JPH07322882A - Guayule rubber particle protein gene - Google Patents

Guayule rubber particle protein gene

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JPH07322882A
JPH07322882A JP6143764A JP14376494A JPH07322882A JP H07322882 A JPH07322882 A JP H07322882A JP 6143764 A JP6143764 A JP 6143764A JP 14376494 A JP14376494 A JP 14376494A JP H07322882 A JPH07322882 A JP H07322882A
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JP
Japan
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rpp
rubber
dna
guayule
promoter
Prior art date
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JP6143764A
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Japanese (ja)
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A Buckhouse Ralph
エー バックハウス ラルフ
Pan Chikiang
パン チキアング
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University of Arizona Foundation
University of Arizona
Original Assignee
University of Arizona Foundation
University of Arizona
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To obtain the subject gene useful for stimulating the biosynthesis of a rubber or screening a cDNA or a genome DNA from a material from which the rubber can biologically be synthesized.
CONSTITUTION: A guayule rubber particle protein gene clone pRPP30 containing 1692 base pair fragment of the formula starting from a CTCCACATTCA nucleotide and ending at ATTGTTTCACAAAATTTAGAAAAAAAAAAAAAAAAAA nucleotide. The protein gene clone is obtained by screening a cDNA library originated from the bark tissue of the trunk of guayule shrub 11591 line on the basis of amino acid sequence data from a purified rubber particle protein(RPP) and subsequently isolating the cDNA clone of RPP gene.
COPYRIGHT: (C)1995,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明はバイオ技術に関するも
のであり、特にグアユールゴム粒子蛋白(RPP)の単
離と解明、そのDNA鋳型、並びに友好的(frien
dly)および非友好的(foreign)の両方の環
境でグアユールRPP遺伝子のDNAクローンの複製の
手段、方法および工程に関するものである。この発明は
また、友好的および非友好的の両環境でのゴムの生合成
を促進するための、この遺伝子と蛋白の使用にも関する
ものである。
FIELD OF THE INVENTION This invention relates to biotechnology, and in particular, isolation and clarification of guayule rubber particle protein (RPP), its DNA template, and friendly (frien).
It relates to means, methods and steps for the replication of DNA clones of the guayule RPP gene in both dly and foreign environments. The invention also relates to the use of this gene and protein to promote rubber biosynthesis in both friendly and unfriendly environments.

【0002】[0002]

【従来の技術】グアユールRPPをコード化するcDN
Aを含有する、単離された組換えベクターは他の原核ま
たは真核宿主生物に転移され、そこでRPP cDNA
はゴムの生合成のための機能的RPPを生産するために
発現される。ゴムの生合成は宿主生物中の組換えRPP
cDNAの発現の結果として生ずる。そこで該発現は次
の群から選ばれたプロモーターDNA配列の管理の下に
おかれる。すなわちlacZプロモーター、trpプロ
モーター,trcプロモーター,T7プロモーター、N
OSプロモーターやターミネーター及び原核動物宿主中
の他の遺伝子の発現を増大するところの他の主な原核及
び真核オペレーターやプロモーター領域、CaMV35
Sプロモーター,GAL1やGAL10プロモーター及
び真核生物細胞またはそれらのウイルス中の発現遺伝子
を増大するところの他の原核または真核プロモーター。
ゴムの生合成はこれらの宿主生物のグアユールRPP遺
伝子の増大した発現の結果として起こる。
PRIOR ART cDN coding for Guayule RPP
The isolated recombinant vector containing A is transferred to another prokaryotic or eukaryotic host organism, where the RPP cDNA
Is expressed to produce functional RPP for rubber biosynthesis. Rubber biosynthesis depends on recombinant RPP in the host organism
It occurs as a result of the expression of cDNA. The expression is then placed under the control of a promoter DNA sequence selected from the following group. That is, lacZ promoter, trp promoter, trc promoter, T7 promoter, N
CaMV35, another major prokaryotic and eukaryotic operator and promoter region that enhances expression of OS promoters and terminators and other genes in prokaryotic hosts
S promoters, GAL1 and GAL10 promoters and other prokaryotic or eukaryotic promoters which enhance the expressed genes in eukaryotic cells or their viruses.
Gum biosynthesis occurs as a result of increased expression of the guayule RPP gene in these host organisms.

【0003】ゴムは二千種類以上の植物中から見いださ
れているが少数の科のみに限られている(Backha
us,Israel J.Bot.,34:283−2
93(1985);及びArcher et al,C
hemistry andPhysics of Ru
bber−like Substances,Bate
man,L.et.pp.41−72,MacLare
n,London(1963))参照)。ゴムは320
から35000のイソプレン分子から成る高分子であ
る。それらは、ポリイソプレン鎖を形成する。頭から尾
への段階的なシス−1,4−縮合で結合されている。段
階的のイソプレン付加はゴムトランスフェラーゼ(Ru
T)、ゴムポリメラーゼ及びゴムシス1、4ポリプレニ
ルトランスフェラーゼとして知られているプレニルトラ
ンスフェラーゼ酵素[E.C.2.5.1.20]によ
って行われる。RuTは植物中でのゴム形成に必要なた
だ一つの酵素として知られている。(Backhau
s,Isreal J.Bot.34:283−29
3,1985);Berndt,U.S.Gonver
nment Res.Rep.AD−601−729,
(1963),Archer and Cockbai
n,Methods in Enzymology,1
5:476−480(1969)Archer and
Audley,Advances in Enzym
ology,29:221−257,(1967)an
d Mynen,Rubber Res.Inst.M
alaya,21:a2(4)389−406(196
9)参照)。しかし本発明が示すように、他の宿主植物
(われわれの場合はタバコ)に転移したときに明らかに
ゴム生合成を起こすRPP(ゴム粒子蛋白)として知ら
れている、他の酵素がある。本発明が示すように、RP
PはRuTと違ってプレニルトランスフェラーゼではな
く、アレンオキサイド合成酵素(AOS)である。この
ものはヘム結合酵素のチトクロームP450の類に属す
る一員である。RPPはこのクラスのヘム結合酵素の他
のものと類似の性質をもち、そしてゴムの生合成を行う
酵素であることを説明する。P450酵素はこれまでは
ゴムの生合成に使用されたことはなかった。以下にpB
IRPPと命名される二成分ベクターの構造を説明す
る。このものはRPP遺伝子を含み、RPP遺伝子がタ
バコに転移され発現された時に、それは機能的RPP酵
素を生産する。これらの軽質転換植物中に生成するRP
P酵素はゴムの生合成を起こし、このようにして生成し
たゴムは、これらの植物の細胞中のゴム粒子中で蓄積さ
れる。本発明者はグアユールRPP及び、他のゴム形成
種から同族体は、植物中でのゴム生合成に必要な酵素で
あると考える。
Rubber is found in more than 2,000 species of plants, but is restricted to only a few families (Backha).
us, Israel J. Bot. , 34: 283-2
93 (1985); and Archer et al, C.
chemistry and Physics of Ru
bber-like Substances, Bate
man, L .; et. pp. 41-72, MacLare
n, London (1963))). Rubber is 320
To 35,000 isoprene molecules. They form polyisoprene chains. They are joined in a stepwise cis-1,4-condensation from head to tail. The stepwise addition of isoprene is due to rubber transferase (Ru
T), a rubber polymerase and a prenyl transferase enzyme known as gum cis-1,4 polyprenyl transferase [E. C. 2.5.1.20]. RuT is known as the only enzyme required for gum formation in plants. (Backhau
S. Israel J.S. Bot. 34: 283-29
3, 1985); Berndt, U .; S. Gonver
nm Res. Rep. AD-601-729,
(1963), Archer and Cockbai.
n, Methods in Enzymology, 1
5: 476-480 (1969) Archer and
Audley, Advances in Enzym
29: 221-257, (1967) an
d Mynen, Rubber Res. Inst. M
alaya, 21: a2 (4) 389-406 (196).
9)). However, as the present invention shows, there are other enzymes known as RPPs (rubber particle proteins) that apparently undergo rubber biosynthesis when transferred to other host plants (in our case tobacco). As the present invention shows, RP
Unlike RuT, P is an allene oxide synthase (AOS) rather than a prenyltransferase. This is a member of the family of heme-binding enzymes, cytochrome P450. RPP has similar properties to others of this class of heme-binding enzymes and explains that it is the enzyme responsible for the biosynthesis of gums. The P450 enzyme has never before been used for rubber biosynthesis. PB below
The structure of a binary vector designated IRPP is described. It contains the RPP gene, which produces a functional RPP enzyme when the RPP gene is transferred and expressed in tobacco. RP produced in these light conversion plants
The P enzyme causes rubber biosynthesis, and the rubber thus produced accumulates in the rubber particles in the cells of these plants. The present inventor believes that Guayule RPP and its homologues from other gum-forming species are the enzymes required for rubber biosynthesis in plants.

【0004】RPPの酵素活性は今までに解明された事
はなかった。RPPがチトクロームP450であること
を確認するスペクトル分析を述べよう。RPPは非モノ
オキシゲナーゼ型のヘム結合蛋白であって、フェニルト
ランスフェラーゼではない事を示そう。ゴムにおけるP
450のそのような役割の知識はこれまでは記載された
事はなかった。生化学分析は、RPPは脂質ヒドロパー
オキサイドを脂質に代謝すること及びプレニルトランス
フェラーゼ型の反応を行わないことを示す。本発明はグ
アユールRPP遺伝子の全長cDNAの単離のための手
段と方法を延べる。本発明はRPPのDNA及びアミノ
酸配列を記載しまた強力な真核生物CaMV35Sプラ
ントプロモーターのRPP cDNA下流のpBIRR
P二成分ベクターへの挿入方法を示す。本発明は、この
ベクターが、次いで機能的RPPを生成する形質転換タ
バコ植物を創世するためにどの様に用いられるかを記載
する。これらの形質転換タバコ植物はpBIRPPベク
ター中に含まれる外部のRPP遺伝子を発現し、そして
ゴム生合成を行う。ゴムはタバコの細胞の中に蓄積する
ゴム粒子として観察される。これらの粒子はグアユール
細胞の中で観察されるものと類似している。本発明は単
一の核遺伝子でコードされたRPPが植物中のゴム生合
成を行うことを証明する。更にそれは、ゴム形成のメカ
ニズムは初めに考えられていたようにRuTタイプのシ
ス−プレニルトランスフェラーゼ酵素の存在のみによる
ものでなく、ヘム−結合酵素であるRPP−タイプのチ
トクロームP450を必要とすることを示唆する。
The enzymatic activity of RPP has never been elucidated. A spectral analysis confirming that RPP is cytochrome P450 will be described. Let us show that RPP is a non-monooxygenase type heme-binding protein and not a phenyltransferase. P in rubber
Knowledge of 450 such roles has never been described. Biochemical analyzes indicate that RPP metabolizes lipid hydroperoxides to lipids and does not undergo prenyltransferase-type reactions. The present invention extends the means and methods for the isolation of full length cDNA for the Guayule RPP gene. The present invention describes the DNA and amino acid sequences of RPP and pBIRR downstream of the RPP cDNA of the strong eukaryotic CaMV35S plant promoter.
The method of insertion into the P two-component vector is shown. The present invention describes how this vector is then used to generate transformed tobacco plants that produce functional RPP. These transformed tobacco plants express the external RPP gene contained in the pBIRPP vector and carry out rubber biosynthesis. Rubber is observed as rubber particles that accumulate in tobacco cells. These particles are similar to those observed in guayule cells. The present invention demonstrates that RPP encoded by a single nuclear gene is responsible for rubber biosynthesis in plants. Furthermore, it is that the mechanism of gum formation is not solely due to the presence of the RuT-type cis-prenyltransferase enzyme as originally thought, but requires the heme-binding enzyme RPP-type cytochrome P450. Suggest.

【0005】グアユールRPPの最初の同定は1985
年に行われた。(Backhausand Chand
ra,in Alcorn,S.and Fangme
ier,D(ed)Proceedings of t
he 4th Inter−ntional Guay
ule Conference on Guayule
Research and Developmen
t,Oct 16−19,(1985);Backha
us and Bess,In Randall,D.
D.et al(eds)Current Topic
s in Plant Biochemistry a
nd Physiology,Vol.5:186(1
986)参照)。それ以後の文献はその精製と特性評価
を記載し、グアユールゴム粒子でのプレニルトランスフ
ェラーゼとしての推定的な役割を示唆している。(Ba
ckhaus and Bess,in Benedi
tc,C.R.(ed)Biochemistry a
nd Regulation of cis−Poly
isoprene in Plants,NSFspo
nsored workshop publicati
on,p.204−220(1986);Cornis
h and Backhaus,Phytochem.
29:3809−3813(1990);and Ba
ckhaus et al.Phytochem.3
0:2493−2497(1991)参照)。Corn
ishとSilerの研究は、RPP一様の蛋白がHe
veaやFicusにもまた存在することを示した。
(Siler and Cornish,Phyto−
cnem.32:1097−1102(1993);C
ornish,et al.J.Nat.Rubb.R
es.(1994)(印刷中);Cornish,et
al,Phytochem.(印刷中)(1994
0;Siler and Cornish,Phyto
chem.(1994)(印刷中)参照)。これら他の
種のゴム粒子中のRPP一様の蛋白はRPPと同じ酵素
反応を行っているようである。これらは特にRPPにつ
いて述べている公知文献のすべてである。グアユールゴ
ム粒子から単離された他の蛋白についての文献はBen
ddit et al.Plant Physiol.
92:816−821(1990)であり、これはプレ
ニル−トランスフェラーゼについて記載しているが、グ
アユールゴム粒子中のRPPの存在についての他の著者
による公知技術にもかかわらずこの蛋白をRPPとして
同定していない(Benedict,C.R(ed)b
e Biochemistry and Regula
tion of cis−Polyisoprene
in Plants,NSF sponsered w
orkshop publication,p.204
−220(1986)参照)。ゴム生合成に必要なチト
クロームP450としてのRPPの最初の同定と実証は
本件特許出願である。
The first identification of Guayule RPP was 1985.
Made in the year. (Backhausand Chand
Ra, in Alcorn, S .; and Fangme
ier, D (ed) Proceedings of t
he 4th Internal-Guy
ule Conference on Guayule
Research and Development
t, Oct 16-19, (1985); Backha.
us and Bess, In Randall, D .;
D. et al (eds) Current Topic
s in Plant Biochemistry a
nd Physiology, Vol. 5: 186 (1
986)). Subsequent literature describes its purification and characterization and suggests a putative role as prenyltransferase in guayule gum particles. (Ba
ckhaus and Bess, in Benedi
tc, C.I. R. (Ed) Biochemistry a
nd Regulation of cis-Poly
isoprene in Plants, NSFspo
nanoswork public publicati
on, p. 204-220 (1986); Cornis
h and Backhaus, Phytochem.
29: 3809-3813 (1990); and Ba.
ckhaus et al. Phytochem. Three
0: 2493-2497 (1991)). Corn
The research by ish and Siler showed that the RPP uniform protein is He
It was also shown to be present in vea and Ficus.
(Siler and Cornish, Phyto-
cnem. 32: 1097-1102 (1993); C
ornish, et al. J. Nat. Rubb. R
es. (1994) (printing); Cornish, et.
al, Phytochem. (Printing) (1994
0; Siler and Cornish, Phyto
chem. (1994) (printing)). RPP uniform proteins in rubber particles of these other species appear to undergo the same enzymatic reaction as RPP. These are all known publications which specifically mention RPP. References on other proteins isolated from guayule gum particles can be found in Ben.
ddi t et al. Plant Physiol.
92: 816-821 (1990), which describes a prenyl-transferase, but which identified this protein as RPP, despite known techniques by other authors for the presence of RPP in guayule gum particles. None (Benedict, CR (ed) b
e Biochemistry and Regula
region of cis-Polyisoprene
in Plants, NSF sponsored w
orkshop publication, p. 204
-220 (1986)). The initial identification and demonstration of RPP as a cytochrome P450 required for rubber biosynthesis is the present patent application.

【0006】次にRPPの分子クローニングを述べる。
その前に、その分子量は、ドデシル硫酸ソーダポリアク
リルアミド・ゲル電気泳動(SDS−PAGE)により
48,500から53,000ダルトンと決定された。
RPPの他の特定化は、そのアミノ酸組成、その等電点
(pI=6.2)、それが糖蛋白であること、及びそれ
がどのようにしてゴム粒子の中で構成蛋白として集まっ
ているかを包含する。(Backhaus et a
l.,Bytochem.30:2493−2497
(1991)。本発明では更にそのアミノ酸配列、その
生化学的機能およびタバコ(非ゴム生産種)の中でのそ
の発現の生起を述べる。
Next, the molecular cloning of RPP will be described.
Prior to that, its molecular weight was determined by sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) to be 48,500 to 53,000 daltons.
Other specializations of RPP are its amino acid composition, its isoelectric point (pI = 6.2), that it is a glycoprotein, and how it is assembled as a constituent protein in rubber particles. Includes. (Backhaus et a
l. , Bytochem. 30: 2493-2497
(1991). The invention further describes its amino acid sequence, its biochemical function and its occurrence in tobacco (non-rubber producing species).

【0007】RPPはグアユールゴム粒子の中で最も量
の多い蛋白であり(Backhaus et al,P
hytochem.30:2493−2497(199
1)そのために、ゴムの生合成のために重要であると考
えられてきた。このためRPP遺伝子のcDNAは、通
常はゴムを合成しないいろんな他の生物中でのゴムの生
合成を誘発する遺伝子を使う意図のもとに、グアユール
幹皮からの単離の目標とされてきた。本発明はそれが次
の場合に起こる事を教示する。すなわち、RPP遺伝子
が強力なプロモーターのコントロールの下に二成分系プ
ラスミド中に存在しかつRPP遺伝子を発現し機能的な
RPP酵素を生産する新しい宿主(タバコ)に形質転換
される時に起こる。逆に遺伝子はまた、RPPの過発現
の意図の下に既にゴムを合成するグアユール又はHev
eaのような他の植物の中にも位置する事ができる。つ
いで過発現RPPはこれらのような植物におけるゴム生
産を高める。更にRPPは、ゴムを生産する意図のもと
に、酵母、昆虫または高等動物を含む他の真核生物また
は細胞培養物や、原核生物の中へ転移し発現することが
できる。本発明はグアユールからのRPP遺伝子の単離
DNA分子の発明を保護しようとするものであり、また
この遺伝子は外部RPP遺伝子が発現した時にそれらの
形質転換生物(すなわちタバコ)中でのゴム生合成を生
起できることを示すものである。
RPP is the most abundant protein in guayule gum particles (Backhaus et al, P.
hytochem. 30: 2493-2497 (199
1) Therefore, it has been considered to be important for rubber biosynthesis. For this reason, the cDNA of the RPP gene has been targeted for isolation from guayule stem bark with the intent to use genes that induce rubber biosynthesis in a variety of other organisms that normally do not synthesize rubber. . The present invention teaches what happens when: That is, when the RPP gene is present in a binary plasmid under the control of a strong promoter and is transformed into a new host (tobacco) that expresses the RPP gene and produces a functional RPP enzyme. Conversely, the gene may also be guayule or Hev, which already synthesizes rubber with the intention of overexpressing RPP.
It can also be located in other plants such as ea. Overexpressed RPP then enhances rubber production in plants such as these. In addition, RPPs can be transferred and expressed in other eukaryotic or cell cultures, including yeasts, insects or higher animals, or prokaryotes, with the intention of producing rubber. The present invention seeks to protect the invention of an isolated DNA molecule of the RPP gene from guayule, which gene also expresses the rubber biosynthesis in their transformed organisms (ie tobacco) when the external RPP gene is expressed. It shows that can occur.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題;課題を解決するための
手段】RPP遺伝子とそのDNAテンプレートが単離さ
れそして解明された。存在するグアユールRPP遺伝子
の全長cDNAクローンが単離され記載されている。そ
れはpRPP30と命名された。
Problems to be Solved by the Invention; Means for Solving the Problems The RPP gene and its DNA template have been isolated and elucidated. A full-length cDNA clone of the existing Guayule RPP gene has been isolated and described. It was named pRPP30.

【0009】本発明はグアユールゴム粒子からのRPP
はプレニルトランスフェラーゼではない事を示してい
る。そしてそれは、脂質ハイドロパーオキサイドから脂
質エポキサイドを生成する非モノオキシゲナーゼ、チト
クロームP450、ヘム−結合蛋白である。本発明はこ
の酵素がどの様にしてグアユールゴム粒子から精製され
そしてその活性がどの様にして測定されるかを示す。ま
た精製蛋白のアミノ酸配列がどの様にして決定され、そ
してこの配列情報がグアユール幹皮cDNAライブラリ
ーからのRPPのcDNAの単離のためにどのようにし
て用いられるかを示す。またどの様にしてグアユール幹
皮cDNAライブラリーが作られるか、またRPPの全
長cDNAクローンのアミノ酸配列とDNAを示す。そ
れはまたRPPと他の、アレンオキサイドシンターゼ
(AOS)として知られているヘム結合蛋白である非モ
ノオキシゲナーゼとの類似点と相違点を示す。AOSは
いくつかの単子葉植物に見いだされる酵素である。これ
らの種はゴムを生成せず、従ってそれらのAOSの生成
はこれらの種のゴム合成に含まれていない。これは多分
RPPとAOSの構造上の相違にもとずくものである。
The present invention relates to RPP from guayule rubber particles.
Indicates that it is not a prenyl transferase. And it is a non-monooxygenase that produces lipid epoxide from lipid hydroperoxide, cytochrome P450, a heme-binding protein. The present invention shows how this enzyme is purified from guayule gum particles and its activity is measured. It also shows how the amino acid sequence of the purified protein was determined and how this sequence information was used for the isolation of RPP cDNA from a guayule stem skin cDNA library. It also shows how a guayule stem skin cDNA library is made and the amino acid sequence and DNA of a full-length cDNA clone of RPP. It also shows similarities and differences between RPP and another non-monooxygenase, a heme-binding protein known as allene oxide synthase (AOS). AOS is an enzyme found in some monocots. These species do not produce rubber and therefore their AOS production is not included in the rubber synthesis of these species. This is probably due to the structural differences between RPP and AOS.

【0010】またさらに本発明はRPPcDNAが、強
力で本質的な植物プロモータのRPP下流の挿入による
新しい二成分ベクター中にどのようにして形成されうる
かを示す。この発明はまたどの様にしてこの二成分ベク
ターがRPPcDNAのタバコへのAgrobacte
riumへの転移に用いられるかを示す。本発明はまた
外部RPP遺伝子が、AOS様の酵素活性で充分に機能
的なRPPとして転写され翻訳されそして発現されるか
を示す。本発明はまたこの活性はRPPで形質転換され
たタバコにのみ存在し、非形質転換タバコの中には存在
しない事を示す。本発明はまたこの機能的な酵素はこれ
らの形質転換したタバコ植物におけるゴム生合成を惹起
し、そしてこのゴムはこれらの植物の細胞中にゴム粒子
として沈着し貯蔵されることを示す。最後に本発明は、
これらのゴム粒子は電子および光学顕微鏡で観察できる
ことを示す。タバコ中でのゴム生合成を起こす能力のた
めに、RPP遺伝子から他の宿主への転移や発現はこれ
らの他の生物のゴム生合成も惹起することが明らかであ
る。
Furthermore, the present invention shows how the RPP cDNA can be formed in a new binary vector by insertion of the strong, essential plant promoter downstream of RPP. This invention also describes how this two-component vector Agrobacte of RPP cDNA into tobacco.
Indicates whether it is used for transfer to riam. The present invention also shows whether the external RPP gene is transcribed, translated and expressed as a fully functional RPP with AOS-like enzymatic activity. The present invention also shows that this activity is only present in tobacco transformed with RPP and not in non-transformed tobacco. The present invention also shows that this functional enzyme causes rubber biosynthesis in these transformed tobacco plants and that the rubber is deposited and stored as rubber particles in the cells of these plants. Finally, the present invention
We show that these rubber particles can be observed by electron and optical microscopy. Due to the ability to cause rubber biosynthesis in tobacco, it is clear that transfer or expression of the RPP gene into other hosts also triggers rubber biosynthesis in these other organisms.

【0011】ゴムの生合成におけるRPPの役割の正確
な機作はまだ分かっていない。RuTと違って、RPP
はIPPからのイソプレンの連続的なシス重合に関与し
ていない(図1参照)。RPPはむしろ多分ポリイソプ
レン鎖中のイソプレン基のエポキサイド生成に関与して
いる。エポキサイドは天然のゴムのイソプレン鎖中にい
たるところにあり(Burfield,Nature2
49:29−30(1974);Burfield,
J.Nat.Rubb.Res.1:202−208
(1986);Burfield,et al.Pol
ymer 17:713−716(1976);Bur
field and Eng,Polymer 30:
2019−2022(1989);Burfield
and Gan,Polymer 18:607−61
1(1977);Burfieldand Gan,
J.Polymer Sci.,Polymer Ch
em.Edn.13:2725−2734(197
5):Burfield andGan,J.Poly
mer Sci,,Polymer Chem.Ed
n.15:2721−2730(1977)参照)、ゴ
ム分子中の交差結合の部位としてはたらく。Burfi
eldはラテックス酵素はゴム分子内でのそのようなエ
ポキシ化に必要であると提案している。10万以上10
0万ダルトンの高分子量のゴムは一つの長いポリイソプ
レン分子を含む鎖状結合から成っていると常に考えられ
てきた。これはつぎの理論へと導かれる。すなわち、ゴ
ムの生成は、この段階的な、鎖の延長を行う単一のプレ
ニルトランスフェラーゼ酵素だけに起因している。しか
し一つのほかの仮設が示唆された。すなわち、ゴムは小
さいポリイソプレン鎖の間の交差結合の連続として現実
に生成された高分子量のイソプレノイドを生ずる(We
stall,Polymr 9:243−248)。こ
れはなぜ二分子量の分布がいつも天然のゴムに見られる
かを説明することが出来る。なぜならば、ポリイソプレ
ンの大小のプールが別々に植物中に存在しているからで
ある。原則的に、小さい鎖は交差結合で結合して大きい
ポリマーを生成する。これは特異的で再現可能な二分子
量分布がクローン的に増殖したHevea(subra
maniam,Proceedings of the
International Rubber Con
ference,Kuala Lumpur,vol.
4,p.3−27,1975)およびグアユール(Ba
ckhaus andNakayama,Rubber
Chem.Technol.,61:78−85(1
988)からゴムのために得られることを示す遺伝学的
証拠によって部分的に支持されている。さて本発明者は
ゴムはつぎのメカニズムで組み立てられるものと確信す
る。すなわち、小さい鎖状のイソプレンが交差結合して
大分子量のゴム重合体を作りそしてRPPはこの工程で
基礎的な役割を果たす。このことは、20から320の
イソプレンを含む小さな鎖状のシスポリイソプレンが、
この交差結合反応のために植物中に存在し利用できるこ
とを示唆する。実際このことは、50またはそれ以上の
イソプレンを含有するシスポリプレノールを組立て、た
だしゴムは合成しない多数の非ゴム生産植物(たとえ
ば、裸子植物、樺、及び多数のバラ科の植物)で実証さ
れている(Swiezewska,et al.Bio
chem.Cell Biol.70:448−454
(1992)。これらの種はゴムを生成しないようであ
る。なぜならば、それらは小さいポリイソプレンを大き
なものに交差結合する酵素を持っていないからである。
本発明者は、これは交差結合ゴムの部位として働く小さ
いポリイソプレン中でエポキサイドを形成するというR
PPの機能であると確信する。この仮説的な機能とは無
関係に、本発明はもしもRPP酵素が非ゴム生成性のタ
バコ植物に導入されるとその植物はゴムを合成すること
を明瞭にするものである。
The exact mechanism of the role of RPP in rubber biosynthesis is not yet known. Unlike RuT, RPP
Is not involved in the continuous cis polymerization of isoprene from IPP (see Figure 1). RPP is probably responsible for the epoxide formation of the isoprene group in the polyisoprene chain. Epoxides are ubiquitous in the isoprene chain of natural rubber (Burfield, Nature 2
49: 29-30 (1974); Burfield,
J. Nat. Rubb. Res. 1: 202-208
(1986); Burfield, et al. Pol
ymer 17: 713-716 (1976); Bur.
field and Eng, Polymer 30:
2019-2022 (1989); Burfield
and Gan, Polymer 18: 607-61.
1 (1977); Burfield and Gan,
J. Polymer Sci. , Polymer Ch
em. Edn. 13: 2725-2734 (197)
5): Burfield and Gan, J. et al. Poly
mer Sci, Polymer Chem. Ed
n. 15: 2721-2730 (1977)), it serves as a site for cross-linking in the rubber molecule. Burfi
Eld proposes that the latex enzyme is required for such epoxidation within the rubber molecule. 100,000 or more 10
It has always been believed that a high molecular weight rubber of 0,000 Daltons consists of chain bonds containing one long polyisoprene molecule. This leads to the following theory. That is, the production of gum is due to only a single prenyltransferase enzyme that undergoes this stepwise, chain extension. But one other hypothesis was suggested. That is, the rubber produces high molecular weight isoprenoids that are actually produced as a series of cross-links between small polyisoprene chains (We
stall, Polymr 9: 243-248). This may explain why the bimolecular weight distribution is always found in natural rubber. This is because large and small pools of polyisoprene are separately present in the plant. In principle, the small chains are cross-linked to form large polymers. This is due to a clonally expanded Hevea (subra) with a specific and reproducible bimolecular weight distribution.
maniam, Proceedings of the
International Rubber Con
ference, Kuala Lumpur, vol.
4, p. 3-27,1975) and guayule (Ba
ckhaus and Nakayama, Rubber
Chem. Technol. , 61: 78-85 (1
988) and is partly supported by the genetic evidence that it is obtained for rubber. Now, the inventor believes that the rubber can be assembled by the following mechanism. That is, small chain isoprene cross-links to form a high molecular weight rubber polymer and RPP plays a fundamental role in this process. This means that small chain cispolyisoprene containing 20 to 320 isoprene
We suggest that it exists and is available in plants for this cross-linking reaction. In fact, this has been demonstrated in a number of non-rubber-producing plants that assemble cispolyprenol containing 50 or more isoprene, but do not synthesize rubber (eg, gymnosperms, birch, and a large number of Rosaceae plants). (Sweezewska, et al. Bio
chem. Cell Biol. 70: 448-454
(1992). These species do not seem to produce rubber. Because they do not have an enzyme that cross-links small polyisoprenes to large ones.
We have found that it forms epoxides in small polyisoprenes that act as sites for cross-linked rubber.
I believe it is a PP function. Independent of this hypothetical function, the present invention makes it clear that if the RPP enzyme is introduced into a non-rubber-producing tobacco plant, that plant will synthesize rubber.

【0012】本発明を実施する最初の工程は、RPP遺
伝子のcDNAクローンを単離することであった。その
戦略は、cDNAライブラリーをスクリーンするDNA
プローブを生成するために精製したRPPからのアミノ
酸配列データを使うことであった。これを行うために、
RPPを同質になるまで精製しCNBrで分解した。R
PPはそれらのN−端末から配列される4個の別々のフ
ラグメントに分解された(表1参照)。
The first step in practicing the present invention was to isolate a cDNA clone of the RPP gene. The strategy is to screen a cDNA library for DNA
It was to use the amino acid sequence data from the purified RPP to generate the probe. To do this,
RPP was purified to homogeneity and decomposed with CNBr. R
PP was decomposed into four separate fragments arranged from their N-termini (see Table 1).

【0013】[0013]

【表1】 表1は、精製したグアユールゴム粒子のシアノゲンブロ
マイド消化物から得られた4個の異なったフラグメント
のアミノ酸配列である。公知の蛋白配列と対応するオリ
ゴヌクレオタイドを合成し(表2)ポリメラーゼ鎖反応
(PCR)によってグアユール樹皮cDNAのプライム
・プラスアンドマイナス鎖増幅に使用した。
[Table 1] Table 1 is the amino acid sequence of four different fragments obtained from the cyanogen bromide digest of purified guayule gum particles. Oligonucleotides corresponding to known protein sequences were synthesized (Table 2) and used by the polymerase chain reaction (PCR) for prime plus and minus strand amplification of guayule bark cDNA.

【表2】表2は、本発明で使用される化学的に合成され
たオリゴヌクレオタイドDNAプローブ及び/又はプラ
イマーを示す。プライマー5及び6を使って、92bp
フラグメントのDNAを得、それを配列したところRP
Pのペプチドフラグメント#3の公知の蛋白配列と完全
に一致した(表2)。
[Table 2] Table 2 shows chemically synthesized oligonucleotide DNA probes and / or primers used in the present invention. 92 bp using primers 5 and 6
When the fragment DNA was obtained and sequenced, RP
There was a perfect match with the known protein sequence of P peptide fragment # 3 (Table 2).

【表2】次いでこの92bpのプローブはラムダZA
P、樹皮cDNAライブラリーをスクリーンするために
用いた。正のクローンは放射性プローブで少なくとも2
回再スクリーニングしてハイブリッド化を実証した。い
ろんな長さのRPPcDNAを含有する。45のcDN
Aクローンを得た。4個の最も長いクローンを配列し、
それらの蛋白コード領域が同一であることがわかった。
またすべてが表1に示す4個のCNBrフラグメントを
コード化するDNA配列をもっていた。
[Table 2] Next, this 92 bp probe is lambda ZA.
P, used to screen the bark cDNA library. Positive clones are at least 2 with radioactive probe
Re-screened twice to demonstrate hybridization. It contains RPP cDNAs of various lengths. 45 cDN
A clone was obtained. Sequence the 4 longest clones,
It was found that their protein coding regions were identical.
All also had DNA sequences encoding the four CNBr fragments shown in Table 1.

【表1】蛋白配列におけるこれらのフラグメントの順序
は遺伝子の5′から3′の方向へ向って、それぞれ#
4,#2,#1,及び#3であった(表3及び4)。
The order of these fragments in the protein sequence is from the 5'to the 3'direction of the gene, #
4, # 2, # 1, and # 3 (Tables 3 and 4).

【表3】[Table 3]

【表4】 表3は、本発明のグアユールゴム粒子蛋白遺伝子のpR
PP30の全長ヌクレオタイド配列を表す。表4は、制
限エンドヌクレアーゼ部位;プライマ−P1,P3,P
8,P9,P5,P6及びPCR生成5/6、92bp
プローブ;CNBペプタイドフラグメント#1,#
2,#3及び#4の位置;そしてポテンシャルN−結合
グリコシル化部位(*)を描写したpRPP30中のグ
アユールRPPcDNAのマップを表す。本明細書に記
載するRPPcDNAクローンは、単離された4個の全
長クローンの一つであった。それはpRPP30と命名
され、表3及び4に示す。
[Table 4] Table 3 shows pR of guayule gum particle protein gene of the present invention.
3 represents the full length nucleotide sequence of PP30. Table 4 lists restriction endonuclease sites; Primer-P1, P3, P
8, P9, P5, P6 and PCR generation 5/6, 92 bp
Probe; CNB r peptide fragment # 1, #
2, positions # 3 and # 4; and a map of guayule RPP cDNA in pRPP30 depicting potential N-linked glycosylation sites (*). The RPP cDNA clone described herein was one of the four full length clones isolated. It is named pRPP30 and is shown in Tables 3 and 4.

【表3】[Table 3]

【表4】このpRPP30遺伝子は1692bpの長さ
でRPPに対し1419bpの読み取り枠を持ってい
る。この1419の読み取り枠は53,438ダルトン
と同等の473のアミノ酸配列をコード化し、8個のメ
チオニンと2個のシステインを含んでいる。この473
アミノ酸蛋白の推定pIは6.15であり、これはRP
Pの実験値の6.2と一致する(Backhaus e
t al.Phytochem.30:2493−24
97(1991))。Asn−X−Ser/Thrの配
列(ここにXは通常の20個のアミノ酸の何れでも良
い)のRPPには、3個の活性なN−結合したグリコシ
ル化部位がある。さらにpRPP30は、ストップコド
ン(TGA)、23bpの5′−非コード化領域及び2
50bpの3′−非コード化領域を含む。このpRPP
30cDNAはBluescript SK−(Str
atagene,Inc)phagemidの中に含ま
れている1692bpのRPP遺伝子から成る。このp
hagemid(ファージミド)はよく知られており市
場で入手できるクローニングベクターである。このpR
PP30 cDNAファージミドは4631bpの円形
分子であり、そのうちの1692bpはそのベクターの
特異的なEcoR1およびXho1クローニング部位の
間に挿入されたRPP遺伝子である。pRPP30のマ
ップを表4に示す。
[Table 4] This pRPP30 gene has a length of 1692 bp and an open reading frame of 1419 bp for RPP. The 1419 open reading frame encodes a 473 amino acid sequence equivalent to 53,438 daltons and contains 8 methionines and 2 cysteines. This 473
The predicted pI of the amino acid protein is 6.15, which is RP
It agrees with the experimental value of P of 6.2 (Backhaus e
t al. Phytochem. 30: 2493- 24
97 (1991)). There are three active N-linked glycosylation sites in the RPP of the Asn-X-Ser / Thr sequence, where X can be any of the usual 20 amino acids. In addition, pRPP30 contains a stop codon (TGA), a 23 bp 5'-noncoding region and 2
It contains a 50 bp 3'-non-coding region. This pRPP
30cDNA is Bluescript SK- (Str
atage, Inc) consisting of the 1692 bp RPP gene contained in the phagemid. This p
Hagemid is a well-known and commercially available cloning vector. This pR
The PP30 cDNA phagemid is a 4631 bp circular molecule, of which 1692 bp is the RPP gene inserted between the specific EcoR1 and Xho1 cloning sites of the vector. A map of pRPP30 is shown in Table 4.

【表4】このpRPP30cDNA分子を単離するため
の原材料は、グアユール低木の11591系統の幹の樹
皮組織である。この組織は天然ゴムに富み、フェニック
ス地域やその近辺に生育するグアユール林から容易に入
手できる。ここで用いられるラムダZAPcDNAクロ
ーニング系はよく知られかつ容易に入手できるラムダフ
ァージ発現ベクターである。その構造と制限エンドヌク
レアーゼマップは次の文献に記載されている。Shor
t,et al.Nucl.AcidsRes,16:
7583−7600(1988);Huse and
Hansen,Stretegies 1:1−3;S
orge,Strategies1:3−7(198
8);Associated Techniques
in Gubler and Hoffman,Gen
e 25:263(1983);Young and
Davis,Proc,Natl.Acad.Sci.
USA 80:1194−1198(1983);Wa
tson andJackson,DNA Cloni
ng;A Practicl Approach 79
−88(1985).
The raw material for the isolation of this pRPP30 cDNA molecule is the bark tissue of the trunk of the 11591 line of the guayule shrub. Rich in natural rubber, this tissue is readily available from the Guayule forest growing in and around the Phoenix area. The lambda ZAP cDNA cloning system used here is a well known and readily available lambda phage expression vector. Its structure and restriction endonuclease map are described in: Short
t, et al. Nucl. Acids Res, 16:
7583-7600 (1988); Huse and
Hansen, Strategies 1: 1-3; S
orge, Strategies 1: 3-7 (198)
8); Associated Technologies
in Gubler and Hoffman, Gen
e 25: 263 (1983); Young and.
Davis, Proc, Natl. Acad. Sci.
USA 80: 1194-1198 (1983); Wa.
tson and Jackson, DNA Cloni
ng; A Practicl Approach 79
-88 (1985).

【0014】WORD,FASTA及びTFASTAア
ルゴリズムを使っての電算機サーチでは、GENBAN
J/EMBL及びSWISSPROTデータバンクの中
の公知の配列のpRPP30との顕著な同等性を見いだ
すことは出来なかった。Heveaゴム延長因子の配列
(Dennis and Light,J.Biol.
Chem,264:18618−18626(198
9);Attanyaka et al,Plant
Mol.Biol.16:1079−1081(199
1);Goyvaertset al.,Plant
Physicl.97:317−321(1991))
との直接比較もまた同等性を見いだせなかった。RPP
は一つまたはそれ以上の公知のプレニルトランスフェラ
ーゼ(Kuntz et al.Plant J.2:
25−34(1992))との相似性または構造領域を
共有すると考えられるが、それは否定的であった。BL
ASTアルゴリズムを用いての配列比較(Altsch
ul et al.J.Mol,Biol.215:4
03−410(1990))は、ついに幾つかのチトク
ロームP450sの部分との顕著な相似性を示した。R
PPとの小部分の相似性はP450sの二つの保存B及
びC領域で見いだされた(Kalb and Lope
r,Proc.Natl.Acad.Sci.USA
85:7221−7225(1988))が、RPPは
A及びB領域との相似性を欠いていた。高度に保存され
たD領域は大抵のP450に対してとくに臨界的であ
る。この明らかな構造上の変則は、亜麻仁から得られる
他の特異なP450(アレンオキサイドシンターゼ;A
OS)の配列が発表(Song et al,Proc
Natl.Acad.Asic.USA,90:851
9−8512(1993))された時に解明された。
In the computer search using the WORD, FASTA and TFASTA algorithms, GENBAN is used.
No significant equivalence of known sequences with pRPP30 in the J / EMBL and SWISSPROT databanks could be found. Sequence of the Hevea rubber elongation factor (Dennis and Light, J. Biol.
Chem, 264: 18618-18626 (198).
9); Attanyaka et al, Plant
Mol. Biol. 16: 1079-1081 (199
1); Goyvaerts et al. , Plant
Physicl. 97: 317-321 (1991)).
A direct comparison with also found no equivalence. RPP
Are one or more known prenyl transferases (Kuntz et al. Plant J. 2:
25-34 (1992)), but share a similarity or structural region, which was negative. BL
Sequence comparison using the AST algorithm (Altsch
ul et al. J. Mol, Biol. 215: 4
03-410 (1990)) finally showed a striking similarity with some parts of cytochrome P450s. R
A small homology with PP was found in two conserved B and C regions of P450s (Kalb and Lope).
r, Proc. Natl. Acad. Sci. USA
85: 7221-7225 (1988)), but RPP lacked homology with the A and B regions. The highly conserved D region is particularly critical for most P450s. This apparent structural anomaly is due to another unique P450 (allene oxide synthase; A) derived from flaxseed.
OS) sequence announced (Song et al, Proc
Natl. Acad. Asic. USA, 90: 851.
9-8512 (1993)).

【0015】RPPとAOSの比較(表5)はこの二つ
の蛋白配列の間で65%の相似性と85%の類似性を示
す。
A comparison of RPP and AOS (Table 5) shows 65% similarity and 85% similarity between the two protein sequences.

【表5】 表5は、RPPと亜麻仁AOSのアミノ酸配列の比較
で、65%の同一性と80%の類似性を示す。両者は、
特にD領域での特異的なヘム結合部位に共通な幾つかの
構造をもつ。しかし、AOSと違って、RPPはトラン
ジットシグナルペプタイドを持っていない。AOSはプ
ラスミドの中で局在し、一方RPPはそうではないと考
えられる。N−端末におけるこの相違は、何故にRPP
がゴム粒子内にあり色素体内にないかの説明になるであ
ろう。アレンオキサイドシンターゼは脂質中のニポキサ
イド生成のための非モノオキシゲナーゼ型のP450で
ある(Son and Brash,Science,
253:781−783(1991);Lau,et
al.,Biochem.,32:1945−1950
(1994);Vick,inLipid Metab
olism in Plants,T.S.Moor
e,Ed.(CRCPress,Boca Rato
n,p.167−191(1993):Zimmerm
an,Biochem.Biophys,Res.Co
mm.23:398−403(1966);Zimme
rman andFeng,Lipids 13:31
3−316(1978):Zimmermanand
Vick,Plant.Physilo.46:445
−453(1970))。これらの植物におけるその機
能は、ジャスモニン酸のような、植物内のプロスタグラ
ンディン様の化合物の生成に関与していると信じられ
る。
[Table 5] Table 5 shows a 65% identity and 80% similarity between the amino acid sequences of RPP and flaxseed AOS. Both are
In particular, it has several structures common to specific heme binding sites in the D region. However, unlike AOS, RPP does not have transit signal peptides. It is believed that AOS localizes in the plasmid, while RPP does not. This difference in N-terminals is due to the RPP
Could be an explanation as to whether or not is inside the rubber particles and not inside the plastid. Allene oxide synthase is a non-monooxygenase-type P450 for the production of nioxide in lipids (Son and Brush, Science,
253: 781-783 (1991); Lau, et.
al. , Biochem. , 32: 1945-1950
(1994); Vick, in Lipid Metab
olism in Plants, T.W. S. Moor
e, Ed. (CRC Press, Boca Rato
n, p. 167-191 (1993): Zimmermer
an, Biochem. Biophys, Res. Co
mm. 23: 398-403 (1966); Zimme.
rman and Feng, Lipids 13:31.
3-316 (1978): Zimmermanand
Vick, Plant. Physilo. 46: 445
-453 (1970)). Its function in these plants is believed to be involved in the production of prostaglandin-like compounds in plants, such as jasmonic acid.

【0016】RPPはこの群の酵素の一員である可能性
があるので、ゴム粒子から精製したRPPについて生化
学分析を行った。三度洗ったゴム粒子を、グアユール幹
樹皮の粗ホモジェネートから上述のCornish a
nd Backhaus(1990)の文献に従って遠
心分離によって製造した。RPPは、0.5%のCHA
PS中で洗った粒子を音波処理しそして該溶液を0.2
2マイクロメーターのフィルターを通してすべての残存
ゴム粒子を除去して可溶化した。蛋白ゲルは、粗ホモジ
ェネートから(図1A、1)、洗ったゴム粒子まで(図
1A、2)、最後の濾過したCHAPS抽出物(図1
A、3)迄の各々の工程の精製度を明らかにした。プレ
ニルトランスフェラーゼ活性は、TLC(ベンゼン/酢
酸エチル;90/10)及びオートラジオグラフィーで
分析したイソプレノイド誘導体中への14C−イソペン
テニルピロフォスフェートの取り込みの測定によって各
々の精製工程について測定した。(Dogbo and
Camara,Plant Sci.49:103−
109(1987);Kuntz et al.Pla
nt J.2:25−34(1992))。ヂメチルア
リルピロフォスフェート(DMAPP)を、三つの工程
(図1B、1−3)の各々からの100マイクロィット
ルの蛋白のアリコット中の活性測定の為に開始剤として
用いた。TLC分析は、すべてのゴム粒子が除去された
濾過RPP製剤中のプレニルトランスフェラーゼ活性の
完全な欠如を示す。しかしプレニルトランスフェラーゼ
活性は、粗ホモジェネート及びゴム含有洗浄製剤の何れ
にも存在する(図1B)。これらのプレニルトランスフ
ェラーゼは幾つかのイソプレノイド誘導体、たとえばゲ
ラニルピロフォスフェート、ファルネシルピロフォスフ
ェート、ゲラニルゲラニルピロフォスフェート、フィト
エン、スクアレン及びその他の未同定の高次のイソプレ
ン類を合成する。しかしどんなイソプレノイドもCHA
PSで可溶化され濾過されたRPP製剤では製造するこ
とは出来ない(図1B)。
Since RPP may be a member of this group of enzymes, biochemical analysis was performed on RPP purified from rubber particles. The rubber particles, which had been washed three times, were treated with the above-mentioned Cornish a from crude homogenate of guayule stem bark
Produced by centrifugation according to nd Backhaus (1990). RPP is 0.5% CHA
Sonicate the washed particles in PS and add the solution to 0.2
All residual rubber particles were removed and solubilized through a 2 micrometer filter. Protein gels range from crude homogenate (FIGS. 1A, 1) to washed rubber particles (FIGS. 1A, 2) to the final filtered CHAPS extract (FIG. 1A).
A, the degree of purification of each step up to 3) was clarified. Prenyltransferase activity was measured for each purification step by measuring the incorporation of 14 C-isopentenyl pyrophosphate into the isoprenoid derivative analyzed by TLC (benzene / ethyl acetate; 90/10) and autoradiography. (Dogbo and
Camara, Plant Sci. 49: 103-
109 (1987); Kuntz et al. Pla
nt J. 2: 25-34 (1992)). Dimethylallyl pyrophosphate (DMAPP) was used as an initiator for aliquot activity of 100 microliters of protein from each of the three steps (FIGS. 1B, 1-3). TLC analysis shows a complete lack of prenyltransferase activity in the filtered RPP formulation with all rubber particles removed. However, prenyltransferase activity is present in both the crude homogenate and the gum-containing cleaning formulation (Fig. 1B). These prenyltransferases synthesize several isoprenoid derivatives such as geranyl pyrophosphate, farnesyl pyrophosphate, geranylgeranyl pyrophosphate, phytoene, squalene and other unidentified higher isoprenes. But any isoprenoid is CHA
It cannot be made with PS solubilized and filtered RPP formulation (FIG. 1B).

【0017】このCHAPSで可溶化され、濾過された
RPP製剤のスペクトル分析は、RPPはチトクローム
P450である事を示した。この抽出物の差スペクトル
は、450nmにおける特徴的なピークを明瞭に示して
いる(矢印、1C)。RPPがアレンオキサイドシンタ
ーゼであることの確認のため、この製剤のアリコット
を、234nmに極大吸収をもつリノレイン酸ハイドロ
パーオキサイド(LOOH)の分解測定のアッセイに使
用した。この基質はZimmermanの方法に従って
作成した(Zimmerman,Biochem.Bi
opnys.Res.Comm.23:398−403
(1966);Zimmerman and Fen
g,Lipids 13:313−316(197
8);Zimmerman and Vick,Pla
nt.Physiol.46:445−453(197
0))。反応は精製RPPの、LOOH含有キュベット
への添加で開始され、次いで10秒間隔での一連のUV
スペクトルでキュベットをスキャンした(Song a
nd Brash,Science,253:781−
784(1991))。その結果、精製RPPは高いA
OS活性を持つことが分かった(図1D)。この生化学
活性は亜麻仁AOSの活性と類似しており、配列データ
も同一であって、これら2つの蛋白の類似の機能を示唆
する。さらに、このデータはRPPがプレニルトランス
フェラーゼではない事を明瞭に示す。
Spectral analysis of this CHAPS solubilized, filtered RPP formulation showed that the RPP was cytochrome P450. The difference spectrum of this extract clearly shows a characteristic peak at 450 nm (arrow, 1C). To confirm that RPP is an allene oxide synthase, an aliquot of this formulation was used in an assay for the degradation measurement of linoleic acid hydroperoxide (LOOH) with a maximum absorption at 234 nm. This substrate was prepared according to the method of Zimmermann (Zimmerman, Biochem. Bi.
opnys. Res. Comm. 23: 398-403
(1966); Zimmerman and Fen.
g, Lipids 13: 313-316 (197).
8); Zimmerman and Vick, Pla
nt. Physiol. 46: 445-453 (197)
0)). The reaction was initiated by the addition of purified RPP to a LOOH-containing cuvette followed by a series of UVs at 10 second intervals.
The cuvette was scanned for spectra (Song a
nd Brush, Science, 253: 781-.
784 (1991)). As a result, the purified RPP has a high A
It was found to have OS activity (Fig. 1D). This biochemical activity is similar to that of flaxseed AOS and the sequence data are also identical, suggesting similar functions of these two proteins. Furthermore, this data clearly shows that RPP is not a prenyl transferase.

【0018】形質転換されたタバコ中のRPP発現の効
果をしらべるため、12.8kbの二成分ベクターを、
35SプロモータのRPP遺伝子下流およびNOSター
ミネーターの下流とで構築した。pBIRPP(表6)
と命名されたこのベクターはタバコcv.サムサン(s
amaun)植物に使用されているAgrobacte
rium tumefa−ciens(LBA4404
株)中へ固定化した。
In order to determine the effect of RPP expression in transformed tobacco, a 12.8 kb binary vector was added to
It was constructed with the RPP gene downstream of the 35S promoter and the NOS terminator downstream. pBIRPP (Table 6)
This vector, designated as Tobacco cv. Samsun (s
amaun) Agrobacte used in plants
rum tumefa-ciens (LBA4404
Fixed in the strain).

【表6】 表6は、タバコを形質転換するのに用いられるpBIR
PP、12.8kbの二成分プラスミドのマップであ
る。それは、センス配置の中にRPPカセットを含有す
る。pRPP30からのRPPcDNAは、pB112
1からのGUS遺伝子の置き換えによって、35Sプロ
モータの下流とNOSターミネーターの上流に挿入され
る。アンチセンス配位のRPPを含む第二の構築物もま
た作成された。形質転換タバコ植物はカナマイシンで選
別され成熟させた。分析結果は、形質転換タバコ植物中
の外部RPP遺伝子(図2)の存在と発現した。全タバ
コ蛋白のSDSゲル(図2A)は四つの異なった形質転
換体(#3、#6、#14及び#17)中のRPP(矢
印)の存在と、非形質転換のコントロール(C)および
アンチセンス(A)タバコ中でその不存在を示した。モ
ノ特定化RPP抗体でプローブされた同等のゲル(図2
A)のウエスタンハイブリッド化はセンス構築(#3、
#6、#14及び#17)の各々の単一RPPバンド
(矢印)と、コントロール(C)とアンチセンス(A)
タバコ構築物中でのその不存在を示した。コントロール
(C)と形質転換(#3)タバコから作った蛋白抽出物
の酵素分析は、外部遺伝子からの機能的RPPの発現と
生成による強力なAOS活性は形質転換タバコ(図2
D)のみに存在しコントロールのタバコ(図2C)中に
は完全に不存在である事を示した。コントロール植物は
RPP遣伝子を含まず、機能的RPP酵素をなんら生産
しないので、LOOHを代謝することが出来ない。しか
し形質転換タバコから作った抽出物のUVスキャンは、
それらは組換えRPP遺伝子を発現するので高いAOS
活性を持つ事を示した。
[Table 6] Table 6 shows pBIR used to transform tobacco.
A map of PP, a 12.8 kb binary plasmid. It contains the RPP cassette in the sense configuration. The RPP cDNA from pRPP30 is pB112
Replacement of the GUS gene from 1 inserts downstream of the 35S promoter and upstream of the NOS terminator. A second construct containing the antisense coordinated RPP was also made. Transformed tobacco plants were selected and matured with kanamycin. The results of the analysis showed the presence and expression of the external RPP gene (Fig. 2) in the transformed tobacco plants. The total tobacco protein SDS gel (FIG. 2A) showed the presence of RPP (arrow) in four different transformants (# 3, # 6, # 14 and # 17) and a non-transformed control (C) and Antisense (A) showed its absence in tobacco. An equivalent gel probed with a mono-specific RPP antibody (Fig. 2
Western hybridization of A) is a sense construction (# 3,
# 6, # 14 and # 17) each single RPP band (arrow), control (C) and antisense (A)
It showed its absence in the tobacco construct. Enzymatic analysis of protein extracts made from control (C) and transformed (# 3) tobacco showed strong AOS activity due to expression and production of functional RPPs from foreign genes.
It was shown only in D) and completely absent in the control tobacco (Fig. 2C). Control plants do not contain RPP genes and do not produce any functional RPP enzyme and therefore cannot metabolize LOOH. However, a UV scan of an extract made from transformed tobacco
High AOS because they express recombinant RPP gene
It was shown to have activity.

【0019】形質転換タバコ植物はRPPを生産する事
が確立されたので、それらの組織について、ゴム生成の
何らかの兆候がないかを、顕微鏡で調べた。電子顕微鏡
は、ゴム粒子を検出するための最も敏感な手段である。
タバコの幹の電子顕微鏡写真はゴム粒子は非形質転換の
コントロール植物(図3A)中では生産されず形質転換
植物(図3B及び4C)中で生産される事を示した。タ
バコゴム粒子(矢印)は、グアユールゴム粒子と大変よ
く似ており(Backhaus and Walsh,
Bot.Gaz.144:391−400(198
3))、まず植物の液胞中に現れる。これは、形質転換
操作による非ゴム生成食物内のゴム生合成の最初の報告
である。
Since transformed tobacco plants were established to produce RPP, their tissues were examined microscopically for any signs of rubber formation. Electron microscopy is the most sensitive means for detecting rubber particles.
Electron micrographs of tobacco stems showed that rubber particles were not produced in untransformed control plants (FIG. 3A) but in transformed plants (FIGS. 3B and 4C). Tobacco gum particles (arrows) are very similar to guayule gum particles (Backhaus and Walsh,
Bot. Gaz. 144: 391-400 (198
3)), first appearing in the vacuoles of plants. This is the first report of rubber biosynthesis in non-rubber-producing foods by transformation procedures.

【0020】形質転換タバコでのゴム生成の更なる実証
は、ゴムのための高度に特異的な染色(Addicot
t,Tain Technol.19:99−102
(1944))を用いての光学的顕微鏡観察で得られ
た。この染色は、比較的高い濃度のゴムが組織中で生成
された時にのみ有効である。電子顕微鏡におけると同様
に、光学的顕微鏡においてもまた、非形質転換植物(図
5A)の細胞中にはゴムは見いだされず、形質転換植物
(図5B)の細胞中には沢山のゴムがあった。ゴムは、
細胞中に暗青色に染色された球体として現れる(矢
印)。これらのゴム生成細胞は植物内に均一に分布して
おらず、幹の外層に集中している。これらの細胞は、高
分子量のゴムの合成に必要なプレカーサー(たぶん小さ
い鎖状のポリイソプレン)を生成するものと信じられ
る。しかし、RPPはこの種のゴム生合成を誘引するに
必要なものである事は明白である。
A further demonstration of rubber production in transgenic tobacco is the highly specific staining for rubber (Addicot).
t, Tain Technol. 19: 99-102
(1944)). This stain is only effective when a relatively high concentration of rubber is produced in the tissue. No rubber was found in the cells of the non-transformed plant (FIG. 5A) and in the cells of the transformed plant (FIG. 5B) as well as in the light microscope, as in the electron microscope. . Rubber is
Appear in the cells as dark blue stained spheres (arrows). These rubber-producing cells are not evenly distributed in the plant but are concentrated in the outer layer of the trunk. It is believed that these cells produce the precursors (probably small chain polyisoprenes) required for the synthesis of high molecular weight rubber. However, it is clear that RPP is necessary to induce this type of rubber biosynthesis.

【0021】ここに述べたように、RPPのcDNAの
クローニングとその蛋白配列と構造領域の解明は、構造
−機能的分析を可能とし、グアユールや他の生物中のゴ
ムの生合成におけるその役割の決定の基礎を提供するで
あろう。ここに述べたようにRPPはプレニルトランス
フェラーゼではなく、チトクロームP450の非モノオ
キシゲナーゼタイプである。RPPは脂質ハイドロパー
オキサイドから脂質エポキサイドを生成する事ができ、
これは高分子量のゴムの生合成に決定的な事のようであ
る。また、天然か外部の宿主中のRPPの発現は、適当
は5′プロモータのpRPP30cDNA下流を取り込
み、そしてその組換え遺伝子を他の宿主のゲノムに移転
させる事によって規制しうる。機能的RPP酵素の発現
は、次いでRPPの存在下でLOOHの迅速な分解をモ
ニターする鋭敏な生化学的アッセイによって行い得る。
ゴム生合成に対するRPP遺伝子の発現の効果はまた、
形質転換植物の電子および光学顕微鏡観察によって示さ
れる。すなわち本発明は農業、生物学および化学にとっ
て重要であり、組換えDNA方法を用いての原核および
真核生物を含む広範囲の生物における天然ゴムの生成の
基礎を提供するものである。RPPおよびその蛋白をコ
ードするDNA配列が開示される。
As described herein, cloning of the RPP cDNA and elucidation of its protein sequence and structural region allows for structural-functional analysis of its role in the biosynthesis of rubber in guayule and other organisms. It will provide the basis for the decision. As mentioned herein, RPP is not a prenyltransferase, but a non-monooxygenase type of cytochrome P450. RPP can generate lipid epoxide from lipid hydroperoxide,
This seems to be crucial for the biosynthesis of high molecular weight rubber. Also, expression of RPP in natural or exogenous hosts can be regulated by incorporating the pRPP30 cDNA downstream of the appropriate 5'promoter and transferring the recombinant gene into the genome of another host. Expression of the functional RPP enzyme can then be performed by a sensitive biochemical assay that monitors the rapid degradation of LOOH in the presence of RPP.
The effect of RPP gene expression on rubber biosynthesis is also
Shown by electron and light microscopy of transformed plants. Thus, the present invention is important to agriculture, biology and chemistry and provides the basis for the production of natural rubber in a wide range of organisms, including prokaryotes and eukaryotes, using recombinant DNA methods. Disclosed are DNA sequences encoding RPP and its proteins.

【0022】従って本発明の第一の目的はRPPをコー
ドする組換えDNA分子とDNA配列を提供することで
ある。
Accordingly, a first object of the present invention is to provide a recombinant DNA molecule and a DNA sequence encoding RPP.

【0023】本発明の他の目的はRPPをコードする組
換えDNA分子とDNA配列からRPPポリペプタイド
を生成するための新しいそして改良された方法を提供す
ることである。
Another object of the present invention is to provide a new and improved method for producing RPP polypeptides from recombinant DNA molecules encoding RPP and DNA sequences.

【0024】本発明のさらに他の目的は、RPPをコー
ドする適切なDNA分子を含有するベクターを提供し、
そして組換えゴム粒子蛋白を生成する培養物を提供する
ことである。
Yet another object of the present invention is to provide a vector containing a suitable DNA molecule encoding RPP,
And to provide a culture producing recombinant rubber particle protein.

【0025】本発明のさらに他の目的は、他の宿主生物
中でのゴム合成を促進する組換えRPPの使用である。
Yet another object of the present invention is the use of recombinant RPP to promote rubber synthesis in other host organisms.

【0026】以下に記載の本発明を十分に理解するため
に、若干の定義を述べる。
To fully understand the invention described below, some definitions are provided.

【0027】ヌクレオタイドとは、糖部分(ペントー
ス)、フォスフェートおよび窒素複素環状塩基から成る
DNAまたはRNAのモノマー単位である。塩基はグリ
コシド炭素(ペントースの1′−炭素)によって糖部分
に結合され、そのような塩基と糖の結合はヌクレオサイ
ドと呼ばれる。塩基はヌクレオタイドを特徴づけるもの
である。四つのDNA塩基はアデニン(A)、グアニン
(G),シトシン(C)及びチミン(T)である。四つ
のRNA塩基はA,C、G及びウラシル(U)である。
DNAヌクレオタイド配列の構造表現における便宜上ふ
つうに行われている様に、単に一本の鎖が示され、その
中では一本の鎖上のAはその補足物上のTを含みGはC
を含む。アミノ酸は3文字または1文字での略号で次ぎ
の様に表される。
Nucleotide is a monomer unit of DNA or RNA consisting of a sugar moiety (pentose), a phosphate and a nitrogen heterocyclic base. The base is attached to the sugar moiety by the glycosidic carbon (the 1'-carbon of the pentose), and such a base-sugar linkage is called a nucleoside. The base characterizes the nucleotide. The four DNA bases are adenine (A), guanine (G), cytosine (C) and thymine (T). The four RNA bases are A, C, G and uracil (U).
Only one strand is shown, as is commonly done for convenience in structural representation of DNA nucleotide sequences, where A on one strand contains T on its complement and G is C
including. Amino acids are represented by the following three-letter or one-letter abbreviations.

【0028】A=Ala=アラニン;C=Cys=シス
テイン;D=Asp=アスパラギン酸;E=Glu=グ
ルタミン酸;F=Phe=フェニルアラニン;G=Gl
y=グリシン;H=His=ヒスチジン;I=Ile=
イソロイシン;K=Lys=リジン;L=Leu=ロイ
シン;M=Met=メチオニン;N=Asn=アスラパ
ラギン;P=Pro=プロリン;G=Gln=グルタミ
ン;R=Arg=アルギニン;S=Ser=セリン;T
=Thr=スレオニン;V=Val=バリン;W=Tr
p:トリプトファン;Y=Tyr=チロシン。
A = Ala = alanine; C = Cys = cysteine; D = Asp = aspartic acid; E = Glu = glutamic acid; F = Phe = phenylalanine; G = Gl
y = glycine; H = His = histidine; I = Ile =
Isoleucine; K = Lys = Lysine; L = Leu = Leucine; M = Met = Methionine; N = Asn = Asuraparagine; P = Pro = Proline; G = Gln = Glutamine; R = Arg = Arginine; S = Ser = Serine; T
= Thr = Threonine; V = Val = Valine; W = Tr
p: tryptophan; Y = Tyr = tyrosine.

【0029】DNA配列とは、隣接したペントースの
3′及び5′炭素の間のフォスフォジエステル結合によ
って次々に結合した線状のヌクレオタイドの整列を意味
する。
By DNA sequence is meant an alignment of linear nucleotides linked one after another by phosphodiester bonds between the 3'and 5'carbons of adjacent pentoses.

【0030】コドンとは、mRNAを通してアミノ酸、
翻訳開始シグナル又は翻訳停止シグナルをコード化する
三つのヌクレオタイド(トリプレット)のDNA配列を
意味する。例えば、ヌクレオタイドトリプレットTT
A、TTG、CTT、CTC、CTA及びOTGはアミ
ノ酸のロイシン(Leu)をコード化し、TAG、TA
A及び、TGAは翻訳停止シグナルであり、そしてAT
Gは翻訳開始シグナルである。
A codon is an amino acid through mRNA,
By three nucleotide (triplet) DNA sequences encoding a translation initiation signal or a translation termination signal is meant. For example, Nucleotide Triplet TT
A, TTG, CTT, CTC, CTA and OTG encode the amino acids leucine (Leu), and TAG, TA
A and TGA are translation stop signals, and AT
G is a translation initiation signal.

【0031】読み枠とは、mRNAのアミノ酸配列への
翻訳中のコドンのグループ化を意味する。翻訳中は、適
当な読み枠が保持されなければならない。例えば、GC
TGGTTGTAAGと言うDNA配列は三つの読み枠
で発現されねばならず、その各々は異なったアミノ酸配
列を与える。
By open reading frame is meant the grouping of codons during translation into mRNA amino acid sequence. Appropriate reading frames must be maintained during translation. For example, GC
The DNA sequence TGGTTTGTAAG must be expressed in three reading frames, each of which gives a different amino acid sequence.

【0032】GTC GGT TCT AAG −Al
a−Gly−Cys−Lya;GCTG GTT GT
AG −Leu−Vla−Val;GO TGG
TTG TAA G −Trp−Leu−(停止)
GTC GGT TCT AAG- Al
a-Gly-Cys-Lya; G CTG GTT GT
A AG -Leu-Vla-Val; GO TGG
TTG TAA G -Trp-Leu- (STOP)

【0033】ポリペプタイド及びペプタイドとは、隣接
するアミノ酸のアルファ−アミノ及びカルボキシル基の
間のペプタイド結合によって、次々と結合された線状の
アミノ酸の整列を意味する。
Polypeptide and peptide refer to a linear alignment of amino acids that are linked one after the other by a peptide bond between the alpha-amino and carboxyl groups of adjacent amino acids.

【0034】ゲノムとは、細胞またはウイルスの全DN
Aを意味する。なかんずくそれは、物質のポリペプタイ
ドをコードする構浩遺伝子、さらにはオペレータ、プロ
モータ、ターミネータ、エンハンサー、及びリボソーム
結合と相互作用配列を意味する。
The genome is the whole DN of a cell or virus.
Means A. Among other things, it means the constitutive genes encoding the polypeptide of the substance, as well as the operators, promoters, terminators, enhancers, and ribosome binding and interaction sequences.

【0035】遺伝子とは、特定のペプタイドに特徴的な
アミノ酸の配列をその鋳型またはメッセンジャーRNA
(mRNA)によってコード化するDNA配列を意味す
る。
A gene is a template or messenger RNA that has a sequence of amino acids characteristic of a particular peptide.
(MRNA) means a DNA sequence encoded by.

【0036】cDNAとは、逆転写酵素、適当なオリゴ
ヌクレオタイドプライマー及びヌクレオタイド混合物を
用いてDNAの最初の鎖を合成するための鋳型としてm
RNAを用いて作った相補的またはコピーDNAを意味
する。
[0036] cDNA means m as a template for synthesizing the first strand of DNA using reverse transcriptase, a suitable oligonucleotide primer and a mixture of nucleotides.
It means complementary or copy DNA made with RNA.

【0037】PCRとは、次のポリメラーゼ連鎖反応を
意味する。すなわち、ゲノムのまたはcDNAの特定の
DNA配列が、合成のオリゴヌクレオタイドセンス及び
アンチセンスプライマー(それらは標的配列を特定化す
る)、ヌクレオタイド混合物及び温度熱サイクル条件
(それはプライマーの間での標的DNAの逐次的変性、
アンニールング及び合成を可能とする)を用いての酵素
Taqポリメラーゼによって優先的に増幅されうる。
PCR means the following polymerase chain reaction. That is, a specific DNA sequence of genomic or cDNA, synthetic oligonucleotide sense and antisense primers (they specify the target sequence), nucleotide mixture and temperature thermocycling conditions (which target between the primers). Sequential denaturation of DNA,
It can be preferentially amplified by the enzyme Taq polymerase (which allows annealing and synthesis).

【0038】転写とは、遺伝子またはDNA配列からm
RNAを生成する工程を意味する。
Transcription means m from a gene or DNA sequence.
It means the process of producing RNA.

【0039】翻訳とは、mRNAからポリペプタイドを
生成する工程を意味する。
[0039] Translation means a process of producing a polypeptide from mRNA.

【0040】発現とは、ポリペプタイドを生成する、遺
伝子またはDNA配列によって行われる工程を意味し、
転写と翻訳の結合から成る。
By expression is meant the process performed by a gene or DNA sequence to produce a polypeptide,
It consists of transcription and translation.

【0041】プラスミドまたはファージミドとは、プラ
スミドが宿主細胞の中で複製されるような完全なレプリ
コンから成る非染色体2本鎖DNA配列を意味する。プ
ラスミドが単細胞生物内になる時は、その生物の特性は
プラスミドのDNAの結果として変化または形質添加さ
れうる。たとえば、アムピシリン耐性(AMP R)の
遺伝子を保持するプラスミドは、当初アムピシリンに感
受性であった細胞をそれに抵抗性のものに形質転換す
る。プラスミドによって形質転換された細胞は形質転換
細胞と呼ばれる。
By plasmid or phagemid is meant a non-chromosomal double stranded DNA sequence consisting of a complete replicon such that the plasmid is replicated in the host cell. When a plasmid is inside a unicellular organism, the properties of that organism can be altered or transduced as a result of the DNA of the plasmid. For example, a plasmid carrying the gene for ampicillin resistance (AMPR) transforms cells initially sensitive to ampicillin into those resistant to it. Cells transformed with the plasmid are called transformed cells.

【0042】ファージまたはバクテリオファージとは、
細菌性のウイルスを意味し、それらの多くは蛋白包膜ま
たは皮膜中に包膜されたDNA配列(包膜)から成る。
Phage or bacteriophage
By bacterial viruses, many of which consist of DNA sequences (envelopes) encapsidated in a protein envelope or membrane.

【0043】クローニングビヒクルとは、一つまたは少
数のエンドヌクレアーゼ認識部位に依って特徴づけられ
る宿主細胞中で複製が可能なプラスミド、ファージミ
ド、二成分ベクター、ファージDNA、コスミドまたは
そのほかのDNA配列である。ここに、該部位において
は、そのDNA配列はDNAの必須の生物学的機能(た
とえば、複製、皮膜蛋白の生成またはプロモータもしく
は結合部位の損失)の付随する損失なしの確定可能なや
りかたで切断でき、そして該部位は形質転換細胞(例え
ば、アムピシリン耐性体)の同定に適切に用いられるマ
ーカーを含有している。クローニングビヒクルはしばし
ばベクターとも呼ばれる。
A cloning vehicle is a plasmid, phagemid, binary vector, phage DNA, cosmid or other DNA sequence capable of replicating in a host cell characterized by one or a few endonuclease recognition sites. . Here, at that site, the DNA sequence can be cleaved in a determinable manner without concomitant loss of essential biological functions of DNA (eg, replication, production of membrane proteins or loss of promoters or binding sites). , And the site contains a marker suitably used to identify transformed cells (eg ampicillin resistant). Cloning vehicles are often referred to as vectors.

【0044】クローニングとは、無性的再生による配列
または生物から誘導されたDNA配列または多くの生物
を得る工程を意味する。
Cloning means the process of obtaining a sequence or DNA sequence derived from an organism or many organisms by asexual reproduction.

【0045】組換えDNA分子またはハイブリッドDN
Aとは、生細胞外で末端から末端へと結合しており生細
胞内に保持し得る異なったゲノムからのDNAのセグメ
ントから成る分子を意味する。
Recombinant DNA molecule or hybrid DN
By A is meant a molecule composed of segments of DNA from different genomes that are held end-to-end outside the living cell and can be retained inside the living cell.

【0046】発現制御配列とは、遺伝子に作動的に結合
した時に、これらの遺伝子の発現を制御し管理するヌク
レオタイドの配列を意味する。それは次のものを含むが
それらに限定されるものではない。すなわち、lacZ
プロモータ、trpプロモータ、tacおよびtrcプ
ロモータ、T7ポリメラーゼプロモータ、原核生物宿主
の外部遺伝子の発現を増大するところのその他の主な原
核及び真核生物プロモータ、NOSプロモータ及びター
ミネーター、CaMVプロモータおよび真核生物細胞の
遺伝子の発現を増大するその他の原核及び真核生物プロ
モーター、あるいはウイルスまたはそれらの組み合わ
せ。
The expression control sequence means a nucleotide sequence that controls and manages the expression of these genes when operably linked to the genes. It includes but is not limited to: That is, lacZ
Promoters, trp promoters, tac and trc promoters, T7 polymerase promoters, other major prokaryotic and eukaryotic promoters that increase expression of exogenous genes in prokaryotic hosts, NOS promoters and terminators, CaMV promoters and eukaryotic cells. Other prokaryotic and eukaryotic promoters that increase the expression of the genes of, or viruses or combinations thereof.

【0047】グアユールゴム粒子蛋白(RPP)とは、
グアユールのゴム粒子中にあるところの53,500ダ
ルトンのポリペプタイドである。このものは、エポキサ
イドの生成に関与している植物中のゴムの生合成に必須
の機能をもっている非モノオキシゲナーゼであるチトク
ロームP450ヘム−結合蛋白である。
Guayule gum particle protein (RPP) is
It is a 53,500 dalton polypeptide in guayule rubber particles. It is a cytochrome P450 heme-binding protein, a non-monooxygenase with a function essential for the biosynthesis of rubber in plants involved in the production of epoxides.

【0048】本発明はグアユールRPPをコードするD
NA配列と組換えDNA分子;それらのポリペプタイド
の製法;それらの配列の組換え発現系;それらを含むベ
クター;組換え蛋白を生成する培養物;そしてその生成
に必要な材料に関するものである。グアユールRPPと
してのゴム生合成のために実質的に同じ生物学的活性を
もつグアユールRPPまたは蛋白をコードするDNA配
列が示される。
The present invention is a D encoding guayule RPP.
It relates to NA sequences and recombinant DNA molecules; methods for producing these polypeptides; recombinant expression systems for those sequences; vectors containing them; cultures producing recombinant proteins; and materials necessary for their production. A DNA sequence encoding a guayule RPP or protein having substantially the same biological activity for rubber biosynthesis as guayule RPP is shown.

【0049】グアユールゴム粒子蛋白(RPP)をコー
ドしたcDNAを含有する単離された組換えベクター
は、ゴムの生合成のための機能的なRPPを生成するた
めRPP DNAが発現されるところの、他の原核また
は真核宿主生物に形質転換される。ゴムの生合成は、こ
れらの宿主生物中の組換えRPPベクターDNA発現の
結果としておこる。
The isolated recombinant vector containing the cDNA encoding the guayule gum particle protein (RPP) has been characterized in that the RPP DNA is expressed to produce a functional RPP for the biosynthesis of gums, etc. Transformed into a prokaryotic or eukaryotic host organism. Rubber biosynthesis occurs as a result of recombinant RPP vector DNA expression in these host organisms.

【0050】多くの選択とDNAクローニング技術が本
発明のDNA配列の単離とクローニングに有効に用いら
れるけれども、精製RPPにもとづく選択の戦略が採用
された。
Although many selection and DNA cloning techniques have been used successfully in the isolation and cloning of the DNA sequences of the present invention, a strategy of selection based on purified RPP has been adopted.

【0051】RPPの精製とCNBr分解Purification of RPP and decomposition of CNBr

【0052】RPPの原料は、上述のCornish
and Backhaus(1990)及びBackh
aus et al.(1990)の論文に記載の方法
でグアユール系11591の幹樹皮組織から単離された
精製ゴム粒子である。精製ゴム粒子は調製用SDS−P
AGEに付してRPPを精製すると、48500から5
3500ダルトンの分子量がまざった蛋白バンドとして
ゲル中に認められる。RPPは、Bio−Rad社の電
気溶離器(モデル422)を用いそのマニュアルに従っ
て電気溶離によるゲルバンドから精製される。
The raw material of RPP is Cornish described above.
and Backhaus (1990) and Backh
aus et al. Purified rubber particles isolated from guayule type 11591 stem bark tissue by the method described in the article of (1990). Purified rubber particles are SDS-P for preparation
When RPP was purified by AGE, 48500 to 5
It is recognized in the gel as a protein band having a mixed molecular weight of 3500 daltons. RPP is purified from the gel band by electroelution using a Bio-Rad electroelutator (Model 422) according to its manual.

【0053】少なくとも1000pmoleに対応する
精製RPPを凍結乾燥によって乾固し、エッペンドルフ
管の中で150マイクロリットルの蟻酸に溶かす。混合
物を24時間室温で暗所で培養する。このCNBrで消
化したRPPを、Schagger and von
Jagow,Anal.Biochem.166:36
8−379(1987)の記載に従って3層系でトリス
−トリシン中で16%アクリルアミドゲルを用いてSD
S−PAGEに付する。電気泳動により蛋白フラグメン
トは、PVDF(ミリポア)膜上へブロットされPlo
ug et al.Anal.Biochem.18
1:33−39(1989)の方法に従って可視化す
る。染色されたペプタイドを含むPVDF膜の領域を切
りとり、N−端末アミノ酸配列決定に用いた(Uni
v.Calif.Davis,Protein Str
ucture Lab.)。RPPの四つの別個のペプ
タイドフラグメントのアミノ酸配列を表1に示す。
At least 1000 pmole of purified RPP is lyophilized to dryness and dissolved in 150 microliters of formic acid in an Eppendorf tube. The mixture is incubated for 24 hours at room temperature in the dark. The RPP digested with this CNBr was used as Schagger and von.
Jagow, Anal. Biochem. 166: 36
SD using a 16% acrylamide gel in Tris-Tricine in a three-layer system as described in 8-379 (1987).
Attached to S-PAGE. The protein fragments were blotted onto a PVDF (Millipore) membrane by electrophoresis and Plo
ug et al. Anal. Biochem. 18
Visualize according to the method of 1: 33-39 (1989). A region of the PVDF membrane containing the stained peptide was cut out and used for N-terminal amino acid sequencing (Uni
v. Calif. Davis, Protein Str
ucture Lab. ). The amino acid sequences of four distinct peptide fragments of RPP are shown in Table 1.

【表1】[Table 1]

【0054】グアユール幹樹皮mRNAの単離。Isolation of guayule stem bark mRNA.

【0055】グアユール幹樹皮(10g)を1cmの大
きさにカットし、2分間ポリトロン中で2倍量のグアニ
ジン(8MグアニジンHCl、20mMES pH7、
20mMEDTA、50mM メルカプトエタノール)
の中でホモジェネートする。このホモジェネートを1容
量のフェノール:クロロフォルムで抽出し、次いで摂氏
15度で10000rpmで(ソルヴァール SS−3
4ローター)遠心分離する。水相を新しいチューブに移
し、摂氏15度で10000rpmで10分遠心分離
し、上澄み液を新しいチューブに移す。これに、予め冷
却した100%のエタノールの0.7容量と1M酢酸の
0.2容量を加える。このサンプルを一晩中摂氏−20
度に保つ。RNAは、摂氏4度で5000rpmで10
分間遠心分離して回収する。ペレットを室温で3Mの酢
酸ナトリウム(pH:5.2)で洗浄し、10000r
pmで5分間遠心分離する。このペレットを70%エタ
ノールで洗い、減圧で乾燥しそして滅菌水に溶かす。ポ
リ−A mRNAが、Sam−brook et a
l.Molecular Cloning,A Lab
oratory Manual,2nd E.7.26
−7.29(1989)に記載の方法に従ってオリゴー
dTセルローズ上に於ける分固化により精製される。
Guayule stem bark (10 g) was cut to a size of 1 cm, and the amount of guanidine (8 M guanidine HCl, 20 mM ES pH 7,
20 mM EDTA, 50 mM mercaptoethanol)
Homogenize in. The homogenate was extracted with 1 volume of phenol: chloroform and then at 15 degrees Celsius at 10,000 rpm (Solvall SS-3.
4 rotors) Centrifuge. Transfer the aqueous phase to a new tube, centrifuge at 10,000 rpm for 10 minutes at 15 degrees Celsius and transfer the supernatant to a new tube. To this is added 0.7 volume of pre-chilled 100% ethanol and 0.2 volume of 1M acetic acid. This sample is kept at -20 degrees Celsius overnight
Keep in time. RNA is 10 at 5000 rpm at 4 degrees Celsius
Centrifuge for minutes and collect. The pellet was washed with 3M sodium acetate (pH: 5.2) at room temperature and washed with 10000r.
Centrifuge for 5 minutes at pm. The pellet is washed with 70% ethanol, dried under reduced pressure and dissolved in sterile water. Poly-A mRNA was found in Sam-brook et a
l. Molecular Cloning, A Lab
oratory Manual, 2nd E. 7.26
Purified by fractional solidification on oligo-dT cellulose according to the method described in 7.29 (1989).

【0056】グアユール幹樹皮cDNAライブラリーの
構築。
Construction of guayule stem bark cDNA library.

【0057】グアユール幹樹皮は、ストレートジーン社
(Strategene Inc.)からキットの形で
入手できるラムダ−ZAP中でメーカー指示のプロトコ
ールに従って、ライブラリーの構築のためのcDNAの
生成に用いられる。ラムダZAPは、Short et
al,Nucl.,Acids Res.16:75
83−7600(1988)に記載されている。
Guayule stem bark is used for the generation of cDNA for the construction of the library in Lambda-ZAP available in kit form from Straightgene Inc. according to the manufacturer's instructions. Lambda ZAP, Short et
al, Nucl. , Acids Res. 16:75
83-7600 (1988).

【0058】グアユールRPPcDNAのPCR増幅。PCR amplification of guayule RPP cDNA.

【0059】グアユール幹樹皮cDNAライブラリーは
当初は、グアユールcDNAのPCR増幅で生成された
92bpのプローブの配列P5/6(表2)でスクリー
ニングされていた。
The guayule stem bark cDNA library was originally screened with the sequence P5 / 6 (Table 2) of the 92 bp probe generated by PCR amplification of the guayule cDNA.

【表2】最初の鎖cDNA合成は、メーカーの指示書に
従ってストレートジーン社のcDNA合成キットを使っ
て行われていた。約1.5マイクログラムのグアユール
幹樹皮を、オリゴーdT、逆転写酵素、及びヌクレオタ
イド混合物の存在下に摂氏37度で1時間培養した。一
本鎖cDNAが最終濃度0.5Mの酢酸アンモニウム、
次いで2容量のエタノールを加えて沈澱させる。混合物
を10分間、室温で200マイクロリットルの70%エ
タノールを用いて、14000rpmでマイクロ遠心分
離し、減圧で乾燥しそして50マイクロリットルの滅菌
水に再び溶かす。
First strand cDNA synthesis was performed using the Straight Gene cDNA synthesis kit according to the manufacturer's instructions. About 1.5 micrograms of guayule stem bark was incubated for 1 hour at 37 degrees Celsius in the presence of oligo-dT, reverse transcriptase, and nucleotide mixture. Single-stranded cDNA is 0.5M final concentration of ammonium acetate,
Then 2 volumes of ethanol are added to effect precipitation. The mixture is microcentrifuged for 10 minutes at room temperature with 200 microliters of 70% ethanol at 14000 rpm, dried under reduced pressure and redissolved in 50 microliters of sterile water.

【0060】CNBrフラグメント#3のセンス一本鎖
に対応する20−merのオリゴヌクレオタイドプライ
マーである分解物の配列P5(表2)、及びCNBrフ
ラグメント#3(表1)のアンチセンス一本鎖DNAに
対応する20−merのオリゴヌクレオタイドプライマ
ーである分解物の配列P6(表2)を92bpP5/6
配列の生成に用いる。20マイクロリットルのPCR反
応混合物[次のものを含有する:各々のプライマー10
0pmol;上に述べたcDNA混合物1マイクロリッ
トル;各々のヌクレオタイド0.2mM;及び20mM
硫酸アンモニウムと1.5mM塩化マグネシウムを含有
する50mMトリス塩酸緩衝液(pH:9.0)中のレ
プリナーゼ0.5マイクロリットル]を摂氏94度で1
分間、55度で2分間、そして72度で3分間の加熱サ
イクル条件で39サイクル、最後に72度で10分間か
けて増幅する。
Sequence P5 (Table 2) of the degradant, which is a 20-mer oligonucleotid primer corresponding to the sense single strand of CNBr fragment # 3, and the antisense single strand of CNBr fragment # 3 (Table 1). The sequence P6 (Table 2) of the degradation product, which is a 20-mer oligonucleotid primer corresponding to DNA, was changed to 92bpP5 / 6.
Used to generate an array. 20 microliters of PCR reaction mixture [contains: each primer 10
0 pmol; 1 microliter of the above mentioned cDNA mixture; 0.2 mM of each nucleotide; and 20 mM
0.5 microliters of replinase in 50 mM Tris-HCl buffer (pH: 9.0) containing ammonium sulphate and 1.5 mM magnesium chloride]
Amplify for 39 cycles under heat cycling conditions of 55 minutes for 2 minutes, 55 degrees for 2 minutes and 72 minutes for 3 minutes, and finally for 10 minutes at 72 degrees.

【表1】[Table 1]

【表2】得られた混合物をアガローズゲルにかけると9
2bpのフラグメントと判明する。このフラグメントを
DNA配列分析すると、図2及び3に示すようなCNB
rフラグメントのアミノ酸配列を正確にマッチすること
がわかる。
[Table 2] 9 when the obtained mixture was applied to agarose gel
It turns out to be a 2 bp fragment. DNA sequence analysis of this fragment revealed a CNB as shown in Figures 2 and 3.
It can be seen that the amino acid sequences of the r fragments match exactly.

【0061】これに次いで、P5/6の放射能ラベルし
32Pプローブを、各プライマーP5及びP6の50
Dmolを用いそして鋳型DNAとして精製したP5/
6を利用してのPCR反応によって再生成する。これ
は、既に述べたSambrook,et al.の文献
に概説された方法に従って、ラムダZAPcDNAライ
ブラリーをスクリーニングするのに用いられた高度に特
異的活性のプローブを生ずる。
Following this, the P5 / 6 radiolabeled 32 P probe was applied to 50 of each primer P5 and P6.
P5 / with Dmol and purified as template DNA
Regenerate by PCR reaction utilizing 6. This is the same as that described in Sambrook, et al. Results in the highly specific active probes used to screen the lambda ZAP cDNA library.

【0062】pRPP30クローンの配列の決定に次い
でP5/6はRPP遺伝子(表3)の3’−端末額域を
コード化することが見いだされた。即ち、cDNAライ
ブラリーをP5/6でスクリーニングすると、900b
pの長さよりも短い部分的なcDNAクローンのみが主
に単離される。逆にこれらの部分的cDNAの少数のも
のが全長pRPP30cDNAクローンの単離に用いら
れた(表3)。
Following sequencing of the pRPP30 clone, P5 / 6 was found to encode the 3'-terminal region of the RPP gene (Table 3). That is, when the cDNA library was screened with P5 / 6, 900b
Only partial cDNA clones shorter than the length of p are mainly isolated. Conversely, a small number of these partial cDNAs were used to isolate the full length pRPP30 cDNA clone (Table 3).

【表3】[Table 3]

【0063】cDNAライブラリーのスクリーニング。Screening of the cDNA library.

【0064】組換えラムダZAPcDNAを含有するプ
ラークをメンブランフィルター(デュポン社、コロニー
/プラークスクリーン)に移し、6X SSPC、5X
デンハルト溶液、50%ホルムアルデヒド、0.5%S
DS、200マイクログラム/mlサケ精液DNAおよ
び10%硫酸デキストランのナトリウムで、摂氏42度
で18時間、放射能ラベルしたP5/6へのハイブリッ
ド化によって最初のスクリーニングを行う。2XSSC
の中で10分間2回洗浄し、次いで2XSSCと0.1
%SDSの中で20分間2回洗浄する。最初のスクリー
ニングからの正のプラークを、6XSSPE、5Xダン
ハルト溶液、0.5%SDSおよび100マイクログラ
ム/mlのサケ精液DNA中で放射性ラベルP5/6へ
のハイブリッド化によってニトロセルローズ(シュライ
ヒャーアンドシューエルSchleicher and
Shuell)上で摂氏42度で18時間再スクリー
ニングし、そして最初のスクリーニングと同様の洗浄を
行う。
Plaques containing the recombinant lambda ZAP cDNA were transferred to a membrane filter (DuPont, colony / plaque screen), 6X SSPC, 5X.
Denhardt's solution, 50% formaldehyde, 0.5% S
An initial screen is performed by hybridization to radiolabeled P5 / 6 with DS, 200 microgram / ml salmon sperm DNA and 10% sodium dextran sulfate for 18 hours at 42 degrees Celsius. 2XSSC
Wash twice for 10 minutes in the well, then with 2X SSC and 0.1
Wash twice in 20% SDS for 20 minutes. Positive plaques from the first screening were hybridized to the radioactive label P5 / 6 in 6XSSPE, 5X Dunhardt's solution, 0.5% SDS and 100 microgram / ml salmon sperm DNA by nitrocellulose (Schleicher & Schleicher & Schleicher & Schleicher & Schleicher & D. Schuell Schleicher and
Rescreen on Shuell) at 42 degrees Celsius for 18 hours and perform the same wash as the initial screen.

【0065】第二のスクリーニングに正の反応を示した
クローンは、次いでラムダZAPプロトコールに従っ
て、切断および環状化を行う。ファージミドDNAを、
標準的なミニプレプ(miniprep)方法で単離
し、アガロースゲル上で分離する。最大のcDNA挿入
物を含有するブルースクリプト(Bluescrip
t)ファージミドを生成するこれらのコロニーは、さら
にDNA配列決定に依って特徴づけられる。
Clones showing a positive response to the second screen are then cleaved and circularized according to the lambda ZAP protocol. Phagemid DNA,
Isolate by standard miniprep method and separate on agarose gel. Bluescript containing the largest cDNA insert (Bluescript)
t) These colonies producing phagemid are further characterized by DNA sequencing.

【0066】DNA配列決定。DNA sequencing.

【0067】DNAの配列の決定は、メーカーの指示書
に従いシーケナーゼ(Sequenase)(USバイ
オケミカル.コーポレーション)を利用したジデオキシ
鎖成長終結法を用いた。
The DNA sequence was determined by the dideoxy chain growth termination method using Sequenase (US Biochemical Corporation) according to the manufacturer's instructions.

【0068】RPPをCNBrで分解すると、N−端末
から配列しうる4個の別々のペプタイドフラグメントが
得られた(表1)。
Cleavage of RPP with CNBr yielded four separate peptide fragments that could be sequenced from the N-terminus (Table 1).

【表1】アミノ酸配列は、長さで17から36の残基に
わたっている。このうち#3、#4及び#2のペプタイ
ドフラグメントは、低分解度の少なくとも17bpの演
繹DNAストレッチを生ずる(表2)。
The amino acid sequence spans 17 to 36 residues in length. Of these, the peptide fragments # 3, # 4 and # 2 yield a deduced DNA stretch of at least 17 bp with low resolution (Table 2).

【表2】これらの部分に対応するオリゴヌクレオタイド
を合成し、PCR増幅による大きいグアユールcDNA
フラグメントの生成に使用した。これらのうち、二つの
PCR生成物を得るのに成功した。それらは、公知のC
NBrフラグメント#3とマッチする92bp配列のP
5/6(表2)と;CNBrフラグメント#4および#
3を結ぶRPP遺伝子の領域を含むP1とP9プライマ
ーの間の434bp配列(表3)であった。配列P5/
6は、RPP遺伝子(図示せず)の3’端末をコードす
る823bp挿入物を含有するc17を示す大きなcD
NAクローン2をうまく単離するためのプローブとして
使用した。
[Table 2] Large guayule cDNA by PCR amplification by synthesizing oligonucleotides corresponding to these parts
Used to generate fragments. Of these, two PCR products were successfully obtained. They are known C
P of 92 bp sequence that matches NBr fragment # 3
5/6 (Table 2); CNBr fragments # 4 and #
It was a 434 bp sequence (Table 3) between the P1 and P9 primers that included the region of the RPP gene joining 3. Sequence P5 /
6 is a large cD showing c17 containing an 823 bp insert encoding the 3'end of the RPP gene (not shown).
NA clone 2 was used as a probe for successful isolation.

【表2】[Table 2]

【表3】[Table 3]

【0069】全長cDNAクローンを、92bpのプロ
ーブと434bpのプローブの両方に対してスクリーニ
ングして単離した。全長pRPP30の分析結果は、
1、44、56、97、129、252、327及び3
71の位置に8個のメチオニン、そして274と426
の位置に2個のシステインを含有する読み取り枠を示し
た(表3)。
A full-length cDNA clone was isolated by screening against both a 92 bp probe and a 434 bp probe. The analysis result of full-length pRPP30 is
1, 44, 56, 97, 129, 252, 327 and 3
8 methionines at position 71, and 274 and 426
An open reading frame containing two cysteines at the position is shown (Table 3).

【表3】pRPP30ポリペプタイドはまた、132、
318及び354の位置に3個のたぶんN−結合グリコ
シル化部位を含有している。これは糖蛋白として知られ
ているグアユールRPPの構造と一致する。pRPP3
0コード領域は、実験的に誘導された6.2という値に
合致する6.15という演繹pKa値で負にチャージさ
れている。このpRPP30クローンは、TAGストッ
プコドンと、端末配列に予期されるATに富む250b
pの3’−非コード配列を含有している。5’−非コー
ド領域は、23bpの、そして共通の植物遺伝子翻訳開
始側を含有している。
Table 3 pRPP30 polypeptide also binds 132,
It probably contains three N-linked glycosylation sites at positions 318 and 354. This is consistent with the structure of guayule RPP, which is known as a glycoprotein. pRPP3
The 0 code region is negatively charged with a deduced pKa value of 6.15 which matches the experimentally derived value of 6.2. This pRPP30 clone contains a TAG stop codon and an AT-rich 250b expected in the terminal sequence.
It contains the 3'-noncoding sequence of p. The 5'-noncoding region contains 23 bp and the common plant gene translation initiation site.

【0070】BLASTアルゴリズムを使ってのGEN
BAK/EMBL及びSWISSPROTのコンピュー
ター調査は、473のアミノ酸pRPP30読み取り枠
のアミノ酸配列をもつ小さい分散領域の幾つかのチトク
ロームP450との相同性を示した。その後、RPP蛋
白配列は、亜麻仁のAOS配列とのかなりの相同性を示
す事が分かった(Song et al.の上記の文献
参照)。
GEN using the BLAST algorithm
A computer study of BAK / EMBL and SWISSPROT showed homology with several cytochrome P450s in a small dispersed region with the amino acid sequence of the 473 amino acid pRPP30 open reading frame. It was subsequently found that the RPP protein sequence shows considerable homology with the flaxseed AOS sequence (see Song et al., Supra).

【0071】RPPのチトクロームP450としての分
析。
Analysis of RPP as cytochrome P450.

【0072】RPPがAOSタイプのチトクロームP4
50の性質を持っている事を実証するために、それを既
に記載したSong and Brach(199
1);Zimmerman(1966);Zimmer
man and Vick(1970);およびZim
merman and Fen(1978)の方法に従
って分析した。
RPP is AOS type cytochrome P4
In order to demonstrate that it has the properties of 50, Song and Brach (199
1); Zimmerman (1966); Zimmer
man and Vick (1970); and Zim
It was analyzed according to the method of merman and Fen (1978).

【0073】プレニルトランスフェラーゼ活性の生化学
的分析。
Biochemical analysis of prenyl transferase activity.

【0074】洗浄ゴム粒子をグアユール幹樹皮の粗ホモ
ジェネートからCornish and Back−h
aus(1990)(上記)の方法に従って遠心分離に
よって作成した。洗浄粒子を0.5%のCHAPS中で
音波処理し、そして残りの全てのゴム粒子を除去するM
illi−pore,Millex−GV,U.22マ
イクロメーターの3LGVを通しての溶液を通過させて
RPPを可溶化させた。蛋白抽出物のアリコット100
マイクロリットル中の活性を測定するための開始剤とし
てジメチルアリルピロフォスフェート(DMAPP)を
用いる方法(上述のDogbo and Camara
(1987)及びKuntz et al(1992)
による14Cイソペンテニルピロフォスフェートのイソ
プレノイド誘導体への移入の測定による各々の精製工程
で測定する。
Washed rubber particles were removed from the crude homogenate of guayule stem bark from Cornish and Back-h.
made by centrifugation according to the method of Aus (1990) (supra). Sonicate washed particles in 0.5% CHAPS and remove all remaining rubber particles M
illi-pore, Millex-GV, U. The solution was passed through a 22 micrometer 3LGV to solubilize the RPP. Aliquot 100 of protein extract
Method using dimethylallyl pyrophosphate (DMAPP) as an initiator for measuring activity in microliters (Dogbo and Camara, supra)
(1987) and Kuntz et al (1992).
Measured at each purification step by measuring the transfer of 14 C isopentenyl pyrophosphate to the isoprenoid derivative according to.

【0075】pBIRPP二成分ベクターの構築。Construction of the pBIRPP binary vector.

【0076】本発明を用いる一つの手段は、35Sプロ
モーターのpBI121二成分プラスミドベクター(J
efferson R.A.et al.EMBO
J.6:3901−3907(1986))下流へのR
PPコード領域の挿入である。この組換えプラスミド
は、タバコやヒマワリやグアユールの様な多くの植物の
ひとつを接種するのに用いられるAgrobacter
iumtumetfaciens LBA4404株に
移植される。35Sプロモーターを含有するRPPコー
ド化した領域は、次いで植物の染色体DNAに移入さ
れ、その植物は複製される。得られた形質転換植物は大
量のRPPとなり、次いでそれはその細胞の中でゴム合
成を行う。ゴム合成は、すべての植物に基質(IPP,
DMAPP,EPP,Mgなど)が存在するために起こ
る。このようにして生成したゴムは植物組織から採集さ
れる。
One means of using the present invention is the pBI121 two-component plasmid vector of the 35S promoter (J
efferson R.E. A. et al. EMBO
J. 6: 3901-3907 (1986)) R downstream
This is the insertion of the PP code area. This recombinant plasmid is an Agrobacterium used to inoculate one of many plants such as tobacco, sunflower and guayule.
It is transplanted to iumtumetfacies LBA4404 strain. The RPP-encoding region containing the 35S promoter is then transferred into the chromosomal DNA of the plant and the plant is replicated. The resulting transformed plant becomes a large amount of RPP, which then undertakes rubber synthesis in its cells. Rubber synthesis is a substrate (IPP,
DMAPP, EPP, Mg, etc.) are present. The rubber thus produced is collected from plant tissue.

【0077】タバコの形質転換は、GUS遺伝子が強力
なCaMV35SプロモーターのRPP下流と置換して
いるpBI121から誘導された二成分系ベクターを用
いて行われる。この新しいベクターは、まずpBI12
1をSmaI及びSstIで消化して1.9kbのGU
S挿入物を除去し、次いでSstI部位中へT4ポリメ
ラーゼと共に充填することによって構築される。得られ
た線状の10kbのフラグメントは、ゲルで精製されブ
ラントエンド(blunt end)連結反応で環化さ
れる。これは環状GUSマイナスpBI121を与え
る。ついでこれをBamHIで切断し、クレノウ(Kl
enow)と共に充填し、再びXbaIで切断する。一
つの付着XbaI末端とBamHIブラントエンドを含
有する線状のフラグメントはゲル精製される。同時に、
SK−ベクター中のpRPP30はXhoIで消化され
クレノウと共に充填する。この線型プラスミドは、次い
でXbaIで消化して、ブラント3’末端およびRPP
の5’末端の一個の付着XbaI部位を持つRPPフラ
グメントを与える。これは相補的GUS−マイナスフラ
グメントに結合され、CaMV35Sプロモーターのセ
ンス配置下流のRPP遺伝子を含む12.8kbのpB
IRPP二成分プラスミドベクターを生ずる(表9)。
タバコ植物は、リーフディスク法(leaf disk
method;Horsch et al.Scie
nce,227:1229−1231(1985))に
よって形質転換され、選択され、そして繁殖される。
Transformation of tobacco is carried out using a binary vector derived from pBI121 in which the GUS gene replaces the RPP downstream of the strong CaMV35S promoter. This new vector was originally pBI12
1 was digested with SmaI and SstI to give a 1.9 kb GU
It is constructed by removing the S insert and then filling in the SstI site with T4 polymerase. The resulting linear 10 kb fragment is gel purified and cyclized in a blunt end ligation reaction. This gives the cyclic GUS minus pBI121. Then, this was cut with BamHI and Klenow (Kl
Fill with enow) and cut again with XbaI. The linear fragment containing one sticky XbaI terminus and the BamHI blunt end is gel purified. at the same time,
PRPP30 in the SK-vector is digested with XhoI and loaded with Klenow. This linear plasmid was then digested with XbaI to blunt 3'end and RPP.
Gives an RPP fragment with one attached XbaI site at the 5'end of It is linked to a complementary GUS-minus fragment and contains the 12.8 kb pB containing the RPP gene downstream of the sense configuration of the CaMV35S promoter.
Generates an IRPP binary plasmid vector (Table 9).
Tobacco plants are leaf disc methods.
method; Horsch et al. Scie
, 227: 1229-1231 (1985)), selected and propagated.

【0078】形質転換タバコの顕微鏡観察。Microscopic observation of transformed tobacco.

【0079】形質転換したタバコ植物は、上述のAdd
icott(1944)の方法に従って組織片を染色し
たのち光学顕微鏡で、または上述のBackhaus
and Walsh(1983)の方法に従って電子顕
微鏡で観察した。
The transformed tobacco plants are the above-mentioned Add.
After staining a piece of tissue according to the method of Icott (1944), it is then examined under a light microscope or as described above in Backhaus.
It was observed with an electron microscope according to the method of And Walsh (1983).

【0080】本発明のそのほかの用途は次ぎの通りであ
る。
Other uses of the present invention are as follows.

【0081】本発明を利用する他の手段は、RPPコー
ド化領域をGAL10プロモーターのpYEDP60プ
ラスミドベクター(Turan et al.Gene
125:490−55(1933))下流への挿入で
ある。ついでこのプラスミドを、酵母に移植し、そして
ガラクトースに誘導されて高いレベルのRPPを生成す
るまでの暫くのあいだ成長させる。真核生物をチトクロ
ームP−450(Urban et al.Bioch
imie72:463−472(1990))と適合す
る酵母を選択出来る。IPPおよびFPPの基質が酵母
によって合成されるので、ゴムの生合成が行われる。そ
のようにして生成したゴムは、次いで細胞から採集され
る。
Another means of utilizing the present invention is to use the RPP coding region for the GAL10 promoter in the pYEDP60 plasmid vector (Turan et al. Gene).
125: 490-55 (1933)) insertion downstream. This plasmid is then transferred to yeast and allowed to grow for some time before being galactose-induced to produce high levels of RPP. Eukaryotes were cytochrome P-450 (Urban et al. Bioch).
Yeast compatible with imi 72: 463-472 (1990)) can be selected. Gum biosynthesis occurs because the substrates for IPP and FPP are synthesized by yeast. The gum so produced is then harvested from the cells.

【0082】本発明を利用するもう一つの手段は、RP
Pコーディング領域を、T7プロモーターのpET3プ
ラスミドベクター(Sturdier,et al.M
ethods in Enzymol.185:60−
98(1990))下流へ挿入することである。次いで
このプラスミドをE.coli(BL21株)に移植し
数時間成長させ、更に高いレベルのRPPを生じさせる
T7ポリメラーゼの生成を誘導させる。媒体中へ基質I
PPおよびFPPが供給されるとゴムの生合成がおこ
る。その様にして作られたゴムは、次いで細胞から採取
される。
Another means of utilizing the present invention is RP
The P coding region was cloned into the T7 promoter pET3 plasmid vector (Sturdier, et al. M).
methods in Enzymol. 185: 60-
98 (1990)) is to insert downstream. This plasmid was then transformed into E. E. coli (BL21 strain) and grown for several hours to induce the production of T7 polymerase which gives rise to higher levels of RPP. Substrate I into medium
When PP and FPP are supplied, rubber biosynthesis occurs. The rubber thus produced is then harvested from the cells.

【0083】本発明のcDNA分子は発現制御配列に作
動的に結合でき、種々の真核および原核生物宿主細胞に
RPPを生成するのに使用される。本発明のcDNA配
列はまた、ゴムの生合成が可能な他の原料からcDNA
またはゲノムDNAのスクリーニングのためのプローブ
として有用である。本発明の上記のcDNA配列と同様
に、これらのゲノム配列は、また他の生物からRPP遺
伝子の単離に有用である。
The cDNA molecules of the present invention can be operably linked to expression control sequences and used to produce RPP in a variety of eukaryotic and prokaryotic host cells. The cDNA sequences of the present invention also include cDNAs derived from other sources capable of rubber biosynthesis.
Alternatively, it is useful as a probe for screening genomic DNA. Similar to the above cDNA sequences of the present invention, these genomic sequences are also useful for isolating the RPP gene from other organisms.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】グアユールゴム粒子から精製したRPPの生化
学的分析結果を表す。Aは、精製RPPを得る精製工程
の各々を示すクーマシーブルー(CoomassieB
lue)で染色したSDSゲルである。1は粗ホモジェ
ネートを含有し;2は三回洗浄したゴム粒子を含有し;
3は全ての残っているゴム粒子を除去するミリポーア、
ミレックスGV、0.22um,SLGVフィルターで
濾過した0.5%のCHPS可溶化RPPを含有し;そ
してMは分子量マーカーを含有する。Bは、TCLプレ
ートのオートラジオグラフであって、Aの1、2及び3
の各々の精製工程からのフェニルトランスフェラーゼ活
性の生産物を表す。各々の精製工程からのアリコットを
14C−IPP、DMAPP、Mg−2およびMn−2
と培養して、矢印で示すようないろんな鎖長のイソプレ
ンを得る。ここにSQはスクアレン;Pはフィトエン;
Xは未知のイソプレン;GGはゲラニルゲラニオール;
Fはファルネソール;Gはゲラニオール;そしてOは原
点を示す。注意すべきは、3における精製RPPは、1
における粗ホモジェネートや2の洗浄ゴム粒子と比べ、
イソプレンを合成しない事である。Cは、Aの3からの
精製したCHAPSに可溶の濾過したRPPの差スペク
トルである。参照および標品キュベットは、ジチオン酸
ナトリウムで還元され、標品キュベットCOを吹き込ま
れて450nm(矢印)のところに特徴的なピークを生
ずる。Dは、Aの3からの精製されたCHAPSに可溶
の濾過されたRPPのアリコット中のAOS類似の活性
を示す。活性は10秒間隔で、反復UVスキャンによっ
て測定され、234nmにおける最大吸収を持つリノレ
イン酸ハイドロパーオキサイド(LOOH)の消失を示
す。精製RPPをキュベットに添加すると、LOOHは
速やかにアレンオキサイドに代謝され、これは234n
mの吸収の減少によって観察される。LOOHの完全な
消滅は10分後に起こる。
FIG. 1 shows the results of biochemical analysis of RPP purified from guayule rubber particles. A is Coomassie blue (Coomassie B) showing each of the purification steps for obtaining purified RPP.
SDS gel stained with lute). 1 contains crude homogenate; 2 contains rubber particles washed three times;
3 is a millipore that removes all the remaining rubber particles,
Millex GV, 0.22um, containing 0.5% CHPS solubilized RPP filtered through a SLGV filter; and M contains a molecular weight marker. B is an autoradiograph of a TCL plate, which is 1, 2, and 3 of A.
3 represents the product of phenyltransferase activity from each of the purification steps of Aliquots from each purification step
14 C-IPP, DMAPP, Mg −2 and Mn −2
The isoprene of various chain lengths is obtained by culturing with. Where SQ is squalene; P is phytoene;
X is unknown isoprene; GG is geranylgeraniol;
F is farnesol; G is geraniol; and O is the origin. Note that the purified RPP in 3 is 1
Compared with the crude homogenate in 2 and washed rubber particles in 2,
The point is not to synthesize isoprene. C is the difference spectrum of filtered RPP soluble in purified CHAPS from A-3. The reference and authentic cuvettes are reduced with sodium dithionate and blown with authentic cuvette CO, producing a characteristic peak at 450 nm (arrow). D shows AOS-like activity in an aliquot of filtered RPP soluble in purified CHAPS from A-3. The activity is measured by repeated UV scans at 10 second intervals and shows the disappearance of linoleic acid hydroperoxide (LOOH) with an absorption maximum at 234 nm. When purified RPP was added to the cuvette, LOOH was rapidly metabolized to allene oxide, which was 234n
Observed by a decrease in the absorption of m. Complete disappearance of LOOH occurs after 10 minutes.

【図2】機能的pPPを生産するpBIRPP二成分ベ
クターで形質転換したタバコ植物の生化学分析結果を示
す。Aは、センス配置で発現されたRPPで形質転換さ
れたタバコから抽出した総蛋白のクーマシーブル−染色
のSDSゲルを表す。それは、4つの異なった形質転換
体(#3,#16,#14及び#17)のRPP(矢
印)を示す。非形質転換の対照のタバコ(C)、及びR
PPcDNAのアンチセンス構築のタバコ(A)はRP
Pを生産しない。分子量マーカー(M)と洗浄グアユー
ルゴム粒子(RPP)中のRPPからの標体の位置が示
されている。Bは、Aと同一のゲルのウエスタンハイブ
リッド化を示す。ブロットは単特異的なRPP一抗体で
プローブされ、アルカリ性のフォスファターゼで結合さ
れた第二の抗体で染色される。ブロットは、センス配置
の各々のタバコ形質転換体(#3,#6,#14および
#17)のRPPの単一のバンド(矢印)を示す。対照
のタバコ(C)とアンチセンス構築(A)はRPPを生
産しない。CはAOS一類似の機能的RPPの活性が、
非形質転換の対照のタバコ(C)の蛋白抽出物には存在
しないことを示す。これらの植物はRPPを生産せず、
従ってLOOHを代謝しない。スペクトルは、標品キュ
ベット中のLOOHの損失なしに数分のあいだ10秒間
隔で行われた反復スキャンを示す。Dは、タバコ形質転
換体#3から作られた蛋白中の高いAOS活性を示す。
これらの植物は外部グアユールRPP遺伝子を発現し、
機能的RPPを生産する。これは、次のタバコ蛋白抽出
物の添加のあと、10秒間隔でスキャンした234nm
LOOHのピークの迅速な消失に依って観察された。1
0秒および30秒後のスキャンは、それぞれ矢印で示し
標識される。数分間にわたる反復スキャニングは、10
分後の標品キュベット中のLOOHの完全な消失を示
す。
FIG. 2 shows the results of biochemical analysis of tobacco plants transformed with the pBIRPP binary vector producing functional pPP. A represents a Coomassie-stained SDS gel of total protein extracted from RPP-transformed tobacco expressed in the sense configuration. It shows the RPP (arrows) of four different transformants (# 3, # 16, # 14 and # 17). Untransformed control tobacco (C), and R
Tobacco (A) with antisense construction of PP cDNA is RP
Do not produce P. The position of the standard from RPP in the molecular weight marker (M) and washed guayule gum particles (RPP) is indicated. B shows Western hybridization of the same gel as A. The blot is probed with a monospecific RPP-1 antibody and stained with a second antibody conjugated with alkaline phosphatase. The blot shows a single band of RPP (arrow) for each tobacco transformant (# 3, # 6, # 14 and # 17) in the sense configuration. Control tobacco (C) and antisense construct (A) do not produce RPP. C has an activity of functional RPP similar to AOS,
It is shown to be absent in the protein extract of untransformed control tobacco (C). These plants do not produce RPP,
Therefore, it does not metabolize LOOH. The spectrum shows repeated scans performed at 10 second intervals for a few minutes without loss of LOOH in the standard cuvette. D shows high AOS activity in the protein made from Tobacco Transformant # 3.
These plants express the external guayule RPP gene,
Produces a functional RPP. This is 234 nm scanned at 10 second intervals after the next addition of tobacco protein extract.
Observed due to the rapid disappearance of the LOOH peak. 1
Scans after 0 and 30 seconds are indicated and labeled with arrows, respectively. 10 repeated scans over a few minutes
Shows complete disappearance of LOOH in the standard cuvette after minutes.

【図3】非形質転換(A)及び機能的グアユールRPP
を生産するpBIRPP形質転換(BとC)タバコ(形
質転換体#3)の電子顕微鏡写真である。非形質転換植
物(A)はゴム粒子を含有しないが、形質転換植物(B
とC)からの細胞は、主に液胞に見られるゴム粒子(矢
印)を含有する。棒線は2umに相当する。
FIG. 3. Untransformed (A) and functional Guayule RPP.
3 is an electron micrograph of pBIRPP-transformed (B and C) tobacco (transformant # 3) that produces Escherichia coli. The non-transformed plant (A) does not contain rubber particles, but the transformed plant (B
Cells from C and C) contain rubber particles (arrows) found mainly in vacuoles. The bar corresponds to 2 um.

【図4】図3のつづき。FIG. 4 is a continuation of FIG.

【図5】ゴムに特異的なカルコオイルブルー(Calc
o Oil Blue)で染色した非形質転換(A)お
よびpBIRPP形質転換(B)のタバコの光学顕微鏡
写真である。非形質転換植物の細胞はゴムを含有しない
が、形質転換植物の細胞は、細胞中で暗青色に染色され
た球体(矢印)として、ゴムを含有している。
[Fig. 5] Rubber-specific Calco Oil Blue (Calc)
FIG. 3 is a light micrograph of non-transformed (A) and pBIRPP transformed (B) tobaccos stained with o Oil Blue). Cells of non-transformed plants do not contain rubber, whereas cells of transformed plants do contain rubber as dark blue-stained spheres (arrows) in the cells.

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C12P 5/02 9548−4B (C12N 15/09 ZNA C12R 1:91) (C12N 5/10 C12R 1:91) (C12N 9/02 C12R 1:91) (C12P 5/02 C12R 1:91) (C12N 15/00 ZNA A C12R 1:91) (C12N 5/00 C C12R 1:91) Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI technical display location C12P 5/02 9548-4B (C12N 15/09 ZNA C12R 1:91) (C12N 5/10 C12R 1:91) (C12N 9/02 C12R 1:91) (C12P 5/02 C12R 1:91) (C12N 15/00 ZNA A C12R 1:91) (C12N 5/00 C C12R 1:91)

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 表3に示すようにCTCACATTCA
ヌクレオチドで始まり、ATTGTTTCACAAAA
TTTAGAAAAAAAAAAAAAAAAAAヌク
レオチドで終わる1692の塩基対のフラグメントを含
有するグアユールゴム粒子蛋白遺伝子クローンpRPP
30. 【表3】
1. As shown in Table 3, CTCACATTCA
Starts with a nucleotide, ATTGTTTCCACAAAA
Guayule gum particle protein gene clone pRPP containing a 1692 base pair fragment ending in TTTAGAAAAAAAAAAAAAAAAAA nucleotides
30. [Table 3]
【請求項2】 Met−Asp−Pro−Serで始ま
り、Arg−Ala−Ser−Ileで終わる473の
アミノ酸のペプチド配列をもつグアユールゴム粒子蛋白
をコード化するところの表3に示すヌクレオチド配列を
持つ単離されたcDNA分子。 【表3】
2. A single nucleotide sequence shown in Table 3 which encodes a guayule gum particle protein having a peptide sequence of 473 amino acids beginning with Met-Asp-Pro-Ser and ending with Arg-Ala-Ser-Ile. Separated cDNA molecule. [Table 3]
【請求項3】 表3に示すアミノ酸配列をもつグアユー
ルゴム粒子蛋白をコード化するヌクレオチド配列をもつ
単離されたcDNA分子。 【表3】
3. An isolated cDNA molecule having a nucleotide sequence encoding a guayule gum particle protein having the amino acid sequence shown in Table 3. [Table 3]
【請求項4】 該分子の発現に影響を与えるために、作
動的に結合したDNAプロモーターをもつ第2項の単離
されたcDNA分子。
4. The isolated cDNA molecule of claim 2 having a DNA promoter operably linked to affect expression of said molecule.
【請求項5】 該DNAプロモーターが、lacZプロ
モーター,trpプロモーター,trcプロモーター,
tacプロモーター,T7ポリメターゼプロモーター,
GAL1及びGAL10プロモータ及び原核宿主及びN
OSプロモーター及びターミネーター、35Sプロモー
ター及び真核細胞またはそのウイルスの遺伝子の発現を
増大させる他の原核及び真核プロモーター中の外来の遺
伝子の発現を増大させる他の主要な原核及び真核プロモ
ーターより成る群から選ばれたものである第4項の組換
えDNA分子。
5. The DNA promoter is a lacZ promoter, a trp promoter, a trc promoter,
tac promoter, T7 polymethase promoter,
GAL1 and GAL10 promoters and prokaryotic hosts and N
The group consisting of the OS promoter and terminator, the 35S promoter and other prokaryotic and eukaryotic promoters that increase the expression of foreign genes in eukaryotic cells or other prokaryotic and eukaryotic promoters. A recombinant DNA molecule according to item 4, which is selected from
【請求項6】 グアユールの53,500ドルトンのゴ
ム粒子蛋白をコード化するDNAフラグメントまたは天
然に存在するその変種を含む単離された組換えベクタ
ー、ただし該ゴム粒子は表2に示すグアユールゴム粒子
蛋白をコード化するDNAに45℃で、厳密に0.45
M NaCl,0.045Mクエン酸ソーダ及び0.1
%ドデシル硫酸ソーダ洗液で表される条件下にハイブリ
ッド化するDNAによってコード化されたものとする。 【表2】
6. An isolated recombinant vector comprising a DNA fragment encoding a 53,500 dalton gum particle protein of guayule or a naturally occurring variant thereof, wherein the gum particle is a guayule gum particle protein shown in Table 2. At 45 ° C. to the DNA encoding
M NaCl, 0.045 M sodium citrate and 0.1
% Sodium dodecyl sulphate wash, and shall be encoded by DNA that hybridizes under the conditions shown. [Table 2]
【請求項7】 該ベクターが宿主に転移可能でかつ宿主
内で復製可能である第6項の単離された組換えベクタ
ー。
7. The isolated recombinant vector of claim 6, wherein said vector is transferable to the host and reproducible in the host.
【請求項8】 該ハイブリッドを受け入れると該宿主が
該DNAフラグメントを発現する第7項の単離された組
換えベクター。
8. The isolated recombinant vector of claim 7, wherein said host expresses said DNA fragment upon receiving said hybrid.
【請求項9】 該宿主が植物、バクテリア及びカビより
成る群から選ばれたものである第8項の単離された組換
えベクター。
9. The isolated recombinant vector of claim 8, wherein said host is selected from the group consisting of plants, bacteria and fungi.
JP6143764A 1994-05-23 1994-05-23 Guayule rubber particle protein gene Pending JPH07322882A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4517100B2 (en) * 1999-02-04 2010-08-04 学校法人日本大学 Polynucleotide encoding 2-hydroxyisoflavanone synthase

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