JPH07507204A - システミン - Google Patents

システミン

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JPH07507204A JP5516697A JP51669793A JPH07507204A JP H07507204 A JPH07507204 A JP H07507204A JP 5516697 A JP5516697 A JP 5516697A JP 51669793 A JP51669793 A JP 51669793A JP H07507204 A JPH07507204 A JP H07507204A
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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】 シスチミン カバメントスボンサーシップ この発明は、アメリカ合衆国ナショナルサイエンスファウンデーシジンにより与 えられた付与番号DCB 9104542に基づきアメリカ合衆国政府の支持を 受けてなされたものである。
関 連 出 願 本出願は1992年3月19日に出願された米国特許出願第07/855.41 2号の一部継続出願であり、この一部継続出願は1990年5月25日出願の米 国特許出願第071528.956号の一部継続出願であり、且つ1991年5 月24日出願の国際出願穿旧ゴへl591103685 号の一部継続出願であ る。
発明の分野 本発明はプラント防禦メカニズムを誘発(1nduce)するための方法及び物 質に関する。より詳しくは本発明のプロテイナーゼインヒビタ(inhibit or)などのプラント防禦プロティンの生成を誘発する方法に関すると共に、シ スチミン(systemin)やプロシスチミン(prosystemin)を エンコード(記号化・暗号イレする遺伝子の発現(expression)を誘 発もしくは抑制することによってプラント(植物。
苗)の捕食者、草植食動物、昆虫、病原体、ウィルスに対する抵抗力を調整する 方法にも関する。
発明の背景 農作物が捕食者(昆虫、草植食動物、病原体のこと。菌肌カビ、ウィルスを含む )によりダメージを受けると農業の年間生産高がかなり落ち込んでしまう。
人類は作物に対するダメージを減少させるべく、多種類の化学物質を作り、それ 等を使用してきた。一過性の(一時的な)作物保護能力しか有さない化学物質が 広く使われることによって多くの環境問題が発生した。また、化学物質は次のよ うな問題点も有する。即ち、その地域の全ての有機体・生物体が無差別に処理さ れる取扱われるおそれがある。その結果、多くの有益な有機体に不必要な被害が 及んでしまう。更に、多くの化学物質は潜在的に、人間及び動物に有毒である。
作物に対するダメージを少なくしようとする試みとしては以下のようなものがあ る。即ち、抵抗力を高めるための選択的品種改良・育種・増殖・交配(bree dinVである。しかし、抵抗力に関する特性・習性はしばしば多くの遺伝子に よってコントロ・−ルされている。従って、所望の層性を遺伝子学的に選択する ことは非常に難しいか不可能である。抵抗力のある種族・系統においても作物生 産高が減少することは良くある。よって、草植食動物による攻撃に対するプラン トの抵抗力を改善・向上するための合成物質・組成物やプロセスが切望されてい た。
プラントは捕食者による攻撃に対応するための誘発防禦メカニズムを進化・発展 させた(C,んRyan、 1990. Ann、Rev、 Phytopat ho!、 28+425; D、 J、Ppwies、 P990. Ann。
Rev、 Biochem、 59:873;M、 Chessin arxi  A、 E、 Zipf、 1990. The Bota獅奄モ≠戟@Rev iew 56: 193 ; D、 L、 Dreyer and B、 C,CajI+pbe l 1.1987. Plant、 Cal 1 and dnviron、  10 :353)、 1つのメカニズムは、セリンプロテイナーゼインヒビタの システミック(systemic)統合・合成(synthesis)を含む。
上記インヒビタは、ブランント内の離れたティシュ(tissne )位置に蓄 積される。ブロテ・fナーゼは昆虫や微生物の消化酵素を抑えることができる( T、 R,Green and C,A、 Ryan、 1972.5cien ce 175ニア76 C,A、 R凾■ n、 1978. TlB53 (7) :148 ;V、 A、 Hi Id er、 L M、 R,Gatehouse、 S、 E、@Sheermm  R,F、 Barker。
D、 Boul ter、 l987 Nature 330 :160 ;R ,Johnson、 J、 Narvaez、 G、 AnA C,A、 Ry an、 1989. Pr。
c、 Nati、 AcacL Sei、 U、 S、 A、 86:9871 )、プロテイナーゼインヒビタは、多くの類―属・種類から昆虫()lelio this、 5pcxiopt、era、 Diabiotiea and T riboliuiを含む)の発育・成長・進化に対12有害なものとなり得る( Ryan (前出) ;Broadway (前出) ;Rechsteine r (前出))。ポリペプチドの幾つかのファミリーはセリンプロテイナーゼを 抑えると説明されている。これにはクニッツ(Kunitz、ファミリー(例え ば、大豆トリプシンインヒビタ)と、ボーマン−バーク(Bowman−Bir k)ファミリー(例えば、大豆プロテイナーゼインヒビタ)と、ポテト(Pot ato)Iおよびポテト■ファミリーと、大麦トリプシンインヒビタファミリー と、カポチャインヒビタファミリーが含まれる。
動物(昆虫や病原体を含む)によるプラントの損傷もしくは機械的ダメージは、 プロテイナーゼインヒビタ遺伝子及びプロティン合成の転写(遺伝情報の転写) を誘発するとの報告があるU、S、 Grahall、 G、 l1al I、  G、 Pearce、 C,んRyan、 1986. olanta 169:399)。後者の損傷−反応は、色々な種類の種(species ) に関して文献に記載されている。上記種には、トマト(J、 S、 Graha m、 G、 Paarce、 J、 Merryveather、 LTita ni、 L、 Er1csson、 C,A、 Ryan、 1985. J、  Biol、 Cbes、 260(11):65T5;J、 S、 Grah aILG、 Pearee、 J、Merryveather、 K、 Tit ani、 L、H,Er1esson、 C,んRyan、 1985. JA  Biol、 Chew、 260 (li):6561) 、ポテト(C,んRyan、 1968. Plant  Physiol、 43+1880)、アルファルファ(L E、 Brow n and C,A、 Ryan、 1984. Bj ochemisty  23 :3418 ;W、 E、 B窒盾翌氏A L Takto、 L Ti tani、 C,A、 Ryan、 1985.阻cx:hemistry 2 4:2105)ウリ科の植物(特にカポチャ属の植物) (D、Roby、^+  Toppan、 M、 T、 Esquerre−Tugaye、 1987 ゜Physiol、 Mo1.@Pl、 Pathol、 30;6 453)及びポプラの木(H,D、 Bradshav、 J、 B、 Hof  1ick、 T、 J、 Parsons、 H,R,GA C1arke、  198 9、円ant Mo1. Biol、 14 ;51)が含まれる。損傷が生ず ると、損傷された葉においてだけでなく、別の離れた位置の葉においてもプロテ イナーゼインヒビタの蓄積が急速に始まる。このこと(現象)により、損傷箇所 から信号が発せら狛、植物の体中を通って伝搬されることが想像出来る。このよ うな信号の伝搬・伝送は細胞間及び細胞内流体により所々で(局所的に)取次ぎ ・媒介される。上記流体は損傷箇所や感染・汚染箇所に行き亘っている・浸透し ている(Green、 T、 R,and C,A、 Ryap、 5cien ce 175ニア7ロー777、1972)か、あるいはプラントの維管縣儂管 系)を通って(介して)全身に流れている(Kuc、 J、 and C,Pr esisig、 Mycologia 76:767−784、1984 :M 、 Kopp、 et al、 、 Piant Physiol、 90+2 08−216.1990;anc! k E、 HawxyndJos aek、 et al、 、 Physiol、 Mol Plant Pat h、 35;495−506.1989)。提案された損傷M号に は、プラント細胞壁から取られた・派生lまた(derived)ペクチンフラ グメント(fra霞ents) (C,A、 Ryan and E、 E、  Fanner、1991. Annu、 Rev、 Plant、 Ph凾唐奄 盾戟A蓋o1. Bio、 4 2;651 )と、脂質(1:pid )派生(derived )分子である ジャスモン酸(jaseonie acid) (E、 E、 Farmer  and C,人。Ryan、 1990. Proc、 Natl、 Acad 、 SetA U、 S、ん87;7713)と、 植物ホルモンであるアブシジン酸(H,Pena−Cortes、 J、 J、  5anchez−3errano、 R,Mertens、 L、 Wi l  Ia+1tzer、 S、 Prat、 1989. Proc、 Nati 、 Acad、 Sci、υ、S、`、86:9851)と、電位・ 電圧(E、 Davies、 1987. Plant、 Cel I and  Environ、 10 ;623 ;J、 F、 Th≠奄氏A H,M、  Doherty。
D、 J、 BoWles、 D、 C,Wi Idon、 1990. Pl ant、 Cel I and Environ、 13;T69)と、最近で は、 18−アミノ酸ポリペプチド(シスチミンと呼ばれる) (G、 Pearce 、 D、 5trydca S。
Johnson、 C,A、 Ryan、 1991.5cience 253  ;895)とが含まれる。
発 明 の 開 示 本明細書に開示されているのは、(a)シスチミン(systemin)(18 −アミノ酸ポリペプチドプラントにおいて最初に見つけられたポリペプチドホル モン)の分離及び整理・配列、(b)プロシスチミン(prosystemin )(先駆物質(precursor)200アミノ酸23kDaポリペプチド) の分離及び整理・配列、(C)プロシスチミンエンコーディングcDNA及びプ ロシスチミンmRNAエンコーディングゲラミック(genomi c)DNA の分子クローニング(cloning)、(d)プロシスチミン合成(synt besis)を抑えるアンチセンス(ant i 5ense)RNAをエンコ ードするアンチセンスベクターの製造・構築拳構造、(e)プロセブテミン(p roseptemin)もし、くはシスチミンセンス核酸を含むベクターの製造 中構造、並びに(f)プラントの防禦メカニズムを強化する方法である。シスチ ミンは、損傷誘発植物防禦プロティンの合成の強力な誘発剤であることが認めら れている。
上記プロティンには、プロテイナーゼインヒビタフ7ミリのメンバが含まれる。
すなわち、インヒビタI (8100Da)のインヒビタn (12,300D a)ファミリが含まれる。植物損傷箇所に適用された放射性同位元素等を用いて 印が付けられたシスチミンは素早(遠くの細胞(ティシュ)に転位−位置換えさ れる。上記遠くの細胞において、シスチミンは防禦プロティンの合成を誘発する 。シスチミンは先駆物質プロシスチミン分子において(の中で)一度だけ表現さ れ・代理され(represented)、先駆物質プロティンのカルボキシル 基(の)末端洗端・終点)の近くに位置される。アンチセンスプロシスチミンR NAを発現する(expressing)植物は損傷誘発されたプロテイナーゼ インヒビタの合成・統合を著しく小さくする。センスプロシスチミンRNAを発 現するトランスジェニック(t ransgenic)植物は、損傷誘発された プロテイナーゼインヒビタのレベルを上げる。マンドユーカセクスタ幼虫(Ma nducasexta 1arraeは、トランスジェニックセンストマトに用 いたとき、野生の植物に用いた場合に比べ成長体重を低くする。
本発明の核酸シーケンス(sequence)は、シスチミン、プロシステミン ポリペプチドもしくはアンチセンスRNAをエンコードする能力を有する。この 核酸は、プロシスチミンcDANもしくはゲノミックDNAのヌクレオチドシー ケンスのセンス若しくはアンチセンスストランド(s t rand :螺旋構 造)を用いてハイブリッド化することができるヌクレオチドシーケンスからなる 。本発明の核酸は、プロシスチミンとシスチミンポリペプチドをエンコードする か、或いは、生体(条件)内で(in vivo)シスチミンもしくはプロシス チミンの発現に干渉する・妨げるアンチセンスシーケンスである。本発明はシス チミン関連ポリペプチドはR,R,QR,R,PPR,R,R2RI PPR, RI QR,R,というアミン酸シーケンスからなる。ここでR1は任意のアミ ノ酸であり、R2はリジンもしくはアルギニン(もしくはその派生的)であり、 Qはグルタミン(もしくはその派生物)であり、Pはプロリン(もしくはその派 生物)である。本発明のシスチミンプロペプチドの代表例はっぎのアミノ酸シー ケンスである。
NH,−AVQSKPPSKRDPPKMQTD−COO一本発明のプロセス坊 法)は、植物における(おいて)防禦プロティンの合成を強化するのに有用であ る。これは、プロシスチミン核酸を植物細胞の内に導入することによって行われ る。本発明の方法は又、アンチセンス核酸を導入することにより、合成を抑える こともできる。本発明の核酸を含むトランスジェニック植物も本発明により提供 される。
図面の簡単な説明 本発明の上記態様及び多くの効果は、添付図面と共に以下の詳細な説明を参照す ることにより容易に理解されるであろう。
図1は例1に示されるように半準備(semipreparat 1ve)、リ バースフェーズ(reverse−phase)HPLCによりトマトの葉の抽 出物・エキスからのシスチミンを予備的浄化噛精製(purification )することを示している。
図2は例1に示された5CX−HPLCコラムのクロマトグラフィによるシスチ ミンの実質的な浄化・精製を示している。
図3はシステミンプロペプチドのアミノ酸シーケンスを示している。
図4は、例2に示すように合成シスチミンポリペプチドを用いた場合のトマトに おける防御プロティン合成の誘発を示している(インヒビタ■(閉サークル)及 びインヒビタ■(開サークル))。
図5Aは、損傷箇所から別の離れた植物細胞(t i s 5ue)への伝送を デモンストレーションするために、+40で印付けられた合成シスチミンポリペ プチドで処理されたトマト葉の放射能写真。
図5Bは図5Aの離れた植物細胞からリバースフェーズHPLCによって分離さ れた、I40で印付けられた合成シスチミンを示している。
図6はプロシテミンのアミノ酸シーケンスを示している。
図7はcDNAのヌクレオチドシーケンスを示している。これはプロシスチミン を斜線からなる下線及び垂直線から成る下線によってエンコードするものである 。斜線の下線はくりかえされるシーケンスモチーフを示し、垂直線の下線は先駆 物質シーケンス内のシスチミンの位置を示している。
図8はプロシスチミン遺伝子のヌクレオチドシーケンスを示している。
図8Aは位置1から位置2000までのプロシスチミン遺伝子のヌクレオチドシ ーケンスを示している。
図8Bは位置2101から位置4200までのプロシスチミン遺伝子のヌクレオ チドシーケンスを示している。
図8Cは位置4201から位置4526までのプロシスチミン遺伝子のヌクレオ チドシーケンスを示している。
図9Aはプロシスチミン遺伝子の構造を示している。この遺伝子は、104 b p 5″非移動(untranslated)区域と、4176 bpココ−ィ ング(coding)区域と、246bpa−非移動区域とからなる。4176  bpコーディング区域は10イントロンによって中断・妨げられた11エクソ ン(垂直線)からなる。シスチミンの位置はSYSが付された水平線によって示 されている。
図9Bはプロシスチミン遺伝子のサザンプロット(Southern blot )分析を示している。トマトのゲノミックDNAが葉から分離され(例6に示さ れているように)また、5μgがEcoRI (レーン1)、BgIII(レー ン2)もしくは5caI(レーン3)によって消化・蒸解・温浸(digest ed)された。さらに、0.8%アガロースゲル(agarose gel)上 で電気泳動にかけられた。このゲルはニック(nick)移動されたプロシスチ ミンにより厳密に調べられた・深針で探られた(probed)。
図90は、例9に示されるように、プロシスチミン遺伝子ホモローグ(hωcl ■ues :同族体、相同物)の種分配(species distribut ion)のサザンプロット分析を示している。トマト(レーン1)、ポテト(レ ーン2)、タバコ(レーン3)。
アルファルファ(レーン4)及びアラビドプシス(Arabidupsis)  (レーン5)からのゲノミックDAN(5μg)がEcoRIによりディジエス ト(digested)され、0゜8%アガロースゲル上で電気流動にかけられ た。このゲルはニトロセルロース(nitrocel Iulose :硝酸繊 維素)上にプロットされ、ニック移動されたプロシスチミンcDNAによって厳 密に調べられた(probed)。
図10はプロシスチミン遺伝子の構造を示している。エクソンは垂直線で示され ており、1から11の番号が付されている。5つのエフサンの対は、1+2゜3 +4.5+6.7+8.9+10である。
図11はプロシスチミン遺伝子エクソンのシーケンスアライメントを示している 。コンセンサスシーケンス(コン: con)は、5つのエクソンシーケンスの 少なくとも3つにおいても同じ位置で起こる・生ずるベース(base)からな っている。
図11Aは各対の最初のエクソン(エクソン1. 3. 5. 7. 9)のシ ーケンスのアライメントを示している。
図11Bは各対の第2のエクソン(エクソン2. 4. 6. 8. 10)の シーケンスのアライメントを示している。
図12はプロシスチミン内の3つの繰り返される(た)ポリペプチドシーケンシ のシーケンスアライメントを示している。3つのポリペプチドシーケンス(Re pA、 RepB、 RepC) (それぞれが、プロシスチミンのアミノター ミナルハーフ(amin。
−terminal half)内で一度起こる)は、ホモローブなシーケンス (Rep ZA、 Rep 2B。
Rep2C)(それぞれがプロシスチミンのカルボキシル基ターミナルノ1−) 内で一度起こる)内にアライメントしている。繰り返しくrepeats)の間 で異なるアミノ酸には下線が引かれている。各繰り返しの始め及び終わり(のと き)のアミノ酸は、プロシスチミンのアミノ酸末端(terminus)から番 号がつけられている。
図13Aは、プロシスチミン内の2つに分裂した2倍・二重になった(dupl icated)ポリペプチドシーケンスの位置を示している。ポリシスチミンは 水平バー(bar)で示されている。また、アミノ酸残余にはアミノ末端から1 から200までの番号がつけられている。シーケンスエレメントRep A、  Rep B、 Rep C及びこれらの繰り返しくrepeats) Rep  2A、 Rep 2B、 Rep 2Cはバー)チングされたバーにより示され ている。シスチミンはSysと付されたハツチングバーにより示されている。
図13はプロシスチミン遺伝子内の(で)ポリペプチドの繰り返しをエンコード するシーケンスの位置を示している。エクソンは垂直バーで示されている。ポリ ペプチドの繰り返しをエコードするエクソンの部分は黒く塗られている。
図14はエクソン3と7の3゛エンドでのイントロン境界部のシーケンス比較を 示している。エクソンシーケンスには下線が引かれている。エクソン703゛エ ンドのイントロンの最初の4つのベースは移動され(displaced) 、 ホモローブシーケンスの正確なアライメント容易にできるようにしている。ホモ ローブシーケンスはエクソン3の3′エンドと、エクソン7と8の間のイントロ ンの5゛エンドで生ずる 図15Aは。例7に示すように、損傷の後プロシスチミンmRNAとインヒビタ 戚NAの誘発の時間的変化のノーザンプロット(Northenn blot) 分析を示す。
15Bは、例8に示すように、損傷のない完全に成長した植物(トマト)のいろ いろな部分におけるプロシスチミンmRNAの分配(distribution  )のノーザンプロット分析を示している。全RNAは無損傷のトマトの次の部 分、根(R)、茎(St)、葉柄(pt)、1i(Le)、かく片(Se)、花 弁・花びら(Pe)、雄しべ(シ)、雌しべ(Pi)から抽出した。
図16AはトランスジェニックアンチセンスプラントIAから抽出した全RNA のノーザンプロット分析を示している。例10に示すように、レーン1はセンス プローブにより得られた結果を示し、レーン2はアンチセンスプローブにより得 られた結果を示している。
図16Bは例10で示すように損傷F1トランスジェニックアンチセンスプラン ト(白抜きのバー)及び変形・変態・形質転換処理(trams form ) されない制御植物(黒いバー)におけるインタヒビタ1のレベルをグラフ化した 図。
図16Cは例10に示すように、損傷F1トランスジェニックアンチセンスプラ ント(白いバー)と非トランスフオーム制御の植物(黒いバー)におけるインヒ ビタ■のレベルをグラフ化した図。
図17は例11に示すように、マンデュー力セクスタ幼虫(Manduca 5 exta farvae)を用いたフィーデング(feeding)実験の間、 制御(非トランスフオーム)とトランスジェニックトマトの無ダメージの葉から 異なる時間(時刻)に集められた全RNA抽出物のノーザンプロット分析を示し ている。
図18は例11に示すように、マンデューカセクスタ幼虫のフィーディングによ って誘発された制御及びトランスシュニックトマトの無ダメージの葉におけるイ ンヒビタI及び■の蓄積(accumulation )の経時変化を示してい る。
図19は、例11に示すように、制御及びトランスジェニックアンチセンストマ トの葉にフィーディングをする場合の、マンデューカセクスタ幼虫の成長を示し ている。
図20は例11に示すように、野生トマト及びトランスジェニックトマトの葉に フィードされたマンデュー力セクスタ幼虫の幼虫体重ゲインの経時変化を示して いる。
好適実施例の詳細な説明 以下の用語や表現は次に説明する意味を有する。
「防禦(ディフェンス)プロティン」は、捕食者(例えば、草植食動物、昆虫。
菌・カビ、バクテリア、ウィルス)による植物細胞(Aissue)攻撃や摂食 を邪魔するプロティンを含む。防禦プロティインは捕食者の攻撃に対する植物の 抵抗力をて直接的に、もしくは先駆物質からその他の防禦用コンパウンド(化成 物、混合物1合成料)を制御することによって間接的に行われる(例えば、経路 内で酵素を誘発して防禦コンパ・ランドを合成するように作用することによって 、或いは防禦コンパウンドを合成する酸素を調整するプロティンを誘発すること によって)。
防禦プロティンの代表的な例としては次のものがある。例えば、プロテイナーゼ インヒビタ、チオニン(thionins)、キヂナーゼ、ベータグルカ九−ゼ (β−glucanases)である。防禦コンパウンドの合成を行う(引起こ す)代標的な酵素としては、例えばキャスビーン(casbene )シンター ゼがある。防禦コンパウンドの合成を引起こす半合性(的)経路(biosyn thetic pathway)の一部である代表的な酵素としては、例えば、 フィトアレキシン抗生物質、アルカロイドその他の有毒化学物質の合成のための 、フェニルプロペノイド及びテルペノイド経路内の酵素がある。本発明との関連 において有用なその他の捕食者防禦プロティンは勿論当業者には明らかであろう 。特に適する捕食者防禦プロティンとしては、攻撃して(る草食植動物の消化蛋 白質酵素のインヒビタ(例えば、プロテイナーゼインヒビタ)や、アンチバクテ リア(抗菌(性)、抗カビ性及び抗ウイルス性のコンパウンドその他がある。代 表的なプロテイナーゼインヒビタ防禦プロティンとしては、例えば、トリプシン インヒビタのクニッツ(Kunitz)ファミリ、プロテイナーゼインヒビタの ボーマン・パーク(Bowman−Birk )ファミリ、プロテイナーゼイン ヒビタのインヒビタIファミリ、プロテイナーゼインヒビタのインヒビタ■ファ ミリ、トリプシンインヒビタの大麦ファミリ、プロテイナーゼインヒビタのカボ チャファミリがある。植物プロテイナーゼインヒビタの代表例は、国際出願PC T/[1391103685(米国特許出願第071528.956号の一部継 続出願)に開示されている。この引用により、上記2つの出願の開示内容は本明 細書に記載されていることとする。
「核酸」という言葉は、ヌクレオチド及びヌクレオシドの自然(天然)及び人造 のリニア及び連続的な(sequential )アレイを意味している(例え ば、cDNA1ゲノミックDNA(gDNA )、mRNA及びRNAでは、オ リゴヌクレオチド。
オリゴヌクレオシド、及びその派生的・誘導体)。議論を簡単にするために、本 明細書では上記核酸は適宜、総称として構造(物) (constructs) J 、rブラスト」もしくは「ベクター(vectors) Jと称す。本発明 の核酸の代表例としては、バクテリアプラスミドベクター(例えば発現、コスミ ド、並びにクーロニング及びトランスフォーメイションベクター(例えば、 p BR322、λ、Tiその他)、植物ウィルスベクター(例えばモディファイド CaMVその他)、合成中人造オリゴヌクレオチド分子(例えば化学的に合成さ れたRNAもしくはDNA ))がある。
「エンフードする」という表現は、例えば、当該核酸が適切なベクター(例えば 発現ベクター)内の適切な制御シーケンス(例えば促進及び強化エレメント)に リンクされており、ベクターがセル(cell)内へ導入されるときに、当該核 酸がセル内の当該プロティンの中へ転写(transcribed) 、移動( translated)されることを意味する。
「ポリペプチド」はシリアル配列でリンクされた3つのもしくは4つ以上のアミ ノ酸を意味する。
「アンチセンスDNA Jは、反対方向に読んだとき遺伝子の「センスストラン ド(sense 5trand)Jと一致する(同族の) (bomologo ns)ヌクレオチドシーケンスを有する遺伝子シーケスDNAを意味する(即ち 、5−−3=方向ではなく、3゛−5′方向へDNAに読み込まれたDNA0  rアンチセンスRNAJは、曲^ヌクレオチドシーケンスを意味する。(例えば 、アンチセンスDNAによってエンコードされたもの。もしくは上記アンチセン スDNAと相補的に・補足的に(coa+ple11entary)合成された もの)。アンチセンスRNAは、厳しい条件下でアンチセンスDNAとハイブリ ット化することができる。本発明のアンチセンスRNAは、転写レベルもしくは 移動レベルの一方において「目標遺伝子」の発現を抑えるのに有効である。
例えば当該核酸の転写は転写を妨げることができるアンチセンストランスクリプ ト(写し:転写された遺伝情報)を作り出すことができる。このアンチセンスト ランスクリプトは転写の開始を妨げることによって、或いは、転写ファクタを限 定・制限するように争う・競争する・戦うことによって転写を妨げる。またアン チセンストランスクリプトは「目標RNA Jの輸送(fromsport)を 妨げることもある。更に、アントセンストランスクリプトは[目標RNAJの移 動(廿anslation)を妨げることもある。
■ 「センスストランド」は、ゲノミックDNAからの1つの螺旋構造にされた DNA(5tranded DNA)分子を意味する。これは遺伝子のポリペプ チドプロダクトへ転写且つ移動可能である。「アンチセンスストラッド」は、遺 伝子のセンスストラッドと相補的なゲノミックDNAの1つのストランドDNA 分子を意味する。
「厳しい条件下でハイブリッド化できる」とは、厳しい条件下(後述する)で第 1の核酸を第2の核酸にアニール化(annea l ing)することを意味 する。例えば、第1の核酸はテストサンプルであり、第2の核酸は、プロシスチ ミン遺伝子のセンスもしくはアンチセンスストランドである。第1および第2の 核酸のノzdブリッド化は厳しい条件下で行われる(例えば高温且つ/或いは低 塩含有で)。これは似ていないヌクレオチドシーケンスのハイブリッド化を避け る。嫌う傾向がある。6XSSCでのハイブリッド化(水溶液中で42℃の後に 、1×χでの洗浄(washing) (水溶液中で55℃)を行うことを含む 適切なプロトコルが下記の例1に示されている(厳格さを制御するその他の実験 条件はManiatis、 T、 、 etal、 、 Mo1ecular  Cloning; A Laboratory Manual、 Co1d S prings Harbor Labo窒≠狽盾窒凵A C。
ld Springs、 NY、 1982. ベージ387−389;in  Sambrook、Fr1tsch、 and Mania狽奄刀A M。
1ecufar Cloning; A Laboratory Manual 、 5econd Edition、 Volume 2.@Co1b Spr ing s Harbor Laboratory、Co1d Springs、、NY 、 1989.ページ8.46−8.47に記載されている)。
[フラグメントは本明細書において核酸に関して用いられるときは(例えばcD NA、ゲノミックDNA、すなわちgDNA)当該核酸の一部(例えば、0工的 に構成されたもの。0工的とは例えば化学的合成(処理)による。)、あるいは 、天然プロダクト(天然のもの)を複数の片に割ったり裂いたりして(clea ving)作られるもの。例えば、ヌクレアーゼ若しくはエンドヌクレアーゼを 用いて制限・拘束(restriction)フラグメントを得る場合)を意味 する。
「合成・人造オリゴヌクレオチド」は9若しくは10以上のヌクレオチドを有す る人工的な核酸(例、化学的に合成された核酸)を指す。
「シスチミンポリペプチド」はR,RI QRI R2PPR,R2R2R,P PR,R,QR,R,のアミノ酸シーケンスを有するポリペプチドを意味する。
ここで、R1は任意のアミノ酸を、R2はリジン若しくはアルギニン(若しくは その派生物・誘導体)、Pはプロリン(若しくはその派生物誘導体)(例:図3 のシスチミンポリペプチド。即ち、NH,−AVQSKPPSK、RDPPKM QT+1)−COO−)を示す。当業者であれば以下のことに気付くであろう。
即ち、突然変異(体) (lutation)及び/又は進化の過程を通して、 異なる長さのポリペプチド(例えば、挿入(insertion ) 、代替( substitution) 、欠失Q消去(daIetion)その他によっ てそうなる)(このポリペプチドは本発明のシスチミンポリペプチドと関連があ る)が生まれてくることがある。それは以下の要因による。
(a)アミノ酸及び/又はヌクレオチドシーケンス相関関係・相同・ホモロジ、 (b)捕食者、病原体、機械的な傷に対応・応答して遺伝子発現を調整する際の 防禦機能や作用及び/又は(C)ゲノミックDNAの構成(organizat ion) (例6に示しである)。トマトとポテトのシステミンファミリンメン バの代表例は例6から例9(後述)に示されており、植物のその他の種(spe cies) 、類型(ジャンル:genra)及びファミリにおけるシステミン ファミリメンバを識別する例示的方法も例6〜例9に示されている。
「シスチミン核酸」は、シスチミンポリペプチドをエンコードすることができる 核酸のサブセットを示す。
「プロシスチミンポリペプチド」は、シスチミンポリペプチドを生じさせること ができる先駆物質ポリペプチドを意味する。代表例は、図7のcDNA若しくは 図8A、8B及び8CのゲノミックDNAのコーディング(coding)区域 によりエンコードされたプロシスチミンポリペプチドである。プロシスチミンポ リペプチドはクリープ(cleave:割ったり、裂いたりすること)すること ができ(例:化学的に若しくは酵素によって)、その結果シスチミンを得ること ができる。植物の異なる種(species)においてプロシスチミン遺伝子を 識別・判定する方法の例が例9に示されている。
「プロシスチミン核酸」はプロシスチミンポリペプチドをエンコードすることが できる核酸のサブセットを指す。
下に示した本発明の実施例は、シスチミン及びプロシスチミンポリペプチド、シ スチミン及びプロシスチミンmRNA、cDNA及びゲノミツクDNAをエンコ ードする核酸(プロシスチミンgDNAのmRNAへの転写を制御する5′調整 シーケンスを含む)に関する。本発明の核酸は低レベルで構造的に(ωn5ti tutively)合成され、高レベルへ(の)損傷誘発プロシスチミンをエン コードすることができる(例7参町。損傷誘発及び構造的低レベルの発現は、シ スチミン遺伝子シーケンス(この最初の104ヌクレオチドが図8Aに示されて いる)の5゛区域の3000bp内の調整エレメントによりもたらされる。30 00bp5−区域内のプロモータ(促進剤)、強化剤及びその他の調整エレメン トは組換え(recoa+binant)プラスミド及びベクターへの挿入には 有効である(この場合、植物の遺伝子発現(即ち、プロシスチミン以外の遺伝子 )を制御する)。プロシスチミンの5′調整エレメントにリンクされ得る遺伝子 の代表例としては、(1)保存・格納若しくは栄養学的に重要なプロティンをエ ンコードする遺伝子(例:生長力のある保存・格納プロティン、シード(see d)保存・格納プロティン、塊茎保存・格納プロティンその他) 、(2)その 他の植物防禦遺伝子をエンコードする遺伝子(即ち、その他のプロテイナーゼイ ンヒビタBtトクセン(toxen)等)、(3)代謝及び防禦プロセス用の調 整用酵素をエンコードする遺伝子(フェニルアラニンアミン、HMG CIA還 元酵素その他を含む)、(4)植物シスペンション・停止(syspensio n)培養(culture)において商業的に重要な酵素をエンコードする遺伝 子(例:プロテイナーゼ、リパーゼ等)及び(5)花の色を調整する遺伝子があ る。
代表的なシスチミンポリペプチドの浄化・精製(purification)及 び物理的特質・特徴は例1に開示されている。当業者であれば次のことに気付く であろう。
即ち、プロシスチミンポリペプチド内の親水性のアミノ酸の比較的高い割合は、 天然、組換えられた若しくは合成・人造のプロシスチミンポリペプチドを浄化す るのに用いられることがある浄化についての種々の従来の手法を示唆提案してい る(例:イオン交換クロマトグラフィ、類縁(affinity)クロマトグラ フィ、特定イオン沈殿(precipitation)その他)。
本明細書に開示されたプロシスチミンのアミノ酸シーケンスは、プロシスチミン 若しくはシスチミンの合成ペプチドを構成・生成するのに用いられることがある アミノ酸シーケンスを提供する。あるいは、それらは、プロシスチミンポリペプ チドの裂開(c 1 eavage)がシスチミンを自由にする・解放する・遊 離させる場所を知らせるのに用いられることもある(例:酵素の(にょる)裂開 は天然プロシスチミン若しくはキメラの(に関する)組換えプロシスチミンプロ ティンにおいて起こる。後者の場合、キメラの組換えプロシスチミンポリペプチ ドは発現システムで作られ、キメラのプロティンが浄化さね、その後、シスチミ ンが酵素にょる裂開によってキメラプロティンから解放・遊離される)。境界ア ミノ酸において(の所で)プロシスチミンポリペプチドを裂開すると、シスチミ ンが作られる。
例えば、図7のプロシスチミンをL e u 178−A l a +79の双 方で裂開すること(例:Leu−Ala特定エンドペプチターゼ(LAペプチタ ーゼと略される)で裂開すること)及びA S +) +96−A S m、、 tの双方で裂開すること)(例:Asp−Asm特定エンドペブチターゼ(DN ペプチドターゼと略される)で裂開すること)によってシスチミンが作られる。
LAベブチターゼの代替物として、プロシスチミンポリペプチドをその他の上流 位置において適切な酵素によって裂開しても良い(PI:Arg+7q Glu 、s若しくはG 1 u、7s −As p+tt )。
この場合、その次に、N末端ペプチダーゼを用いてプロダクトを連続的に裂開す る(LA残基・残余部分に至り裂開する(される)まで)。同様に、DNペプチ ダーゼの代りとして、カルボキシベルチダーゼ若しくはカルボキシル基ジペプチ ダーゼを用いて、DN残基に到り裂開されるまで、カルボキシル基末端からアミ ノ酸を連続的に離すこともできる。当業者であれば次のことに気付くであろう。
即ち、適切なLA特定(LA−spec i f i c)ペプチダーゼは、例 えば天然(若しくは合成・人造)ポリペプチドサブストレート(substra te)を用い、シスチミンの生物学上の活動、営み、行動、活性(activi ty)の生産・産出を分析することによって、植物細胞(tissues)から 分離することができる(上記サブストレートはプロシスチミン−シスチミン境界 アミノ酸シーケンスを有するもの(例:L−A及びD−N))。その一つの例で は、組換プロシスチミンキメラプロティンが発現システム(expressio nsystem)により合成され、酵素検査におけるサブストレートとして用い られ、LA及び/又はDNペプチダーゼを識別して分離する。
当業者であれば次のことに気付くであろう。即ち、プロシスチミンアミノ酸シー ケンスは、LA及び/又はDNペプチダーゼに特有の(specific fo r LA andlor DN peptidases)プロテイナーゼインヒ ビタを構成・製造するために用いることができる。また、このようなインヒビタ はプロシスチミンからのシスチミン生成を抑えるのにも役立つことがある。従っ て、植物における防禦プロティン生成のシスチミン活動を抑えることができる。
また、当業者であれば次のことにも気付くであろう。即ち、LA及びDNペプチ ダーゼは強化された能力を有するように選択されることがある。これはシスチミ ンをプロシスチンミンから解放・遊離させるためである(例:大きな・多くの回 転・反転・転移(turnover)ナンバを有し、小さな・少ないKmを有し 、大きな多くのVmaxを有し、若しくはフィードバック抑制に小さな・少ない 感度(sensitivity)を有するLA及びDN酵素)。植物の系統・種 族(strain)は、大きなLA及び/又はDNペブチターゼ活性(acti vity)を有するように選択されるか、あるいは製造される(即ちトランスジ ェニック植物)。当該植物は補食者に対する抵抗力が大きいことがある。
本発明のシスチミンポリペプチドはまた、植物細胞(cell)からシスチミン レセプタ(receptors)を識別して分離するために用いることもできる 。当業者であれば次のことに気付くであろう。即ち、当該ポリペプチドに印をつ けることができ(例えば、放射性のラベル・標識)、光化学架橋エージェント( crosslinking agent)に供給・共役させる(conjuga te)ことができる。当該結合・共役されて放射性ラベルを有したポリペプチド は細胞質(cellular)シスチミンレセプタにバインド(bind)L、 光化学的活動がポリペプチドとそのレセプタとの間に電子対を共有する結合(C ovalent bond)を形成する。レセプターポリペプチドのコンプレッ クス(c omp l e x)が細胞(cell)から抽出されるとき、それ はそのラベルによって分離され識別される(例:分子サイズは、5DS−PAG E及び放射能写真術(autoradiograph)によって決定されるのが 便利である)。本発明のポリペプチドはまた、シスチミンレセプタを分離する際 、リガンド類縁(ligand affinity)クロマトグラフィにも用い ることができる。
本発明の実施例は、植物における防禦プロティンの合成を強化若しくは抑制する 方法を提供するものである。これは本発明の核酸を植物細胞(cell)内に導 入することによって行われる。一つの代表的な例にあっては、強化された防禦プ ロティンの作成・生成は、植物細胞(ce l 1)内の(における)構成釣書 構造性・本質的な(constitutive)高レベル発現を追い立てる・駆 り立てる・操縦する(drive)ことができるプロモータシーケンスから下流 のベクターにプロシスチミン(若しくはシスチミン)核酸を挿入・着生(ins ert)することによって達成される。後者の場合、当該ベクターが植物細胞内 に導入されるとき、当該核酸の1つ若しくは2つ以上のコピーを含む細胞(ce ll)においてシスチミンの合成が増大・強化される。トランスジェニック植物 が植物に成長したとき、その植物は防禦プロティンの合成が増大・強化されてい ると共に、草植食動物に対する抵抗力を増大している(詳細は後述の例9におい て説明する)。
別の実施例では、本発明は植物における防禦プロティンの合成を抑える方法を提 供する。これはプロモータシーケンスから下流のベクターにプロシスチミンアン チセンス核酸を挿入・着生(insert)することによって行われる。後者の 構成が植物細胞に導入されるとき、当該核酸のコピーを1つ若しくは2つ以上含 んでいる細胞(cell)では防禦プロティンの合成が減少する。プロシスチミ ンアンチセンスベクターの代表例及び防禦プロティンの合成を抑制する方法の代 表例は後述の例10に示されている。
本発明のアンチセンス核酸を含むトランスジェニック植物は次の場合に有効であ る。(a)プロシスチミン分子内に存在する他のメディエータ(mediato r:媒介物)を識別する場合(例:分化・区別(differentiatio n)若しくは防禦プロティンの発現を誘発する可能性のある他のメディエータ) 、(b)特定の植物のダメージに責任のある特定の昆虫及び/又は病原体の範囲 ・範鴫を決定・確立する場合。後者の場合、本発明のトランスジェニック植物は 、作物としての植物の生産・製造におけるシスチミン防禦メカニズムの重要性を 査定する場合に有用である。
その他の実施例では、本発明は、植物細胞内に本発明の核酸を導入し、細胞(c ell)をカルス((Hallus)に育て、さらに植物に育てることにより作 られるトランスジェニック植物を提供する。あるいはFl若しくは(より)高い ハイブリッド(即ち、F2)形成するために、第2の植物を用いて本発明の方法 からトランスジェニック植物を繁殖・交配させる(b r e e d)ことに より作られる。
トランスジェニック植物を提供する。本発明のトランスジェニック植物及び子孫 (progeny)は、本発明の核酸の余分なコピーを含む植物を見つけるのに 用いることができる。また、プロシスチミンもしくはシスチミンの増大した発現 を見つけるのに用いることができる。このようなトランスジェニック植物を作り 出し、それを繁殖させてFlの子孫(offspring)を得る方法の代表的 な例が後述の例10に示されている。
当業者であれば、シスチミンポリペプチドの発現が減少もしくは増大するように 作られた植物が元来有する農業的利点に気付くであろう。例えば、このような植 物は捕食者、昆虫、病原体、微生物、草食動物1機械的ダメージその他による攻 撃に対して大きな抵抗力を有することがある。また当業者であれば、シスチミン 活動・活性(acticity)をまねするもしくは誘発する化学剤(chew +1cal agentS)が開発されるであろうことに気付くであろう(例え ば、シスチミン活動・活性のメチルジャスモネートの誘発(methly ja smonate 1nduction)と同じように)。
また、当業者であれば、これら化学剤が植物に噴霧されると、作物の草食動物、 病原体及び機械的ダメージに対する抵抗力を最大にすることに役立つことがわか るであろう。本発明の方法が役立つ植物の代表例は(但し、これらに限定されな いが)、トマト、ポテト、タバコ、コーン、小麦、米5 コツトン、大豆、アル ファルフ乙ナタネ(ra?)、ポプラの木、松、モミの木等である。
本発明の核酸は、オリゴヌクレオチドプローブ(probe)としても有用であ る(例えば、プロシスチミンヌクレオチドシーケンスの一部を補足すべく構成さ れた32P印の合成オリゴヌクレオチド)。また、制限(restrictio n)フラグメントプローブとしても有用である(例えば、プロシスチミンcDN A(の)エンド印の付いた制限フラグメント)。これらは、増大したプロシスチ ミン発現及び/又はゲノミックプロダクトナンパを有する(を用いて)天然及び 変化した・ mυ変異した(mutant)系統(straints)を見つけ るために、植物を選択してスクリーニング(ふるい分け: screening )するためのノーザン及びサザンプロットにおいて有用である。このスクリーニ ングは、捕食者、草食動物、昆虫、バクテリア。
菌・カビ、ウィルス、機械的ダメージその他による攻撃に対する増大した抵抗力 を有する(を用いて)植物系統を識別するのにの役立つ。
本発明のポリペプチドは、免疫学的検定・測定に用いられることがあるモノクロ ナル(mionoclonal :単一細胞に由来する細胞で作られた)及びポ リクロナル(ロ)lyclonal)な抗体を誘発するのにも役立つ。これは、 植物細胞(tissues)、抽出物及び流体におけるプロシスチミンもしくは シスチミンポリペプチドの存在もしくは量を検知するのに用いられる(例: E 、 Harlot and d、 Lane、 Antibodeies:AI Jboratory Manual、 Co1d Sprjngs Harbo r Laboratory、ωld Springs、 N、@Y、 1988 )。
後者の免疫学的検定はプロシスチミンもしくはシスチミンのレベルが増大した植 物の天然及び(突然)いへ系統を識別するのに役立つことを証明する。本発明の ポリペプチドのレベルが増大している系統では、草食動物、即ち昆虫バクテリア 、カビ・菌、ウィルスによる攻撃に対する抵抗力が増大していることがある。
シスチミンは離れた葉同士における防禦遺伝子の損傷誘発可能発現を媒介する主 要ポリペプチド信号である。したがって、シスチミンは植物において見つけられ るペプチドホルモンの最初の例である。組替え(recoabimnt)アンチ センス遺伝子表現構成の発現(即ち、アンチセンスプロシスチミンcDNAを含 むもの)あ、植物におけるシステミック損傷誘発防禦プロティン合成をほとんど 完全に抑制することができる。後に見つけられた事実は、シスチミンが植物にお けるシステミック信号形質導入・表現(trasnduction)システムの 絶対必要な部分(構成物)であることを証明している(これが捕食者等による攻 撃に対応して防禦プロティン合成を誘発する)。シスチミンが植物ポリペプチド ホルモンのシスチミンファミリーの中で識別された最初のメンバであることも真 実でありそうである。
シスチミンファミリのメンバが、分裂組織、花細胞(tissues)及び植物 の果実(例ニドマドやポテト)において(おける)成長・進化中発達現象(de ve lopmentevents)を調整するだろうことも真実と思われる。
シスチミンファミリの他のメンバはそのアミノ酸もしくはプロシスチミンやシス チミンとのヌクレオチドシーケンス相同(hoI!1ology)によって識別 されるか、あるいは本発明のプロシスチミンもしくはシスチミン核酸とハイブリ ッド化できる能力によって識別される(この点については、後述の例6で識別さ れたエクソンのヌクレオチドシーケンスは、その他のシステミンファミリメンバ を識別するためのオリゴヌクレオチドプローブ(probe)として有用である ことを証明するであろう)。この場合、厳格さを緩めた条件下で本発明の核酸と ハイブリッド化できるDNAもしくはRNAの能力(例; 6xsscのハ・イ ブリッド化(水溶液中、42℃)を行ない、次に1×SSCで洗浄(washi ng) (水溶液中、55℃)を行なう適切なプロトコル)はDNAもしくはR NAがシスチミンファミリメンバを含んでいるという予備的表示(prel 1 m1nary 1ndication)として考えられる。DNAもしくはRN Aは次に整列・配列さね、このシーケンスはシスチミン及びプロシスチミンのシ ーケンスと比較されるl格さを制御するための実験条件はManiatis、  T、 、 et al、 、 Mo1eeular Cloning;A La boratory Manual、 Co1d Springs hrbor  Laboratory、 C盾Pd Spri ngs、 NY、1982.ページ387−389やSambroo)c、 F r1tsch、 and Maniatis、舅o1ecu撃=@C loning;A LaboratoryManual、 5econd Ed ition、 Volume 2.ωld Springs@Harbor L aboratory、 Co1d Springs、 NY、 1989.ベー ジ8. 、46−8.47にも記載されている)。
システミンファミリメンバはアミノ酸もしくはヌクレオチドレベルにおいて(即 ち約5もしくは6以上のアミノ酸又は役15もしくは16以上のヌクレオチドの 範囲で)約50%から約100%の相同で認識される(より好ましくは約70% から約100%。最も好ましくは約80%から約100%)。
上記の証明は、本発明の方法及び合成物の下記の代表例を参照することによって より完全に理解されるであろう。
例1 シスチミンポリペプチドの分離及び整列オリゴガラクツロニド(oligoga lacturonides)は当初、損傷反応用のシステミック信号としての第 1候補と考えられていた。なぜならば、これらは伝染・感染した個所の近くの植 物細胞(cell)において抗生物質・抗生作用のあるフィトアレキシンの合成 を引出すからである(10.11)。オリゴガラクッロニドはペクチン低下舎降 格拳消失(pectin−degrading)によってレリースされる。これ らはトマトの葉には見られない。さらに、α−1(アルファー1)という印を付 けられた4オリゴガラクツロニドがトマトの損傷個所に適用された(塗られた) とき、それらは動くようには見えなかった。(E、んH,Baydoun an d S、 Fry、 Planta 165.2691985) したがって、 オリゴガラクッロニドは、植物の中で(の)信号変換・形質導入のシステミック 媒体としては多分無関係であろう(少なくとも、損傷に対するプロテイナーゼイ ンヒビタ遺伝子の誘発に関しては)。
トマトの葉から抽出物における(おいて)プロテイナーゼインヒビタ■及び■遺 伝子を誘発するシステミック信号についての研究が始められた。この研究により 、我々はトマトの葉の中にポリペプチドを認識することができた。ポリペプチド は炭水化物を有さず、若いトマトに供給されるとプロテイナーゼインヒビタアク ティビティ (活性・活動)を誘発する。ポリペプチドは高性能液体クロマトグ ラフィを用いて浄化された(HPLC0後述の「物質及び方法」を参紛。ポリペ プチドの活動が誘発されたことは、若い植物の葉柄を切断し、抜取られた溶出画 分(eluted fractions)をコラム(ずり柱)セパレーションか らを切断したものに30分間(以上導入することによって検査された。植物はす ぐ水の入ったガラス瓶に移され、(C,んRyan、 Plant Physi ol、 54.328.1974)に記載されているように24時間一定の光の 下で培養された。モして葉汁(leaf juice)内のプロテイナーゼイン ヒビタl及び■の量が寒天ゲルで放射線免疫拡散性により計量された(これはイ ンヒビタIもしくは■に対する(ラビット(rabbit)抗血清を含んでいる (C,んRyan、 Ana 1. Biochea 19.434.1967  ;l Trautman、 Lωwan、 G、 W≠■獅■秩A Imu nochemstry 8.901.1971)、 30.000個以上の若い トマトが2.5年以上も検査される。このプロトコルを用いると(用いて)、1 μgより少し多いアクティブファフタ(即ち、シスチミン)が約60ポンドのト マト葉から分離された。
トマト葉の予備的抽出の溶出・抜出しプロフィール(elution prof ile) (図1)は複雑である。幾つかの画分はアクティビティを誘発するプ ロテイナーゼインヒビタを示しているが、1つのピーク(図1)がさらなる浄化 用(浄化対象)として選ばれた。なぜなら、それは最も高いアクティビティを有 しており、浄化から最も良い収量・収率(yield)を有しているからである 。
幾つかの別の浄化ステップの後(後述の「物質及び方法」を参照)、高い比活性 ・比放射能を有する大きなピークが強いカチオン交換(SCX : 5tro■ いztion exchange) HP L Cコラム(図2)から溶出され た・抜出された。溶出された物質の性質はポリペプチドの性質と似ていた。つま り、ペプチドボンド(peptide boncts)に適するスペクトル区域 における吸光度、酸加水分解後のフリーアミノ酸の回復及び活性・放射能の全損 (トータルロス)、トリプシン及びその他の蛋白質分解酵素の存在における活性 ・放射能の部分損失、並びにパイシンコニック酸(bicinchonic a cid)を用いての実証検査結果(positive assay resul t)に関して似ていた(P、 K、 Sa+ith et al、 、 Ana l、 Biochem、 150.76、1985)。5CX−HPLCか■ 溶出・抜出されたバイオアクティブ(bioactive :生物性体)に影響 する)ピークの全アミノ酸分析(ステップ5゜「物質及び方法」)は以下のよう に決定・測定された。アクティブコンポーネントのアミノ酸シーケンス分析によ りその長さが認識され、図3のシーケンスが決定された(NH,−AVQSKP PSKRDPPKMQTQTD−COO−)。公知のプロティンシーケンスには 目立った類似点は何もなかった。そして、ポリペプチドは「シスチミン」と名付 けられた(Protein Identification Re5ource  release 26;Pearson/Lipman FASTA pro gram at the Mo1ecular Bio撃盾■凵@Comp uter Re5earch Re5ource、 Harvard Medi cal 5chool)。このシーケンスはパリンドローム(parindro a+e)である(xxhBPPxBBxPPBxhx)、ここで又は任意のアミ ノ酸残余物、BはLysもしくはArgs QはGin、PはProを示す。シ スチミンシーケンスと同一のシーケンスの合成ポリペチド(後述するように準備 される「物質と方法」を参照)は、元来の(lative )ポリペプチドと同 じ保持時間(retention time)で018(ステップ2)コラムか ら溶出・抜出された。
物質(mterials)及び方法: 防禦プロティンのポリペプチド誘発体の浄化及び分離ステップ1:約2kgのト マトの葉Lycopersicon esculentum (v、castl aaart)が20日口の植物から収穫された(17時間の照明(光)(28℃ )と7時間の暗やみ(18℃)のサイクルで育てられた)。これら葉はウォーリ ングブレンダ(faring blender)で蒸溜水(全体積4リツトル) を用いて5分間均質化さね、4層のチーズクロス(cheesecl oth) で濾過退化された。液体はHCIによってpH4,5に調節され、10分間10 00 gで遠心分離器にかけれらた。上清(supernatant)がION  NaOHを用いてpH6゜1に調節さね、20℃で10分間10.000gで 遠心分離器にかけられホワットマン(Thatilan) #4フィルタペーパ ーで別の容器に移された(decanted ) 。濾液(filtrate  )はDEAEセルロース上で色層分析さね、その後、反転(位)相(rever sed−phase) C1Bフラツジ、(flash)クロマトグラフィ、セ フエイデックス(Sephadex) G 25ゲル濾過法、CMセフェイデッ クスクロマトグラフィで色層分析される。
DEAEセルロースコラム(ホワットマンD E 52.5.9ca xL5c a+)はIMアンモニウム重炭酸塩で平衡にされ(equilibrated)  、蒸溜水で徹底的に洗浄された(wached)、空隙空間(void vo lume)に溶出している(くる) (eluted)物質が集められ4℃で一 晩保存された。保存されている溶出物にTFAを滴状で加え、最終的な濃度が0 .2%(v/V)となるようにした。次に、溶液は室温で5分間20,000g で遠心分離により浄化・不純物除去(clarified)された。上清が反転 (位)相フラッシュコラム(C18,40μm+ 3cmx25cm)上に置か れた(このフラッシュコラムは前もって水様の水性の(aqueous)0.1 %TFAで平衡にされている)。コラムは3psiの圧縮窒素を用いて溶出され た。サンプルが配置(セット)された後、コラムは200m1の0.1%TFA で洗浄された。次に保持・保留された物質(retained materia l)が0,1%TFAで順次、20.40.60%メタノールの洗浄により溶出 された。メタノールはロータリエバポレータによって除去され、残りの液体は冷 凍さね、冷凍乾燥された。
2kgの葉から、シスチミンを含む約1gの組物質・粗材料(crude mt erial)が得られた。この工程が15回繰返された。20m1の水に溶かさ &10Mアンモニウム水酸化物によりpH7,81に調節された組物質のサンプ ル(約4g)がG25セフエデツクスコラム(4cmx44cm)の上に配置さ れた。このコラムは50mMアンモニウム重炭酸塩(pH7,8)により平衡し ている。空隙空間のところで、またそのすぐ後で溶出する物質が回収されて冷凍 乾燥された。全工程を4回同じ用に行なうと、1.25 gの部分的に浄化・純 粋化された(purified)シスチミンが得られた。この1.25Gは50 0 m lの水で溶されてpHがLM NaOHで6に調節さね、このサンプル はCMセファデックスコラム(2cmx 17cm)配置され、0.01Mリン 酸カリウムCpH6)で洗浄された。活性・放射能は0Mセファデックスにより 保持され、250 mMのアンモニウム十炭酸塩で溶出され、冷凍乾燥された。
このステップで得られたプロティンの全量は190■であった。
ステップ2ニステツプ1から回収されたアクティブフラクション(190mg) は、10m1O,1%TFAで溶され、5分間20.000 gで遠心分離器に かけられ、濾過され、反転相C18コラム上で色層分析された。5マイクロリツ トルの各2ml溶出フラクションが154 mMリン酸ナトリウ□ム(pH6, 5)で360マイクロリツトルに希釈されて活性・放射能を誘発するプロテイナ ーゼインヒビタ■について検査された(図1のX)。4つの植物がフラクション 毎に検査された。物質・材料は半準備(seffit−preparative )反転位相C18コラムにインジェクションされた(Vydac、 He5pe ria、 CA、 Column 218 TP510.10mm X 250 ma 5−μm bead刀A 300A pores)。溶液Aは水中で0.1%TFAから成る。溶液Bはアセトニトリ ル中で0゜1%TFAから成る。これらサンプルは溶液Aにインジェクションさ ね、2分後、30%溶液Bへ傾く90分が溶出のために始まった。流量は2m1 7分で、溶出ピークは225nmで見つけられた。生物学上の活性・放射能のい くつかのピークが見つけられた(後述)。活性・放射能の大きなピーク(図1で 黒で示されている)は、チューブ(tubes) 43〜46にあった。これら はプール(pooled)され乾燥冷凍された。プールされたファクション(f actions)の全プロティン含有量は、2.5mgと評価された。
ステップ3;ステップ2で回収された全物質(2,5mg)は、ポリ5ULFO −而L Aspartamide (S CX)コラム(4,6m X 200 mm、 5マイクロメートル。アメリカ合衆国マサチューセッツ州すウスブラウ のザQネストグループ)上の強いカチオン交換HPLCに晒された。この場合、 次の溶液システムを使った。溶液A(5mMリン酸カリウム、pH3,25%ア セトニトリル)及び溶液B (5mMリン酸カリウム、500 mM塩酸カリウ ム、25%アセトニトリル、pH3)である。
サンプルは2mlの溶液Aで溶かさね、濾過されコラムに配置された。溶液へで 5分間洗浄された後、50%Bへ傾く60分が行なわれた(60−win gr adient t。
50%B was applied)。アクティブフラクション(チューブ35 〜38)がプールさね、真空遠心分離法で体積で1mlに減少された。
ステップ4;ステップ3からのプールされたフラクシヨンは10mMリン酸カリ ウム(pH6)内で反転位相Cl8HPLCにさらされた。ベックマンウルトラ スフイア(Beckman Ultrasphere)イオンペアー(pair )コラム(4,6mmx250 mm、CX8.5マイクロメートル)でクロマ トグラフィ(色素分析)が行なわれた。溶液Aは10mMリン酸カリウム(pH 6)であり、溶液Bは50%アセトニトリルを含む10mMリン酸カリウム(p H6)であった。アクティブフラクション(チューブ39〜42)がプールさね 、最終的な体積が1mlになるように真空遠心分離された。このフラクションが その前の工程(run )と同じコラムに用いられた(但し、溶液と傾きの条件 はステップ2と同じ)。このサンプルがTFAでpH3に調節され0.45マイ クロメートルシリング(syringe;スポイト、注射器)フィルターで濾過 さね、流量1m1/分で色素分析された。プロティンのピークは212nmで検 知された。アクティビティを含むフラクション(53゜5〜56.5分で溶出す るもの)がプールさtL、1mlの体積に真空遠心分離された。
ステップ5;ステップ4からのアクティブフラクションはステップ3で用いられ たのと同じコラムおよび条件でC3X−HPLCに晒された(但し傾きは浅い。
即ち、コラムは0%Bで5分間ランされこの時120分間で30%Bへの傾きが 開始された)。フラクション(0,5m1)は図1のように希釈さね、アクティ ビティを誘発するプロテイナーゼインヒビタ!について検査された(図2のX) 。システムビークの生物学的なアクティブなフラクション(図2で黒で示されて いる)が集められ、アミノ酸含有量及びシーケンスについて分析された。プロフ ィールは210nmでの吸光度により検知された。76〜78,5分に溶出する フラクションがプールされて、真空遠心分離により体積が1mlに減少された。
ステップ6;ステップ5のフラクションはステップ2の条件の下でCl8HPL Cコラムの上で脱塩された。30%溶液Bへ傾く60分が採用された。アクティ ビティビークを含むフラクションが55.0〜58.0分で溶出され、プールさ ね、真空遠心分離法で凝集されて0.5mlになった。このサンプルは約1マイ クログラムのプロティンを含んでいた(酸加水分解の後のアミノ酸含有量によっ て評価された)。このサンプルの生物学的アクティビティは、40.000のト マトプラントにおいてプロテイナーゼインヒビタの最大蓄積を誘発する可能性を 有していた(即ち、40.000区域(fold)が浄化・純化された)。この サンプルはアミノ酸分析及びシーケンス決定に用いられた。
アミノ酸分析: 5CX−HPLCコラムから溶出されたバイオアクティブな牲体に影響を与える )ビーク(ステップ6)が6X50mmガラスチューブによって乾燥されHC1 蒸気内で加水分解された。加水分解されたものがフェニル−1′ソチオシアン酸 塩で引出ざわ、30cmX0.39cmコラム(ピコタッグ、ミリボアー) ( Picotag、 Millipore)上で反転位相クロマトグラフィにより 分析された(製造者の提案に従って)。
アミノ酸シーケンス分析: 5CX−PHLCコラムからのバイオアクティブビーク溶出されたアミノ酸シー ケンス(ステップ6)は確立された方法によって決定された(D、 J、 5t rydon etal、 、 Bioche+++1stry 25.945. 1985;B、んBidlinpeyer、 S、んCohen、 T、 LA  Tarvin、 J。
Chrcmatogr、 336.93.1984)、簡単に言うと、整理・配 列(sequencing)はベツグマンモデル890スピニングカツプインス トルメント(マイクロシーケンス用に構成されている)上で行なわれた(製造者 によって推薦されたもの)(但し0,1%の水が無水エブタフルオロ酪酸(HF B八)に加えられ、0.1%エタンチオールが25%トリフルオラセティック酸 (T F A : trifuloracetic acid)に加えられた。
フェニルチオヒダントインアミノ酸がオクタデシルシラン(octadecyl silane)コラム(IBM Inc、30cmX0.46cm、3ミクロン 粒子サイA上で反転位相色素分析によって識別された(D、 J、 5tyrd oi+ et al、 、 (前出))に記載されたグラディエンドシステムを 用いて)。アミノ酸残余物の略号はA、Ala;C,Cys ;D、Asp;E 、Glu;F、Phe;G、Gly;H,His ;1、I le ;に、Ly s ;L、Leu;M、Met ;N、Asn;P、pro;Q、Gin;R, Arg;S、Ser;T、Thr、V、Vai ;W、Trp; ;Y、Tyr o 合成シスチミンポリペプチドの合成: 残余物2〜18に対応するポリペプチド(図3)が9フルオレニルメチルクロロ フオルム酸塩(F−moc)固相化学現象(作用)を用いてアプライド・バイオ アクティブ・インコーホレイテッド(Applied Biosystems  Inc、)のモデル431Aシンセザイザーによって合成された(製造者のプロ トコルに従ってpメチルベンジヒリルアミン樹脂(p−methyl benz yhyrylamine resin)について)o [”C3A l aのF モック派生物(New England Nuclear)が合成され(J、  Stewart and J。
Young、 Sol id Phace Peptide 5ynthesi s(pierce Chemical Co、 、 Rcc汲■盾窒пA L  ed。
2、1984)、 pp、 67−68) 、ポリペプチドのNH2末端残余物 に加えられた。次に[14C]Alaのポリペプチドは樹脂からクリープ(cl eaved)された。放射性ペプチドがCl8HPLCによって浄化・純化され た。合成シスチミンポリペプチドの特定のアクティビティは19.0μCi/μ molであった。
例2 放射性ラベル(印)が付けられたシスチミンポリペプチドのシステミック移動合 成シスチミンポリペプチド(上述)がバイオアクティビティについてテストされ た結果、それは、若いトマトプラントの切断茎に供給されるとインヒビタ!及び ■ブトティンの双方の合成及び蓄積を誘発するための元来の(native)シ スチミンポリペプチド(ステップ6に浄化・純化されたもの)として有効である ことが判った(図4)。インヒビタI及び■の最大蓄積の半分を作るためには、 各グラ〉ト毎に約40エフモル(fIIlol)のポリペプチドが必要とされる 。これは植物細胞(cell)壁から取出された既に報告されたPIIFオリゴ ガラクツロニド(olig。
galacturonide)誘発剤と比ベモルレベルで約10’倍多いアクテ ィビティを示している。シスチミン合成ポリペプチドに応答するインヒビタ■及 び■の合成の調和誘発(図4)は、転写的に調整される通常の植物損傷応答と似 ている。これはポリペプチドが損傷(T、 Green and C,A、 R yan、 1972前出; J、 S、Graham et al、 、 P9 86前出)、オリゴサツカライド(oligosaecharides) (P 、B15hopeta1..1981前出、M、 Walker−8himlI lOns et al、 、 198:L前出)、及びメチルジャスモナ・−テ (jasmonate) (E、 E、 Fara+er et al、 、  1990前出)によってアクティベ・−トされたのと同じ信号を変換・形質導入 経路をアクティベートすることを示唆している。
以前に報告されたオリゴガラクツロニドとは異なり、シスチミンポリペプチドは 損傷個所から離れた細胞(tissues)に移送される。14Cの印を付けら れたポリペプチドが合成され(上述、例1)、トマトプラン)・の新しい(fr esh)損傷個所に位置された。30分以内に放射能は葉の全体に移動し、1〜 2時間以内に放射能を印が付けられたシスチミンが篩部滲出部(液)においてH P L Cによって識別された(図5 ) (R,L King and J、  A、 ZeeVaart、円ant Physiol、 53.96.197 4■■ された方法に基づいてプラントから発現されたもの・出されたもの)。ポリペプ チドは「シスチミン」と名付けられた。それは滲出液内で動くことができるから である。
プロテイナーゼインヒビタl及び■用の遺伝子は葉における損傷によって誘発さ れるが、発展的に分裂細胞(組W1花の細胞(tissues)、トマト種の果 実及びポテト塊茎において調整されている。従って、これらの発展事情はシスチ ミンもしくはシスチミンファミリーのメンバーである同様なポリペプチドによっ て媒介される場合が多いと考えられる。
図4は実験結果を示している。より詳しくは、シスチミン合成ポリペプチドが若 いトマトプラントの摘出された葉においてプロテイナーゼインヒビタI (・) 及びインヒビタ■(○)の合成及び蓄積を導き入れた(誘発した)場合の実験結 果を示している。葉は合成シスチミンプロペプチド溶液で培養されプロテイナー ゼインヒビタは上述の例1に示したように検査された。各データポイントは36 個のトマトプラントの葉の検査から得られたものである。
例3 分子クローニング(cloning)プロシスチミンプロシスチミンcDNAは 以下のようにトマト葉nRNAから合成された第1−主要cDNAライブラリー をスクリーニング(screening)することによって分離された。
ポリA+mRNAはオリゴdTコラムファーマシア(pharmacia)を用 いてトマト葉から浄化・純化されたcDNAはスタラタジーン(Stratag ene) c D N A合成システムを用いて合成されラムダ(粒子)ZAP ベクターアーム(arms)内にクローニングされた(Stratagene) 。約go、 oooの主要ライブラリー組換型(組換えを示す固体)がスクリー ニングされた(二重プラクリフトによって(by duplicate pla que 1ifts))。このスクリーニングは退化した・変質したオリゴヌク レオチドプローブを用いて行ない(rsPIJと呼ばれる)、シスチミンのカル ボキシ基末端のアミノ酸シーケンスに基づいている(即ち、PPKMQTN、図 6で190〜196の番号が付けられたアミノ酸。但し、A S p Hg6コ ドンの最後のヌクレオチド残余物は除く)。スクリーニングのためのハイブリッ ド化条件は以下の通りである。6X SSC;LXXシンード溶液(Denha rdts 5olution) ; 100 vイクログラム/mlイースト( yeast) t RN A ; 0.5%ピロリン酸塩ナトリウム及び約4X 10’ cpmの32p端部ラベル(印)付きSPIである。ハイブリッド化は 37℃で36時間行われた。フィルターは5X SSC,0,1%SDS (4 8度で1時間)を何回か交換して施錠した。約50個のポジティブクローンが認 識されへ第2の退化・変質したオリゴヌクレオチド(rSP2Jと呼ばれる)を 用いて再びスクリーニングされた。これはシスチミンのアミノ末端に相当する( AVQSKP、図6で179〜184の番号が付けられているアミノ酸但しPr o、84コドンの最後は除く)。ハイブリッド化及び洗浄条件は、SF3の洗浄 温度が40℃であることを除き、SPIに用いられたのと同一である。最初の( 初期の)ポジティブクローンの中では1つだけがSP2プローグへハイブリッド 化される。
プロシスチミンcDNAのフラグメント(rpsYsIJと呼ばれる)は、ブル ースクリプト(Bluescript)プラスミドにサブクローニング(5ub cloned)さ也ジングルストランドのDNAはシクエナーゼ(Sequen ase) (U S B ; Sanger etal、 、 PNAS 73 .5463.1977)を用いてジデオキシ(dideoxy)整列・配列によ ッテ双方のストランドでレスキューされて整理・配列される。SF3のポジティ ブクローンの整理・配列をすると、「プロシスチミン」と呼ばれる大きなプロテ ィンの中でシスチミンポリペプチドをエンコードしたことになる。ポリシスチミ ンcDNAはフルレングスではなく (not fuli−1ength)、図 6の120が付けられたヌクレオチドから始まる。
ポリシスチミンcDNAは839J)から成り、オーブンリーディング(rea ding)フレームが197アミノ酸をエンコードする。リーディングフレーム はクローンの5′端部に開いたままでいる。またノーザンプロット分析によれば シスチミンmRNAはIKbの大きさであることが示されているので我々はcD NAが5′端部の所で約1oobpないと結論づけた(考えた)。完全なプロシ スチミンmRNAシーケンスはプロシスチミン遺伝子(例6において説明する) を整理・配列し転写開始箇所をマツピングする(図7、例6)ことによって連続 的に決定される。例6に記載された実験はオープンリーディングフレームの長さ を600ベース対(200アミノ酸のプロシスチミンプロティンをエンコードす るもの)として確立した。開始メチオニンコドンの表示は2つの条件に基づいて 作られる。即ち、メチオニンコドンまで直に5′の複数の停止(stop)コド ンの存在及び移動開始用のプラントコンセンサスシーケンスに似ている近隣シー ケンスの存在(Il、んhtcke et al、 、 1987. EMBO Journal 6;43)。
例4 プロシスチミンの構造及び性質 cDNAシーケンス(図7)に基づき、シスチミンを23kDaプロシスチミン プロテインのカルボキシ基の近くに位置させる(図7゜アミノ酸残余物179〜 196゜ヌクレオチド639〜699に相当)。プロシスチミンのアミノ酸化合 物(COmposition)は帯電した(charged)アミノ酸の高いパ ーセントを含むことは通常ではない(アスパラギン酸(10%)、グルタミン酸 (17%)、リジン(15%)。しかし非常に僅な疎水性アミノ10従って、プ ロシスチミンは著しく親水性の分子である。プロシスチミンシーケンスの分析は リーダー(leader)ペプチドに似ているアミノ末端における疎水区域を示 してはいない。プロシスチミンのサブセルラー(sub−sel Iular) 区画化の移動処理後の経路及び場所は決定されないままでいる。EMBL及びシ ーンパンク(GeneBank)のデータベースのサーチは(cDNA及び推移 された(deduced)プロティン先駆物質シーケンスの双方を用いて)、リ ストされたシーケンスに対する重要なホモロジーを示してはいない。
18アミノ酸シスチミンシーケンスは先駆物質の中でたった1度しか起らないが (カルボキシ末端の近<)、他のシーケンスエレメントは繰返される短い(6〜 9アミノ酸)不完全な繰返しがプロシスチミンシーケンスの中で5回起こる(図 7のクロスハツチングアンダーライン)。この観察はプロシスチミン遺伝子の少 なくても−(が複数遺伝子重複・複製/延長・離隔(duplication/ elongation)現象によって進化していることを示唆する。この結論は 遺伝子の構造によって支持される。
例5 プロシスチミンにおける蛋白質分解処理個所シスチミンの境界を成す(接する) 推定処理個所が図7に示されている(即ち(アミノ酸残余物178及び187  ) 、 L e u (178)及びA s n (179)処理個所は動物プ ロホルモン先駆物質内でバイオアクティブなペプチドをフランキング(flan king)をする内部e吸収蛋白質分解(endoproteolytic)処 理個所用のコンセンサスシーケンスには一致しない(animl 5ites  in R,B、 l1arris、 1989. Arch、 BiocheI LBiophys、 275(2) ;315(1989)。最小動物コンセン サスシーケンスは一対の塩基性(basic)アミノ酸(これらは裂開の位置の すぐ前にある)から成る。また、二塩基性の対が1つの塩基性アミノ酸によって しばしば先行される(2つもしくは3つのアミノ酸の距離だけ離れて)。しかし ながら、動物コンセンサスシーケンスはプロシスチミンシーケンス中に一度見つ けられる(残余物183−188のところで)(図7のLysProProSe rLysArg)、これは発達・成長した・成熟した(mture)シスチミン ポリペプチドの一部である。システミニンのハーフライフ(half 1ife  )はこの場合における別の処理によって調整されることが想像できる(例えば 、8アミノ酸カルボキシル基ターミナルポリペプチドを作出すために)。
アニマルシステムにおいては、プロホルモンはしばしば複数バイオアクティブペ プチドを作出すように処理される(J、 Douglass、 O,C1vel  li and E、 l1erbert、 1984、 Ann、 Rev、  Biochem、 53 :665 ;L、 J、 Jung and R, H,5chef ler、 19X1.5cience 251 ; 1330 )また植物のポリペプチドホルモンのシステミンファミリのメンバは同じような 処理メカニズムに従う。
例6 プロシスチミン遺伝子及びシスチミン遺伝子ファミリの構造700、00組換え 型・組換えを示す個体(reeombinants)のプライマリライブラリが バクテリアストレイン(p 2) P L K−17(Stratagene) 上に培養され(piatea) 、スクリーニングされ(二重プラクリフトによ って)にツク移動されたプロシスチミンcDNAを用いて)。ハイブリッド化は 後述のように行われた。
一つのポジティブクローンが識別され浄化・純化された。遺伝子は18Kbゲノ ミツクDNAフラグメント上に位置された(それから遺伝子はブルースクリプト ブラスシドにサブクローン化される)。はとんどの遺伝子に渡る(spanni ng)欠失(これら欠失は一連のオーバーラツプする欠失である)がh■Bea r/Exonoclease mシステム(Stratagene)を用いて生 成された。各欠失プロダクトはブルースクリプトファージミド(phagemi d )にクローン化され、これらからジングルストランドDNAが整理・配列テ ンプレート(template )として用いるためにレスキ、 −(resc ued)された。遺伝子は5equenase(U、 S、 B)を用いてSa ngetのジデオキシ方法によって整理・配列される。このシーケンスはカスタ ムメートのオリゴヌクレオチドプライマ(primers)を用いて終了される 。次に、推理されたシーケンスは、カスタムメートのオリゴヌクレオチドプライ マを用いて確認された(下記の「物質及び方法」に記載されているように)。
プロシスチミン遺伝子のシーケンスは図8A−8Cに示されている。遺伝子は1 04 b P 5− 非移動区域ヲ含ム4526 b p、 4170bp=r −ティング(coding)区域及び246bp3−非移動区域から成る。シー ケンスの優れた特徴はそれが76%A(Tリッチ)であることである。プロシス チミン遺伝子の構造は図9Aに示されている。サザンプロット分析は図8Bに示 されている。
プロシスチミン遺伝子の中で10個のイントロンがコーディング区域を妨害・中 断する(図10)。したがって、エクソンは小さい(そのサイズの範囲としては 、34bp (エクソン1)から90bp (エクソン10)である)。最初の 10個のエクソンは5つの対として構成されており、一方、シスチミンをエンコ ードするシーケンスは最後の対のないエクソン上に位置されている。エクソン対 の間の関係を調べるために、我々は各対の最初のエクソン(エクソン1. 3.  5゜7.9)のシーケンスを並べてみた。また、別個に、我々は各対の第2の エクソンのシーケンスを並べてみた(図11A及び図11Bに示すように)。第 1エクソングループ内のシーケンスは全て互いに一致している・同相である。こ れは第2エクソングループ内のシーケンスも同じである。2つのグループの間の 目立ったシーケンス相同関係はない。このような観察は、5つのエクソ対が、1 つの共通の祖先から連続的複写・遺伝子重複(dupl 1cation )に よって生じてくることを示唆している。1つの対内の個々のエクソンは互いに一 致していないということから、遺伝子が派生してきた祖先伝来のユニット(un it)が、1つの対内の個々のエクソンではなくエクソン対に対応する構造であ るということが示唆される。
5つの一致するエクソン(対)のセットとは対称的に、シスチミンをエコードす るエクソン(エクソン11)はプロシスチミン遺伝子のその他の部分と目立った シーケンス一致を示さない。この観察によりシスチミンをエンコードするエクソ ンは遺伝子の残りの部分から別に発生した(それは、残りの部分にその後加えら れる)か、あるいはシスチミンをエンコードするエクソンはその他のエクソンと 同じ先祖伝来のシーケンスから出てきたこと(しかしその後より早く進化する) が示唆される。
シスチミン遺伝子ファミリー及びプロシスチミン内の繰返されるアミノ酸シーケ ンス プロシスチミンのアミノ酸シーケンスは遺伝子のそれと同じようにかなり繰返え される。短いオリゴペプチドシーケンスパレンドローム(Pa 1endroI ric)がミ/ステミンで識別され(例1)、5−っの一致する対の各々の第1 エクソンによるエンコードされるプロシスチミン内で同じようなこと(stmi lnr theo+e)が5回起こる。
また3つの異なったタンデム的に(tandemly)に繰返されるポリペプチ ドエレメントがプロシスチミン内に存在することによって、プロシスチミン遺伝 子の進化についての鍵(clue)が与えられる。
タンデム的にくりかえされたエレメントはプロシスチミンのアミノ端末ハーフ( half)内で一度起き、プロシスチミンのカルボキシ基端末ハーフ内で一度起 きる。
先駆物質のアミノ末端ハーフ内のポリペプチドエレメントにはRep A、 R ep B及びRep Cというラベルが付けられ、分子のカルボキシ基末端ハー フ内のそれらのくくりかえ・反復・複製(repeats)にはRep2A、  Rep2B及Ll’Rep2Cというラベルが付けられる。これら繰返されるポ リペプチドエレメントのシーケンスは図12に並べて示されている。プロシスチ ミン内の上記繰返しの位置は図13Aに示されでおり、またポリペプチドの繰返 し、をエンコードするDNAシーケンスのプロジスチミン遺伝子内の位置は図1 .3 Bに示されている。この比較から分るように、Rep A、 Rep B 及びRep Cポリペプチドは2つのエクソン対によってエンコードされ(即ち 3+4及び5+6)、一方Rep2A、 Rep28及cFRep2Cは2つの その他のエクソン対によってンコードされる(即ち、7+8及びg+10)。
従って、上記観察によってポリペプチドシーケンスの組(2つのエクソン対によ ってエンコードされたもの)がプロシスチミン遺伝子の進化のワンステップとし て複製されたことが示唆される。従って、プロシスチミンの先祖伝来の遺伝子は 少なくとも2つのエクソン対から成る構造のタンデム複製に従うであろうことが わかる。この結論は、シスチミン遺伝子が1つのエクソン対の連続的な複製によ って単純に進化されるというモデルを排除する。
イントロン境界線は、繰返されるDNAシーケ:ノス内でシフトされることがあ る 繰返しRep2A、 Rep2B及び’Rep2Cがほとんど連続である場合( 図]3A)は、ポリペプチドRep A、 Rep B及びRep C区域の間 のアミノ酸シーケンス(これはプロシスチミンのアミノ末端ハーフ内で見つけら れた)は分子のカルボキシ基末端ハーフ内で複製されない。この観察はエクソン 7(エレメントRepZAをエンフードするもの)がその3′エンドにおいて截 頭されている(truncated)という事実によってほぼ説明される(即ち 工;/メントRcpAをエンコードするエクソン3のシー乞ノスに一ついて)。
同様にエクソン9(エレメントRep2Cをエンコードするもの)はその5゛エ ンドで截頭される(即ぢ工L・メントRepCをエンコードするエクソ5と比較 した場合)。
エクソン7の場合は遺伝子の短いセクションを欠失することによって生じてこな かったが存在するシ・−ゲンス内のイントロン境界線の位置をシフトすると生じ てきた。エクソン7の3′エンドの(における)イントロンジャンクシジンの回 りのシーケンスをエクソン3の3′エンドの対応するジャンクションシーケンス と比較すると、エクソン3の3′エンドに対応するシーケンスはエクソン7と8 の間の・Cノミ・ロンの5″エンドを構成していることがわかる。この構成はエ クソン3の延長(elollgation)もしくはエクソン7の短縮によって 生ずる。同じようなプロセスがエクソン9の5′エンドの截頭においても起こる がどうかは明らかではない。
物質及び方法ニ ブライマーエクステンション(primer extension)が図7に示 されたcDNAシーケンスのアンチセンスストランドのベース82〜111から 成るゲル浄化・純化オリゴヌクレオチドを用いて行なわれた。全RNAは損傷の 後4時間後に若いトマトプラントから抽出されポリA+mRNAがオリゴdTコ ラムを用いて分離された(Pharmaeia)。オリゴヌクレオチドの3つの ピコモルはγ−ATPを用いて端部でラベルを付りられた(比アクティビティは 6.000/Ci/1Ia101 )。2X106Cpmのラベル付きオリゴヌ クレオチドは、10分間85度に加熱しその後40m MPIPES(pH6, 4)と1mM EDTAと0.4M NaC1と80%フォルムアミド(for oamide)の溶液内で30度で1晩ハイブリツド化することによって、4μ gポリA+mRNAにアニール化された。アニール化された核酸はエタノール沈 澱・凝縮さね、30μmの次の溶液内で再び中止・浮遊された。次の溶液とは5 0mM Tris (pH7,5)と75mM KCIと10mMジチオトレイ トールと3mM MgCIzと500 μM(7)各dNTPと100 u g /m 1ウシ倣)(b。
vine)血清アルブミンとを含む溶液である。30ユニツトのM−MJ、Vリ バーストランスクリブターゼ(Reverse Transcriptase) (Stratagene)と1ユニツトのRNase Block II(St ratagene)が加えられ、反応混合物(mj、xture)が37℃で9 0分間培養された。反応の終りに、1μmの0.5M EDTA (pH8,0 )と1μmのDNA5e−フリーRNaseA (10mg/ml)が反応混合 物に加えられ37℃でさらに30分間培養された。反応混合物はフェノールで抽 出さ汰エタノールで沈澱され4μITEバツフア(10mMT r i e−H CL (pH7,5) 、1.1 mM EDTA (pH8,0))で再停止 された(これに対し6μlのフォルムアミドローディング(loading)バ ッファが続いて加えられた。上記バッファは80%フォルムアミドと10mME DTA (pH8,0)と1mg/mlキシレンシアツールと1mg/m+ブロ モフェノールブルー(brc+mophenol blue)とから成る。2μ lの再停止されたプロダクトは6%アクリルアミド/8Mウレアシーケンシング ゲル(sequencing gel)の上で分析された。サイズスタンダード はプリマー(primer)としてプリマエクステンションオリゴヌクレオチド を用いて作られたシーケンシングプロダク!・と、テンプレートとしてプロシス チミン遺伝子の5′エンドから引出された(derived)ジングルストラン ドDNAであった。シーケンシングは(整理・配列)はシーケナーゼ(Sequ enase) (USB)を用いて実施された(プリマーに近いシーケンシング プロダクトを生成するための製造者の指示に続いて)。
ヤエリナ(mung baar)ヌクレアーゼ分析は、プロシスチミン遺伝子の 5゛エンドに渡る(またがる) 400 bp Sea 1−Nde lを用い て実施された。Ndel箇所はシスチミン遺伝子の第1エクソン内に位置する。
フラグメントのNde1エンドは比アクティビティが6X106.cpm/μg にエンドラベル付けされ(end−1abel 1ed) 、約1106cpが プリマエクステンション実験で用いられたのと同じ4μgのポリA+RNAスト ック(stock )と混合された。この混合物は乾燥され−It水されて粉に なり(desieeated) 、15μlのハイブリッド化バッファ内に再停 止された(resuspended )。混合物はミネラルオイルにより覆わわ 、6分間82℃に加熱さね、37℃で一晩ハイブリット化された。その後、サン プルは200μmの氷のように冷たいヤエリナヌクレアーゼバッファ(頷−酢酸 塩ナトリウム(sodium acetate) (pH5,0)と、50mA 塩化ナトリウムと、1eM塩化亜鉛と、5%(v/v )グリセロール(gly cerol)とから成る)と混合さね、これに対し10ユニツトのヤエリナヌク レアーゼ(Stratagene)が加えられた。混合物は120℃で30分間 培養され、次に、フェノール:クロロフォルムの1対1(同体(資)の混合物で 抽出された。消化・蒸解・温浸(digestion )プロダクトは、1μg のイーストtRNAと共に共沈しくcoprecipitated) 、4 μ l T Eバッファ+6μIフォルムアミドローディングバッファ内で再停止さ れた。3μlの再停止された消化プロダクトは6%アクリルアミド/8Mウレア ゲル上で分析された。サイズマー・−力(size ll1arkers)は、 ジングルストランドDNA (テンプレートとして遺伝子の5′エンドに対応す るもの)を用いて作られた。シーケンシングブリ? (prirM!r)はS  c a I−Ndelプローブフラグメントの3′エンドでの最初の19ベース (アンチセンスストランド)に対応(相当)する19−IIIerであった。
例7 プロシスチミン遺伝子の損傷誘発発現損傷に応答してプロテイナーゼインヒビタ 遺伝子をアクティベートする可動シグナル(mobile signal)とし てのシスチミンの役割を考えているとき、我々は、プロシスチミン遺伝子そのも のが損傷誘発される可能性を調査した。ノーザンプロット分析を用いて無損傷及 び有損傷のトマトプラントの葉におけるプロシスチミンmRNA及びインヒビタ lmRNAのレベルを調べた(図15A)。32個の若いトマトツブラントが、 発芽の後3週間傷付けられた。プラントは上部葉と下部葉と小さな頂部葉(ap ial 1eaf) とを有する。下部葉に傷が付けらtL、mRNAが、損傷 後火の時点で上部葉(無損傷)から分離された。即ち、0. 5. 1. 5.  3. 6. 9. 12及び24時間である。
4つのプラントが各時点で用いられた。各時点からの全RNA85μg)は1, 4%アガロースフォルムアルデヒドゲル(agarose fon旧1dehy de get)上で電気泳動にかけらね、ニトロセルロース上にプロット(bl otted)された。このプロットは同時にニック移動されたプロシスチミン( sys)及びインヒビタI(Inh−1)cDNAs (後述の「物質と方法」 を見よ)によって厳密に調べられたCrobed)。プロシスチミンmRNAは 、傷付けられたトマトプラントの損傷のある葉及びない葉の双方において蓄積さ れることがわかった。このことは、プロシスチミンmRNAはインヒビタlmR NAと同様に、システミカルに(systemiω11y)損傷誘発するという ことを実施している。プロシテミンmRNAは損傷後3〜4時間で最高レベルに 達した。一方、インヒビタmRNAは損傷後8〜10時間でもっとも豊富であっ た。プロティナーゼインヒビタ!メツセージとは異なり(これは無損傷のトマト プラントの葉に存在しない)、低レベルのプロシスチミンmRNAかむ損傷のプ ラントの葉で検出された。葉のプロシスチミン遺伝子の低い構造性(重要な)  (constitutive)発現によりシスチミンを連続供給することができ る(場合がある)。このことにより、プラントは直ちに損傷に対して応答するこ とができる。プロシスチミンmRNAの損傷誘発蓄積並びに、想像するに、無損 傷の細胞(tissue)のプロシスチミン及びシスチミンは、プラントの連続 的なダメージに反応する能力を倍増することがある。したがって、昆虫の攻撃に よる連続的なダメージは、新しく合成された先駆物質からより多くの(最初の損 傷よりも)シスチミンを解放(liberate)するであるもその結果、攻撃 が続けば、プロテイナーゼインヒビタ合成が高いレベルで行われることになる。
プロシスチミンmRNAの蓄積の最初の速度が、損傷に対するインヒビタlmR NAのそれよりも速いので(図15A)、2つの遺伝子をアクティベートする信 号変換(transduction)経路のいくつかの点が異なる。異なる速度 の蓄積に対しては別の信号を採用することもでき、あるいは信号変換経路は同じ 信号に応答するものでもよい(但し、異なる感度で)。
物質及び方法 ニック移動は、製造者の指示に基づいて、NENデュポンニック移動システムを 用いて行われた。ハイブリッド化は次の条件下で行われた。即ち、50%フォル ムアミドと、5×デンハーヅ(Denhardts )と、5XSSPEと、0 .1%SDSと、100μg/molはぎ取り(sheared )サーモシス パームDNAと、1μg/mlポリA及びニック移動DNAプローブ(特定のア クティビティのもの:約1109cp/μg)とを用いて行われた。特に記載が ない限り、プロットは1xSSC(0,1%SDS、65℃)で洗浄された。
例8 プラント全域で(へ)のプロシスチミンmRNAの分配プロシスチミンmRNA はプラント(植物)の大気部分(空中で生長する部分)全域で見つけられるが、 根では見つけることができない(図15B)。全(トータル)RNAは無損傷の 完全に生長したトマトプラントの次の部分から抽出された。即ち、根(R)、茎 (St)、葉柄(pt)、葉(Le)、がく片(Se)、花弁(Pe)、おしべ (Sm) 、及びめしべ(PL)である(図15B)、各サンプルからの全RN A (5μg)は電気泳動にかけられ例7に示すようにプロットされた。プロッ トはニック移動プロシステムcDNACヒ述の例7)で厳密に調べられた[有] robed) (例7参照)。
プロシスチミンmRNAの最高構造性レベルは花の部分において見られる。その 特徴はインヒビタl及びインヒビタI[mRNA5の分配の特徴でもある。プロ シスチミンmRNAの一般的な分配沙なくとも地上の植物の一部において)は損 傷信号としてのシステムの提案された(proposed)役割に合う(矛盾し ない)。
なぜなら、プラントの任意の空中部分の損傷はプロテイナーゼインヒビタ合成の システミックな誘発を生じさせると期待できるからである。根の部分にプロシス チミンmRNAが明らかに・全く存在しないということは驚きである。なぜなら ば、我々は根の損傷に対して、トマトの葉においてプロテイナーゼインヒビタ合 成の誘発があったことを観たからである。根は非常に低レベルのプロシスチミン mRNA (検査では検出できない)を含むことは可能であり、あるいは根は異 なる損傷信号を採用して(例:異なるシスチミン遺伝子フラグメント)葉でプロ テイナーゼインヒビタ遺伝子をアクティベートすることができる。また、プロシ スチミンが葉から根(シスチミンが損傷に対して放出、解放される所)に移送さ れるということも考えられる。
プロシスチミン遺伝子同族体(物)の種(specres )分配プロシスチミ ン遺伝子同族体がその他の植物種において見つけられるかを決定するために、サ ザン及びノーサンプロット分析が、損傷誘発プロテイナーゼインヒビタを有する と知られている3つの種からの全RNAとゲノミックDNAについて行われた。
即ち、ポテト、ナス属のチュープロサン(Solanum tuberosu  )。
、そのバリエーション(var ) 、ラセットバーバンク(Russett  Burbank ) (C。
んRyan、 1986. Plant Physiol、 43.1880  ) 、タバコ、タバコ属のタバカム(Nicotiana tabacum )  、そのバリエーション、キサンチ(Xanthi) (G、P e a r  c e0組織標本・プレパラートになる)、アルファルファ、メディカーゴサテ ィヴアαedicago 5ativa ) 、そのバリエーション、ヴアーネ v (Vernema ) (1f、E、Br(至)及びC0んRyan、 1 984. Biochemistry、 23 :3418 ;f、 E、 B rown、 K、 Tak奄潤A ant、 C,んRya n、 1985. Biochemistry 24:2105 ) o管理・ 制御(control)として、1つの種から(アラビドプシスタリアナ(Ar abidopsis thaliana) 、そのバリエーション、コロンビア (Columbia) ) (これが損傷誘発プロティナーゼインヒビタを有す ることは知られていない)。
プロシスチミン遺伝子同族体の種分配のサザンプロット分析が図90に示されて いる。トマト(図9C,レーン1)、ポテト(図9C,レーン2)、タバコ(図 9C,レーン3)、アルファルファ(図9C,レーン4)及びアラビドプシス( 図9C,レーン5)からのゲノミックDNA (5μg)がEcoRlにより消 化−蒸解(digested)された。制限(restriction )フラ グメントは0. 8%アガロース(agarose )ゲル上で電気泳動によっ て分離された。そして、プロシスチミンのフラグメントは、ニトロセルローゼに プロッティング(blotting) L、ニック移動プロシスチミンcDNA によって厳密に調べることによって可視化された。ブッロトはほどほどに厳しい 条件下で55℃で洗浄された。分析された4つの植物種の中で、プロシスチミン 遺伝子の同族体がポテト(4つの種の中で最もトマトに近いもの)においてのみ 、はどほどに厳しい条件下で識別された。ポテトmRNA種も識別された(それ はトマトプロシスチミンcDNAにハイブリット化され、トマトプロシスチミン mRNAと共に同時・共同移動した)。タバコ、アルファルファ及びアラビドプ シスの遺伝子のヌクレオチドシーケンスは、トマト遺伝子のそれからある程度分 岐したであろう。ある程度とは、それが、厳しい条件下でのトマトプロシスチミ ンcDNAとのハイブリット化によってはもはや検出できる範囲をいう。この理 解は、同族体は大幅に小さくなったハイブリッド化及び洗浄条件では検出できな かったという事実によって裏付けられる。その他の植物遺伝子からの抽出物の分 析によって、シスチミン遺伝子ファミリのメンバの進化及び分配に関して新たな 知識・事実が得られるであろう。
例10 プロシスチミン遺伝子のアンチセンス抑制・抑止プロシスチミン遺伝子プロダク トがシステミック信号変換において重要な役割を有している(結果として、トマ ト葉においてプロテイナーゼインヒビタ遺伝子が発現されることとなるようなも の)かを決定・判定するために、プロシスチミンアンチセンスDNAが作られ、 トマトプラントを変形・形質転換(廿ansfann)するのに用いられた。キ メラ(空想的な)アンチセンスDNAはプロシスチミンcDNAから構成され( アンチセンス3′〜5′方向で)(構造性CaMV35Sプロモータの制御の下 に)、バイナリ(binary)ベクターpGA643に挿入された。
物質及び方法: 特定のストランドを有する放射性ラベルの付いたRNAプローブが製造者の指示 に基づいて、T3及びT7RNAポリメラーゼ(stratagene)を用い てシスチミンcDNAから作られた。
アンチセンスDNA構造体がアグロバクテリウム(Agrobacterium )ストレイン(strain) L B A4404に変形され、組替えバクテ リアがトマト(の)バリエーションであるベターボーイ(Better Boy )を変形するのに用いられた。第1注要)トランスフォーマント(transf ormants)の制御物として、トマトプラントはバイナリベクターのみで変 形された。18個のアンチセンスプラントと21個の制御物が再生成された。変 形されたプラントが土壌に移されてから3週間後に、各プラントの下部(j5) 葉が集中的に傷付けらね、損傷誘発ブロティナーゼインヒビタ■及び■のレベル が、24時間後、上部坊)葉から出る汁において判定された(C,A、 Rya n、 1967、 Aruil、 Biocb5.19 : 434 ;R,T raut財tL M、 (bwn、 GA G、 Wagner、 1971゜ Immunochemistry 計901)。どのプラントも損傷の前に自己 の葉においてインヒビタIもしくは■を作ることはなかった。アンチセンス遺伝 子を含む18個のプラントの中で、11個のプラントが、126.7+/−18 ,6u g/m 1葉汁(leaf juice)の平均制御レベルの40%よ り低いところでインヒビタlを作り、164.7+/18.6μg/m1葉汁の 平均制御レベルの30%より低いところでインヒビタ■を作った。
図16Aは複数のアンチセンスプラトの1つ(IAAで示されている)から分離 された全RNAのノーザンブロツト分析を示している。この場合、特定のセンス 及びアンチセンスを有するジングルストランドRNAプローブが用いられた。
全RNA (5μg)の2つのサンプルが電気泳動にかけら也上述のようにプロ ットされた。サンプルは、センス(図16Aのレーン1)及びアンチセンス(図 16Aのレーン2)プロシスチミンmRNAに特定の放射性ラベル付RNAプロ ーブを用いて別々に厳格に調べた吐記例6〜8参照)。
損傷実験において、プラント(IAA)の離れている葉は損傷に対し、インヒビ タ■を42μg/m1葉汁において、インヒビタ■を41μg/m1葉汁におい て現わした。アンチセンスRNAは約1,7キロベース(kilobases) におけるバンド(band)として現われた(図16Aのレーン2)(プロシス チミンmRNAのlkbと比較される)(図16Aのレーン1)。サザンプロッ ト分析は、プラント(IAA)がアンチセンス構成物の1つのコピーを有してい ることを示した。
この結論はプラント(IAA)を自己施肥(self fertilizing ) L、サザンブo−7ト分析によって28F1プロジエニ(子孫) (pro geny)を分析することによって確認された。7つ(4分の1)の28F1プ ロジエニはアンチセンス構成(物)を受継がなかった。この実験は、アンチセン ス構成がF1世代では安定的に受継がれていることも実証した。
アンチセンス表現型・個体群(phenotype)がアンチセンス構成と共に 分離されたことを実証するために、28個のF1プラントの離れている葉におけ るインヒビタ1及びHのレベルが、損傷前及び損傷後の24時間経過したときに 計測された。図16BはプロティナーゼインヒビタIの損傷誘発蓄積をグラフ化 したものであり、図’16Cはブロティナーゼインヒビタ■の損傷誘発蓄積を示 したものである。これらの図は、F1アインチセンスプラント(白いバー)と変 形されていない(untransformed)制御(預trols) (黒い バー)の離れた葉についての蓄積を示す。アンチセンスプラントIA4は自己施 肥さイ\3週間の若さのF1子孫0rogeny)の離れた葉における損傷誘発 ブロティナーゼインヒビタI及び■の量がラジアル免疫拡散(法)検査(vad ial immuncxiiffusion assayX後述)によって計測 された。プラントは下部葉と下部葉と小ざな頂部葉を有する。下部葉は損傷さ! に24時間後に汁(juice)が上部の無損傷葉からしぼりだされ(expr essed)、検査された。インヒビタlの量は28個のF1プラントにおいて 計測され、一方、インヒビタ■のレベルは28個のF1プラントの内の27個に おいて計測された。
30個の変形されていないトマトプラントの制御グループ、そのバリエーション であるベターボ・−イ(var、 Better Boy)も損傷さね、インヒ ビタl及び■の量が計測された。インヒイタプロテインは、6つの無損傷アンチ センスプラント及び6つの無損傷制御プラントの葉からしぼり出された汁の中に は検出されなかった。
アンチセンスプラントの3/4(即ち、アンチセンス構成を受継いでいるもの) は損傷に対して弱く反応する(変形されていないプラントの制御ボピュレーシタ ン(control population )に比べて)(図16B及び16 CM)、構成を受継がないプラントは、変形されていない制御プラントと同じプ ロテイナーゼインヒビタレベルを発生した(作った)。
28個のF1アンチセンスプラントの中の6個において、離れた葉でのインヒビ タ1合成は97.2+/−4,7μg/++1の平均制御レベルの15%未満で あった。一方、インヒビタ■は離れた葉では検出できなかった(122.3+/ −7,2μg/++1)の平均制御レベル)。6個の最低(最小)反応F1プラ ントのサザンプロット分析は、これらプラントがアンチセンス構成の2つのコピ ーを受継いでいることを示唆する(しかし、この結論は、プラントを自己施肥し て、F2子孫は全くプロテイナーゼインヒビタを作らないということを実証する ことによって確認されなければならない)(制御プラントと同じレベルで損傷を 受けた場合の応答・反応としてプロテイナーゼインヒビタを作らないという意) 5これら実験は、トマトにおけるアンチセンスプロシスチミンmRNAの発現が 、損傷に対するプロテイナーゼインヒビタ合成のシステミックな誘発を抑制・阻 止していることを示す。アンチセンスプロシスチミンmRNAはプロシスチミン の効率的生成を(したがって、可動システミック損傷信号シスチミンの効率的生 成を)防止することが推理できる。
物質及び方法: プロシスチミンcDNAの747bpフラグメントがpSYSlからBamHI −Hindl[Iフラグメントとして摘出された。BamHlの場所はcDNA の5゛エンドの近くのブルースクリプトポリリンカ(polylinker)中 である。一方、HindnIの場所はcDNA中であり、図7において859が 付けられたヌクレオチドの所である。したがってアンチセンスcDNAフラグメ ントは全てのプロシスチミンmRNAシーケンス(但し、エンコーディング区域 の最初の7pbを除()と、全ての5゛非移動区域と、3−非移動区域の最後の 92bpとを含む。cDNA7ラグメントは、構造性(constitutiv e) Ca MV 35 Sプロモータの制御の下に位置された。これは、フラ グメントをクローニングして(アンチセンス3′〜5−オリエンテーションにお いて)、バイナリベクタp G A643のポリリンカ(Bgln及びHind lI[によって消化(digested )されたもの)にすることによって行 われる。アンチセンス構成はアグロバクテリウム(AgrOhacterium )ストレインL B A4404に変形され、組替えバクテリアはトマトのバリ エーションであるベータボーイを変形するのに用いられた。
トマトシード(seeds)のバリエーションであるベターボーイは、トウィー ン(Tveen)20を2つもしくは3滴(drops)以上含むクロロツクス (Ch Iorox)の15%(v/v)溶液に15分間浸すことによって滅( 殺)菌された。これらシードは蒸溜水で4回洗浄され、次のものを含む媒介(体 )・媒質(mediua+ )上で二重にされた・対にされた(geminat ed) a次のものとは、MS塩(4,3t/L) 、アガロース(6g/L) 及びチアミン(1mg/L) (pH5,8)である。二重にされるべきプラン トは16時間日光(28℃)で育成された。シードの80%が二重になった。7 〜10日後、最初の本当の葉が現われたとき、子葉がシード(seeding) から取除かれ、エッヂ長が0.2〜0.5cmの立方体となるようにカットされ た。細胞立方体(tissue cubes)は、暗所(25℃)で2日間タバ コフィーダ(feeder)プレートに(で)予め調整された(precond itioned)。タバコフィーダプレートは次のものを含む媒質(体)にタバ コ(NT−1)制御細胞(suspension cell)を二次培養(su beulture)することによって準備された。次のものとは、MS塩(4, 3t/L)と、スクロース(sucrose) (30g/L)と、イノシトー ル(inositol) (0,1t/L)と、チアミン(lq/L)と、2. 4−D (0,2mgA)と、K H2P O4(0,18g/L)(pH5, 8)である。細胞(cells)は暗所(25℃)で4日間培養された。細胞は 0.7%アガロースを含む同じ媒体(質)に培養され(plated)、その後 、以前と同じ条件でさらに2日間培養された。トマト子葉はホワットマンNo、  4フイルターペーパー(タバコフィーダプレート媒体に浸され、タバコフィー ダプレートの上に置かれたもの)の上に置かれた。
予め調整された細胞(tissue)は20ゲージニードルによって孔あけさね 、アグロバクテリウムによって感染(infected )される(細胞(ti ssue)を30分間15mLの発芽媒体(108セル/mLを含む)に浸すこ とによって)。細胞(tissue)は殺菌したフィルターペーパーを用いてプ ロット(blotted)されて乾燥さね、タバコフィーダプレート上でさらに 2日間暗所(25℃)で培養された。次に細胞(tissue)は発芽媒体(質 )の中で3回洗浄された(3回目の洗浄は0.5g/’Lのセフォタキシム(C efotaxime)を含む)。細胞(tfssue )は殺菌したフィルタペ ーパーを用いてプロット(blotted)され乾燥され、次のものを含むシュ ーテイング媒体(shooting medium)の上に置かれた。次のもの とは、MS塩(4,3gA)と、チアミン(10mgA)と、ニコチン酸(1m g/L)と、ピリドキシン(1mg/L)と、イノシトール(100m g/  L) 、スクロース(30g/T−)と、BAP(2,5m/gL)と、IAA  (1mg/L)と、セフォタキシム(250μg/L)と、カーペニシリン( 500mgA)と、カナマイシン(100mg/L)と、0.7%(W/V)ア ガロースである。エクスプラント(explants・外植片)は栽培・培養( culture)の最初の3日間の後、及びその後1週間毎に移された。一旦カ ルス(Callus)成長が観察されると(3回目の植継ぎ・二次培養(sub culture)の後)、エクスプラントはシューテイング媒体(成長媒体)に 移さね、そこからIAA及びBAPが取除かね、ゼアチン(2mg/L)が加え られた。一旦若枝(shoots)が2〜3インチの高さになると、若枝はルー ティング(rooting)媒体(根付媒体)に移される(ルーティング媒体は BAPにおいてシューテイング媒体と異なる)。
セフォタキシム及びカーペニシリンはなかった。バンコマイシン(0,5g/L )が加えられた。スクロース(20g/L) 、カナマイシン(20mg/L) 及びIAA(0,05mg/ L )の濃度は低くなっていた。
例11 トランスジェニックプラントにフィード(feed) したマンデューカセクス タ幼虫に対する成長の影響 全RNA摘出物(異なる時に制御(変形されていないもの)及びトランスジェニ ックトマトプラントの無ダメージの葉から集められた)のノーザンプロット分析 は、マンデューカセクスタ幼虫を用いて(た)、フィーディング実験中に行われ た。プラントは約18インチの高さを有し、また2〜3本の主茎(main s tems)を有していた。各サンプルからの全RNAは電気泳動によって分離さ ね、ニトロセルロースベーパーにプロットされ、ニック移動】2P−プロシスチ ミンcDNAを用いて(と共に)プローブされた(probed) :厳格に調 べられた・深針で探られた)。結果が図17に示されている。
制御及びトランスジェニックアンチセンストマトプラントの無ダメージ葉におけ るインヒビタ!及び■プロティンの蓄積(マンデューカセクスタ幼虫へのフィー ディングによって誘発されたもの)が計測された。葉汁はモルタル・すり鉢(■ ortar)及び乳棒(pestle)を用いてしぼり出さね、ラジアル免疫拡 散検査法(Ryan。
1967)によって検査された。図18に示されるように、トランスジェニック アンチセンストマトプラントでは、インヒビタ■及び■プロティンの双方の蓄積 が減少していた。図18において、Aはトランスジェニックアンチセンスプラン ト、Cは天然(野生)タイプのプラント、PIはインヒビタl5PIはインヒビ タ■を示す。
マンデューカセクスタ幼虫の成長(制御及びトランスジェニックアンチセンスト マトプラントにフィーディングされた場合の)が計測された。10個の最初の令 幼虫(instar 1arvae)が6個の制御(天然タイ力及びトランスジ ェニックプラントの各々の上にランダムに置かれ、取除か右、検量・重量測定さ れた(weighted)。制御プラントにフィード(feed)された幼虫は 14日目(毎)に検量さね、トランスジェニックアンチセンスプラントにフィー ドされた要求は10日及び14日口(毎)に検量された。図19に示されるよう に、トランスジェニックアンチセンスプラントにフィードした幼虫の成長体重( growth weight)は、天然タイプのプラントにフィードした幼虫の 体重に比べ重たくなっていた。図17中の値は、3つの異なるプラント実験の平 均値であり、統計的に重要なものを示している。 CaMVプロモータによって 追いたてられた(driven)プロシスチミン遺伝子を有するトランスジェニ ックプラント佳記例10)が作られた。プロシスチミン遺伝子はアンチンセンス 遺伝子と本質的に同じである(McGurl et al、5cience 2 55.1570−1573) (但し、プロシスチミンcDNAはセンス方向( orientatfon)にあることを除いて)。マンデューカセクスタ幼虫は 制御(天然タイプ)及びトランスジェニックセンストマトプラントの葉にフィー ドされた。制御葉はインヒビタI又は■をほとんどもしくは全く含んでいなかっ た。プロシスチミンを発現するトランスジェニックプラントの葉は約300μ/ gティシュインヒビタIと約200μ/gティシュインヒビタ■を含んでいた。
図20に示されるように、制御葉にフィードした幼虫の体重は、トランスジェニ ックセンス葉にフィードした幼虫よりも早い速度で増加した。
当業者であれば上記の説明から次のことが理解できるであろう。即ち、本発明の 上位概念は色々な形態・態様で具現化することができる。したがって11本発明 は上記において特定の例について説明されてきたが、本発明の真の範囲は上記例 に限定されるべきものではない。なぜなら、本明細書及び以下の請求の範囲を理 解すれば、その他の変形・修正等が当業者には明らかになるからである。
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シーケンスリスト (1)一般情報: (i)出願人:ライアン,シー,工一:マクガール,ビー,エフ;ビアス.ジー ,エル (ii)発明の名称:「システミン」 (iit )シーケンスの数;4 (1v)郵送住所 (A)名宛人.クリステンセン,オコナー,ジランソン・アンド・カインドネス (B)ストリート:フィフス・アヴエニュー1420パシフィック・ファースト ・センター2800(C)シティー:シアトル (D)州:ワシントン (EJ国:アメリカ合衆国 (F)郵便番号:98101−2347(V)コンピューター・リーダブル・フ ォーム(A)ミディアムタイプ:ディスケット−5.25インチ、1.2Mbス トレージ (B)コンピューター;IBM PC/386 コンパチブル(C)オベレイテ ィング システム:MS−DOS 4.01(D)ソフトウエア:ワード・フォ ー・ウィンドウズーt(vi )現出願データ (A>出願番号:なし <B)出願日:1992年3月19日 (C)分類: (vii )前出願データ (A)出願番号:なし (B)出願日二なし (vlii)弁理士/代理人情報 (A)氏名:サンズモ,ジョーン,エス(B)登録番号: 34446 (C)11照1号=WSLIR−1−6171NX)通信情報 (A)電話:1−206−682−8100;1−206−224−0727  (直通》(B)FAX: 1−206−224−0779(C)テレックス+4 938023 (2)シーケンス IDNo.1用の情報(i)シーケンスキャラクタリスティ ックス(A)長さ:200アミノ酸 (B)タイプ:アミノ酸 (D)トポロジイ:リニア (11)分子タイプ:ポリペプチド (A)ディスクリプシッンニ1口システミン #1−#200 ;システミン  #179−196; 図6−7 (ix)シーケンスディスクリアション:シーケンス IDNo.1:Met  alv Thr Pro Ser Tyr ^sp Ile Lys Asn  1yI Gly Asp Asp Met (il■ 1 5 10 Is Glu Glu Pro Lys Val Lys Leu His His  Glu Lys Gly Gly Asp Glu Lys20 25 3G Glu Lys lle lie Glu Lys Glu Thr Pro  Ser Gln Asp Ile Asn Asn Lys^so Thr I le Ser Ser Tyr Val Leu^『9^sp Asp Thr  Gin Glu lie ProLYS Het GIIJ His Glu  Glu Gl)l GIV Tyr Vat LVS Glu Lys li e Vat G撃■ 65 .70 75 80 Lys Glu Thr [Ie Ser Gin Tyr Ile lle  Lys lie Glu Gly Asp^B Asp^la Gln Glu  Lys Leu Lys Val Glu Tyr Glu Glu Glu  Glu Tyr Glu LystGo 105 110 GluLysItsValGluLysGluThrProSerGlnASI I+1111AsnAsnLysIts 12G 125 GlyMp Asp^la Gln Glu Lys Pro Lys Val  Glu His Glu Glu Gly AspAsp Lys Glu  Thr Pro Ser Gin Asp Ile Ile Lys Net  Glu Gly Glu Gly145 150 155 +60 ^1a Leu Glu {Ie Thr Lys Vat Val Cys  Glu Lys lle lie Vat^rg Glu1651γ0175 ^spLeu^laVatGinSerLysProProSerLysArg ^spProProLysMet Gln Thr^SD Asn Asn L ys Lsu195 . 200 (2)シーケンス IDNo.2用の情報(i)シーケンスキャラクタリステイ ックス(A)長さ=951ベース (Blタイプ:核酸 (C)ストランド;シングル (D)トボロジイ:リニア (■)分子タイ7:cDNA (A)ディスクリプション:プ口システミン cDNA;#l05でATGを開 始 (1x}シーケンスディスクリプション:シーケンス IDNo.2AAA^T TA^^T TTGAT^TTTG GTTT^^CTCG ATTTTCCA TG AACACCCTT^ GTG八TGAGsA 60 rA丁^AAGC丁CAGCTCATGAAGAGTTGAAAT^AACTA AGAAAACCATGGGAACTCCTTC^■120ATG^丁^丁CA ^^AACAAAGGAG^TGACATGCAAGAAGAACCAAAGG TGAAACTTCACC^TG111O ^GAAGGQAGG AQ^TGAA^^GG^^^^緑■^^TTGA^^ ^^GA QACTCCATCC CAAG^■^TCA Q40 丁GGAACATGAGGAGGGAGGArATGTAAAGGA(iAAA ATTGTTGAAAAGGAGACTATATCCC36O ^GGTGG丁^TGTGAGAA^^TTAT^G丁ACGAGAAGATC TTGCTGTTCAATC^^AACCTCCA丁660CAAAGCGTG ^TCC丁CCCAAAATGCAAACAGACAATA^TAAAC丁CT ^GAAACATCCAAAAA720AAAT丁AATAAArAAAAAA TTATAAnCAGAACGATAAAGTAAAAATrCrGAATnG TCTC780CCGnAGAAAAGIAACTTCAA^TAAATAnT GTCTTTCTTTG丁^丁■丁TC^^^GTGTAATr840丁GGT 丁^TTGT^CTTTC^GAAGCTTTCTTr^GATTGTTATG T^CTr(J^ITGCTTCCTTTe900TT丁TGGCTT^■丁T ATAIAAT^IAAAT^^^^^^■^A^TA^^■^TCTAAAG ^■951(2)シーケンス IDNo.3用の情報(i)シーケンスキャラク タリスティックス<A)長さ:l8アミノ酸 <Blタイプ:アミノ酸 (D)トポロジイ:リニア (I1)分子タイプ:ベアチド (A)ディスクリプション:システミン;図3(1x》シーゲンスディスクリア ション:シーケンス IDNo.3Ala Vat Gin Ser Lys  Pro Pro Ser Lys Arg Asp Pro Pro Lys  >let Gi氏@Thr^sp + 5 to +s {2}シーゲンス IDNo.4用の情報(】)シーケンスキャラクタリスティ ックス(Al長さ:4526ベース (B)タイプ,核酸 (D)トボロジイ:リニア (11〉分子タイプ:DNA (A)ディスクリプシジン:システミンゲノミックDNAu図8A−図80 (1x)シーケンスディスクリプション:シーケンス IDNo.4^^GAA AA^^^ ^TAr^nA^丁 TTTTA^TCAT GGTATTATC C TCCAGGAG^T GACATGCAAf 300 rTTcATGTGTTTCTTTGCAGATAACAAT^^TT^TGT TTTG丁^AAGCAA^■^^^AT^^TAA600CAT^^TATT TTATCGT^GAAAACTCCAACTCATT^丁TTAGATATT T^GATT^TGArT丁GC660TTT^ATT^■^CTTTTTTA AA C^TGATAAAI TATTTCTGIT AGAC^TTTTC  GAITCATTTs 720 TTTT丁TT^C^^AAATT(iT^■丁TGC丁CTCA^^CGnT ^CT^GTTAGH^^GT丁^^CT^丁^C780AA^^■^TGTC ^TCTCATTTGATTAT^■^CATCAGGCTCMTTA^^AC ^■^TTGGAG^丁^T840GGAGATTTTACG^TTCATT^ ^CACT^ATGTG丁^■^GTT^GAM^TGTGA^^丁^TTTC A^^900TGGTT^ACrTTTCTG丁^■^^TTGAC^TTrG AAACTATATGTTT^ATT^丁^^CAAACCGTA960ATC AAAr(JTCAAATAAMrTGAATGACAATAGGTAT^AG GAGCT^■C^^TAT^TT^GCT1020CTTCTTGATTCA ACTTA丁TTACCGTTAT^ATTAAA丁A^TGAC丁CGTTA ATTQATT丁AATT101P0 TTTTrACTCACGTGAA^丁G^TTr^^TCAACTC^TTT ^ELCCCTT^TTT^CQ^CTCATGT1140AGAATAATG TTCTTTATACTTG丁^■^CAATTT^CTCGGAT^TrTT TTTT^^ATTTTTrTT120O TATGnT^^I1^AAT^CT^TTAAAAIGAAG^^AT^■1 ^TTT^TAATTGAAG^^丁^TTGAA1260TTTTTT丁TC CATCAAA^丁TTACAGGGAGG^GATGAAAAGGAAA^^ ^丁^ATTGA^^AAGAG132O AC丁CCATCCCAAGATATCAACAACAAAG^TACCATC TCTTC^■^TG丁TTTAAGr^丁TT^^138O TTTTTTrCAA TCTTnTrTT TTCTCArCn CrTAI TTrAA TCATCTAAAA 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Mee Gly Thr Pro Sir Tyr Asp工1a Lys A jn I、ys GLy Agp Aap Mat Glu1 5 10 L5 Gユu Glu Pro Lys Val Lys Iau His Hig  Glu Lyg Gly Gly Asp Glu LysGlu !J3/! l IIsIle Glu Lys Glu Th’l: Pro Ser G ln Asp工1@Agn Aan L凾■P Asp ThrArg Ser Ser Tyr Val Lau Arg A sp Asp Thr Gin Glu工1e Pr。
Lys Met Glu )Hls Glu Glu Gly Gly Tyr  Val Lys Glu Lys エエe Val Gl■ LygGlu ThrArg 5erGinTyr工1e工工e Lys工1e  GluGlyJL;pAspAspJua Gin Glu Lys Lau  Lys Val Glu Tyr Glu Glu C;lu Glu TY ’ll” Glu@Lys moo 105 110 Gmu LIYS工1e Val Glu Lys Glu Th1: Pro  Ser Gin k9工1a Asn Ju+n Lys:ユ5 :h20  125 Gユy ASp ASp Ala Gln Glu Lys Pro L’f9  Val Glu Hls Glu Glu Gly As■ ’30 135 工40 ASp Lys Glu Thr Pro Ser Gln Agp 工le  Ile Lys Hew Glu Gly Glu Gly145 150 1 55、 160 Ala Leu Glu工1e Thr Lys Val Val C10Gl u Lys工1e工1a Val Arg Glu165 :L70 L7S up Leu Ala Val Gin Ser Lys Pro Pro S er Lys Arg Asp Pro Pro LyslBo 1B5 19 0 MeセGin Thr Asp Asn Asn Lys LeuFIGL7R E 6 ■ 小 C■ ■ ■1 ■ 、 iΦ 門ψ 色G 硝り ―0哨 −ψ −IN IN臂 NICMの  !−el 5 ! ロ0 0 t5 el %D(:1 %01 ヘ ロヘ  ?ヤ ロI5 リC 15% X eat Ll’l りlハ QILI’l ch Ch 6% + 71さ〜 PF1’IP の1 1Φ −ト −の!−−一 −一 ψ−1’− r+all の口ψ ロ1 ロψ ロ%o eψ e 6 ロ ロ〜ロ ロN  ?で ロ1 9口 へ ロ マ ロoo000 0 o ロ ロ 。
0000QOOQOCI −〜 Sl コ い 1 ト @ 偽 −〇 〇 〇 〇〇〇 〇 〇 〇 o OOOQ O00ロ 0 0 0 el OOQ OO ロ 0 ロ ロ Oロ ロ 00 ロ ロo□ロOO口0OQOC) 0 + 〜 M −t い リ ト 幻 偽 ロM M M M吟っn轡−吟a 二臣■≧=、二、8.。
IKB kbp 1 2 3 kbp 1 2 3 4 52> ― 1.4)−− 二臣匹孟g、+、2E−;巨=ジP、Lg口。
損傷後の時間 0 0.51,5 3 6 9 12 24Rt St Pt Le Se P e Sm Pi:h 、j、5B。
Kb 1 2 インヒビタ1 (μm/ml汁) FIGURE 16B O−2525−5050−100100−150150−200インヒビタIt  (u g/m +汁)FIGURE届C 制御アンチセンス 0 6 12 0 6 12 口数 FTGURE20 フロントページの続き (51) Int、 C1,’ 識別記号 、庁内整理番号Cl2P 2110 2 C9282−4B(72)発明者 マクガール、バリー、エフアメリカ合衆 国 ワシントン州 プルマンティラー・サウスイースト 635 アパートメン ト3 I

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.シーケンスIDNo.2に実質的に示されたヌクレオチドシーケンスから成 る核酸。
  2. 2.請求項1のシーケンスと実質的に相補的なヌクレオチドシーケンスから成る 核酸。
  3. 3.シーケンスIDNo.2の残余物No.639から692までのヌクレオチ ドシーケンスをさらに有する、請求項1の核酸。
  4. 4.合成オリゴヌクレオチドをさらに有する、請求項1の核酸。
  5. 5.プロモーターヌクレオチドシーケンスに操作的に(operably)にリ ンクされた請求項1の核酸シーケンスから成る組換え核酸ベクタ。
  6. 6.請求項1の核酸によりエンコードされたポリペプチド。
  7. 7.アンチセンスRNAをエンコードすることができる請求項1の核酸。
  8. 8.プロモーターヌクレオチドシーケンスに操作的に(oporably)にリ ンクされた請求項2の核酸シーケンスから成る粗換え核酸ベクタ。
  9. 9.シーケンスIDNo.4に実質的に示されたヌクレオチドシーケンスから成 る核酸。
  10. 10.請求項9のシーケンスと実質的に相補的なヌクレオチドシーケンスから成 る核酸。
  11. 11.合成オリゴヌクレオチドをさらに有する、請求項9の核酸。
  12. 12.シーケンスIDNo.1に実質的に示されたアミノ酸シーケンスを有する ポリペプチド。
  13. 13.シーケンスIDNo.3に実質的に示されたアミノ酸シーケンスを有する ポリペプチド。
  14. 14.R1は任意のアミノ酸であり、R2はリジンあるいはアルギニンであり、 Qはグルタミン、Pはプロリンであるとき、アミノ酸シーケンスR1R1QR1 R2PPR1R2R2R1PPR2R1QR1R1から成るポリペプチド。
  15. 15.ポリペプチドがアミノ酸シーケンスNH3−AVQSKPPSKRDPP KMQTD−COO−から成る請求項14のポリペプチド。
  16. 16.請求項2の核酸シーケンスをプラントセルに導入しセルをプラントに生長 させることから成る、プラントにおける防御プロテインの合成を妨げる方法。
  17. 17.請求項16の方法もしくは請求項16のプラントを第2のプラントで交配 (hreeding)することにより作られるトランスジェニックプラント。
  18. 18.システミンまたはプロシステミンをエンコードする組換え核酸から成るト ランスジェニックプラント。
  19. 19.トマト、ポテト、タバコ、アルファルファ、ナタネ、大豆、トウモロコシ 、米、小麦、大麦、綿、ポプラ、松及びモミから実質的に成るグループから選択 されたプラントをさらに有する、請求項18のトランスジェニックプラント。
  20. 20.プラントの防御プロテインの生成を促進するポリペプチドホルモンのため のコーディングを行う核酸をプラントに導入するステップから成る、プラントの 防御メカニズムを強化する方法。
  21. 21.ポリペプチドホルモンがシステミンである請求項20の方法。
  22. 22.実質的に純粋なシステミン転写。
  23. 23.請求項22の転写のためのDNAテンプレートシーケンス。
  24. 24.請求項22のテンプレートシーケンスと実質的に相補的なDNAシーケン ス。
  25. 25.請求項22の転写から移動されたアミノ酸シーケンス。
  26. 26.転写が生体内起源(invivoorigin)ではない請求項22の転 写。
  27. 27.ポリペプチドホルモンのためのコーディングを行う組換え核酸を導入する ステップから成るプラント中のポリペプチドホルモンのレベルを高める方法。
  28. 28.ポリペプチドホルモンがシステミンである請求項27の方法。
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