ファルマ
シア社製のNADP+−アガロースを用いるアフィニテ
ィークロマトグラフィーをおこない、1mM NADP
+でCADを溶出させた。これをウドCAD最終標本と
した。(3) Purification of CAD When the commercially available udo was allowed to stand for one day while absorbing water, the CAD activity increased about twice, so 4.5 kg of udo after this treatment was used as the starting sample. Cut into about 1 cm square, C
AD extraction buffer (100 mM Tris-HCl buffer (p
H7.5), 20 mM β-mercaptoethanol) 4
After mixing with L, it was finely crushed using a juicer mixer. The sample solution was filtered using gauze, ammonium sulfate was immediately added so as to have a saturation concentration of 40%, centrifugation was performed, and the supernatant was recovered. Ammonium sulfate was added to the supernatant so that the concentration became 70%, and the mixture was centrifuged to collect the precipitate. Precipitate the CAD buffer (10 m
M Tris-HCl buffer (pH 7.5), 10 mM β-
It was then dissolved in mercaptoethanol) to give an enzyme solution, which was desalted by gel filtration. Ammonium sulfate was added to the enzyme solution to adjust the final concentration to 0.5 M, and then hydrophobic chromatography was performed using Butyl Toyopearl manufactured by Tosoh Corporation equilibrated with 0.5 M ammonium sulfate to fractionate the enzyme solution. Elution was performed with a 0.5 M to 0 M linear concentration gradient of ammonium sulfate. The obtained CAD fraction was desalted by gel filtration, and then Mono Q manufactured by Pharmacia
Ion exchange chromatography using a column was performed to further finely fractionate. Elution is 0 for sodium chloride
A linear concentration gradient of M to 0.3 M was used. The resulting CAD fraction was desalted by gel filtration, and then subjected to affinity chromatography using NADP + -agarose manufactured by Pharmacia to give 1 mM NADP.
CAD was eluted with +. This was used as the final CAD CAD sample.
【0018】上記の方法により240μgの精製CAD
を得た。精製CADをファルマシア社製のファストシス
テムを用いて8%から25%の濃度勾配を持つポリアク
リルアミドゲル電気泳動をおこない、銀染色法によりタ
ンパク質を検出したところ、単一のバンドが確認でき
た。精製CADをファルマシア社製のスーパーロース1
2カラム及び同社製の分子量測定用マーカーを用いてゲ
ルろ過をおこなった結果、ウドCADの分子量は72,
000であることが判明した。この値は、既報のCAD
の分子量と類似していた。さらに、SDSを含む同様の
電気泳動をおこなったところ、分子サイズが38kDa
及び39kDaと推定される2つのバンドが確認され
た。このことから、ウドCADは類似した2種類のサブ
ユニットからなる2量体であることが示唆された。一
方、基質に対するKm値を測定したところ、既報のCA
DのKm値に類似の値が得られた。また、低級アルデヒ
ド(アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド)、NA
DH及びNAD+は、CADの基質とはならないことも
確認した。以上の結果から、精製した酵素標本がリグニ
ン生合成系にのみ存在するアルデヒドおよびアルコール
に対して高い基質特異性を有することが示され、本酵素
標本はウドCADであることが明らかとなった。240 μg of purified CAD by the above method
Got When purified CAD was subjected to polyacrylamide gel electrophoresis with a concentration gradient of 8% to 25% using Fast System manufactured by Pharmacia and the protein was detected by the silver staining method, a single band was confirmed. Purified CAD is Supersia 1 made by Pharmacia
As a result of gel filtration using 2 columns and a marker for molecular weight measurement manufactured by the same company, the molecular weight of Udo CAD was 72,
It turned out to be 000. This value is based on previously reported CAD
Was similar to that of. Further, when the same electrophoresis including SDS was performed, the molecular size was 38 kDa.
And two bands estimated to be 39 kDa were confirmed. This suggests that Udo CAD is a dimer composed of two similar subunits. On the other hand, when the Km value for the substrate was measured, it was found that the previously reported CA
Values similar to the Km value of D were obtained. In addition, lower aldehydes (acetaldehyde, propionaldehyde), NA
It was also confirmed that DH and NAD + do not serve as substrates for CAD. From the above results, it was shown that the purified enzyme preparation has a high substrate specificity for aldehyde and alcohol existing only in the lignin biosynthesis system, and it was revealed that this enzyme preparation is wood CAD.
【0019】(4)ウドCADのアミノ酸配列の決定 精製したCADを50μg取り、モル比で100倍のシ
アン化臭素を加え、40℃で20時間反応させたCAD
の部分分解をおこなった。反応終了後、試料溶液を凍結
乾燥させ、得られたペプチドを0.1mLの0.1%ト
リフルオロ酢酸(以下、TFAと省略する)に溶解し
た。これを日本分光社製のC18・ODSカラムを用い
る逆相クロマトグラフィーにより分画した。液相として
0.1%TFAを含むアセトニトリルの0%から80%
の直線濃度勾配を用い、ペプチドの検出方法として22
0nmの紫外線吸収を測定した。分画されたペプチドを
各々凍結乾燥を経て回収した。アプライドバイオシステ
ム社製の自動アミノ酸配列分析装置(モデルNo.47
0A)を用い、得られたペプチドのアミノ酸配列を決定
した。その結果、図1に示した4つのCADの部分アミ
ノ酸配列が得られた。(4) Determination of Amino Acid Sequence of Udo CAD CAD 50 μg of purified CAD was taken, bromine cyanide was added at a molar ratio of 100 times, and the mixture was reacted at 40 ° C. for 20 hours.
Was partially disassembled. After the reaction was completed, the sample solution was freeze-dried, and the obtained peptide was dissolved in 0.1 mL of 0.1% trifluoroacetic acid (hereinafter, abbreviated as TFA). This was fractionated by reverse phase chromatography using a C18 ODS column manufactured by JASCO Corporation. 0% to 80% of acetonitrile containing 0.1% TFA as liquid phase
22 using a linear concentration gradient of
UV absorption at 0 nm was measured. The fractionated peptides were collected by freeze-drying. An automated amino acid sequence analyzer (Model No. 47, manufactured by Applied Biosystems)
0A) was used to determine the amino acid sequence of the resulting peptide. As a result, the partial amino acid sequences of the four CADs shown in FIG. 1 were obtained.
【0020】(5)オリゴヌクレオチドの合成 図1に示したアミノ酸配列の中からペプチド#15のア
ミノ酸配列を選び、アプライドバイオシステム社製のD
NA合成装置(モデルNo.381A)を用いてこれに
相当するオリゴヌクレオチドを化学合成した。図2に合
成したオリゴヌクレオチドの塩基配列を示した。(5) Synthesis of oligonucleotides The amino acid sequence of peptide # 15 was selected from the amino acid sequences shown in FIG.
An oligonucleotide corresponding to this was chemically synthesized using an NA synthesizer (Model No. 381A). The base sequence of the synthesized oligonucleotide is shown in FIG.
【0021】(6)ウドcDNAライブラリーの作成 CAD精製に用いた際と同じウドを材料としてRNAの
抽出操作をおこない、250μgの全RNAを得た。さ
らに、ファルマシア社製のオリゴdTカラムを用いてア
フィニティークロマトグラフィーを行い、13.5μg
のポリ(A)RNAを得た。2μgのポリ(A)RN
A、ファルマシア社製のcDNA合成キット及びλgt
11、ストラータジーン社製のファージ粒子パッケージ
ングキットを用いてcDNAライブラリーを作成した。
作成したcDNAライブラリーを大腸菌(Y1088)
に感染させファージの増殖をおこなった際、SM緩衝液
に溶出させ保存した。ライブラリー中の組換え体総数は
約160万であった。(6) Preparation of Udo cDNA Library RNA was extracted from the same wood used for CAD purification as the material to obtain 250 μg of total RNA. Furthermore, affinity chromatography was performed using an oligo dT column manufactured by Pharmacia, and 13.5 μg
Of poly (A) RNA was obtained. 2 μg of poly (A) RN
A, cDNA synthesis kit manufactured by Pharmacia and λgt
11. A cDNA library was prepared using a phage particle packaging kit manufactured by Stratagene.
E. coli (Y1088) prepared cDNA library
When the phages were propagated by infecting Escherichia coli, the cells were eluted with SM buffer and stored. The total number of recombinants in the library was about 1.6 million.
【0022】(7)ウドCADのcDNA単離 プラークハイブリダイゼーション法に従い、ウドcDN
Aライブラリー中の約30万の組換え体から、CADの
cDNA単離をおこなった。プローブは、(7) Isolation of cDNA for Udo CAD According to the plaque hybridization method, Udo cDNA was used.
CAD cDNA was isolated from about 300,000 recombinants in the A library. The probe is
【0020】に表記の合成オリゴヌクレオチドを〔γ−
32P〕ATP及びT4ポリヌクレオチドカイネースを用
いてリン酸付加反応により標識したものを使用した。ハ
イブリダイゼーション時の温度は42℃という比較的穏
やかな条件に設定した。その結果、プローブと高い相同
性を有するcDNAクローンが20個得られたが、全て
同一のcDNAクローンであることが判明したので、約
1.4kbp(1bpは1塩基対)を有する最長のcD
NA断片をストラータジーン社製のプラスミドベクター
(ブルースクリプトSK+)に移し換え、pUCAD1
0と命名した。以降の解析にはこのpUCAD10を用
いた。The synthetic oligonucleotide indicated in [γ-
Those labeled by a phosphate addition reaction using 32 P] ATP and T4 polynucleotide kinase were used. The temperature during hybridization was set to a relatively mild condition of 42 ° C. As a result, 20 cDNA clones having high homology with the probe were obtained, but it was found that they were all the same cDNA clones. Therefore, the longest cD having about 1.4 kbp (1 bp is 1 base pair) was obtained.
The NA fragment was transferred to a plasmid vector (Bluescript SK +) manufactured by Stratagene, and pUCAD1
It was named 0. This pUCAD10 was used for the subsequent analysis.
【0023】(8)ウドCADのcDNA解析及び同定 pUCAD10のcDNA断片の塩基配列解析は、宝酒
造社製のM13シークエンスキットを用いてダイデオキ
シ法に従っておこなった。この際、プロメガ社製のデレ
ーションキットを用いることにより、pUCAD10の
cDNA断片を一方向から約250塩基対の間隔で短く
した計5つのpUCAD10由来プラスミドを両方向に
ついて作成した。各々の塩基配列を約300塩基対程度
まで解析し、重複する塩基配列部分でつなぎ合わせた。
得られたpUCAD10の塩基配列を表1から表4で示
した配列表の配列番号1に示した。(8) cDNA Analysis and Identification of Udo CAD The nucleotide sequence of the cDNA fragment of pUCAD10 was analyzed by the dideoxy method using an M13 sequence kit manufactured by Takara Shuzo. At this time, a total of 5 pUCAD10-derived plasmids were prepared in both directions by shortening the cDNA fragment of pUCAD10 at intervals of about 250 base pairs from one direction by using a Delation Kit manufactured by Promega. Each base sequence was analyzed to about 300 base pairs, and the overlapping base sequence portions were connected.
The base sequence of the obtained pUCAD10 is shown in SEQ ID NO: 1 of the sequence listing shown in Tables 1 to 4.
【0024】[0024]
【表1】 [Table 1]
【0025】[0025]
【表2】 [Table 2]
【0026】[0026]
【表3】 [Table 3]
【0027】[0027]
【表4】 [Table 4]
【0028】即ち、上記に示した配列表の配列番号1の
配列はThat is, the sequence of SEQ ID NO: 1 in the sequence listing shown above is
【0023】に表記したcDNA断片の塩基配列とこれ
によって規定されるアミノ酸配列を示すものである。It shows the nucleotide sequence of the cDNA fragment shown in and the amino acid sequence defined thereby.
【0029】このcDNAによって規定されるアミノ酸
配列をウドCADのアミノ酸配列解析から得られたアミ
ノ酸配列と比較したところ、両者の配列がほぼ一致する
ことが示された。一致した部分については配列表の配列
番号1中の下線で示した。このことから本cDNAはウ
ドCADのcDNAであることが明らかとなった。ま
た、アミノ末端の配列(図1のペプチドN)についても
確認できたことから、本cDNAはウドCAD全長を規
定していることが示された。When the amino acid sequence defined by this cDNA was compared with the amino acid sequence obtained from the amino acid sequence analysis of Udo CAD, it was shown that the two sequences were almost identical. The matched portion is underlined in SEQ ID NO: 1 in the sequence listing. From this, it became clear that this cDNA is cDNA of Udo CAD. Since the amino terminal sequence (peptide N in FIG. 1) was also confirmed, it was shown that this cDNA defines the full length of Udo CAD.
【0030】これまでのCADについての報告と異な
り、ウドCADは類似する2種のサブユニットからの構
成されていることが明らかであり、得られたcDNAは
どちらか一方のサブユニットのアミノ酸配列を規定す
る。本発明はCAD遺伝子を利用して、最終的に植物内
のCAD活性を抑えるためのものである。即ち、サブユ
ニットに対する発現抑制を行うことによって、本発明の
目的は達成される。Unlike previous reports on CAD, it is clear that Udo CAD is composed of two similar subunits, and the obtained cDNA has the amino acid sequence of either subunit. Stipulate. The present invention utilizes the CAD gene to finally suppress the CAD activity in plants. That is, the object of the present invention is achieved by suppressing the expression of subunits.
【0031】(9)ユーカリゲノムライブラリーの作成 ユーカリ(ボトルオイデス種)苗状原基由来のカルスを
MS培地上で生育させた。日尾野らの方法(第36回リ
グニン討論会要旨集、61頁、1991)に従い、ユー
カリカルスからゲノムDNAを抽出後、制限酵素(Sa
u3AI)により部分分解し、塩化ナトリウムの2%か
ら25%の直線密度勾配遠心法により約16から20k
bpのゲノムDNA断片を回収した。このゲノムDNA
断片とストラタジーン社製のEMBL3及びファージ粒
子パッケージングキットを用いて、ユーカリゲノムライ
ブラリーを作成した。作成したcDNAライブラリーを
大腸菌(SRB)に感染させファージの増殖をおこなっ
た後、SM緩衝液に溶出させ保存した。ライブラリー中
の組換え体総数は約250万であった。(9) Preparation of Eucalyptus Genome Library Callus derived from Eucalyptus (bottle Oides species) seedling primordia was grown on MS medium. According to the method of Hiono et al. (Abstracts of the 36th Lignin Discussion Group, p. 61, 1991), genomic DNA was extracted from eucalyptus and the restriction enzyme (Sa
u3AI) and partially decomposed with 2% to 25% of sodium chloride by linear density gradient centrifugation to about 16 to 20 k.
A bp genomic DNA fragment was recovered. This genomic DNA
A eucalyptus genomic library was prepared using the fragment and Stratagene's EMBL3 and phage particle packaging kit. The prepared cDNA library was infected with Escherichia coli (SRB) to grow phages, which were then eluted and stored in SM buffer. The total number of recombinants in the library was approximately 2.5 million.
【0032】(10)ユーカリCAD遺伝子の単離 プラークハイブリダイゼーション法に従い、ユーカリゲ
ノムライブラリー中の約50万の組換え体から、CAD
遺伝子の単離をおこなった。プローブは、ウドCADの
cDNA断片全長を〔α−32P〕dCTP及びベーリン
ガー社製ランダムプライムドDNAラベリングキットを
用いて標識したものを使用した。その結果、プローブと
高い相同性を有するCAD遺伝子クローンが3つ得られ
た。これらの制限酵素地図の作成を行った。図3に示す
ように、3つのクローンのうち2つは互いに重複するク
ローンであり、残りの1つはユーカリ遺伝子断片上のC
ADを含まない部分において1箇所のみ制限酵素部位の
相違が見られた。これは、作物などのように人工的に純
系とされたものと異なり、林木においては対になる相同
染色体間で微細な相違があることに起因すると推定され
る。3つのクローンは、λECAD74、λECAD7
2、λECAD21と命名した。これらのクローン中に
CAD遺伝子全域が含まれていることを確認するため
に、ウドCADのcDNAのN末端側の断片及びC末端
側の断片を各々プローブとして用い、サザン分析を行な
った。プローブとした断片はpUCAD10の塩基配列
を解析する際に作成したデレーションクローンの中か
ら、N末端側およびC末端側を有するものを選び、その
cDNA断片を制限酵素で切断して用いた。即ち、N端
側プローブは配列表の配列番号1に示した1番から20
3番で示した塩基配列を有するDNA断片であり、C末
端側プローブは配列表の配列番号1に示した951番か
ら1336番で示した塩基配列を有するDNA断片であ
る。ユーカリCADクローンを制限酵素SalIで消化
した後、アガロース電気泳動により分離し、ナイロン膜
に転写した。このDNAを転写したナイロン膜に対し
て、上記のN末端側及びC末端側のプローブ各々を用い
てサザン分析を行なった結果、λECAD74、λEC
AD21については両プローブともにハイブリダイズし
た。従ってこの2つのクローンはユーカリCAD全長を
コードしていると結論した。λECAD72について
は、C末端側プローブのみハイブリダイズしなかったの
で、このクローンはC末端の一部を欠いていると考えら
れる。図3に斜線網掛けで示すプローブと相同性を有す
る断片(SalIによって切断される断片)を宝酒造社
製のプラスミドベクター(pUC19)に連結し、各々
pECADS1、pECADS2、pECADS3と命
名した。即ち、pECADS1及びpECADS2はユ
ーカリCAD全長をコードするDNA断片を有するプラ
スミドである。尚、pECADS1については、このプ
ラスミドを有する大腸菌(識別のための表示:E.co
li pECADS1)を通産省工業技術院、生命工学
工業技術研究所、特許微生物寄託センターに寄託した
(FERM P−13653)。尚、ラムダファージク
ローンλECAD74については上記機関がファージの
寄託を受け付けていないために寄託はできないが、第3
者からの申し出が生じた場合、ファージクローンの分譲
は可能である。(10) Isolation of Eucalyptus CAD gene From about 500,000 recombinants in the Eucalyptus genomic library, CAD was isolated according to the plaque hybridization method.
The gene was isolated. The probe used was one in which the entire length of the Udo CAD cDNA fragment was labeled with [α- 32 P] dCTP and a random primed DNA labeling kit manufactured by Boehringer. As a result, three CAD gene clones having high homology with the probe were obtained. These restriction enzyme maps were created. As shown in FIG. 3, two of the three clones were clones that overlap each other, and the other one was C on the Eucalyptus gene fragment.
A difference in restriction enzyme sites was observed in only one part in the AD-free part. It is presumed that this is due to a minute difference between homologous chromosomes paired with each other in a forest tree, unlike an artificially pure line such as a crop. The three clones are λECAD74 and λECAD7.
2. It was named λECAD21. In order to confirm that the entire CAD gene was contained in these clones, Southern analysis was performed using the N-terminal side fragment and the C-terminal side fragment of the cDNA of Udo CAD as a probe. As the fragment used as a probe, one having the N-terminal side and the C-terminal side was selected from the deletion clones prepared when the nucleotide sequence of pUCAD10 was analyzed, and the cDNA fragment was used after being cleaved with a restriction enzyme. That is, the N-terminal side probes are from No. 1 to No. 20 shown in SEQ ID NO: 1 in the sequence listing.
The C-terminal side probe is a DNA fragment having the nucleotide sequence shown as No. 3, and the C-terminal side probe is a DNA fragment having the nucleotide sequence shown as Nos. 951 to 1336 shown in SEQ ID NO: 1 in the sequence listing. Eucalyptus CAD clones were digested with a restriction enzyme SalI, separated by agarose electrophoresis, and transferred to a nylon membrane. Southern analysis was performed on the nylon membrane on which this DNA was transferred using each of the N-terminal side probe and the C-terminal side probe, and as a result, λECAD74, λEC
Both probes hybridized with AD21. Therefore, it was concluded that these two clones encode the full-length Eucalyptus CAD. Since λECAD72 did not hybridize only with the C-terminal side probe, it is considered that this clone lacks a part of the C-terminal. Fragments homologous to the probes shown by hatching in FIG. 3 (fragments cleaved by SalI) were ligated to a plasmid vector (pUC19) manufactured by Takara Shuzo, and named pECADS1, pECADS2, and pECADS3, respectively. That is, pECADS1 and pECADS2 are plasmids having a DNA fragment encoding the full-length Eucalyptus CAD. For pECADS1, E. coli containing this plasmid (indication for identification: E.co.
li pECADS1) was deposited at the Ministry of International Trade and Industry, the Institute of Biotechnology, Institute of Biotechnology, and the Patent Microorganism Depositary Center (FERM P-13653). The lambda phage clone λECAD74 cannot be deposited because the above institutions have not accepted the deposit of the phage.
In case of an offer from a person, the phage clone can be distributed.
【0033】(12)ユーカリCAD遺伝子の解析 pECADS1については遺伝子断片が8kbに及ぶの
でゲノムDNA断片の塩基配列解析を行なうにあたっ
て、さらに小断片化及びそのサザン分析を行なった。そ
の結果、制限酵素(SalI及びBglI)を用いるこ
とによって得られる約3.3kbpの断片がCAD全長
をコードしていることが判明したので、これについて塩
基配列解析を行うことにした。この3.3kbpのゲノ
ムDNA断片を末端平滑化した後、制限酵素(Sma
I)で消化済みの宝酒造社製のプラスミドベクター(p
UC119)に連結し、pECADS133と命名し
た。塩基配列解析は、宝酒造社製のM13シークエンス
キットを用いてダイデオキシ法に従って行なった。この
際、プロメガ社製のデレーションキットを用いることに
より、pECADS133のゲノム断片を一方向から約
250塩基対の間隔で短かくした計9つのpECADS
133由来プラスミドを両方向について作成した。各々
の塩基配列を約300塩基対程度まで解析し、重複する
塩基配列部分でつなぎ合わせた。pECADS2及びp
ECADS3についても同様の塩基配列解析を行なった
がこれら3つのクローンの塩基配列は全て同一であっ
た。従って、以下にpECADS133のゲノムDNA
の塩基配列を表5から表11で示した配列表の配列番号
2に示した。(12) Analysis of Eucalyptus CAD gene Since pECADS1 has a gene fragment of 8 kb, further fragmentation and its Southern analysis were carried out when the nucleotide sequence of genomic DNA fragment was analyzed. As a result, it was revealed that a fragment of about 3.3 kbp obtained by using the restriction enzymes (SalI and BglI) encodes the full-length CAD, so it was decided to carry out a base sequence analysis for this. After blunting the ends of this 3.3 kbp genomic DNA fragment, the restriction enzyme (Sma
I) digested Takara Shuzo plasmid vector (p
It was ligated to UC119) and named pECADS133. Nucleotide sequence analysis was performed according to the dideoxy method using M13 Sequence Kit manufactured by Takara Shuzo. At this time, a genomic kit of pECADS133 was shortened at intervals of about 250 base pairs from one direction by using a Delation Kit manufactured by Promega to make a total of 9 pECADS.
A 133-derived plasmid was made in both directions. Each base sequence was analyzed to about 300 base pairs, and the overlapping base sequence portions were connected. pECADS2 and p
The same nucleotide sequence analysis was performed for ECADS3, but the nucleotide sequences of these three clones were all the same. Therefore, the following is the genomic DNA of pECADS133
The nucleotide sequence of is shown in SEQ ID NO: 2 of the sequence listing shown in Tables 5 to 11.
【0034】[0034]
【表5】 [Table 5]
【0035】[0035]
【表6】 [Table 6]
【0036】[0036]
【表7】 [Table 7]
【0037】[0037]
【表8】 [Table 8]
【0038】[0038]
【表9】 [Table 9]
【0039】[0039]
【表10】 [Table 10]
【0040】[0040]
【表11】 [Table 11]
【0041】即ち、上記に示した配列表の配列番号2の
配列はThat is, the sequence of SEQ ID NO: 2 in the sequence listing shown above is
【0033】に表記したユーカリゲノムDNA断片の塩
基配列、これによって規定されるアミノ酸配列を示すも
のである。この塩基配列中には、プロモーター部位及び
4つの介在配列が存在した。The following shows the nucleotide sequence of the Eucalyptus genomic DNA fragment described in (1) and the amino acid sequence defined thereby. A promoter site and four intervening sequences were present in this base sequence.
【0042】両者のアミノ酸配列は80.7%の相同性
を有することから、本ゲノムDNAはューカリCAD全
長を規定しているユーカリCAD遺伝子であることが明
らかとなった。また、ウド及びユーカリ間において、C
AD遺伝子の塩基配列の相同性が76.6%と高いこと
から(コード領域のみ)。被子植物全般でCAD遺伝子
の塩基配列が類似していることが推定された。Since both amino acid sequences have a homology of 80.7%, it was revealed that the present genomic DNA is a Eucalyptus CAD gene which defines the full length of Ducal CAD. Also, between Udo and Eucalyptus, C
This is because the base sequence homology of the AD gene is as high as 76.6% (only the coding region). It was estimated that the base sequences of the CAD gene were similar in all angiosperms.
【0043】本ユーカリCAD遺伝子の5′上流側の塩
基配列中には、転写開始シグナルであるTATAボック
ス(配列表の配列番号2の474から481)、CAT
ボックス(配列表の配列番号2の42から45、364
から367及び23から427)及び2カ所の繰り返し
配列(配列表の配列番号2の123から140までと1
59から176及び441から450までと448から
457)といったプロモーターに特異的な配列が存在し
た。即ち、このプロモーター領域はCAD遺伝子の発現
において、時期及び組織特異的な制御を担っていると考
えられる。In the nucleotide sequence on the 5'upstream side of the Eucalyptus CAD gene, a transcription initiation signal, TATA box (474 to 481 of SEQ ID NO: 2 in Sequence Listing), CAT
Box (42 to 45, 364 of SEQ ID NO: 2 in Sequence Listing)
To 367 and 23 to 427) and two repeat sequences (123 to 140 and 1 of SEQ ID NO: 2 in the sequence listing)
There were promoter specific sequences such as 59 to 176 and 441 to 450 and 448 to 457). That is, this promoter region is considered to be responsible for the timing- and tissue-specific control in the expression of the CAD gene.
【0044】(12)ウドCADのcDNAを用いたア
ンチセンス遺伝子の作成 ウドCADのcDNAクローン(pUCAD10)の制
限酵素(NotI)消化してcDNA断片全長を取り出
し、宝酒造社製のT4DNAポリメラーゼで平滑末端処
理した。また、2つの制限酵素(AccI及びKpn
I)を用い消化により、約650bpの部分断片を取り
出し、同様に平滑末端処理した。一方、カリフラワーモ
ザイクウィルス由来の35Sプロモーターを有するクロ
ーンテック社製のTiプラスミドベクター(pBI12
1)からGUS遺伝子を除いて平滑末端処理した。上記
の平滑末端化したCADのDNA断片とベクターを各々
連結し、cDNA断片の連結方向が異なる2種のプラス
ミドDNAを得た。これらの内、cDNAの連結が35
Sプロモーターに対して逆方向、即ち本来のアミノ酸配
列を規定する向きとは反対の向き、であるプラスミドD
NAについて、全長断片を含むものをpUCAD121
Aと命名し、部分断片を含むものをpUCAD121a
と命名した。即ち、pUCAD121AはウドCAD遺
伝子全長を含むアンチセンス遺伝子、pUCAD121
aはウドCAD遺伝子部分断片を含むアンチセンス遺伝
子である。(12) Preparation of antisense gene using Udo CAD cDNA Udo CAD cDNA clone (pUCAD10) was digested with restriction enzyme (NotI) to extract the full length of the cDNA fragment, and blunt-ended with T4 DNA polymerase manufactured by Takara Shuzo. Processed. In addition, two restriction enzymes (AccI and Kpn)
A partial fragment of about 650 bp was taken out by digestion with I) and treated with blunt ends in the same manner. On the other hand, a Ti plasmid vector (pBI12 manufactured by Clontech, which has a 35S promoter derived from cauliflower mosaic virus).
The GUS gene was removed from 1) and blunt-end treatment was performed. The blunt-ended CAD DNA fragment and the vector were each ligated to obtain two types of plasmid DNA having different ligation directions of the cDNA fragments. Of these, the ligation of cDNA is 35
Plasmid D, which is in the opposite direction to the S promoter, that is, in the opposite direction to the direction defining the original amino acid sequence
Regarding NA, pUCAD121 containing the full-length fragment
Named A and containing a partial fragment pUCAD121a
I named it. That is, pUCAD121A is an antisense gene containing the entire Udo CAD gene, pUCAD121.
a is an antisense gene containing a partial fragment of the Udo CAD gene.
【0045】(13)ユーカリCAD遺伝子を用いたア
ンチセンス遺伝子の作成 ユーカリCAD遺伝子クローン(pECADS1及びp
ECADS133)のインサートDNA全長を制限酵素
消化してゲノムDNA断片を取り出し、宝酒造社製のT
4DNAポリメラーゼで平滑末端処理した。一方、カリ
フラワーモザイクウィルス由来の35Sプロモーターを
有するクローンテック社製のTiプラスミドベクター
(pBI121)からGUS遺伝子を除いて平滑末端処
理した。上記の平滑末端化したDNAを連結し、pEC
ADS1及びpECADS133各々に由来するゲノム
DNA断片について、連結の向きが異なる2種のプラス
ミドDNAを得た。これらの内、ゲノムDNAの連結が
35Sプロモーターに対して逆方向、即ち本来のアミノ
酸配列を規定する向きとは反対の向き、であるプラスミ
ドDNAをpECAD121Aと命名した。即ち、pE
CAD121AはユーカリCADアンチセンス遺伝子で
ある。同様にpECADS133由来のアンチセンス遺
伝子をpECAD121A33と命名した。(13) Preparation of antisense gene using Eucalyptus CAD gene Eucalyptus CAD gene clones (pECADS1 and pECADS1
The entire length of the insert DNA of ECADS133) was digested with a restriction enzyme to take out a genomic DNA fragment.
Blunt ends were treated with 4 DNA polymerase. On the other hand, the GUS gene was removed from a Ti plasmid vector (pBI121) manufactured by Clontech Co., which had a 35S promoter derived from cauliflower mosaic virus, and blunt-ended. The blunt-ended DNA described above was ligated to obtain pEC
Two kinds of plasmid DNAs having different ligation directions were obtained for the genomic DNA fragments derived from each of ADS1 and pECADS133. Of these, the plasmid DNA in which the ligation of the genomic DNA was in the reverse direction to the 35S promoter, that is, in the direction opposite to the direction defining the original amino acid sequence, was designated as pECAD121A. That is, pE
CAD121A is a Eucalyptus CAD antisense gene. Similarly, the antisense gene derived from pECADS133 was named pECAD121A33.
【0046】(14)ウドCADのアンチセンス遺伝子
の広葉樹への導入 pUCAD121A及びpUCAD121aのプラスミ
ドDNAを太田らの方法(特許出願番号、平2−162
695)に従って、各々ユーカリに導入し、植物体を再
生させた。(14) Introduction of Udo-Cad Antisense Gene into Broadleaf Trees The plasmid DNAs of pUCAD121A and pUCAD121a were prepared by the method of Ohta et al. (Patent Application No. Hei 2-162).
695) and introduced into eucalyptus to regenerate the plant.
【0047】全ての形質転換体よりゲノムDNAを抽出
し、各々について導入したプラスミドDNAをプローブ
としてサザン分析をおこなったところ、4株からpUC
AD121A由来のDNAを、別の3株からpUCAD
121a由来のDNAを確認できた。これら7つの形質
転換体からタンパク質を抽出して、CAD活性を測定し
た。その結果、pUCAD121Aの導入された4株の
CAD活性は対照植物体に比べ14%から27%であ
り、これらは平均で78%の活性減少が示された。一
方、pUCAD121aの導入された3株のCAD活性
は対照とした植物体に比べ16%から35%であり、平
均で76%の活性減少が示された。Genomic DNA was extracted from all the transformants, and Southern analysis was carried out using the plasmid DNA introduced for each as a probe.
The DNA derived from AD121A was added to pUCAD from the other three strains.
The DNA derived from 121a was confirmed. Proteins were extracted from these 7 transformants and CAD activity was measured. As a result, the CAD activities of the four pUCAD121A-introduced strains were 14% to 27% as compared with the control plants, and these showed an average activity reduction of 78%. On the other hand, the CAD activity of the three pUCAD121a-introduced strains was 16% to 35% of that of the control plant, showing an average decrease of 76% in activity.
【0048】pUCAD121AのプラスミドDNAを
町井らの方法(日本蚕系学会誌59,105,199
0)に従ってクワに導入し、植物体を再生させた。The plasmid DNA of pUCAD121A was prepared by the method of Machii et al. (Journal of the Japanese Silkworm Society 59, 105, 199).
According to 0), it was introduced into mulberry and the plant body was regenerated.
【0049】全ての形質転換体よりゲノムDNAを抽出
し、各々について導入したプラスミドDNAをプローブ
としてサザン分析をおこなったところ、3株からpUC
AD121A由来のDNAを確認できた。これら3つの
形質転換体からタンパク質を抽出して、CAD活性を測
定した。その結果、pUCAD121Aの導入された4
株のCAD活性は対照植物体に比べ12%から25%で
あり、これらは平均で82%の活性減少が示された。Genomic DNA was extracted from all the transformants, and Southern analysis was carried out using the plasmid DNA introduced for each as a probe.
The DNA derived from AD121A could be confirmed. Proteins were extracted from these three transformants and CAD activity was measured. As a result, 4 of pUCAD121A was introduced.
The CAD activity of the strains was 12% to 25% compared to the control plants, which showed an average reduction of 82% activity.
【0050】これらの結果から、本発明のウドCADの
全部又は一部を用いて作成したアンチセンス遺伝子によ
り、これらを用いて作出した形質転換植物中でのCAD
活性を低減させることが可能であることが示された。こ
れにより広葉樹におけるリグニン含量を低減させること
が可能であることが示唆された。From these results, the antisense gene prepared by using all or a part of the Udo CAD of the present invention was used for the CAD in the transformed plant produced by using the antisense gene.
It was shown that it is possible to reduce the activity. This suggests that it is possible to reduce the lignin content in hardwood.
【0051】(15)ユーカリCADのアンチセンス遺
伝子の広葉樹への導入 pECAD121A及びpECAD121A33の各々
のプラスミドDNAを太田らの方法(特許出願番号、平
2−162695)に従ってユーカリに導入し、植物体
を再生させた。(15) Introduction of Eucalyptus CAD antisense gene into broad-leaved tree The plasmid DNA of each of pECAD121A and pECAD121A33 was introduced into eucalyptus according to the method of Ohta et al. (Patent application No. Hei2-162695) to regenerate a plant. Let
【0052】全ての形質転換体よりゲノムDNAを抽出
し、各々について導入したプラスミドDNAをプローブ
としてサザン分析をおこなったところ、4株からpEC
AD121A由来のDNAを、3株からpECAD12
1A33由来のDNAを確認できた。これら計7つの形
質転換体からタンパク質を抽出して、CAD活性を測定
した。pECAD121Aの導入された4株のCAD活
性は対照植物体に比べ6%から15%であり、これらは
平均で89%の活性減少が示された。一方pECAD1
21A33の導入された3株についても同様の結果が得
られ、平均で90%のCADの活性減少が示された。Genomic DNA was extracted from all the transformants, and Southern analysis was carried out using the plasmid DNA introduced for each as a probe.
DNA derived from AD121A was obtained from 3 strains of pECAD12.
The DNA derived from 1A33 could be confirmed. The CAD activity was measured by extracting proteins from these 7 transformants in total. The CAD activity of the 4 strains into which pECAD121A was introduced was 6% to 15% as compared with the control plant, and these showed an average activity reduction of 89%. On the other hand, pECAD1
Similar results were obtained with the 21A33-introduced 3 strains, showing an average reduction in CAD activity of 90%.
【0053】pECAD121AのプラスミドDNAを
町井らの方法(日本蚕糸学会誌59,105,199
0)に従ってクワに導入し、植物体を再生させた。The plasmid DNA of pECAD121A was prepared by the method of Machii et al. (Journal of the Japan Silkworm Society 59, 105, 199).
According to 0), it was introduced into mulberry and the plant body was regenerated.
【0054】全ての形質転換体よりゲノムDNAを抽出
し、各々について導入したプラスミドDNAをプローブ
としてサザン分析をおこなったところ、4株からpEC
AD121A由来のDNAを確認できた。これら計4つ
の形質転換体からタンパク質を抽出して、CAD活性を
測定した。その結果、pECAD121Aに導入された
4株のCAD活性は対照植物体に比べ12%から24%
であり、これらは平均で82%の活性減少が示された。Genomic DNA was extracted from all the transformants, and Southern analysis was carried out using the plasmid DNA introduced for each as a probe.
The DNA derived from AD121A could be confirmed. The CAD activity was measured by extracting proteins from these four transformants. As a result, the CAD activity of the 4 strains introduced into pECAD121A was 12% to 24% compared to the control plants.
Which showed an average reduction in activity of 82%.
【0055】これらの結果から、本発明のユーカリCA
Dのアンチセンス遺伝子により、これらを用いて作出し
た形質転換植物中でのCAD活性を低減させることが可
能であることが示された。これにより広葉樹におけるリ
グニン含量を低減させることが可能であることが示唆さ
れた。From these results, the eucalyptus CA of the present invention
It was shown that the antisense gene of D can reduce the CAD activity in the transformed plants produced using these genes. This suggests that it is possible to reduce the lignin content in hardwood.
【0056】[0056]
【発明の効果】本発明によって初めて、ウド及びユーカ
リからのCAD遺伝子の単離に成功した。このことによ
り本発明は、各種の著効を奏する事が可能であり、それ
らを以下に説明する。INDUSTRIAL APPLICABILITY For the first time, the present invention has succeeded in isolating the CAD gene from udo and eucalyptus. As a result, the present invention can exert various remarkable effects, which will be described below.
【0057】CADの植物のリグニン生合成反応に関与
しており、本発明により得られたCAD遺伝子を用いる
ことにより、広葉樹においてCAD活性を調節可能であ
ることを示した。従って、林木に含まれるリグニン含量
を低減させることが可能であり、これは紙パルプ産業に
おけるリグニン除去にかかるコストを大きく節約する事
になる。It has been shown that CAD is involved in the lignin biosynthesis reaction of plants and that the CAD activity can be regulated in broad-leaved trees by using the CAD gene obtained by the present invention. Therefore, it is possible to reduce the lignin content in forest trees, which greatly saves the cost for lignin removal in the pulp and paper industry.
【0058】本発明者らは、CADが木化(即ち、リグ
ニン化)していく組織中に特異的に発現していることを
確認している。即ち、CAD遺伝子はリグニン化組織に
おいてのみ特異的な発現がなされている。本発明で得ら
れたユーカリCAD遺伝子のプロモーター部位はこの特
異的発現を担うものであり、これを任意の遺伝子と結合
させれば、リグニン化組織に特異的に働く人工遺伝子を
作製することが可能である。即ち、図3に示したプロモ
ーター部位のDNA断片を任意の構造遺伝子と連結する
ことによって作製した人工遺伝子を植物中に導入するこ
とにより、その構造遺伝子の規定するタンパク質をリグ
ニン化組織で特異的に発現させることができる。その結
果、リグニンの構成成分の変換やリグニンと密接な関係
にあるセルロースやヘミセルロースの含量にも影響を与
えることが可能となり、これらの分子育種への道が開か
れる。また、本発明で得られたユーカリプロモーター部
位はユーカリのみならず他の植物においても機能すると
考えられ、広く植物の分子育種に利用することが可能で
ある。The present inventors have confirmed that CAD is specifically expressed in tissues that undergo lignification (ie, ligninization). That is, the CAD gene is specifically expressed only in the ligninized tissue. The promoter site of the Eucalyptus CAD gene obtained in the present invention is responsible for this specific expression, and if this is combined with an arbitrary gene, it is possible to prepare an artificial gene that specifically acts on ligninized tissues. Is. That is, by introducing into a plant an artificial gene prepared by ligating the DNA fragment at the promoter site shown in FIG. 3 with an arbitrary structural gene, the protein defined by the structural gene can be specifically expressed in a ligninized tissue. Can be expressed. As a result, it becomes possible to influence the conversion of the constituents of lignin and the contents of cellulose and hemicellulose, which are closely related to lignin, and pave the way for molecular breeding of these. Further, the Eucalyptus promoter site obtained in the present invention is considered to function not only in Eucalyptus but also in other plants, and can be widely used for molecular breeding of plants.
【0059】本発明で得られたウドCADのcDNA
は、ウドCADのサブユニット全長アミノ酸を規定して
いる。従って、このcDNAを用いれば、人工的に作ら
れた無細胞翻訳系及び大腸菌内によって、CADを大量
に発現させ、精製、単離することが可能である。このよ
うにして大量にCADを得られれば、これに対する各種
薬剤の効果をあらゆる方面から検討することによって、
CADに作用してその活性を抑制するような薬剤の開発
が可能となる。即ち、CADに特異的な抑制剤の投与に
より植物体中で約25%を占めるリグニン生合成を止
め、植物を枯死させることができれば、これを農薬とし
て利用できる。CADは植物に特異的であり、CADを
持たない動物への影響は極めて低いと考えられる。ま
た、このようなCAD特異的薬剤の環境への悪影響は少
なく有用である。CDNA of Udo CAD obtained in the present invention
Defines the full-length amino acid subunit of Udo CAD. Therefore, if this cDNA is used, it is possible to express CAD in a large amount, purify and isolate it by an artificially produced cell-free translation system and E. coli. If a large amount of CAD can be obtained in this way, by examining the effects of various drugs on it, from all directions,
It becomes possible to develop a drug that acts on CAD and suppresses its activity. That is, if the lignin biosynthesis which accounts for about 25% in the plant body can be stopped and the plant can be killed by the administration of the inhibitor specific to CAD, this can be used as a pesticide. CAD is plant-specific and is considered to have a very low effect on animals without CAD. In addition, such a CAD-specific drug has little adverse effect on the environment and is useful.
【図1】精製したウドCADのアミノ末端部分及びウド
CAD由来の4つのペプチドのアミノ酸配列を示した。
ペプチドNはCADのアミノ末端からの配列である。FIG. 1 shows the amino-terminal portion of purified Udo CAD and the amino acid sequences of four peptides derived from Udo CAD.
Peptide N is a sequence from the amino terminus of CAD.
【図2】ウドCAD由来のペプチド#15のアミノ酸配
列を参考にして作成したオリゴヌクレオチドの塩基配列
を示した。FIG. 2 shows the nucleotide sequence of an oligonucleotide prepared by referring to the amino acid sequence of peptide # 15 derived from Udo CAD.
【図3】ユーカリCAD遺伝子クローンの制限酵素地図
を示した。CADをコードしている部位は斜線網掛けで
示した。塩基配列を決定した領域を矢印で示した。プロ
モーター部位は別に指定した範囲である。FIG. 3 shows a restriction map of Eucalyptus CAD gene clones. The site encoding CAD is indicated by hatching. The region where the base sequence was determined is indicated by an arrow. The promoter site is in the range specified separately.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // C12N 5/10 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Internal reference number FI technical display area // C12N 5/10
Claims (12)
58番によって規定されるウドのシンナミルアルコール
デヒドロゲナーゼのアミノ酸配列をコードする遺伝子。1. A sequence number 1 to 3 shown in SEQ ID NO: 1 of the sequence listing
A gene encoding the amino acid sequence of Udo cinnamyl alcohol dehydrogenase defined by the number 58.
れるラムダファージに含まれる、ユーカリのシンナミル
アルコールデヒドロゲナーゼをコードする遺伝子及び配
列表の配列番号2に示した1番から355番によって規
定されるユーカリのシンナミルアルコールデヒドロゲナ
ーゼのアミノ酸配列をコードする遺伝子。2. A gene encoding a eucalyptus cinnamyl alcohol dehydrogenase contained in the lambda phage defined by the restriction map shown in FIG. 3 and defined by Nos. 1 to 355 shown in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing. Gene encoding the amino acid sequence of eucalyptus cinnamyl alcohol dehydrogenase.
ミルアルコールデヒドロゲナーゼ遺伝子の全部又は一部
をプローブとして釣り出した広葉樹由来のシンナミルア
ルコールデヒドロゲナーゼ遺伝子。3. A broad-leaved tree-derived cinnamyl alcohol dehydrogenase gene obtained by fishing with all or part of the cinnamyl alcohol dehydrogenase gene according to claim 1 or 2 as a probe.
れるユーカリシンナミルアルコールデヒドロゲナーゼ遺
伝子に含まれるプロモーター部位。4. A promoter site contained in the eucalyptus cinnamyl alcohol dehydrogenase gene defined by the restriction enzyme map shown in FIG.
部位及び請求項3に記載の木本性広葉樹のシンナミルア
ルコールデヒドロゲナーゼ遺伝子の全部又は一部を用い
て作成したアンチセンス遺伝子を導入してなる広葉樹。5. A broad-leaved tree having an eucalyptus promoter site according to claim 4 and an antisense gene prepared by using all or part of the cinnamyl alcohol dehydrogenase gene of the woody broad-leaved tree according to claim 3.
部位及び請求項1に記載のウドのシンナミルアルコール
デヒドロゲナーゼ遺伝子の全部又は一部を用いて作成し
たアンチセンス遺伝子を導入してなる広葉樹。6. A broad-leaved tree into which an antisense gene prepared by using the eucalyptus promoter site according to claim 4 and all or part of the cinnamyl alcohol dehydrogenase gene of udo according to claim 1 is introduced.
部位及び請求項2に記載のユーカリのシンナミルアルコ
ールデヒドロゲナーゼ遺伝子の全部又は一部を用いて作
成したアンチセンス遺伝子を導入してなる広葉樹。7. A broad-leaved tree into which an antisense gene prepared by using all or part of the Eucalyptus promoter site according to claim 4 and the Eucalyptus cinnamyl alcohol dehydrogenase gene according to claim 2 is introduced.
ルコールデヒドロゲナーゼ遺伝子の全部又は一部を用い
て作成したアンチセンス遺伝子を導入してなる広葉樹。8. A broad-leaved tree into which an antisense gene prepared by using all or part of the cinnamyl alcohol dehydrogenase gene of the broad-leaved tree according to claim 3 is introduced.
コールデヒドロゲナーゼ遺伝子の全部又は一部を用いて
作成したアンチセンス遺伝子を導入してなる広葉樹。9. A broad-leaved tree into which an antisense gene prepared by using all or part of the cinnamyl alcohol dehydrogenase gene of Udo according to claim 1 is introduced.
ルアルコールデヒドロゲナーゼ遺伝子の全部又は一部を
用いて作成したアンチセンス遺伝子を導入してなる広葉
樹。10. A broad-leaved tree into which an antisense gene prepared by using all or part of the eucalyptus cinnamyl alcohol dehydrogenase gene according to claim 2 is introduced.
の広葉樹。11. The broad-leaved tree according to any one of claims 5 to 10.
を特徴とする請求項11に記載の広葉樹。12. The hardwood according to claim 11, wherein the hardwood is eucalyptus or mulberry.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1996025504A1 (en) * | 1995-02-17 | 1996-08-22 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Genetic modification of plants |
KR100406282B1 (en) * | 2000-02-15 | 2003-11-20 | 학교법인 서강대학교 | Sequencing of an Apple cDNA Encoding Cinnamyl Alcohol Dehydrogenase |
JP2004515224A (en) * | 2000-09-05 | 2004-05-27 | ボード オブ コントロール オブ ミシガン テクノロジカル ユニヴァーシティー | Method for simultaneous control of lignin content and composition and cellulose content in plants |
-
1993
- 1993-06-01 JP JP15262293A patent/JP3551443B2/en not_active Expired - Fee Related
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