JPH0797994B2 - ホスフィノトリシン耐性遺伝子及びその使用 - Google Patents

ホスフィノトリシン耐性遺伝子及びその使用

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JPH0797994B2
JPH0797994B2 JP62209123A JP20912387A JPH0797994B2 JP H0797994 B2 JPH0797994 B2 JP H0797994B2 JP 62209123 A JP62209123 A JP 62209123A JP 20912387 A JP20912387 A JP 20912387A JP H0797994 B2 JPH0797994 B2 JP H0797994B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ホスフィノトリシン(PTC、2−アミノ−4−メチルホ
スフィノ酪酸)はグルタミンシンテターゼの阻害剤であ
る。PTCは抗生物質ホスフィノトリシル−アラニル−ア
ラニンの“構造単位”である。このトリペプチド(PT
T)は、グラム陽性及びグラム陰性細菌に対し並びに真
菌ボトリチス・シネレア(Botrytis cinerea)に対して
活性である〔バイエルら、ヘルベチカ・キミカ・アク
タ、第55巻、1972年、第224頁(Bayer et al.,Helvetic
a Chimica Acta 55(1972)224)〕。PTTはストレプト
ミセス・ビリドクロモゲネス(Streptomyces viridochr
omogenes)T494株(DSM40736、DSM4112(両寄託番号
は同一の微生物に係るものであって、後者はブダペスト
条約上の寄託である))から産生される。
西独特許第2,717,440号明細書は、PTCが総合的除草剤と
して作用することを開示している。公開PCT出願WO第86/
02097号明細書は、PTCに対する耐性がグルタミンシンテ
ターゼの過剰産生に起因する植物について開示する。こ
のタイプの過剰産生、例えば遺伝子増幅に基づくもの、
は不安定性というリスクを伴う。かかる不安定性はグル
タミンシンテターゼ過剰産生の低下と関係するものであ
り、PTCの競合的阻害作用が再度発現することになるで
あろう。
これに対し、特許請求の範囲で規定される本発明は、PT
C耐性遺伝子に関する。なお、この遺伝子は、PTC耐性植
物製造に使用することができる。なお、この遺伝子は耐
性マーカーとしても使用することができる。更には、こ
の遺伝子はラセミPTCのL型の選択的N−アセチル化に
も適している。
本発明のPTC耐性遺伝子は、PTT耐性に関して選択された
ストレプトミセス・ビリドクロモゲネスDSM4112由来全D
NAをBamHIで切断し、大きさ4.0kbの断片をクローニング
し、更にPTT耐性について選別することにより得ること
ができる。制限地図(第1図)はこの4.0kb断片の特徴
を詳しく表わしている。
この4kb断片部分のクローニング実験は、コード領域部
位を更に正確に局在化させるために行なわれた。これに
よって、耐性遺伝子は1.6kbSst II−Sst I断片(第1図
において0.55〜2.15位)上に位置することが明らかにな
った。Bgl IIで消化した場合に断片が得られたが、この
断片は大きさが0.8kbであって、プラスミドに組込みか
つストレプトミセス・リビダンス(Streptomyces livid
ans)を形質転換させた後にはPTT耐性を与える。この耐
性はPTCのN−アセチル化により生じる。
0.8kb断片のマキサム(Maxam)及びギルバート(Gilber
t)配列決定により、DNA配列I(後記)が決定される。
耐性遺伝子の位置は、この配列の開放読取り枠から決定
することができる(258位以後)。遺伝子の末端は掲示
された中で端から2番目のヌクレオチド(806位)に位
置しており、即ち最後のヌクレオチド(807位)が停止
コードンの最初のヌクレオチドとなっている。
DNA配列Iにおけるシャイン−ダルガルノ(Shine−Dalg
arno)配列は、開始コードンとして機能するGTGと同様
に、下線によって強調されている。したがって、最初の
下線部分が究極的な読取り枠を表わす。
DNA配列IIは、配列決定された遺伝子中の制限部位を示
す。7回以上配列を切断する酵素は示されていない。
抗生物質PTTは細菌によって取込まれ、PTCに分解され
る。後者もまた細菌中のグルタミンシンテターゼを阻害
することから、細菌はグルタミン欠乏により死滅する。
したがって、PTT産生細菌はPTTの作用から自らを保護す
るメカニズム、即ち産生されたPTTの再取込みを妨げる
か又は分解産物PTCを変化させるようなメカニズム、を
有していなければならない。しかしながら、驚くべきこ
とに、PTT産生株S.ビリドクロモゲネスDSM4112は、その
自らの抗生物質に対して感受性を有している。ところが
予想に反し、PTT耐性について選択することにより、PTT
に耐性でありかつ隣接コロニーのバックグラウンド増殖
を抑制する選択株を10-5の驚異的高率で発現させること
が可能であった。
遺伝子バンクは、DNAを単離し、それをBamHIで切断し、
かつそれをストレプトミセテスベクトーと連結すること
により、これらの選択株のDNAから製造された。連結混
合産物で市販S.リビダンスTK23株を形質転換して、連結
混合産物1μg当たり約1〜5kbの挿入物を有する約500
0〜10000個の形質転換株が得られた。形質転換株中にPT
T耐性S.リビダンス株が存在していた。プラスミドの単
離及びS.リビダンスの再形質転換によって、耐性がプラ
スミドにコードされていることを証明することが可能で
あった。耐性をになう遺伝子は4kbBamHI断片上に位置し
ている(第1図)。コード領域は0.8kbBg1 II断片上に
位置する。BamHI断片は酵素Cla I、EcoR I、EcoR V、Hi
nd III、Hpa I、Kpn I、Pvu I、Pvu II及びXho Iの切断
部位を有していない。
ストレプトミセス・ヒグロスコピクス(Streptomyces h
ygroscopicus)FFERM BP−130/ATCC21705(欧州特許出
願公開第0,173,327号、第7図)に関する、まだ詳細に
は特徴づけられていない耐性遺伝子の制限地図との比較
により、本発明の耐性遺伝子はPTT生合成遺伝子に関す
る研究中に見出された公知遺伝子と異なることが示され
る。
一方ではS.ビリドクロモゲネスDSM4112及びS.リビダン
スTK23の細胞抽出物と、他方ではPTT耐性S.ビリドクロ
モゲネス選択株及びプラスミド担持S.リビダンス形質転
換株と、PTC及びアセチルCoAとのインキュベーションに
より、後者の細胞がアセチル化活性を有することを明ら
かにすることができた。クロマトグラフィー試験は、ア
セチル化がアミノ基で生じることを示している。
PTT耐性が大腸菌(Escherichia coli)でもみられ、よ
って耐性メカニズムがグラム陰性菌でも機能しているこ
とから、輸送現象に基づく耐性を除去することができ
る。したがって、植物プロモーターに結合させた後適当
なベクターを用いて、本発明の耐性遺伝子を植物に組込
んで形質転換させることができ、もってこの方法により
PTC耐性植物を製造することができる。
PTCのN−アセチル化は、L型のみの選択的アセチル化
が生じることから、合成D,L−PTCのラセミ分割のために
も利用することができる。
このように、本発明は、ラセミPTCのL型の選択的N−
アセチル化のための耐性遺伝子の使用にも関する。
本発明の耐性遺伝子によりコードされたPTCアセチルト
ランスフェラーゼは、L型のみを選択的に攻撃し、D型
は未変化のままであることから、例えば西独特許第2,71
7,440号の方法から得られるように、ラセミ体をこの酵
素のアセチル化作用に供することにより、ラセミPTCを
光学対掌体に分割するために使用することができる。か
くして得られる混合物は次いで、性質の違いに基づき自
体公知の方法で分割される。
N−アシル−D,L−アミノ酸をアシラーゼ(担体に固定
しておいてもよい)と接触させてL−アミノ酸を選択的
に遊離させ、次いで酸性化後にN−アシル−D−アミノ
酸含有混合物からこのL−アミノ酸を水不溶性溶媒で抽
出することが、開示されている(英国特許第1,369,462
号明細書)。N−アシル−D,L−PTCの同様の分画は、例
えば西独公開第2,939,269号又は米国特許第4,226,941号
明細書に開示されている。
本発明では残存するD−PTCは公知の方法(欧州特許出
願公開第(EP−A)0,137,371号、実施例8)でラセミ
化され、次いで元のプロセスに戻される。
必ずしも必要ではないが、酵素を単離することは可能で
あり、ここで酵素とは本分及び以下において常に酵素的
に活性な部分をも意味しているつもりである。酵素が単
離される場合、これは遊離型として又は担体に固定され
て使用することができる。適当な担体の例はEP−A第0,
141,223号明細書に記載されている。しかしながら、酵
素を単離するのではなく、本発明の酵素を発現するいず
れかの望ましいPTC耐性細胞を用いることが得策であ
る。したがってS.ビリドクロモゲネスDSM4112のPTT耐性
選択株を用いることが、可能かつ得策である。更には、
本発明の遺伝子で形質転換されかつPTCアセチルトラン
スフェラーゼを発現しうるいずれかの望ましい細胞を用
いることが、可能かつ有利である。このような関係か
ら、本発明の遺伝子は、これもその活性部分を意味する
つもりであるが、プラスミドに組込まれた形で又はトラ
ンスフェクション(transfection)のような他の慣用的
遺伝子操作法により宿主細胞中に導入することができ
る。例えばEP−A第0,163,249号及び第0,171,024号明細
書の公知の方法による、例えば大腸菌発現プラスミドへ
の組込み及びかかるプラスミドによる大腸菌の形質転換
が得策である。
ラセミ体中のL−PTCの本発明によるN−アセチル化の
場合、PTCアセチルランスフェラーゼを発現する細胞は
遊離又は固定された形で使用することができるが、固定
化としては慣用的方法が適用される(例えば西独公開第
3,237,341号明細書及びそこで引用された文献)。
L−PTCの本発明による酵素的アセチル化は、酵素反応
に関して慣用的な方法により行なわれるが、その方法の
条件は使用される生物の特徴によって定められる。原則
として、これに適した方法は上記選択的脱アシル化方法
と同様である。
本発明は下記例によって詳細に説明されている。他に言
及のない限り、及び百分率は重量基準である。
例1:PTT耐性選択株 S.ビリドクロモゲネスDSM4112株を最少培地〔ホップウ
ッドら、ストレプトミセスの遺伝子操作、実験マニュア
ル、サ・ジョン・インズ・ファンデーション、ノーリッ
ジ、イングランド、1985年、233頁(Hopwood et al.,Ge
netic Manipulation of Streptomyces,A Laboratory Ma
nual,The John lnnes Foundation,Norwich,England(19
85),page233)〕で培養し、PTT濃度を増加させながら
加えた。濃度100μg/mlで、約105のコロニーにつき1つ
の耐性コロニーが見出された。
例2:ベクターの調製 プラスミドpSVH1(欧州特許第0,070,522号明細書、米国
特許第4,673,642号明細書)をBgl IIで切断し、大きさ
約7.1kbの断片を分離し、チオストレプトン耐性の1.1kb
Bcl I断片と連結させる(欧州特許出願公開第0,158,201
号)。大きさが約8.15kbのプラスミドpEB2が得られる
(第2図)。
例3:耐性遺伝子の分離 全DNAを例1の選択株から分離し、これをBamHIで切断す
る。プラスミドpEB2をBamHIで同様に開環し、2つの混
合物を合わせ、連結させる。連結混合産物でS.リビダン
スTK23(ジョン・インズ・ファンデーションから入手可
能)を形質転換すると、約1〜5kbの挿入物を有する500
0〜10000個の形質転換株が連結混合産物1μg当たりか
ら得られる。PTT耐性について選別により2つの耐性S.
リビダンスコロニーが得られる。取込まれたプラスミド
を後者から分離し、BamHIで切断する。耐性の要因とな
る遺伝子を含む4kbBamHI断片が見出される。このプラス
ミドをpPR1(第3図)と命名した。
S.リビダンスTK23の再形質転換により形質転換株はPTT1
00μg/ml含有最少培地で増殖することから、PTT耐性が
プラスミドにコードされていることが示される。
例4:N−アセチル化によるPTC不活性化の証明 クローニングした断片のアセチル化活性を証明するため
に、下記株を試験した:S.ビリドクロモゲネスDSM4112、
S.ビリドクロモゲネス(PTT耐性変異株)、S.リビダン
スTK23及びS.リビダンスTK23(pPR1)。
そのためには、株を溶菌培地A(欧州特許出願公開第0,
158,872号、第6頁)に接種し、かつオービタルシェー
カー(orbital shaker)中30℃で2日間インキュベーシ
ョンすることが必要である。回収後、菌糸体1mgを適当
な緩衝液〔例えばRS緩衝液:シー・ジェイ・ドムソン
ら、ジャーナル・オブ・バクテリオロジー、第151巻、1
982年、第678−685頁(C.J.Thompson et al.,Journal a
f Bacteriology 151(1982),678−685)〕中超音波で
破壊する。PTC分解を測定するための典型的実験操作法
は下記のとおりである。
PTC(250μg/ml)溶液100μ及びアセチルCoA(4mg/m
l)50μを粗抽出物250μに加え、混合物を30℃で2
時間インキュベーションする。その時点でもなお存在す
るPTC量をHPLCで測定する。この結果は以下のとおりで
ある。
薄層クロマトグラフィーによる参照物質(ニンヒドリン
で染色されない)との比較は、PTCのN−アセチル化が
生じたことを示すものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明によるPTC耐性遺伝子の制限地図であ
る。 第2図は、プラスミドpEB2の制限地図である。 第3図は、プラスミドpPR1の制限地図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C12R 1:465) 微生物の受託番号 DSM 4112 (72)発明者 レナーテ、アリヤー ドイツ連邦共和国ビーレフェルト、ケスタ ーカムプ、14 (72)発明者 アルフレート、ピューラー ドイツ連邦共和国ビーレフェルト、アム ワルトシュレースヒェン、2 (72)発明者 ゲルハルト、ウェーナー ドイツ連邦共和国フレールスハイム、ア ム、マイン、フレールスハイマー、シュト ラーセ、27 (72)発明者 リューディガー、マルクバルト ドイツ連邦共和国フランクフルト、アム マイン、ギュンタースブルクアレー、69 (72)発明者 ズザンネ、グラープライ ドイツ連邦共和国ケーニヒシュタイン/タ ウヌス、ヘルダーリンシュトラーセ、7 (72)発明者 ディーター、ブラウアー ドイツ連邦共和国フレールスハイム、ア ム、マイン、ベルリナー、シュトラーセ、 14 (72)発明者 クラウス、バールチュ ドイツ連邦共和国ケルクハイム(タウヌ ス)メーメルシュトラーセ、2 (56)参考文献 特表 平1−503434(JP,A)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ホスフィノトリシル−アラニル−アラニン
    (PTT)に耐性のストレプトミセス・ビリドクロモゲネ
    スDSM4112を選別し、耐性株由来全DNAをBamHIで切断
    し、大きさ4.0kb断片をクローニングし、更にPTT耐性に
    ついて選別することにより得ることができる、ホスフィ
    ノトリシン(PTC)耐性遺伝子。
  2. 【請求項2】下記のアミノ酸配列をコードするDNA配列
    を有する、特許請求の範囲第1項記載の遺伝子。
  3. 【請求項3】下記の制限地図を有する、特許請求の範囲
    第1項および第2項のいずれか1項に記載の遺伝子。
  4. 【請求項4】下記のDNA配列を有する、特許請求の範囲
    第1項〜第3項のいずれか1項に記載の遺伝子。
JP62209123A 1986-08-23 1987-08-22 ホスフィノトリシン耐性遺伝子及びその使用 Expired - Lifetime JPH0797994B2 (ja)

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DE19863642829 DE3642829A1 (de) 1986-08-23 1986-12-16 Resistenzgen gegen phosphinothricin
DE3637307.9 1987-01-08
DE3700313.5 1987-01-08
DE3642829.9 1987-01-08
DE3628747.4 1987-01-08
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