JPH07505772A - フラボノイド経路の酵素をコードする遺伝子配列およびその用途 - Google Patents

フラボノイド経路の酵素をコードする遺伝子配列およびその用途

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JPH07505772A JP5516894A JP51689493A JPH07505772A JP H07505772 A JPH07505772 A JP H07505772A JP 5516894 A JP5516894 A JP 5516894A JP 51689493 A JP51689493 A JP 51689493A JP H07505772 A JPH07505772 A JP H07505772A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 フラボノイド経路の酵素をコードする遺伝子配列およびその用途本発明は、一般 にフラボノイド経路代謝酵素をコードする遺伝子配列に関し、さらに詳しくはフ ラボノイド3′−ヒドロキシラーゼまはそのフラグメントもしくは誘導体、なら びに植物および他の生物を着色させる場合のそれらの用途に関する。
花の産業では、顕花植物類の新しい種々の品種を開発しようと努力がなされてい る。このような新品種を創製するのに有効な方法は花色を操作する方法である。
古典的な品種改良法を利用して、花の経済品種の大部分に広範囲の色を生じさせ ることにいくらか成功している。しかしこの方法は特定の種の遺伝子プールの制 約によって制限があり、そのため、単一の種が全スペクトルの色を有する変種を 有するということはまれである。その上に伝統的な品種改良法は精密さを欠いて いる。美的感覚に訴える花の魅力はかたち、香気および色のような多くの因子の 組合わせである。そして雑種形成によって一つの特性を改変させると、同等に有 用な特徴が犠牲になることが多い。切花および観賞用の種に精密な色の変化を設 計し実施できれば、製品の回転が速くかつ新規性が重要な市場特性である産業で は、大きな商業的機会が提供されるであろう。
花色は2種の色素:フラボノイド類およびカロチノイド類に主として依存してい る。フラボノイド類は、イエロー〜レッド〜ブルーにわたる範囲の色に寄与して いる。カロチノイド類はオレンジまたはイエローの薄い色を与え、通常イエロー またはオレンジ色の花の主な色素である。花色に大きく寄与するフラボノイドの 分子は、シアニジン、デルフィニジン、ペチュニジン、ペオニジン、マルビジン およびベラルゴニジンのグリコジル化された誘導体であるアントシアニン類であ り、液胞中に局在している。種々のアントシアニン類が著しく異なった色を生じ させることができる。また花色は、無色のフラボノイド類とのコピグメント化( co−pigmentation) 、金属複合体化、グリコジル化、アシル化 および液胞pHによって影響を受ける(Forkmannの1991年の文献) 。
フラボノイド色素類の生合成経路(以後“フラボノイド経路”と呼ぶ)は充分に 確立されており、図1に示す(Ebe lとHahlbrockの1988の文 献; HahlbrockとGrisebachの1991年の文献; Wie ringとDevlamingの1984年の文献HScharamらの198 4年の文献; 5taffordの1990年の文献)。フラボノイド経路にお いて最初に行われるステップでは、3分子のマロニル−CoAと1分子のp−フ マロイル−CoAの縮合反応が行われる。この反応は、酵素のカルコンシンター ゼ(Cl(S)によって触媒される。この反応の生成物の2’、4.4’。
6′、テトラヒドロキシ−カルコンは、通常、差のカルコンフラバノンイソメラ ーゼ(CHI)によって迅速に異性化されてナリンゲニンを生成する。続いてナ リンゲニンは、中央環の3位がフラバノン3−ヒドロキシラーゼ(F2O)によ ってヒドロキシル化されてジヒドロケンフェノール(DHK)を生成する。
D)IKのB環のヒドロキシル化反応のパターンは、花弁の色を決定するのに重 要な役割を演する。そのB環は、3′位または3′位と5′位の両者がヒドロキ シル化されて、それぞれジヒドロクエルセチン(DHQ)およびジヒドロミリセ チン(DHM)を生成する。この経路に関与する二つの鍵酵素はフラボノイド3 ′−ヒドロキシラーゼとフラボノイド3’、5’−ヒドロキシラーゼであり、両 者ともにシトクロムP450のクラスである。シトクロムP450酵素は自然界 に広く分布し、そして遺伝子は、を髄動物、昆虫、酵母、真菌、細菌および植物 から単離されて配列が決定されている。
フラボノイド3′−ヒドロキシラーゼはDHKに作用してDHQを生成し、かつ ナリンゲニンに作用してエリオシクチオールを生成する。
DHQを還元してグリコジル化すると、シアニジングリコシドとベオニジングリ コシドの色素を生成し、これらの色素は多くの植物の種(例えばバラ、カーネー ションおよびキク)において、レッドとピンクの花色に寄与している。またこれ らのアントシアニン類が合成されて他の花色をもたらすこともある。例えばブル ーのヤグルマソウはシアニンを含有している。顕花植物中のフラボノイド経路に 関与する。フラボノイド3′−ヒドロキシラーゼ活性をまたは他の酵素を制御す る性能が得られれば、花弁の色を操作する手段が提供されるであろう。この手段 によって、単一の栽培品種の色が異なる変種が生成する可能性があり、かつ場合 によっては、単一種が広いスペクトルの色を生成することができるであろう。
本発明によって、フラボノイド3′−ヒドロキシラーゼをコードする遺伝子配列 が同定され次いでクローン化されたのである。これらの組換え配列によってDH Kおよびナリンゲニンのような基質のヒドロキシル化反応を改変(modula tion)することができ、アントシアニンの組成の修飾が行われ、その結果、 花弁の色を操作する手段が提供される。フラボノイド3′−ヒドロキシラーゼが 存在すると、DHKから、シアニジンおよびペオニジンのようなアントシアニジ ン類のアンドシアニン誘導体への代謝経路を多様化させることができ、その結果 、3′−ヒドロキシル化反応のレベルを調節することによって花弁の色を操作す る手段が提供されるであろう。したがって本発明は、植物中のフラボノイド3′ −ヒドロキシラーゼ活性を変化させることに関し、この変化には、本発明の配列 を導入することによって、既存のフラボノイド3′−ヒドロキシラーゼの活性の レベルを上昇もしくは低下させることが含まれる。またフラボノイド3′−ヒド ロキシラーゼ活性のレベルを低下させることは、ダウンレギュレーション(do wn−regulation)と呼ぶこともできる。さらに本発明は、花の外に 、果実と野菜の植物および例えば観賞用植物の葉にまで広い範囲にわたっている 。したがって、本発明の一つの態様は、フラボノイド3′−ヒドロキシラーゼ酵 素(以後3′−ヒドロキシラーゼと呼ぶ)またはこの酵素の機能誘導体をコード するヌクレオチドの配列または該酵素またはその機能誘導体をコードする配列に 対して相補的なヌクレオチド配列からなる核酸単離体を提供するものである。
“核酸単離体”という用語は、天然では発生しない状態の遺伝子配列を意味する 。一般にこの用語は、その自然状態から逸脱した状態で単離されるか、または合 成されるか、または非自然的に発生する環境に誘導されることを意味する。さら に具体的に述べると、この用語には、生体外で形成されるかまたは保持される核 酸分子が含まれ、この分子としてはゲノムDNAフラグメント、組換え分子もし くは合成分子、および非相同の核酸と組合わせた核酸がある。またこの用語には 、3′−ヒドロキシラーゼもしくはその一部を、そのプロモーターもしくは他の プロモーターに対して逆の配向でコードするゲノムのDNAもしくはcDNAま たはその一部も含まれる。さらにこの用語には、他の核酸配列について少なくと も部分的に精製した後に天然に生成する配列も含まれる。
“遺伝子配列”という用語は本願では最も一般的な意味で用いられ、3′−ヒド ロキシラーゼのアミノ酸配列を、直接にまたは相補的シリーズの塩基によって特 定する連続シリーズのヌクレオチド塩基を含む。このようなアミノ酸の配列は、 全長の3′−ヒドロキシラーゼもしくはその端を切り取った活性形態で構成され ているかまたは該酵素のN末端、C末端もしくは内側部分のような特定の領域と 一致することもある。また本願で目標としている核酸配列には、遺伝子プローブ として、または植物中で対応する遺伝子の発現を調節することができる“アンチ センス7分子として有用なオリゴヌクレオチドが含まれている。本願で用いる“ アンチセンス分子”という用語には、そのプロモーターもしくは他のプロモータ ーに対して逆配向の構造ゲノム遺伝子もしくは構造cDNA遺伝子またはその一 部からなる遺伝子構造体が含まれている。
一つの実施態様では、3′−ヒドロキシラーゼまたはその各種機能誘導体をコー ドする核酸配列を用いて、内因性3′−ヒドロキシラーゼの活性を低下させるか 、または代わりに上記酵素をコードする核酸配列またはその各種誘導体もしくは 一部をアンチセンス配向で用いて3′−ヒドロキシラーゼの活性を低下させる。
本発明をいかなる一つの原理に限定することも望まないが、アンチセンス3′− ヒドロキシラーゼの転写物またはそのフラグメントもしくは一部(例えばオリゴ ヌクレオチド分子)は、該酵素に対して特定される天然産のmRNAのすべても しくは一部と二本鎖(duplex)を形成して、mRNAの蓄積もしくはmR NAから活性酵素への翻訳を防止できるであろう。さらに別の態様では、リボザ イム類を用いて、標的の核酸配列を不活性化することができるであろう。
フラボノイド3′−ヒドロキシラーゼの活性を変化させることを本願で述べる場 合は、活性の通常の内因性または既存のレベルより高くもしくは低く、活性を3 0%まで上昇もしくは低下させるか、またはより好ましくは30〜50%または さらに好ましくは50〜75%またはさらに一層好ましくは75%以上上下させ ることである。活性のレベルは、5totzおよびForkmannの1982 年の報告に記載されている方法を改変した方法を用いて容易に検定することがで きる(実施例1参照)。
本発明の核酸としては、リボ核酸またはデオキシリポ核酸であって一本鎖もしく は二本鎖で直鎖もしくは共有結合で閉環した環状分子がある。その核酸分子とし てはcDNAが好ましい。さらに本発明には、低い緊縮(ストリンジェント)条 件下、好ましくは中位の緊縮条件下および最も好ましくは高い緊縮条件下で、本 発明の核酸分子および特に図5に示すヌクレオチドの配列またはその一部分もし くは領域とハイブリダイズする他の核酸分子も含まれる。その最も好ましい実施 態様において、本発明には、図5に示すヌクレオチド配列を有する核酸分子、ま たは図5に示す配列の少なくとも一つ以上の領域に対するヌクレオチドもしくは アミノ酸の配列のレベルで類似度(s imi far i ty)が少なくと も40%、好ましくは少なくとも45%、さらに好ましくは少なくとも55%、 さらにより好ましくは少なくとも65〜70%、およびさらに一層好ましくは8 5%より大きい分子が含まれ、かつその核酸は、3′−ヒドロキシラーゼ活性を 有する酵素をコードしているか、またはかような酵素をコードする配列に相補的 である。しかし、上記のヌクレオチドもしくはアミノ酸の配列は、類似度が上記 百分率より低くしかも3′−ヒドロキシラーゼ活性を有している場合もあること に留意すべきであり、そして、このような分子は配列を保存する領域を有し、本 発明の範囲に含まれると考えられる。さらに本発明には、低い緊縮(ストリンジ ェント)条件下、好ましくは中位の緊縮条件下および最も好ましくは高い緊縮条 件下で、上記の核酸分子および特に図5に示す核酸分子の一部分とハイブリダイ ズできるオリゴヌクレオチドのプライマーもしくはプローブの形態の核酸分子が 含まれる。上記の一部分は好ましくはその遺伝子の5′末端もしくは3′末端に 相当する。便宜上本発明では、上記5′末端は、実質的に構造遺伝子配列の出発 コドンおよび該遺伝子の中央部分の間の領域を形成していると考えられ、かつ上 記3′末端は、実質的に該遺伝子の中央部分および構造遺伝子配列の終止コドン の間の領域を形成していると考えられる。それ故に、オリゴヌクレオチドもしく はプローブは上記5′末端もしくは3′末端または5′末端および3′末端の両 者に共通の領域とハイブリダイズできることは明らかである。本発明にはさらに かようなプローブはすべて含まれる。好ましいオリゴヌクレオチドは実施例1で 述べる。
前記核酸またはその相補形は全長の酵素またはその一部分もしくは誘導体をコー ドできる“誘導体”という用語は、天然の酵素に対して、単一もしくは多数のア ミノ酸の置換、欠失および/または付加がなされしかも3′−ヒドロキシラーゼ 活性を有する酵素を意味する。この点について、その核酸は3′−ヒドロキシラ ーゼをコードする天然産ヌクレオチド配列を含有しているか、または前記天然配 列に対して単一もしくは多数のヌクレオチドの置換、欠失および/または付加が なされた配列を含有している場合がある。また本発明の核酸またはその相補形は 、活性もしくは不活性にかかわず、3′−ヒドロキシラーゼの“一部”をコード する場合があり、そしてこのような核酸分子は、オリゴヌクレオチドのプローブ 、ポリメラーゼ連鎖反応もしくは各種の突然変異誘発法に用いるプライマーとし て、またはアンチセンス分子の生成に用いるのに有用であろう。
本発明の3′−ヒドロキシラーゼのアミノ酸挿入誘導体には、アミノ末端および /またはカルボキシル末端の融合、ならびに単一もしくは多数のアミノ酸の配列 内挿入がある。挿入アミノ酸配列の変異体は、一つ以上のアミノ酸残基がそのタ ンパク質の予め決められた部位に導入された変異体があるが、ランダム挿入も得 られた生成物を適切にスクリーニングすることによって可能である。欠失変異体 は、その配列から一つ以上のアミノ酸が除去されていることが特徴でる。置換ア ミノ酸の変異体は、その配列中の少なくとも一つの残基が除去され次いでその位 置に異なる残基が挿入された変異体である。典型的な置換は、表1にしたがって 行われる置換である。
3′−ヒドロキシラーゼがアミノ酸置換によって誘導体化される場合、そのアミ ノ酸は一般に類似の特性、例えば疎水性、親水性、電気陰性度、かさ高な側鎖な どを有する他のアミノ酸で置換される。
アミノ酸置換は一般に単一残基の置換である。アミノ酸の挿入は通常的1−10 個のアミノ酸残基のオーダーで行われ、および欠失は約1〜20個の残基の範囲 内で行われる。欠失または挿入は隣接する対で行うのが好ましく、すなわち2個 の残基の欠失または2個の残基の挿入が好ましい。
上記のアミノ酸変異体は、当該技術分野で公知のペプチド合成法、例えば固相ペ プチド合成法(Merrifieldの1964年の文献)などを用い、または 組換えDNA操作法によって容易に製造することができる。
公知の配列または一部公知の反応を有するDNAの予め決められた部位に置換変 異を行う方法は公知であり、例えばM13突然変異変異性がある。置換、挿入も しくは欠失の変異体として出現する変異体タンパク質を産生ずるDNA配列操作 法は、例えばSambrookらの1989年の文献に便利に記載されている。
表1 アミノ酸置換を行うのに適切な残基 Asn Gin ;His Gin Asn Glu Asp GIY Pr。
1is Asn ;Gin +1e Leu ;Val leu lie ;Val Lys Arg ; Gin ; GluMet Leu ; l1e Phe Met ; Leu ; TyrTyr Trp ; Phe Val lie ;Leu 本発明の3′−ヒドロキシラーゼの組換えもしくは合成の変異体および誘導体の 他の例としては、炭水化物、脂質および/またはタンパク質またはポリペプチド のような、本発明の酵素に関連する0ずれかの分子の単一もしくは多数の置換、 欠失および/または付加を行ったものがある。
また“類似体”および“誘導体”という用語には、3′−ヒドロキシラーゼと化 学的機能が同等のものおよび上記のアミノ酸誘導体も含まれる。便宜上、本願に おいて“3′−ヒドロキシラーゼが引用された場合は、変異体、誘導体、類似体 、同族体またはそのフラグメントの引用が含まれる。
本発明はペチュニア由来の核酸配列を用いて例示するというのは、ペチュニアは 現在、最も便利でかつ好ましい材料源であるからである。しかし当該技術分野の 当業者には、類似の配列を、他の植物またはある種の微生物のようないくつかの 起源から単離できることが直ちに分かるであろう。他の植物の例としては、限定 されないが、カーネーション、キク、バラ、トウモロコシ、キンギョソウ、タバ コ、ヤグルマソウ、テンジクアオイおよびアサガオがある。フラボノイド経路の 酵素および特に3′−ヒドロキシラーゼを直接にもしくは間接的にコードするか ような核酸配列はすべて、その起源にかかわらず本発明に含まれる。
本願で目的とする核酸分子は、どちらかの配向にて、単独で、または例えば発現 ベクターのようなベクター分子と組合わせて存在していてもよい。ベクター分子 という用語は、その最も広い意味で用いられ、核酸を植物細胞中に移入させ易く することができおよび/または植物ゲノム中に組込み易くすることができる、核 酸分子に対する中間伝達体(intermediate vehicle)が含 まれる。中間伝達体は、例えばエレクトロポレーション、マイクロプロジェクト タイルボンバードメント(micro projectile bombard ment)アグロバクテリウム(Agrobacteri+r+++)媒介によ る移入、またはDNAウィルスもしくはRNAウィルスによる挿入の場合に使用 するよう構成されている。
中間伝達体および/またはその中に含有されている核酸分子は植物ゲノム中に安 定して組込まれる必要がある場合またはこのような必要がない場合がある。また このようなベクター分子は原核細胞内で複製および/または発現できる。このベ クター分子またはその一部分は植物のゲノム中に組込むことができることが好ま しい。該核酸分子はさらに、その核酸分子を植物細胞内で発現させることができ るプロモーターを含有している。また該核酸分子とプロモーターは、先に述べた ような多くの手段によって細胞内に導入することができる。
本発明によれば、3′−ヒドロキシラーゼまたはその誘導体もしくは一部分をコ ードする核酸配列を、植物中にどちらかの配向で導入し発現させ、その結果、D HKおよび/または他の適切な基質を、これらが植物細胞内で合成されている場 合、最終的にアンドシアニジン類例えばシアニジンおよび/またはペオニジンの アントシアニン誘導体に変換させるか、または代わりに内因性のもしくは既存の 3′−ヒドロキシラーゼ活性を低下させるかもしくは除くことによって代謝生成 物の上記のような変換を阻害する手段が提供される。
アントシアニン類の産生はレッドまたはブルーの花色の生成に寄与している。植 物中いずれかの配向での核酸配列の発現は、構成的、誘導性または発達性であり および組織特異的な場合もある。発現という用語はその最も広い意味で用いられ 、RNAの産生またはRNAとタンパク質両者の産生も含まれる。またこの用語 には核酸分子の部分的発現も含まれる。
本発明の上記態様によって、3′−ヒドロキシラーゼまたはその活性な変異体も しくは誘導体を合成することができる形質転換植物の製造方法が提供される。そ してその製造方法は、3′−ヒドロキシラーゼをコードするヌクレオチドの配列 からなる核酸分子を最終的に発現させることができる条件下で、適切な植物の細 胞を前記核酸分子で安定に形質転換し、得られた細胞から形質転換植物を再生さ せ、次いで該核酸を発現させるのに充分な時間と条件下で前記形質転換植物を成 長させる方法である。その結果、形質転換植物は、対応する非形質転換植物で発 現される量に比べて高いレベルの3′−ヒドロキシラーゼ活性を生成することが できる。
本発明の他の態様では、内因性のもしくは既存の3′−ヒドロキシラーゼ活性が 低い形質転換植物の製造方法が提供され、その製造方法は、3′−ヒドロキシラ ーゼをコードするヌクレオチドの配列または3′−ヒドロキシラーゼをコードす る配列に対して相補的なヌクレオチドの配列からなる核酸分子で、適切な植物の 細胞を安定に形質転換し、得られた細胞から形質転換植物を再生させ、次いで必 要な場合、前記核酸を発現させるのに充分な条件下で前記形質転換植物を成長さ せることを含んでなる方法である。
本発明の他の態様では、内因性のもしくは既存の3′−ヒドロキシラーゼ活性が 低い、遺伝子が修飾された植物の製造方法が提供され、その製造方法は、適当に 変化させ、植物細胞に導入した3′−ヒドロキシラーゼ遺伝子またはその誘導体 もしくは一部分から、その3′−ヒドロキシラーゼ遺伝子を、相同性組換えによ りその内因性配列を修飾することによって変化させ、次いで得られた遺伝子修飾 植物を上記細胞から再生させることを含んでなる方法である。
好ましい実施態様で、本発明は変化した花の特性を示す形質転換顕花植物の製造 方法を提供するものである。そしてその製造方法は、適切な植物の細胞を本発明 の核酸配列で安定に形質転換し、得られた細胞から形質転換植物を再生させ、次 いで前記核酸配列に3′−ヒドロキシラーゼ酵素を発現させるのに充分な時間と 条件下で前記形質転換植物を成長させることを含んでなる方法である。あるいは 前記の方法は、適切な植物の細胞を本発明の核酸配列またはその相補的配列で安 定に形質転換し、得られた細胞から形質転換植物を再生させ、次いで内因性のも しくは既存の3′−ヒドロキシラーゼの活性のレベルを変化させるのに充分な時 間と条件下で、前記形質転換植物を成長させることを含んでなる方法でもよい。
その変化させるレベルは、比較しうる非形質転換植物の3′−ヒドロキシラーゼ 活性の内因性のもしくは既存のレベルより低いことが好ましいであろう。本発明 を限定することは望まないが、作用モードの一つの原理は、内因性3′−ヒドロ キシラーゼ活性を低下させるには、導入された核酸配列またはその相補的配列を 発現させる必要があるということである。しかし、導入された遺伝子配列または その相補的配列の発現は、所望の作用すなわち変化した花の特性を示す顕花植物 を達成するのに必要でないことがある。
関連する実施態様で、本発明は花の特性が変化した顕花植物の製造方法を提供す るものであり、その製造方法は、適当に変化させ、植物細胞に導入した3′−ヒ ドロキシラーゼ遺伝子またはその誘導体もしくは一部分から、その3′−ヒドロ キシラーゼ遺伝子を、相同的組換えによりその内因性配列を修飾することによっ て変化させ、次いで遺伝子を修飾された植物を前記細胞から再生させることを含 んでなる方法である。
本発明の核酸分子は、発育段階で調節されることがありまたは調節されないこと がある。変化させた花は好ましくは受容植物(reci−pient plan t)の生理的状態によって、レッドの花または他の色合い(color 5ha de)を産生ずる。“受容植物”という用語は、3′−ヒドロキシラーゼ酵素に 対する基質または3′−ヒドロキシラーゼ酵素自体を産生ずることができ、かつ 所望の色を発生させるのに必要な適切な生理学的特性および遺伝子型をもってい る植物を意味する。
受容植物としては限定はないが、ペチュニア、カーネーション、キク、バラ、キ ンギョソウ、タバコ、ヤグルマソウ、テンジクアオイ、リシアンタス(Iisi anthus)およびアサガオがある。
したがって、本発明には、3′−ヒドロキシラーゼまたはその一部分をコードす るか、または3′−ヒドロキシラーゼの調節を行う必要がある場合に任意に転写 可能な1IIRNA分子のすべてまたは一部に実質的に相補的な核酸配列を有す る組換え遺伝子を発現できる形質転換植物の製造方法が含まれ、その製造方法は 、必要な場合に、3′−ヒドロキシラーゼまたはその誘導体もしくは一部分をコ ードするヌクレオチドの配列、または3′−ヒドロキシラーゼまたはその誘導体 もしくは一部分をコードする配列に対して相補的ヌクレオチドの配列からなる核 酸単離体(nucleic acid 1solate)を最終的に発現させる 条件下で、該核酸単離体によって、適切な植物の細胞を安定に形質転換し、次い で該細胞から形質転換植物を再生させることを含んでなる方法である。
当該技術分野の当業者であれば、例えば標的植物中に天然に存在する酵素の発現 を増減させてレッドの異なる色合いのような異なる色合いをもたらすような本発 明の方法に適用しつる変法は直ちに分かるであろう。
それ故に、本発明には、本発明の核酸配列のすべてもしくは一部を含有するすべ ての形質転換植物および/またはその相同もしくは類縁の形態またはこれらのい ずれかのアンチセンス形態および特に変化した花の特性を示す形質転換植物が含 まれる。これらの形質転換植物には、3′−ヒドロキシラーゼをコードするヌク レオチド配列または3′−ヒドロキシラーゼをコードする配列に相補的なヌクレ オチド配列を含んでなる核酸分子が導入されているであろう。一般にこの核酸配 列は植物のゲノムに安定に導入されるが、また本発明には、植物細胞内で複製で きるDNAウィルスもしくはRNAウィルスのような自発的に複製する核酸配列 内に3′−ヒドロキシラーゼのヌクレオチド配列を導入することも含まれる。ま た本発明には、このような形質転換植物の種子も含まれる。このような種子は、 特に着色している場合、植物の商標標識(proprietary tag)と して有用である。
本発明の別の態様は組換え形の3′−ヒドロキシラーゼに関する。
組換え形のこれらの酵素は、例えば一層活性が強い酵素を開発する研究を行うの に用いる材料源を提供し、かつ着色化合物を産生ずる生体外の系を開発するのに 有用であろう。
さらに別の態様で、本発明は、植物中で、3′−ヒドロキシラーゼ酵素を発現で きるか、または内因性3′−ヒドロキシラーゼをダウンレギュレー) (dow n−regulate)できる遺伝子構造体を製造する場合の上記遺伝子配列の 用途が含まれる。
本発明は、以下の図面と実施例を参照してさらに説明するが、本発明を限定する ものではない。
図面中の図1は、フラボノイド色素の生合成経路の概略図である。
この経路の最初のパートに関与している酵素は下記のとおりである。
PAL =フェニルアラニンアンモニアリアーゼ、C4H=シンナメート4−ヒ ドロキシラーゼ、 4CL = 4−フマレート: CoAリガーゼ;CR2= カルコンシンターゼ、CH1=カルコンフラバノンイソメラーゼ、 F3H=フ ラバノン3−ヒドロキシラーゼ、DFR=ジヒドロフラボノール−4−レダーク ターゼ、 UFGT=UDP−グルコース:フラボノイド−3−〇−グルコシル ートランスフェラーゼ。後のステップはピー・ハイブリダ(P、 hybrid a)の花に起こる変換に対応し、各番号は次のことを意味する。1=シアニジン −3−グリコシドおよびデルフイニジンー3−グリコシドのグルコシル残基への ラムノース糖の付加反応;2=モ 3=3′メチル化反応; 4=5’メチル化反応;5=3’、5’メチル化反応 。
図2(A)は、cDNAライブラリー#lをプローブして以下のシトクロムP  450同族体を同定するのに用いるDNAフラグメントの概略図である。P2S 5 :黒四角印で示すヘム結合領域(Haem)を有する、一般的なシトクロム (genelallzed cytochrome) P2S5 cDNAクロ ーン; pcGPI42 : pcGP142 DNAを鋳型として用い、オリ ゴ1と2テPCRを行うことによって980bpのフラグメントが得られた。p CGP147 :pcGP147をSat I −EcoRIで消化することに よって1.3kbのフラグ) :/ トカjlllサレタ; pcGP158  : pcGP158 DNAを鋳型としテ用イ、オリゴ3と4でPCRを行うこ とによって900 bpのフラグメントが得られた。、 pcGP160 :  pcGP160をPst I −EcoRVで消化することにヨッテ600bp ノフラクメントカ単離サレタ; pCGP454 : pCGP454 DNA を鋳型として用い、オリゴ3と5でPCRを行うことによってフラグメントが得 られた。精製したすべてのフラグメントには、実施例1に記載したようにして” P−dCTPの標識を付けた。
図2 (B) −2(H)は、(i ) pcGP142、(ii ) pcG P147、(ii ) pcGP158、(iv) pcGP160および(v ) pCGP454由来のcDNA挿入断片に対する部分ヌクレオチド配列と対 応する予想アミノ酸翻訳生成物を示す。cDNAライブラリー#1をプローブし て関連クローンを単離するのに使用した領域を矢印で示した。
図3(A)〜3(D)は、pcGP602由来(7) cDNA挿入断片に対す るヌクレオチド配列と予想アミノ酸配列を示す。内部の旧nc U −EcoR V部位とEcoRV −HindI[1部位の間の配列を含有する二つのプロー ブを用いて、一群のシトクロムP 450同族体中の関連配列を同定した。
図4 (A)は、1) pcGP161 ; 2) pcGP162 ; 3)  pcGP163 ;4 ) pcGPI65 ; 5 ) pcGPI66  ;および6) pcGP167由来のcDNA挿入断片に対する部分ヌクレオチ ド配列を示し、図4(B)は7 ) pcGP168 ; 8 ) pcGP1 69 ; 9 ) pcGP171および10) pcGP173由来のcDN A挿入断片に対する部分ヌクレオチド配列を示す。これらのすべてのクローンの cDNA挿入断片を含有する混合プローブを使用して、cDNAライブラリー# 2をスクリーニングし関連配列を得た。
図5はpcGP619由来のcDNA挿入断片に対するヌクレオチド配列と予想 アミノ酸配列である。
図6はpcGP619の制限酵素地図の線図を示す。そのcDNA挿入断片の部 分長さを、(矢印に対置させて)実線の末端部を有する肉太直線で示す。これら をM13−mp18とmp19中にサブクローン化し、次いで上記のヌクレオチ ドブライマーの配列を用いて配列を決定して、オーバラップしている配列の情報 を得た。サブクローン化した各ピースから得た配列情報の程度と方向を矢印で示 す。特にことわらないかぎりプライマー40を使用した。190=プライマー配 列190;191 =プライマー配列191 、ポリT=ポリTオリゴヌクレオ チドをプライマーとして使用した; ds 5eq=配列は二本鎖DNAで読取 った。
ATGはメチオニン開始コドンを示し、およびそのクローンの全長を塩基対の数 で示す。
図7は、基質として3H−ナリンゲニンを用いて、酵母エキスの3′〜ヒドロキ シラーゼを検定した結果を示す。オートラジオグラフは、プラスミドpcGP6 21で形質転換された酵母(1,2)の大きさによって3H−ナリンゲニンが3 ′−ヒドロキシル化誘導体のエリオシクチオールに変換することを示している。
非形質転換酵母(C)には3′−ヒドロキシラーゼ活性は全く検出されなかった 。
図8はpCGP635由来の挿入断片に対するヌクレオチド配列と予想アミノ酸 配列を示す。これらの配列は、バラの推定3′−ヒドロキシラーゼcDNAクロ ーンを単離する場合にプローブとして用いることができる。
図9はpCGP772由来の挿入断片に対するヌクレオチド配列および予想アミ ノ酸配列を示す。これらの配列はカーネーションの推定3′−ヒドロキシラーゼ cDNAクローンを単離する場合にプローブとして用いることができる。
図1OはpCGP773由来の挿入断片に対するヌクレオチド配列および予想ア ミノ酸配列を示す。これらの配列はカーネーションの推定3′−ヒドロキシラー ゼcDNAクローンを単離する場合にプローブとして使用できる。
図11はpCGP854由来の挿入断片に対するヌクレオチド配列および予想ア ミノ酸配列を示す。これらの配列は推定3′−ヒドロキシラーゼcDNAクロー ンを選択するのにプローブとして用いた。下線をつけたアミノ酸は、pcGP6 19由来の971位と1091位の間のcDNA挿入断片のアミノ酸と同一であ る。
プラスミドpcGP809を含有する非武装化(disarmed)微生物のア グロバクテリウム・ツメファシェンス(Agrobacterium tume faciens)の菌株AGLOは、オーストラリア、2037、ニューサウス ウェールズ州、ピンプル、スアキン・ストリートlに所在のthe Au5tr alian Gover−nment Analytical Laborat oriesに、1993年3月24日付けで受託番号にて寄託した。
実施例1 3′−ヒドロキシラーゼおよび関連核酸配列の単離エリオシクチオールはCar i Roth KG社から入手し、ナリンゲンはS i gma社から入手した 。〔3H〕ナリンゲニン(S、 7 Ci/mmole)はAmersham社 から入手した。酵素はすべて商業的供給源から入手し、メーカーの指示にしたが って使用した。
細菌の菌株 使用した大腸菌(Escherichia coli)菌株は以下のとおりであ る。
DH5a 5upE44.Δ(lacZYA−ArgF)0169.φ80La cZΔM15゜hsdR17(rx 、L +)、 recAl、endAl、 gyrA96. thi−1゜relAl、 deoR,(Hanahan、の 1983年の文献およびBRLの1986年の文献) XLI−Blue 5upE44. hsdR17(rg −、ll1k” ) + recAl、 endAI。
gyrA96. thi−1,telAl、 1ac−、[F’ proAB、 IaclQ。
1acZΔM15. TnlO(Let’ )](Bullockらの1987 年の文献)PLK−F ’ recA、 hsdR17(rK −、m、 ”  )、 mcrA、 mcrB、 lac。
5upE44. galK2. galT22. ll1etB1.[F ’  proAB、1acl’IacZΔM15. TnlO(tet’ )] (ス トラタジェン社)SOLRC14(mcrA)、Δ(mcrcB−rsdSMR −1IIrr)171.5bcC,recB、 recJ。
umuc: : Tn5 (kan’ )、uvrC,lac、 gyrA96 . thi−1,relAl。
[F’ proAB、 1aclQZΔM15]、 Su (非抑制性)(スト ラタジエン社) 非武装化アグロバクテリウム・ツメファシェンス菌株AGLO(Laz。
らの1991年の文献)は、R,Ludwjg (米国、カリフォルニア州、サ ンタ・クルーズ所在のカリフォルニア大学、生物学部)から入手した。
クローニングベクターpBIuescriptはストラタジエン社から入手した 。
大腸菌およびA、ツメファシェンスの形質転換大腸菌菌株DH5a細胞の形質転 換をInoueらの1990年の報告の方法にしたがって実施した。
50mLのMG/ L (Garf 1nkelおよびNe5terの1980 年の文献)培地に接種し、次に28℃で振盪しながら16時間増殖させることに よって調製したコンピテントAGLO細胞100mLに、プラスミドDNA5n +gを添加することによって、プラスミドpcGP809をアグロバクテリウム ・ツメファシェンス菌株AGLO中に導入した。次にこれらの細胞をペレット化 し次いで85%(V/V) 100mM CaC1= /15%(V/V)グリ セリンの0.5+nL中に再懸濁させた。得られたDNA−アグロバクテリウム 混合物を、液体窒素中で2分間インキュベートすることによって凍結し、次に3 7℃にて5分間インキュベートすることによって解凍させた。そのDNA /細 菌混合物をさらに10分間氷上に置いた。次いでその細胞をMG/L培地1培地 1混Lし、28℃で振盪しながら、16時間インキュベートした。pcGP80 9を保有するエイ・ツメファシェンスの細胞を、100 mg/mLのゲンタマ イシンを含有するMG/L寒天プレート上で選択した。pcGP809が存在す ることは、ゲンタマイシン耐性形質転換体から単離したDNAをサザーン分析す ることによって確認した。
植物の材料 ペチュニアのF1雑種“Old Glory Blue″(OGB)の種子を米 国のBa1l 5ead社から入手した。
クリサンセマム・モリホリウム(Chrysanthemua+ morifo lium)の栽培品種を、ビクトリア州所在のBaguley Flower  and Plant Growers社から得た。
グイアンタス・キャリオフィルスCV、ラグナ(Dianthus caryo ph−yllus cv、 Laguna)およびローザ・ハイブリダcv、カ ーディナル(Rosa hybrida cv、Kardinal)は、ビクト リア州所在のVan Wyk andSon Flower 5upply社か ら入手した。
植物は、最小10.000ルツクスの光強度の14時間の日長(day len gth)でかつ22〜26℃の温度にて特殊成長室内で栽培した。
ペチュニアの花の発育5段階は以下のように定義した。
段階l:未着色の閉じたつぼみ(長さは< 25mm)。
段階2:着色し閉じたつぼみ(長さは25〜35mm)。
段階3:花冠が現れた黒紫色のつぼみ(長さは> 35mm)。
段階4:まだ開やくしていない黒紫色の開いた花(長さは> 50mm)。
段階5:すべてのやくが開きかつ充分に開いた花。
キクの花の発育の段階は以下のように定義した。
段階0:花のつぼみは目視できない。
段階1:花のつぼみが目視できる:小花はほうによって完全に覆われている。
段階2:花のつぼみが開いている:小花の先端が目視できる。
段階3;小花がしっかりと重なり合っている。
段階4:はとんどすべての小花の先端が露出した。外側の小花は開いているがど れも水平ではない。
段階5:外側の小花は水平である。
段階6:花は成熟に近づいている。
グイアンタス・キャリオフィルスの花の発育の段階は次のように定義した。
段階1:花のつぼみは目視できない。
段階2:花のつぼみが開いている:小花の先端が目視できる。
段階3:はとんどすべての小花の先端は露出した。外側の小花は開いているがど れも水平でない。
段階4:外側の小花は水平である。
ローザ・ハイブリダの花の成長の段階を以下のように定義した。
段階l:未着色の固く閉じたつぼみ(高さがIO−12mmH幅が5mm)。
段階2:着色し固く閉じたつぼみ(高さ15m+n ;幅9 mm)。
段階3:着色し閉じたつぼみ;がく片が丁度開き始めようとしている(高さが2 0〜25mmH幅が13〜15m+++)。
段階4:花のつぼみが開き始めている;花弁が濃く着色しかく片が分離した(つ ぼみ;高さが25〜30mmで幅が18+nn+)。
段階5:がく片が完全に開き、そのいくつかはカールしている。
花弁は濃色に着色して開きつつある(つぼみは高さが30〜33mmで幅が20 +nmである)。
cDNAライブラリー#1の構築 段階3〜4のペチュニアcv、 OGBの花のげん部(flower limb )の組織20gを、10mMバナジルリポヌクレオシドコンプレックスを含有す るFEB(200mM )リス−〇CI(pH8,6)、60a+M KCI、 30mM MgCl2.25mMEGTA) I00mL中にホモジナイズした 。得られたホモジネートを、滅菌Miracloth (Calbiochem 社)で濾過することによって細胞残査を除いた。Ultra−C1eay(登録 商標) Quick−8eal (登録商標) (Beckman社)遠心分離 管に入れた、25%(W/V)スクロースと250単位のInhibit Ac e (5−Pri+ne 3−Prime)を含有する、FEB6mLおよび5 0%(W/V)スクロースと250単位のInhibit Aceを含有するF EB6mLの段階勾配の上面に、得られた濾液を層状に入れた。これらの管を、 70Tiロータで26. OOOrpmにて3.5時間遠心分離した。膜結合ポ リソームを、25%スクロース150%スクロースの界面から集めて4Mイソチ オシアン酸グアニジニウム溶液に添加した。得られた変性ポリソームを、Tur penおよびGriffithの1986年の文献に記載されているようにして 5.7 M CsClのクッションによってペレット化して、該ポリソームから RNAを単離した。
Uni−ZAP (登録商標) XRベクターキット(ストラタジエン社)を使 用し、ポリソームのRNA 25μgを鋳型として用いてZAP中に方向性cD NAライブラリーを構築した。その−次ライブラリーは、250.000のプラ ーク形成単位(pfu)を含有していたが、NZYプレート上で一夜増殖させる ことによって増幅しくSambrookらの1989年の文献)、次いでその増 幅されたファージストック(phage 5tock)を、Sambrookら の1989年の文献に記載されているようにして、PSB (100+nM N aC1:8 mM Mg5O+、501IIM Tris−HCI(pH7,5 ) 、0.01%(W/ V )ゼラチン)中で溶出させた。
cDNAライブラリー#2の構築 TurpenおよびGriffithの1986年の文献の方法を用い、ビー・ ハイブリダcv、 OGBの段階3〜4の花の花弁組織から全RNAを単離した 。
オリゴ−dTセルロースクロマトグラフィー(Av i vおよびLederの 1972年の文献)を3サイクル実施することによって、上記全RNAがらポリ (A) ” RNAを選択した。
ポリ(A)″RNA2μgを、1 x 5uperscript (登録商標) 反応緩衝液、10mMジチオトレイトール(DTT)、500 uM dATP  、500μM dGTP、 500 uM dTTP 、 500 μM5− メチルーdCTP10.75μgオリゴヌクレオチド#6および2μLの5up erscript逆転写酵素(BRL社)を含有する20μLの容積中で逆転写 させた。得られた反応混合物を、37℃で50分間次いで44℃で10分間イン キュベートし次に氷上に置いた。
第二のストランド反応混合物(Strand reaction m1x) ( 140μL)を上記の第一ストランド反応混合物に添加した。第二ストランド反 応混合物は、21mMトリス−HCl 、 104+nM KCI 、 5.3 mM MgC1,,171uM β−NAD、 11.4+nM (NH+ ) xsO,,214uM dATP 、 642 uMdCTP、 214 uM  dGTP 、 214 uM dTTP 、 4 mM DTT、 10μC i”P −dCTP (3000Ci/mMo1e)、15単位のイー・コリー DNA リガーゼ、40単位のDNAポリメラーゼ(Boehringer社) および0.8単位のRNアーゼHで構成されていた。最終混合物を16℃で15 0分間インキュベートした。二本cDNAを平滑断端にするため、10単位のT  4 DNAポリメラーゼを添加し、次いで反応を16℃でさらに15分間続け た。反応を停止させ次いでフェノール/クロポルムで抽出することによってcD NAを精製し、次にクロロホルムで抽出しエタノールで沈殿させた。
EcoRIでアダプター(Promega社)を上記cDNAに連結させ次いで メーカー推奨の条件を用いてキナーゼで処理した。酵素を熱で(70℃、20分 間)変性し、次いでDNAをフェノール/クロロホルムで抽出しエタノールで沈 殿させることによって精製した。得られたcDNAを、メーカーの推奨条件を利 用し、100μLの反応容積中、50単位のXho I (Boehringe r社)で消化した。Xho I酵素を熱で殺しく70℃、20分間)、次いでそ の混合物は、STE緩衝液(Sambrookらの1989年の文献)中で予め 平衡化した54005pun column (Pharmacia社)を通過 させた。
溶出液をフェノール1クロロホルムで抽出しエタノールで沈殿させた。4℃で3 0分間微量遠心分離に付した後、得られたcDNAペレットを70%(V/V) エタノールですすいで風乾し、次いでloμLのTE緩衝液(10mMトリス− HCI(pH7,5) 、l mM EDTA)中に再懸濁させた。
NA−45メンプラン(Schleicher and 5chue11社)を 用いて、1%(W/V)アガロースゲルで電気泳動させた。7.5μLの試料が 呟大きさが1.3〜2.5kbの範囲のcDNAを単離した。
上記ノ大キサテ分画しりcDNAを、50mM トリス−HCl (pH7,0 ) 、10mM MgCIy、l0mM DTT、l mM ATPおよび2単 位のT 4 DNAリガーゼで構成された反応緩衝液5μL中で、λZAPII  EcoRI/ Xhol/CIAPで処理したベクター(ストラタジェン社) lμgと連結した。この反応は4℃で2日間実施した。
室温で2時間放置した後、連結反応混合物はPackagene system (Promega社)を用いてパッケージした。組換え体の総数は270.00 0pfuであった。
PLK−F ’細胞をトランスフェクトした後、150.000pfuの量のパ ッケージされたcDNAを、15c+n直径のプレート当り10.0OOpfu の割合でプレートした。これらのプレートは37℃で8時間インキュベートし次 いで4℃で一夜保管した。2セツトのリフト(lift)をCo1ony/Pl aque 5creen(登録商標)フィルター(Dupont社)上に取りメ ーカーが推奨するとおりに処理した。
cDNAライブラリー#3の構築 クリサンセマム・モリフォリウムCV、ダーク・ピンク・ボンボン(Chrys anthemum morifolinm cv 、 Dark Pink P ompom) (参照番号5999)の段階1.2および3の花の花弁組織から 、やはりTurpenとGriffithの1986年の文献の方法を用いて全 RNAを単離した。ポリ(A) ” RNAは、ビー・ハイブリダの場合と同様 に、3サイクルのオリゴ−dTセルロースクロマトグラフィー(AvivとLe derの1972年の文献)によって、全RNAから選択した。ポリ(A) ”  RNA 2μgを鋳型として用い、ビー・ハイブリダについて先に述べたのと 同様にしてcDNAを合成した。
分画と連結を行ってから、続いてcDNA反応混合物はPackagenesy stem (Promega社)を用いてパッケージした。組換え体の総数は3 7、000pf uであった。
XL−1−Blueの細胞をトランスフェクトした後、(増幅されたライブラリ ー)の300.000pfuの量のパッケージされたcDNAを、15c+n直 径のプレート当り20.000pfuの割合でプレートした。そのプレートを3 7℃で8時間インキュベートし次いで4℃で一夜保管した。2セツトのリフトを Co1ony/Plaque 5creen (Dupont社)上に取りメー カーが推奨するように処理した。
PCHの鋳型の製造 DNAはアルカル溶解法(Sambrookらの1989年の文献)を用いて単 離した。プラスミドDNAはCsC1勾配液にバンド形成させることによってさ らに精製した。このDNAをPCRに用いる鋳型として使用した。
2、 クリサンセマムのゲノムDNA 全DNAを単離するため、5gのクリサンセマムの花弁の組織を液体窒素中で凍 結させ、次いで冷乳鉢で微粉末に粉砕した。粉砕された組織を、フェノール:ク ロロホルム5mLで抽出し、続いてNTMES緩衝液(0,01M NaC1;  0.I M トリスpH8,5; 5 mM MgCL : 1 mMEDT A;1%5DS) 5 IIILで抽出した。水性層を5mLのフェノール:ク ロロホルムで再抽出し次いでその水性層を遠心分離した後に集めた。
上記溶液に、0.5n+Lの3 M NaAC、pH5,8と2倍容積のエタノ ールを添加した後、DNAを該溶液から巻きとった。最終のペレットを2mLの TE緩衝液中に再懸濁させ、PCRに用いる前にその濃度を測定した。
3、 グイアンタスのcDNA TurpenおよびGriffithの1986年の文献の方法を同様に用い、 ディ・キャリオフィルスCV、ラグナの段階3の花の花弁組織から全RNAを単 離した。ポリ(A) ” RNAは、メーカーのプロトコルに従ってOrigo tex dT−30(Takara、日本)を用いて全RNAがら選択し、次い でその2μgを、メーカーが推奨するとおりに5uperscript逆転写酵 素を用いて逆転写させた。得られたcDNAをTE緩衝液10μLに溶解した。
PCR反応を行うため、5μLを鋳型として用いた。PCHの条件は以下に述べ る。
4、 ローザのcDNA ローザ・ハイブリダCV、カーディナルの段階1のつぼみがら全RNAを調製し た。この段階で、つぼみは高さが1.O〜1.2cmで幅が約0.5cmであっ た。これらのつぼみは完全に閉じており、かく片を切り取っても色素は目視でき なかった。
凍結された組織(1〜3g)を、乳鉢を用いて液体窒素中で粉砕し、予め冷却し た緩衝液A C0,2Mホウ酸、10+nM EDTA (ナトリウム塩)(p H7,6) 25+++L中に入れ、短時間ホモジナイズした。抽出物が室温に 到達するまで、抽出物を回転振盪器で混合し、次に緩衝液Aで平衡化した等容積 のフェノール/クロロホルム(1: IV/V)を添加した。さらにIO分間混 合した後、そのRNA製剤を10.000 X gで10分間、20℃にて遠心 分離した。上方の水層を残し、フェノールの界面を先に述べたのと同様にして再 抽出した。水層をプールし、次いで0.1M酢酸ナトリウム(p)16.0)に まで調節し、265倍容積の95%エタノールを添加して混合物を一20℃で一 夜貯蔵した。その両分を10.OOOXgで4℃にて10分間遠心分離し、得ら れたペレットを、緩衝液B [25mMホウ酸、1.25mM EDTA (ナ トリウム塩)、0.1M NaCI(p)17.6)] 220mにゆるやかに 溶解し、次いで0.4倍容積の2−プトキシエタノール(28B>を添加した。
この溶液を氷上で30分間インキュベートした。次にその溶液をlo、ooOX gで0℃にて10分間遠心分離し上澄み液を注意深く集めた。1.0倍容積の2 8Bを添加し氷上でさらに30分間インキュベートした後、上澄み液を再びto 、 oo。
Xgで0℃にて10分間遠心分離した。得られたペレットは、緩衝液A:2BB (1:IV/V)でゆるやかに洗浄し、次ニア0%(V/V)エタノール、0. 1M酢酸カリウムおよび最後に95%エタノールで洗浄した。得られたペレット は風乾し、次いでジエチルピロカルボネート(DEPC)で処理した水1mLに 溶解した。この溶液は3M塩化リチウムにまで調節し、60分間氷上に置き、次 いで10.000Xgで0℃にて10分間遠心分離した。得られたペレットを3 MLiC+で2回洗浄し次いで70%エタノール、0.1M酢酸カリウムで洗浄 した。得られたRNAペレットをDEPCで処理した水400μLに溶解し、次 いで等容積のフェノール/クロロホルムで抽出した。そのRNA混合物を10. 000Xgで20℃にて5分間遠心分離し、水性層を集め、0.1M酢酸ナトリ ウムにまで調節し、次いでさらに2.5倍容積の95%エタノールを添加した。
氷上で30分間インキュベートした後、混合物を13、OOOrpm (5,0 00Xg)で20℃にて20分間遠心分離し、生成したRNAペレットをDBP Cで処理して水400 mL中にゆるやかに再懸濁させた。
ポリ(A) ” RNAは、Oligotex dT−30(Takara、日 本)によって、メーカーのプロトコルにしたがって、全RNAから選択した。
二本鎖cDNAは、ペチュニアcDNAライブラリー#2を構築する場合にさき に述べたのと同じ方法を用いて、2μgのポリ(A) ” RNAから合成した 。そのcDNAをTE緩衝液10μLに溶解した。
オリゴヌクレオチドの合成 オリゴヌクレオチド類とプライマー類は、メーカーが推奨する方法を用い、Ap plied B105yStelllS PCR−Mate DNA合成器で合 成した。
合成したオリゴヌクレオチド類と、プライマー類は、5’−3’:オリゴl :  GTTCAATTCGGAATGATGオリゴ2 : GCTGCACTTA ATCCATATオリゴ3 : GGATGACTCAAACAGCTATGA CCATGオリゴ4 : TGCATA(、CTTTTGGGオリゴ5 : C CIGG(A/G)CAIATIC(G/T)(C/TXC/T)TICCIG CICC(A/G)AAIGGオリゴ6 : GAGAGAGAGAGAGAG AGAGATCTCGAGTTTTTTTTTTTTTTTTTTオリゴ7 :  CCIGC(A/G)CAIATIC(G/T)IC(T/G)IccIGc Icc(A/G)AAIGGプライマー−40GTTTTCCCAGTCACG ACプライマー190 TTGGAGTGGGCAATGGCプライマー191  CTGCTGCAAACAAGTCCポリ−T TTTTTTTTTTTTT TTTT(AGC)オリゴ5を設計する場合の原理は次のとおりである。アボカ ドシトクロムP450 (Bozakらの1990年の文献)の推定ヘム結合領 域由来のアミノ酸配列および二つのペチュニアシトクロムP450同族体のpc G142およびpcG147がコードする対応する配列を並べた。
アボカド PFGAGRRGCPG pcGP142 P F G A G K RI CP GpcGP147 P  F G S G RRI CP Gしたがって、これら三種の植物シトクロム のB450のヘム結合領域の共通アミノ酸配列は下記の配列であることが分かる であろう。
P F G A(S) G R(K) RI(G) CP C3種のシトクロム 2450分子のヘム結合領域に見られるアミノ酸をコードしつるヌクレオチド配 列の可能な順列は以下のように波峰Xは4種のヌクレオチド(A、 C,Gおよ びT)をすべて使用できるヌクレオチドの位置を示す。オリゴ5は上記3種の植 物シトクロムP450由来の共通配列のサブセットを相補するよう設計した。
デオキシイノシン(I)は、塩基縮重が3より大きい場合に主として使用した。
得られたオリゴヌクレオチド配列は上記のとおりであった。
クローン化されたペチュニアシトクロムP450配列を増幅するために、PCR 混合物には、1001gのプラスミド鋳型、10mM)リス−HCI(1)88 .3)、50mM KCI、 1.25mM MgCIa、0.2+nMノ各d NTP、 1.0 μMの各プライマーおよび0.5単位のAmpli Taq  DNAポリメラーゼ(Cetus社)を含有させた。反応混合物(100μl )は、95℃、1分間;42℃、1分間および72℃、2分間のサイクルを30 回実施した。
PCRfi合物ニハ、100 ng(7)cDNA鋳型、10+nMトリスー  HCI(pi(8,3)、50mM KCl51.5 mM MgCIt、0. 001%(W/V)ゼラチン、0.2mM(7)各dNTP、 1.OuMの各 プライマーおよび5単位のAmpli Taq DNAポリメラーゼ(Cetu s社)を含有させた。反応混合物(100TnL)は、最初に、95℃、3分間 ;55℃、1分間および72℃、1分間のサイクルを実施し、次に95℃、55 ℃および72℃で各々1分間づつのサイクルをさらに39回実施した。増幅させ た生成物を、5eaplaqueの低融解(IOW melting)アガロー ス(FMC社)を用いてゲル精製を行った。得られた混合物を、該アガロースが 融解するまで加熱し、次にTEで飽和したフェノールで抽出した。水性相をフェ ノール/クロロホルムで抽出し、増幅した生成物をエタノールで沈殿させた。ゲ ル精製に続いて、増幅された生成物を、HOItOnおよびGrahamの19 91年の文献に記載されているddT−taiIed pBIuescr:pt ベクター中に直接クリサンセマムの反応混合物は、200 ngのゲノムDNA 鋳型、10mM) IJ ス−HCI(pl+8.3)、50mM KCI、2 .5 mM MgC1t、0.001%(W/ V )ゼラチン、0.2+nM の各dNTP、 1.0μMの各プライマーおよび5単位のAmpli Taq  DNAポリメラーゼCCetuB社)を含有していた。50m1゜の反応容積 を、95℃、55℃および72℃で90秒づつのサイクルを35回実施した。増 幅された生成物をGeneclean (Bio 101 Inc、社)を用い てゲル精製を行い、次に、Ho1tonおよびGrahamの1991年の文献 に記載されているddt−tailed pBluescriptベクター中に 直接クローンローザの反応混合物は、上記のようにして調製したds cDNA の10倍希釈後1μm、lowly)リス−HCI(pH8,3)、50mM  KCI、2.5+nMMgCI2.01OO1%(W/■)セラチン、0.2+ nMノ各dNTP、 1.OuMの各プライマーおよび5単位のAmpli T aq DNAポリメラーゼ(Cetus社)を含有していた。50μLの反応容 積について、95℃、1分間;55℃、1分間;および72℃、3分間のサイク ルを30回実施した。増幅された生成物をGeneclean (Bio 10 1 Inc、社)を使用してゲル精製を行い、次いで、)IaltonおよびG rahai+の1991年の文献に記載されているddT−tailed pB luescriptベクター中に直接クローン化した。
cDNAライブラリーのスクリーニングcDNAライブラリー#2由来の2個の プラークのリフトに、以下のようにして雑種を形成させて洗浄した。すなわち高 緊縮条件(雑種形成ご50%(v/V)ホルムアミド、6XSSC11% (W /V) SDS、42℃1.:テ16時間および洗浄、 2XSSC、1%SD S 、65℃にて2×15分間)を用いて同胞クローンを検出し、次いで低緊縮 条件(雑種形成・20%ホルムアミド、6XSSC、1%SDS 、 42℃ニ テ16時間、および洗浄+ 6XSSC、1%SDS 、65℃で1時間)を用 いて関連配列を検出した。
cDNAライブラリー#3由来のリフトに、以下のようにして雑種を形成させて 洗浄した。−次スクリーニングでは、pcGP619由来のペチュニア3′−ヒ ドロキシラーゼcDNA EcoRI −XhoI挿入断片(図6参照)を用い 、雑種形成条件は20%(V/V)ホルムアミド、I M NaCl 、10% (W/V)デキストラン硫酸、37℃で16時間であり、洗浄条件+;!0.l X5SC、1%(W/V) SDS 、室温であった。二次スクリーニングでは 、pCGP854由来のEcoRI −Xho I挿入断片を用い、雑種形成と 洗浄の条件は、雑種形成反応を42℃で16時間行ったことを除いて同一であっ た。
DNAプローブの32P−標識化 オリゴ標識化キット(Bresatec社)を用い、50μCiのCa−”P) −dCTPで、DNAフラグメント(50−100ng)に放射能の標識を付け た。
組込まれなかったCa−”P〕−dCTPは、セファデックスG−50(Fin e)カラムのクロマトグラフィーで除去した。
DNA配列の分析 DNAの配列決定は、5equenase酵素(use、バージョン2.1)を 用い、事実上サンガーらの1977年の報告の方法によって実施した。クローン のpcGP602とpcGP619の完全配列は、標準のクローン化法(Sam brookらの1989年の文献)を用いて得た異なるM13−mp18とM+ 3−mp19 (Norranderらの1983年の文献; Yanisch −Perronの1985年の文献)サブクローン由来の配列を編集することに よって決定した。いくつかの領域については、オーバーラツプしている配列のデ ータを得るため、プライマー−40、−190、−191およびポリ−Tを含む 特定のオリゴヌクレオチドブライマーを合成する必要があった。
これらの配列のいくつかの位置を示す、pcGP619の制限地図を図6に示す 。
Genbank 、 !VISS−PROTおよびEMBLのデータベースに対 する相同性の調査を、FASTAとTFASTAのプログラムを用いて実施した ( PearsonおよびLipmanの1988年の文献)。
3′−ヒドロキシラーゼの検定 3′−ヒドロキシラーゼ酵素の活性は、5totzおよびForkmannの1 982年の文献に記載されている方法の改変法を用いて測定した。検定反応混合 物は、一般に酵母抽出物100μl、50mM NADPtl含有検定緩衝液( 100mMリン酸カリウム(pH8,0)、1 mM RDTAおよび20mM  2−メルカプトエタノール〕 5μmのおよび10μCiの〔3H〕−ナリン ゲニンを含有していたが該検定緩衝液で最終容積210μmまでにした。23℃ で2〜16時間インキュベートしてから反応混合物を酢酸エチル0.5mLで抽 出した。酢酸エチル相を減圧乾燥し、次いで酢酸エチル1Oul中に再懸濁させ た。クロロホルム:酢酸:水(10: 9 :lV/V)溶媒系を用いて、セル ロース薄層プレート(Merck Art5577、ドイツ)上に、トリチウム 化フラボノイド分子を分離した。
クロマトグラフィーを完了し、TLCプレートに、7%2.5−ジフェニルオキ サゾール含有ジエチルエーテルをスプレィした。反応生成物をオートラジオグラ フィーで位置を決め、反応生成物の横に展開され紫外線で目視可能な非放射線の ナリンゲニンとエリオシクチオールの標準と比べて同定した。
pcGP621の構築 pcGP619由来の全cDNA挿入断片を含有する1、8kbのEcoRI  −Xho 1断片を、pYHCClol(Tanakaらの1988年の文献) 由来の8kbのEcoRl−3alIフラグメントと連結させた。得られたプラ スミドpcGP621は、酵素グリセルアルデヒド3−リン酸デヒドロゲナーゼ のプロモーターの後にセンス配向C5ense orientation)で連 結したpcGP619cDNAフラグメントを含有していた。
を、Itoらの1983年の文献にしたがって、pcGP621で形質転換した 。
これらの形質転換体は、G−1315のトリプトファン合成能を回復させる性能 によって選択した。
3′−ヒドロキシラーゼ活性検定用酵母エキスの調製G−1315/pc[l、 P621 (1)単一単離体を、20mL(7)YNBC[1,2X (W/■ )のアミノ酸なし酵母窒素ベース(Difco社)、2%(W/ V )のグル コースおよび0.3%(W/V)カザミノ酸(Difco社)〕に接種し、続い て30℃にて2日間インキュベートした。細胞を遠心分離によって集め、TE緩 衝液で一回洗浄し、次に緩衝液A Cl0mMトリス−HCI(pH7,5)、 0.65M ’7 ルビトール、0.1 mM DTT、 0.1 mM BD TA )で−回洗浄し、次いでザイモリアーゼ(0,1mg/mL) (Sei kagakuKogyo 、日本)を含有する緩衝液B (10mMトリス−H CI(pH7,5)、1.2Mフルビトール、0.1 mM DTTSo、 1  mM EDTA ) 中ニ再懸濁すeた。30℃で1時間インキュベートした 後、細胞を遠心分離によってベレット化し、これを400μLの緩衝液A中に再 懸濁させた。次にその細胞懸濁液をガラスピーズ(直径=0.4mm)とともに 2分間渦動させ、次いで100μLの試料について活性を検定した。
pCGP293の構築 発現バイナリ−ベクターpCGP293を、TiバイナリベクターpcGN15 59(McBrideとSummerfel tの1990年の文献)から誘導 した。プラスミドpcGN1559をKpn Iで消化し、突出している3′末 端を、標準のプロトコル(Sambrookらの1989年の文献)にしたがっ て、T 4 DNAポリメラーゼで除去した。このベクターをさらにXba I で消化し、生成した5′突出部を、DNAポリメラーゼ■のフレノウフラグメン トを用いて修復した。そのベクターを再連結しpCGP67を得た。Macプロ モーター、masターミネータ−および各種のクローニング部位を含有するI、  97kbのPStlフラグメント(Coma ;らの1990年の文献ンをp cGP40から単離し、pCGP67のPst1部位に挿入してpCGP293 を得た。
プラスミドpcGP40を次のようにして構築した。すなわち、GUS遺伝子( Jeffersonらの1987年の文献)をBawl(I −5aclフラグ メントとしてpCGN7334から除去し、次いでpcGN7334を、マルチ クローニング部位を有するpBluescribe M13−由来のBam1( I −Sac Iフラグメントで置換した。プラスミドpCGN7334 (米 国、カリフォルニア州のCalgene Inc、社から入手した)は、Mac  −GUS−mas遺伝子融合体を含有するフラグメントをpCGN7329  (Comai らの1990年の文献)のXho I部位中に挿入することによ って構築されたものである。
pcGP809の構築 pcGP619由来のcDNA挿入断片を、pCGP293のMacプロモータ ー(Coma iらの1990年の文献)の後にセンス配向でクローン化するこ とによって、プラスミド1)CGP809を構築した。上記cDNA挿入断片を 含有する1、8kbのflamHI −Kpn IフラグメントをpcGP61 9がら単離し、pCGP293をBamHI −Kpn Iで消化したものに連 結した。pcGP809に上記挿入断片が正しく挿入されているということは、 ゲンタマイシン耐性形質転換体から単離したDNAを制限分析することによって 確a、植物の材料 ペチュニア・ハイブリダ(5kr4 X5w63)の種子を次亜塩素酸ナトリウ ム1.25%(W/V)溶液中で10分間滅菌し、次いで滅菌水で3回すすいだ 。滅菌された種子を100 mg/ Lジベレリン酸(GA、 )溶液中に16 〜20時間浸漬した。次にこれらの種子を、1%(V/V)スクロースおよび0 .8%(W/V) Difco Bacto寒天を補充した10%(W/V)  MS (MurashigeおよびSkoogの1962年の文献)培地上で2 週間発芽させた。若い苗を、3%(W/v)スクロースで補充したMS培地に移 して3週間後に、シフイー・ビート(Jiffy Peat)のペレット(ノル ウェー所在のJiffy Products Ltd、社)に移し、噴霧と電照 下で(135μE、ハロゲン化水銀光、22℃)2〜3週間保持した。次にこれ らの若い植物をグロースキャビネットに移した(68μE、冷白色蛍光、25℃ )。共栽培(co−cut目vation)を行うため、若い葉を収穫し、1. 35%(W/V)次亜塩素酸ナトリウム中で2分間滅菌し、続いて滅菌水中で3 回すすいだ。葉の組織を25mm’の四角形に切断し、0.05mg/ Lのキ ネチンと10mg/Lの2.4−ジクロロフェノキシ酢酸(2,4−D)を補充 したMS培地上で24時間前培養を行った。
b、アグロバクテリウムとペチュニアの組織との共培養バイナリーベクターpc GP809を含有するアグロバクテリウム・ツメファシェンス菌株AGLO(L azoらの1991年の文献)を、100 mg/ l。
ゲンタマイシンを含有するMG/ L (GarfinkelおよびNe5te rの1980年の文献)寒天プレート上に4℃で保持した。1%(W/V) B act。
−ペプトン、0.5%(W/V) Bacto−酵母抽出物および1%(W/V ) NaC1を含有する液体培地で、単一コロニーを一夜増殖させた。翌日、3 %(W/V)スクロースを含有する液体MS培地(BPM)で希釈することによ って、最終濃度5XIO”細胞1mLに調整した。
葉のディスクを、AGLO/ I)CGP809含有BPM中に5分間浸漬した 。その葉のディスクを吸取り紙を用いて乾燥し、共培養培地上に4日装置いた。
その共培養培地はo、 05mg/ Lのキネチンおよび1.0 mg/ Lの 2.4−Dを補充したSH培地(Schenkおよび旧1derbrand t の1972年の文献)で構成され、その共培養培地を覆ってタバコ細胞懸濁液の フィーダ層(feeder 1ayer)が流延され、そしてタバコ細胞懸濁液 の上面に濾紙を配置した。
C8形質転換ペチユニア植物の回収 共培養を行った後、3%(W/V)のスクロース、2mg/Lのa−ベンジルア ミノプリン(BAP)、100 mg/ Lのカナマイシン、350mg/Lの セホタキシム、0.3%(W/V)のGe1rite Ge1lan Gum( Scttweizerhal 1社)を補充した新鮮なMS培地で構成されてい る選択培地に、葉のディスクを移した。3週間後、再生中の外債片を新鮮な培地 に移した。カナマイシン選択に耐えて生残った不定シュート(adventHi ous 5hoot)を単離し、100 mg/ Lカナマイシンおよび350  mg/ Lセホタキシムを含有するBPMに移して根を誘発させた。
全培養物を、23±2℃にて、16時間の日長(60μE、冷白色蛍光)下に維 持した。根の長さが2〜3cmになったときに、その形質転換ペチュニア小植物 を、8cmチューブに入れた。高温滅菌処理済のDebco5141012鉢植 え混合物に移した。4週間後、植物は、同じ鉢植え混合物を使用している15c Il′lの鉢(ポット)に改植し、23℃にて14時間の日長(300μE、ハ ロゲン化水銀光)下に維持した。
2、試験結果 cDNAライブラリー#lからのシトクロムP450同族体の単離シトクロムP 450の酵素に対して類似した配列の領域を有する五つのペチュニアcDNAク ローンが単離されたことはすでに報告されている(国際特許願第PCT/AU9 2100334号)。これらのクローンの部分配列は、pcGP142 、pc GP147 、pcGP158 、pcGP160およびpCGP454と命名 され、図2に示しである。これら五つのシトクロムP450同族体のコーディン グ領域を有する!!p標識化DNAフラグメントの混合プローブ(図2Aと2B 参照)を用いて、関連配列について、cDNAのライブラリー#1由来の50. 000個の組換え体をスクリーニングした。低緊縮の雑種形成および洗浄の条件 下で合計152個の雑種形成りローンを検出した。さらに13種の異なるシトク ロムP450同族体を、上記雑種形成りローンから単離したDNAの配列を分析 することによって同定した。
これらのクローンの中の一つのpcGP174と命名されたクローンは、ペチュ ニアの旧1遺伝子座に対応することが分かっている(国際特許願第PCT/AU 92100334号参照)。上記クローンの全長変形pcGP602 (cDN Aライブラリー#2から単離された)のヌクレオチド配列を図3に示す。スクリ ーンで単離された13種の他のシトクロムP 450同族体のうちの10種:  pcGP161 、 pcGP162 、pcGP163、pcGP165 、 pcGP166 、pcGP167 、pcGP168 、pcGP169 、 pcGP171およびpcGP173は混合プローブとして用いて、cDNAラ イブラリー#2をスクリーニングし、別のシトクロムP450同族体を得た(次 章参照)。
ペチュニアからのシトクロムP 450同族体の単離pcGP1615pcGP 162 、pcGP163 、pcGP165 、pcGP166 、pcGP 167、pcGP168 、pcGP169 、pcGP171およびpcGP 173由来の12p標識化cDNA挿入断片の混合プローブ(図4)を用いて、 cDNAライブラリー#2から1.5 XIO’個の組換え体をスクリーニング した。200個以コニの雑種形質クローンが、低緊縮の雑種形成と65℃におけ る2XSSCと1%SDS中での洗浄によって検出された。これらのクローンの うち25個が、pcGP602の内部の旧nclI−EcoRVおよびEcoR V −HlndII[のフラグメント(図3)を含有するプローブと、低緊縮条 件下で雑種を形成したが、高緊縮条件下では雑種を形成しなかった。これらのグ ループのクローンの配列を分析した結果、17個がpcGP602 (ペチュニ アの旧l遺伝子座に対応することは先に示した、国際特許願第PCT/AU92 100334号)の同胞であることが分かり、かつ6個がHf2遺伝子座でコー ドされた他のペチュニアcDNAクローンの同胞であることが明らかになった。
1個のクローンはシトクロムP450に対して配列相同性を全く示さなかった。
そしてpcGP619と命名された1個のクローンは、pcGP602に対し、 ヌクレオチドとアミノ酸のレベルでそれぞれ57%と39%の配列相同性を示し た。pcGP619 cDNAの完全ヌクレオチド配列と波峰アミノ酸配列を図 5に示し、配列決定法の概略を制限地図を図6に示す。
酵母内でのpcGP619 cDNAの発現pcGP619由来のcDNA挿入 断片を、酵母ベクターpYHHcc101中、グリセルアルデヒド3−リン酸デ ヒドロデナーゼのプロモーターの後にセンス配向で連結した。得られた構造体( pcGP621と命名)を用いて酵母菌株G−1315(Ashikariらの 1989年の文献)を形質転換した。3′−ヒドロキシラーゼの活性はG −1 315/ pcGP621の抽出物中に検出されたが非形質転換酵母の抽出物に 検出されなかった(図7)。これらのことから、pcGP619由来のcDNA 挿入断片は3′−ヒドロキシラーゼをコードしていると結論した。
ペチュニア内での3′−ヒドロキシラーゼcDNAの発現pcGP809と命名 されたバイナリ−プラスミド構造体を、アグロバクテリウム媒介遺伝子移入法を 利用して、F1ペチュニア雑種SKr 4 x 5w63中に導入した。SKr  4 X 5w63の葉のディスクをAGLO/pcGP809と共培養し、S Kr 4 x 5w63ゲノム中にpcGP619 cDNA挿入断片が組込れ ていることを、カナマインシ選択を行った後に得た植物をサザーン分析すること によって確認した。
SKr 4 X 5w63雑種中に導入された3′−ヒドロキシラーゼr、DN Aの発現は花色に対して顕著な影響を与えた。5Kr4 X5w63の花弁の一 部の色が薄いピンクからレッドに変化した。観察されたこの色の変化は、55D −56C/Dから54A −55A ヘ移行したとRoyal 1lortic uトtulal 5ociety ’ s Co1our Chartから番号 によって示されるであろう。他の生化学的条件と生理的条件は個々の結果に影響 し、そして形質転換植物内で3′−ヒドロキシラーゼcDNAを発現させること によって達成される特定の色の変化を引用することが、観察される可能性がある 色の変化の範囲を限定すると解すべきではない。
フラボノイド3′−ヒドロキシラーゼの変異体および誘導体の種類光に開示した 標準の突然変異誘発法を用いて、フラボノイド3′−ヒドロキシラーゼの一連の 変異体、誘導体および部分は入手可能であり、これらのものは本発明にとって有 用であろう。このような突然変異誘発法に関する特定の説明とプロトコルについ てはSambrookらの1989年の文献を参照するのが便利である。本発明 において単離可能でかつ考えられる3′−ヒドロキシラーゼの変異体、誘導体お よび部分としては下記のものがある。
標準のサザーン分析法を用いて、リンゴ、カーネーション、ヤグルマソウ、アサ ガオおよびバラを含む各種の植物種から単離したDNAの“培養プロット(nu rsery blot)″を製造し、このプロットによって、ペチュニアの3′ −ヒドロキシラーゼに関連する遺伝子配列についてスクリーニングした。試験結 果は、試験を行ったすべての植物中に関連する遺伝子配列が存在することを明確 に示した。上記の培養プロットは、上記の種の各々由来の約10+ngづつのD NAを含有するレーン1〜5で構成されている。使用したプローブDNAはpc GP619由来の旧nDI[I −EcoRVフラグメントであった。サザーン 分析は一連の緊縮条件下で実施した。各々の種の中にいくかつの類似の配列が存 在していることを示す適切な緊縮条件は、50%ホルムアミド、IM NaCl  、1%SO3、1,0%デキストラン硫酸中、42℃で一部インキユベートし 続いて2XSSC、1%SDS中、60℃で30分間づつ3回洗浄する条件であ った。
ローザからの、シトクロムP450と相同のPCR産物の単離材料と方法の項に 記載したようにして合成したバラの花弁の二本鎖cDNAを鋳型として用い、ペ チュニア3′−ヒドロキシラーゼに関連する配列を、オリゴヌクレオチド7およ び190を使用して増幅した。約400 bpのPCR産物をpBluescr iptに連結し、回収された組換えプラスミドの一つをpCGP635と命名し た。pCGP635挿入断片のヌクレオチド配列と波峰アミノ酸反応を図8に示 す。この挿入断片は、ヌクレオチドのレベルで、ペチュニアpcGP619 c DNAに対して60%の類似度を示す。
グイアンタスからの、シトクロムP450と相同のPCR産物の単離材料と方法 の項に記載したのと同様にして合成したカーネーションの花弁の一本鎖cDNA を鋳型として用い、ペチュニア3′−ヒドロキシラーゼに関連する配列を、オリ ゴヌクレオチド7および190を使って増幅した。約400 bpのPCR産物 をpBluescriptに連結した。
これらの組換えプラスミドの配列を分析した結果、二つの異なるシトクロムP4 50同族体が増幅されクローン化されていることが明らかになった。これら二つ の分子の代表的なりローンをpCGP772およびpCGP773と命名した。
各挿入断片のヌクレオチド配列と演鐸アミノ酸反応をそれぞれ図9と10に示す 。上記の波峰アミノ酸配列を他のシトクロムP450同族体と比較して以下の結 果を得た。
pCGP772 pcGP773 pcGP619 59.2% 64.8%pcGP158 (ヘム結合領域)6 2.9% 61.1%pcGP168 (ヘム結合領域) 59.5%アボカド シトクロムP 450 57.8%クリサンセマムからの、シトクロムP 45 0と相同のPCR産物の単離材料と方法の項に記載したのと同様にして単離した クリサンセマムのゲノムDNAを鋳型として用い、ペチュニア3′−ヒドロキシ ラーゼに関連する配列を、オリゴヌクレオチド7と190を使って増幅した。約 400 bpのPCR産物をddT −tailed pBIuescript に連結し、回収された組換えプラスミドをpCGP854と命名した。これらの 塩基対120個のヌクレオチド配列と波峰アミノ酸配列を図11に示す。この配 列を、図5に示すペチュニアcDNAクローンpcGP619由来の配列と比較 した所、971位〜1091位間の配列のセグメントに対し、DNAとアミノ酸 のレベルでそれぞれ73%と65%の類似度を示している。
ペチュニア3′−ヒドロキシラーゼに対して配列類似性を有するクリサンセマム の花弁cDNAのクローンの単離pCGP6I9由来のcDNA挿入断片を用い て、関連配列についてcDNAライブラリー#3をスクリーニングした。材料と 方法の項で述べた雑種形成と洗浄の条件を用いて、64個の雑種形成りローンを 検出した。
またこれらクローンのうち12個はpCGP854由来の挿入断片と雑種を形成 した。pcGP619とpCGP854のプローブの両方と雑種を形成した推定 全長クローンの配列を分析した結果、そのクローンは、図11に示すPCR産物 の配列のそれと同一の配列を含有していたので推定クリサンセマム3′−ヒドロ キシラーゼをコードしていることが明らかになった。
クリサンセマムの花弁のcDNAクローンの酵母内での発現上記の花弁cDNA クローンは、酵母ベクターpYHcc101内のグリセルアルデヒド−3−リン 酸デヒドロゲナーゼプロモーターの後にセンス配向で連結することができる。得 られた構造体で、酵母菌株のG−1315(Ashikariらの1989年の 文献)は形質転換される。3′−ヒドロキシラーゼの活性は、G−1315+構 造体の抽出物中に検出できるが、非形質転換酵母の抽出物中には検出できない。
上記の試験結果から、上記のcDNA挿入断片は3′−ヒドロキシラーゼをコー ドしていると結論することができる。
当該技術分野の当業者は、本願に記載した発明は、具体的に述べた発明以外の変 形を受け易いことは分かるであろう。本発明はこのような変形をすべて含んでい ると解すべきである。また本発明は、本明細書に、個々にもしくは集合的に言及 もしくは提示されたすべてのステップ、特徴、組成物および化合物、ならびに前 記ステップもしくは特徴のいずれかの二つ以上のいずれかおよびすべての組合わ せを含んでいる。
引用文献 Ashikari、 T、、 Kiuchi−Goto、 Tanaka、 Y 、、 5hibano、 Y、、 Amachi。
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DK、ES、FR,GB、GR,IE、IT、LU、MC,NL、PT、SE) 、0A(BF、BJ、CF、CG、 CI、 CM、 GA、 GN、 ML、  MR,NE、SN。
TD、 TG)、 AT、 AU、 BB、 BG、 BR,CA。
CH,CZ、DE、DK、ES、FI、GB、HU、JP、KP、KR,KZ、 LK、LU、MG、MN、MW、NL、No、NZ、PL、PT、R○、 RU 、SD。
SE、SK、UA、US、VN (72)発明者 コーニッシュ、ニドウィナ セシリーオーストラリア国、ビク トリア 3808.アッパー ベーコンスフイールド、リードペター ロード、 ロット 33 (72)発明者 タナカ、ヨシカズ オーストラリア国、ビクトリア 3084. ロザナ、ベルビュー アベニュ  5/49

Claims (54)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.フラボノイド3′−ヒドロキシラーゼ酵素もしくは該酵素の機能誘導体をコ ードするヌクレオチドの配列、またはフラボノイド3′−ヒドロキシラーゼ酵素 もしくは該酵素の機能誘導体をコードする配列に相補的なヌクレオチドの配列を 含んでなる核酸単離体。
  2. 2.前記核酸がDNAまたはCDNAである請求の範囲1記載の核酸単離体。
  3. 3.前記核酸がゲノムDNAである請求の範囲1記載の核酸単離体。
  4. 4.前記酵素が、ペチュニア、カーネーション、キク、パラ、トウモロコシ、キ ンギョソウ、タバコ、ヤグルマソウ、テンジクアオイまたはアサガオを起源とす る酵素である請求の範囲1,2または3に記載の核酸単離体。
  5. 5.前記酵素が、ペチュニア、カーネーション、キクまたはパラを起源とする酵 素である請求の範囲4記載の核酸単離体。
  6. 6.前記酵素が、ペチュニアを起源とする酵素である請求の範囲4記載の核酸単 離体。
  7. 7.図5に記載されているヌクレオチド配列の実質的にすべてまたは一部を含ん でなるヌクレオチド配列、またはその一つ以上の領域に対して少なくとも40% の類似度を有するヌクレオチド配列をもっている請求の範囲1記載の核酸単離体 。
  8. 8.形質転換植物中に存在している請求の範囲1〜7のいずれか一つに記載の核 酸単離体。
  9. 9.形質転換植物が、変化したレベルのフラボノイド3′−ヒドロキシラーゼ活 性を示す請求の範囲8記載の核酸単離体。
  10. 10.変化したレベルのフラボノイド3′−ヒドロキシラーゼの活性が、活性の 低下である請求の範囲9記載の核酸単離体。
  11. 11.形質転換植物が、ペチュニア、カーネーション、キク、パラ、キンギョソ ウ、タパコ、ヤグルマソウ、テンジクアオイ、リシアンタスまたはアサガオであ る請求の範囲8または9に記載の核酸単離体。
  12. 12.形質転換植物がペチュニア、カーネーション、キク、またはパラである請 求の範囲8または9に記載の核酸単離体。
  13. 13.形質転換植物がペチュニアである請求の範囲10記載の核酸単離体。
  14. 14.ペクター中に含有されている請求の範囲1〜13のいずれか一つに記載の 核酸単離体。
  15. 15.前記ペクターがバイナリーペクターである請求の範囲14記載の核酸単離 体。
  16. 16.前記ペクターがウイルス性ペクターである請求の範囲14記載の核酸単離 体。
  17. 17.ペクターおよび核酸単離体がpCGP809である請求の範囲14または 15に記載の核酸単離体。
  18. 18.請求の範囲1の核酸単離体とハイプリダイズすることができるヌクレオチ ドの配列を含んでなるオリゴヌクレオチド。
  19. 19.前記オリゴヌクレオチドが、請求の範囲1記載の核酸単離体の5′領域と ハイブリダイズすることができる請求の範囲18記載のオリゴヌクレオチド。
  20. 20.前記オリゴヌクレオチドが、請求の範囲1記載の核酸単離体の3′領域と ハイプリダイズすることができる請求の範囲18記載のオリゴヌクレオチド。
  21. 21.【配列があります】 からなるリストから選択される請求の範囲18,19および20のいずれか一つ に記載のオリゴヌクレオチド。
  22. 22.請求の範囲1に記載の核酸がコードしている、フラボノイド3′−ヒドロ キシラーゼまたはその機能誘導体。
  23. 23.前記酵素が、ペチュニア、カーネーション、キク、パラ、トウモロコシ、 キンギョソウ、タパコ、ヤグルマソウ、テンジクアオイまたはアサガオを起源と する酵素である請求の範囲22記載のフラポノイド3′−ヒドロキシラーゼ。
  24. 24.前記酵素が、ペチュニア、カーネーション、キクまたはパラを起源とする 酵素である請求の範囲22記載のフラボノイド3′−ヒドロキシラーゼ。
  25. 25.酵素がペチュニア起源の酵素である請求の範囲23記載のフラボノイド3 ′−ヒドロキシラーゼ。
  26. 26.図5に記載されているアミノ酸配列の実質的にすべてまたは一部を含んで なるアミノ酸配列、またはその一つ以上の領域に対して少なくとも40%の類似 度を有するアミノ配列をもっている請求の範囲23,24または25に記載のフ ラボノイド3′−ヒドロキシラーゼ。
  27. 27.形質転換植物内で、産生するかまたは産生することができる請求の範囲2 2〜26のいずれか一つに記載のフラボノイド3′−ヒドロキシラーゼ。
  28. 28.前記形質転換植物が、ペチュニア、カーネーション、キク、パラ、キンギ ョソウ、タパコ、ヤグルマソウ、テンジクアオイ、リシアンタスまたはアサガオ である請求の範囲27記載のフラボノイド3′−ヒドロキシラーゼ。
  29. 29.前記形質転換植物が、ペチュニア、カーネーション、キクまたはパラであ る請求の範囲27記載のフラボノイド3′−ヒドロキシラーゼ。
  30. 30.前記形質転換植物がペチュニアである請求の範囲27記載のフラポノイド 3′−ヒドロキシラーゼ。
  31. 31.3′−ヒドロキシラーゼまたはその活性変異体もしくは誘導体を合成でき る形質転換植物の製造方法であって;適切な植物の細胞を、請求の範囲1または 請求の範囲14〜16のいずれか一つに記載の核酸で、この核酸を最終的に発現 させることができる条件下にて、安定に形質転換し、得られた細胞から形質転換 植物を再成させ、次いで該核酸を発現させることができる充分な時間と条件下で 前記形質転換植物を成長させることを含んでなる方法。
  32. 32.核酸の発現が発育するにつれて調節される請求の範囲31記載の方法。
  33. 33.酵素が、ペチュニア、カーネーション、キク、パラ、トウモロコシ、キン ギョソウ、タパコ、ヤグルマソウ、テンジクアオイまたはアサガオを起源とする 酵素である請求の範囲32記載の方法。
  34. 34.酵素が、ペチュニア、カーネーション、キクまたはパラを起源とする酵素 である請求の範囲33記載の方法。
  35. 35.酵素がペチュニア起源の酵素である請求の範囲34記載の方法。
  36. 36.形質転換植物がペチュニア、カーネーション、キク、パラ、キンギョソウ 、タパコ、ヤグルマソウ、テンジクアオイ、リシアンタスまたはアサガオである 請求の範囲31〜35のいずれか一つに記載の方法。
  37. 37.形質転換植物がペチュニア、カーネーション、キク、またはパラである請 求の範囲36記載の方法。
  38. 38.形質転換植物がペチュニアである請求の範囲36記載の方法。
  39. 39.内因性または既存のフラボノイド3′−ヒドロキシラーゼの活性が低い形 質転換植物の製造方法であって;適切な植物の細胞を、前記フラボノイド3′− ヒドロキシラーゼをコードするヌクレオチド配列、または前記フラボノイド3′ −ヒドロキシラーゼをコードする配列に相補的なヌクレオチドの配列を含んでな る核酸分子で安定に形質転換し、得られた細胞から形質転換植物を再生させ、次 いで必要な場合、前記形質転換植物を、前記核酸を発現させることができる充分 な条件下で成長させることを含んでなる方法。
  40. 40.内因性または既存のフラボノイド3′−ヒドロキシラーゼ活性が低い遺伝 子修飾植物の製造方法であって;適当に変化させ、植物細胞に導入した3′−ヒ ドロキシラーゼ遺伝子またはその誘導体もしくは一部分から、その3′−ヒドロ キシラーゼ遺伝子を、相同性組換えによりその内因性配列を修飾することによっ て変化させ、次いで遺伝子修飾植物を上記細胞から再生させることを含んでなる 方法。
  41. 41.核酸分子の発現が発育するにつれて調節される請求の範囲39記載の方法 。
  42. 42.核酸分子が、図5に記載のヌクレオチド配列のすべてもしくは部分に実質 的に相補的か、または少なくとも40%相補的なヌクレオチド配列を有している 請求の範囲39記載の方法。
  43. 43.形質転換植物または遺伝子を変化させた植物が、ペチュニア、カーネーシ ョン、キク、パラ、キンギョソウ、タパコ、ヤグルマソウ、テンジクアオイ、リ シランタスまたはアサガオである請求の範囲39または40に記載の方法。
  44. 44.形質転換植物または遺伝子を変化させた植物が、ペチュニア、カーネーシ ョン、キクまたはパラである請求の範囲39または40に記載の方法。
  45. 45.形質転換植物または遺伝子を変化させた植物がペチュニアである請求の範 囲44記載の方法。
  46. 46.形質転換植物が、請求の範囲14〜16のいずれか一つに記載の核酸を導 入することによって製造される請求の範囲39または40に記載の方法。
  47. 47.フラボノイド3′−ヒドロキシラーゼ酵素もしくはその機能誘導体をコー ドするヌクレオチド配列、またはフラボノイド3′−ヒドロキシラーゼ酵素もし くはその機能誘導体をコードする配列に相補的なヌクレオチド配列を含んでなる 導入核酸分子を保有する形質転換植物もしくはその子孫。
  48. 48.酵素が、ペチュニア、カーネーション、キク、パラ、トウモロコシ、キン ギョソウ、タパコ、ヤグルマソウ、テンジクアオイまたはアサガオを起源とする 酸素である請求の範囲47記載の形質転換植物。
  49. 49.酵素が、ペチュニア、カーネーション、キクまたはパラを起源とする酵素 である請求の範囲48記載の形質転換植物。
  50. 50.酵素がペチュニアを起源とする酵素である請求の範囲49記載の形質転換 植物。
  51. 51.酵素が、図5に記載されているのと実質的に同じアミノ酸配列、またはそ の一つ以上の領域と少なくとも40%の類似度を有するアミノ酸配列を有する請 求の範囲48,49または50に記載の形質転換植物。
  52. 52.前記植物が、ペチュニア、カーネーション、キク、パラ、キンギョソウ、 タパコ、ヤグルマソウ、テンジクアオイ、リシアンタスまたはアサガオである請 求の範囲47〜51のいずれか一つに記載の形質転換植物。
  53. 53.前記植物が、ペチュニア、カーネーション、キクまたはパラである請求の 範囲52記載の形質転換植物。
  54. 54.形質転換植物がペチュニアである請求の範囲53記載の形質転換植物。
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