JPH09500528A - 昆虫の抑制方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼは昆虫を抑制する。この酵素をコードする遺伝子を植物−集落形成性微生物もしくは植物の形質転換につきベクター中にクローン化させ、これにより昆虫加害の抑制方法を与えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 昆虫の抑制方法 発明の技術分野 本発明は植物に直接施すことができる酵素または植物にて微生物により産生さ せうる酵素を使用する、或いは酵素を産生するよう植物を遺伝的に改変する鱗翅 類昆虫の抑制方法、並びにこの方法に有用な遺伝子、微生物および植物に関する ものである。 発明の背景 蛋白質を包含する天然産物の使用は、多くの昆虫害虫を抑制する周知の方法で ある。たとえばＢａｃｉｌｌｕｓ ｔｈｕｒｉｎｇｉｅｎｓｉｓ（Ｂ．ｔ．）の エンドトキシンが鱗翅類および鞘翅類の両昆虫害虫を抑制すべく使用される。こ れらエンドトキシンを産生する遺伝子はワタ、タバコおよびトマトを包含する各 種の植物に導入されると共に発現される。しかしながら、Ｂ．ｔ．エンドトキシ ンに対し感受性でない数種の経済上重大な昆虫害虫が存在する。さらに、Ｂ．ｔ ．が集団における耐性の発生を管理すべく抑制を与えるような昆虫を抑制する別 の蛋白質につきさらにニーズが存在する。 したがって本発明の目的は、鱗翅類昆虫を抑制しうる蛋白質およびこれら蛋白 質を産生させるのに有用な遺伝子を提供することにある。さらに本発明の目的は 、この種の遺伝物質を微生物および植物細胞に挿入するための遺伝構築物および 挿入方法を提供することにある。さらに本発明の目的は、この種の遺伝物質を含 有する形質転換された微生物および植物を提供することにある。 発明の要点 今回、３−ヒドロキシステロイド（たとえばコレステロール）の酸化を触媒す る蛋白質は鱗翅類昆虫を抑制することが突き止められた。これらは鱗翅類昆虫の 幼虫につき死滅および萎縮をもたらす。これら酵素は植物に直接施すことができ 、或いはたとえば植物−集落形成性微生物を加えるなど他の方法で導入すること ができ、或いは酵素を産生するよう形質転換された植物自身により得ることがで きる。 ３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼ（Ｅ．Ｃ．１．１．３．６）は、た とえばＳｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ ｓｐ．、Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｓｐ．、 Ｍｙｃｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｓｐ．、Ｓｃｈｉｚｏｐｈｙｌｌｕｍ ｃｏｍｍ ｕｎｅ、Ｎ ｏｃａｒｄｉａ ｓｐ．およびＲｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ ｓｐ．のような微生物 により天然に産生される［Ｓｍｉｔｈ ｅｔ ａｌ、１９７６およびＬｏｎｇ ｅｔ ａｌ、１９９０］。数種の異なる供給源からの酵素の製剤がシグマ・ケミ カル・コンパニー社、セントルイス、ミズーリ州から入手できる。 ３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼの発現を制御する新規なストレプト ミセス遺伝子が分離されて配列決定されている。これら新規な遺伝子または３− ヒドロキシステロイド オキシダーゼの他の公知産生体からの遺伝を形質転換ベ クターカセットに挿入し、これを用いて植物−集落形成性微生物を形質転換させ ることができ、これら微生物は植物に施すと３−ヒドロキシステロイドオキシダ ーゼを産生する遺伝子を発現し、これにより昆虫の抑制を与える。或いは、植物 にて作用すると共に前記酵素をコードする遺伝子を形質転換ベクターカセットに 挿入して植物のゲノムに組込むことができ、この植物は遺伝子を発現すると共に ３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼを産生することにより自身を攻撃から 保護する。さらに植物を形質転換させてＢ．ｔ．遺伝子を同時発現させ、他の昆 虫を抑制するための蛋白質を発現させることもできる。Ｂ．ｔ．遺伝子 を発現するよう形質転換された植物の例がヨーロッパ特許公報第０３８５９６２ 号（Ｆｉｓｃｈｈｏｆｆ ｅｔ ａｌ）に開示されている。 上記を達成すべく本発明の一面によれば植物の昆虫加害の抑制方法が提供され 、この方法は昆虫により摂取させるべく３−ヒドロキシステロイド オキシダー ゼを供給することを特徴とする。 他面において本発明によれば、鱗翅類昆虫加害を抑制するのに有効な量の３− ヒドロキシステロイド オキシダーゼを発現する遺伝形質転換植物の産生方法が 提供され、この方法は （ａ）植物細胞のゲノム中に組換二本鎖ＤＮＡ分子を挿入し、このＤＮＡ分子は （ｉ）植物細胞内で作用してＲＮＡ配列を産生されるプロモータ； （ii）３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼをコードする構造コード化配 列； （iii）前記植物細胞内で作用して、ポリアデニレートヌクレオチドをＲＮＡ 配列の３′末端に付加させる３′非翻訳領域からなり、前記プロモータは構造コ ード化配列に対し異種 （ｈｅｔｅｒｏｌｏｇｏｕｓ）であると共に前記プロモータは前記構造コード化 配列と操作可能に結合し、この構造コード化配列は順序通りに前記非翻訳領域と 操作可能に結合している； （ｂ）形質転換植物細胞を得； （ｃ）形質転換植物細胞から遺伝形質転換植物を再生させて殺虫上有効量のステ ロール オキシダーゼを発現させることを特徴とする。 さらに他面において本発明によれば、上記要素（ｉ）、（ii）および（iii） で構成されたＤＮＡを含有する細菌および形質転換植物細胞も提供される。 本明細書で用いる「昆虫加害の抑制」という用語は死滅、幼虫発育の阻止（萎 縮）または繁殖効率の低下のいずれかにより収率低下をもたらす昆虫の個数を減 少させることを意味する。 ここで用いる「構造コード化配列」という用語は、ＤＮＡからｍＲＮＡへの転 写に続く所望ポリペプチドへの翻訳にしたがい細胞により生成され得るポリペプ チドをコードするＤＮＡ配列を意味する。 発明の詳細な説明 ３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼは３−ヒドロキシステロイドにおけ る３−ヒドロキシ基の酸化を触媒して、ケト ステロイドおよび過酸化水素を生成させる。これらは、たとえばコレステロール のような各種の３−ヒドロキシステロイドの酸化を触媒することができる。従来 公知の３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼの殆どは「コレステロール オ キシダーゼ」（Ｅ．Ｃ．＃１．１．３．６．として酵素的に分類）と呼ばれるが 、コレステロールは３−ヒドロキシステロイド基質の１つである。昆虫を抑制す る目的での全ての３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼの使用およびこの種 の蛋白質をコードする遺伝子の使用は本発明の範囲内である。 ３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼは血清コレステロール分析の試薬と して使用すべく市販されている。たとえばシグマ・ケミカル・カンパニー社（セ ントルイス、ミズーリ州）は３種のこれら３−ヒドロキシステロイド オキシダ ーゼ（コレステロール オキシダーゼと命名）を提供し、その１種ストレプトミ セスｓｐ．からのものであり、１種はシュードモナス フルオレッセンスからの ものであり、１種はブレビバクテリウムからのものである。３−ヒドロキシステ ロイド オキシダーゼの２種の他の供給源、すなわちそれぞれ３−ヒドロキシス テロイド オキシダーゼを産生するＡ１９２４１および Ａ１９２４９と命名された２種のストレプトミセスが分離されている。これら微 生物はマダガスカルで収集された。これら微生物を常法により培養した際、培養 濾液は下記するように昆虫の幼虫に影響を及ぼすことが判明した。 Ａ１９２４９のシード培養を５５ｍＬの滅菌トリプトン−酵母抽出物ブロス（ ｐＨ６．８）にて２５０ｍＬの振とうフラスコで開始させた。このシードを回転 振とう器にて２５０ｒｐｍで３日間にわたり３０℃にて攪拌した。２Ｌの作業容 積を有するニュー・ブランスウィック・バイオフロＩＩ バイオリアクタに「培 地２０２」（ＭｇＳＯ₄・７Ｈ₂Ｏ ２ｇ／Ｌ、ＫＨ₂ＰＯ₄ ０．５ｇ／Ｌ、Ｎａ Ｃｌ ０．５ｇ／Ｌ、ＣａＣＯ₃ １ｇ／Ｌ、ＺｎＳＯ₄・Ｎ₂Ｏ（１ｍｇ／ｍＬ ストック）５ｍＬ／Ｌ、１００ｍＭ ＦｅＥＤＴＡ ０．５ｍＬ／Ｌ、可溶性澱 粉５ｇ／Ｌ、デキストロース２．５ｇ／Ｌ、芽抽出物２．５ｇ／Ｌ、ソイトーン ５ｇ／Ｌ）を充填した。ｐＨを２．５Ｎ ＮａＯＨもしくは１Ｎ ＨＣｌにより ６．５に調整すると共に、１ｍＬ／ＬのＰ２０００、すなわち消泡剤を添加した 。このバイオリアクタを密封して２５０℃で２５分間にわたりオートクレーブ処 理した。３日間増殖させたシードを用い て２％もしくは４０ｍＬにて発酵装置に接種した。３０℃にて１Ｌ／ｍｉｎの空 気流量および５００ｒｐｍでの攪拌速度で発酵を生ぜしめた。発酵物を４０時間 後に回収した。 これら各酵素は下記に示すように昆虫の抑制を示した。Ｐ．フルオレッセンス の３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼはストレプトミセス酵素とは免疫学 的に異なるが、これも昆虫を抑制する。 本発明の３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼを産生する他の微生物は３ −ヒドロキシステロイド オキシダーゼ活性につき培養濾液もしくは個々の蛋白 質を下記する分光光度分析により分析して同定することができ、この分析法は３ −ヒドロキシステロイド（たとえばコレステロール）の存在下での過酸化水素生 成を測定する［Ｇａｌｌｏ、１９８１］。 生体効能分析幼虫の生体検定 鱗翅類幼虫を、示した量のＡ１９２４９の３−ヒドロキシステロイド オキシ ダーゼ（コレステロール オキシダーゼ）で処理した人工寒天系のダイエット（ Ｍａｒｒｏｎｅ ｅｔ ａｌ、１９８５）で６日間試験した。結果を第１表に示 す。萎縮％は次のように規定される： ［幼虫重量（Ｈｅｐｅｓ比較）−幼虫重量（コレステロールオキシダーゼ）］ ／幼虫重量（Ｈｅｐｅｓ比較）×１００。 拡張試験をタバコバッドワーム幼虫で行って、６日間試験で示される萎縮の効 果を試験した。タバコバッドワーム卵を、緩衝液または１００ｐｐｍのＡ１９２ ４９の３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼ（コレステロール オキシダー ゼ）を含有する人工ダイエット（上記）に添加した。７日間の後、比較と対比し た死亡率を記録した。生存する幼虫を新たなダイエット（必要に応じ、比較また は処理）に７日間毎に移した。死亡率％（比較の死亡率につき補正）を７日間、 １０日間および１４日間につき第２表に示す。補正した幼虫数は２３であった。 ２７日目に２匹の幼虫のみが生存した。この両者は極めて萎縮し、決して蛹化し なかった。比較幼虫の９２％が生存し、生存幼虫は全て２７日目に蛹化した。こ の実験は３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼが実質的にタバコバッドワー ム幼虫の発育を阻止することを示す。 作用試験の方式 以下の試験は、３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼが昆虫自身に対し直 接効果を有すること並びに上記実験で示された活性がたとえばステロール消耗に よる昆虫のダイエットに対する酵素作用に起与しえないことを示す。メキシコ ワタミゾウムシおよび鱗翅類幼虫が酵素に対し最も感受性である。この特異性は 、以下詳細に説明するように昆虫の中腸に対する３−ヒドロキシステロイド オ キシダーゼの作用に基づくと思われる。同様な中腸生理特性を有する他の昆虫も ３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼにより抑制することができる。さらに 、試験してここに報告した以外の３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼは異 なる中腸生理特性を有する異なる範囲の昆虫を抑制することができる。綿実ダイエット分析 ３０ｇのファルマメジア（登録商標）（トレイダース・プロテイン）綿実粉を 、０．１３％のプロピオン酸と０．０１４％の燐酸とそれぞれ３０ｍｇの硫酸ス トレプトマイシンおよびクロルテトラサイクリンとを含有する５０℃の１．６％ 寒天溶液１７０ｍＬに混入して処理ダイエットを作成した。混合する前に、１０ ％ＫＯＨを用いてｐＨを６．２に調整した。ファルマメジア（登録商標）は綿実 胚芽で構成された粉末である。このダイエットを水浴中で４０℃にて保温した。 シグマ・ストレプトミセス ３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼ（コレス テロール オキシダーゼ）の希釈物をダイエットに混入した。タバコ・バッドワ ーム幼虫は、綿実ダイエットにおける３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼ （１００ｐｐｍ）にさらされると６８％萎縮する。ワタ カルスダイエット分析 コーカー３１２ワタ カルスと９６穴昆虫ダイエット皿とを用いてワタ カル ス分析を行った。各穴は０．５ｍＬのゲル化した２％寒天（０．１３％のプロピ オン酸と０．０１４％の燐酸とを含有）を含有し、この穴を濾紙盤で覆った。カ ルス片 （約１５０ｍｇ）を各穴に入れた。各反復試験につき２５μＬの３−ヒドロキシ ステロイド オキシダーゼの保存溶液（１．２５ｍｇ／ｍＬ保存液）または２５ μＬの２５ｍＭＨｅｐｅｓ緩衝液（ｐＨ７．５）を各カルス片にピペットで入れ た。０．１５％の寒天中のタバコ・バッドワーム卵（４〜８個の卵／穴１個、孵 化してから０〜１２時間）をカルスに隣接したフィルタ盤にピペットで載せた。 個々の幼虫を新たに処理されたカルス試料に３日毎に移した。幼虫を１０日間後 に秤量した。 幼虫の萎縮を処理穴にて観察したが、人工ダイエットまたは綿実ダイエットと 比較して減少した。このワタ カルスによる萎縮レベルの減少は、恐らくカルス 組織を完全には覆わないピペットで入れた酵素溶液および濾紙上への若干の酵素 の損失に起因すると思われる。ダイエットに対する事前摂取作用 ３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼと共に１週間にわたり培養し、次い で８０℃まで加熱して酵素を変性させた後に上記分析に使用したダイエット試料 を幼虫に供給しても致死作用または萎縮作用が生じない。このことはさらに、３ −ヒドロキシステロイド オキシダーゼの作用方式が栄養源のステロー ル消耗に依存せず、酵素が昆虫に対し直接作用することを示す。顕微鏡試験 タバコ・バッドワーム幼虫を、１００μｇ／ｍＬの３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼもしくはＨｅｐｅｓ緩衝液比較を含有する人工ダイエットにて卵 から育てた。１０日間の後、中腸上皮組織を切除し、Ｐｕｒｃｅｌｌ ｅｔ ａ ｌ（１９９３）により記載されたように顕微鏡観察につき処理した。処理幼虫か らの中腸はＨｅｐｅｓ緩衝液処理比較と対比して各種の組織学的および超微構造 的変化を示した。３−ヒドロキシステロイドオキシダーゼは中腸上皮における細 胞の側方収縮と頂点−基点方向の伸長とを誘発し、細胞間の間隔拡大と不規則か つ回旋状の管腔表面の形成とをもたらした。細胞弱化は、局在化した頂点方向の 細胞質気泡形成および絨毛突起露出によっても特徴付けられた。この露出はしば しば、管腔における細胞質断片の剥離を発生した。局在する細胞溶解も観察され たが、全体として上皮は完全のまま残存した。これら観察は、３−ヒドロキシス テロイド オキシダーゼにさらされたことが頂点方向形質膜の一体性を損なって 、浸透圧膨潤および溶解に対する二次的な一般的細胞高感受性をもたらすことを 示唆する。 ほぼ全ての細胞膜の一体性および正常な機能にはコレステロールが必要とされ る。３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼによる代謝に基づく細胞膜への取 込みおよび維持に関するコレステロールの利用性低下は、したがって、この薬剤 の毒性に関する１つの可能なメカニズムとなりうる。しかしながら、上記観察は 、最も劇的な構造変化が腸管における３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼ と接触した中腸細胞の先端に局在することを示す。これは、３−ヒドロキシステ ロイド オキシダーゼが既に膜中に組込まれたコレステロールを変化させるよう 直接作用しうることを示唆する。さらに、ダイエット処理の上記試験は、ダイエ ットがタバコ・バットワーム成長を損ねるように摂取前に変化しなかったことを 示し、これも昆虫に対する酵素の直接的作用を示唆する。作用理論の方式 この理論に拘束されるものでないが、３−ヒドロキシステロイド オキシダー ゼ酵素は摂取後に腸内での或る種の作用によって鱗翅類幼虫の成長を萎縮させる と思われる。生体検定および形態学的データは、３−ヒドロキシステロイド オ キシダーゼを含有するダイエットの摂取から病理学的症状が明かに生じ たことを示す。 酵素の同定 マダガスカル・ストレプトミセス微生物からの活性蛋白質を分離し、精製し、 部分的に配列決定して３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼと同定した。蛋白質分離 各培養濾液を、先ず最初にＹＭ１０膜（アミコン社）で［＞１０ｋＤａ］フラ クションまで寸法決定し、次いでＦＰＬＣモノＱ ＨＲ１０／１０（ファルマシ アＬＫＢ社、ピスカタウェイ、ＮＪ）カラムにて複数回にわたりクロマトグラフ 処理することにより精製した。モノＱカラムでのクロマトグラフィーにつき、各 試料を２５ｍＭ Ｈｅｐｅｓ（ｐＨ７．５）にてカラムに充填し、２５ｍＭ Ｈ ｅｐｅｓ（ｐＨ７．５）における１．０ＭＫＣｌまでの濃度勾配により溶出させ た。各フラクションを集め、それぞれのアリコートを０．２μｍアクロディスク 注射器先端フィルで濾過した。それぞれを昆虫分析で試験した。所定量の殺昆虫 活性フラクションをＳＤＳ−ＰＡＧＥにて電気泳動にかけ［Ｌａｅｍｍｌｉ、１ ９７０］、その際ダイイチ・ダブル・ゲル・デバイスと１０〜２０％ミニゲルと を使用 した。蛋白質をダイイチ銀染色試薬キットを用いる銀染色により可視化させた。 新規な微生物から分離された本発明の活性酵素は５２．５ｋＤａの蛋白質である と判明した。アミノ酸配列 上記のように分離したストレプトミセス Ａ１９２４１により産生された蛋白 質のＳＤＳ−ＰＡＧＥゲルをマツダイラの手法［Ｍａｔｓｕｄａｉｒａ、１９８ ７］によりＰＶＤＦ紙（イムモビロン、ミリポア社）にブロットした。Ｎ−末端 を自動化エドマン減成化学により配列決定した。気相配列決定装置（Ａｐｐｌｉ ｅｄ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ、Ｉｎｃ．）を標準的配列決定装置サイクルにより 減成につき使用した。各ＰＴＨ−ａａ誘導体を、ブラウンリ−ＰＴＨ−Ｃ１８カ ラム（内径２．１ｍｍ）が装着されたＰＴＨ分析器（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｓ ｙｓｔｅｍｓ、Ｉｎｃ．）を用いオンライン方式で逆相ＨＰＬＣ分析により同定 した。内部配列につき、切断をＡ１９２４９からの精製３−ヒドロキシステロイ ドオキシダーゼにつきトリプシン（ＴＰＣＫ処理、ワーシントン・バイオケミカ ルス・コーポレーション社、フリーホールド、ＮＪ）を用いて行った。次いで各 断片を逆相ＨＰＬＣにより精製し、Ｎ−末端方式で配 列決定した。 得られた部分配列を公知の蛋白質と比較すると、強い（７１％）相同性が、ス トレプトミセス・スピーシースから分離されたと報告されている３−ヒドロキシ ステロイド オキシダーゼのＮ−末端における１４アミノ酸配列との間に存在す る［Ｉｓｈｉｚａｋｉ ｅｔ ａｌ、１９８９］。報告された酵素は５４．９ｋ ＤａのＭ_rを有し、これは分離された酵素の５２．５ｋＤａのＭ_rとよく一致する 。 報告された酵素の６つの領域に対し相同性をも有するＡ１９２４９から精製さ れた酵素の６個の内側断片を配列決定した。これら断片は９５％、７６％、６４ ％、５８％、８９％および１００％の配列同一性を有した。アミノ酸組成の決定および比較 Ａ１９２４９により産生された３−ヒドロキシステロイドオキシダーゼのアミ ノ酸組成を決定すると共に、報告されたストレプトミセス酵素の組成と比較した 。これら試料を酸加水分解にかけた（６Ｎ ＨＣｌ、ウォータース・ピコターク 作業ステーションを用いる気相加水分解、２４時間、１１０℃）。全ての分析は 、ニンヒドリンを用いて加水分解物のポストカラム誘導化の後に行った［Ｍｏｏ ｒｅ ｅｔ ａｌ、１９６３］。 ベックマン・モデル６３００型自動分析装置を実際の決定に使用した。Ｓδｎ／ Ｎ統計を用いて２種の組成を比較することにより、それらの関連性に関する予測 を行った。統計に関する式は次の通りである： １／２Σ（ｎ_Ai−ｎ_Bi）²／Ｎ ［式中、Ａは一方の組成であり、Ｂは他方の組成であり、ｉは各アミノ酸であり 、ｎは各アミノ酸の個数であり、Ｎは蛋白質におけるアミノ酸の全数である］。 Ｓδｎ／Ｎが＜０．４２であれば、これら蛋白質が関連するチャンスは９５％よ り大である。数値が小さいほど、決定された組成は一層近似する。 報告された酵素と比較したＡ１９２４９蛋白質のＳδｎ／Ｎ統計は０．３６で あり、これは両者が極めて関連することを示す。３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼ分析 酵素の同定を３−ヒドロキシステロイド（特にコレステロール）を酸化する能 力につき試験して確認した。酵素を西洋ワサビ ペルオキシダーゼ（２０Ｕ／ｍ Ｌ）とフェノール（１４ｍＭ）と４−アミノアンチピリン（０．８２ｍＭ）とト リトン（登録商標）Ｘ−１００（０．０５％）と燐酸塩緩衝液（１０ ０ｍＭ、ｐＨ７）とからなる試薬混合物に添加する。次いでイソプロパノール中 のステロールを添加し、５００ｎｍにおける吸光度を監視する。１単位の活性は 、２０℃にて１分間当たり１μモルのステロールを酸化するのに要する酵素の量 と規定される。 酵素の活性レベルを各種の３−ヒドロキシステロイドを代表する３−ヒドロキ システロイドにつき第３表に示す。 酵素源は次の通りである： １＝Ａ１９２４９ ２＝Ａ１９２４１ ３＝シグマ・ストレプトミセス ４＝シグマ・シュードモナス 酵素の免疫学的比較 シグマ・ストレプトミセス酵素は、シグマ・ストレプトミセス酵素に対し産生 させたポリクローナル抗血清を用いてウエスタン・ブロット［Ｂｕｒｎｅｔｔｅ ｅｔ ａｌ、１９８１］により示されるように、本発明の分離物、すなわちＮ ｏ．Ａ１９２４１および１９２４９により産生された３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼに対し免疫学的に関連する。これら抗血清は、分離物により産生 された両酵素を認識した。Ｐ．フルオレッセンスからの３−ヒドロキシステロイ ド オキシダーゼは抗血清により認識されなかった。このことは、免疫学上異な る各３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼが昆虫に対し毒性であることを示 す。 遺伝子的同定 ３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼ遺伝子をマダガスカルで分離された ストレプトミセス微生物の１種から分離し、その配列を決定した。Ａ１９２４９からの３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼのクローン化 上記したように、Ａ１９２４９からの精製された３−ヒドロ キシステロイド オキシダーゼのペプチド配列を蛋白質の４領域について得た。 これらペプチド配列を公知の蛋白質配列のデータベースと比較し、この比較はＡ １９２４９蛋白質がストレプトミセスからの公知３−ヒドロキシステロイド オ キシダーゼ［Ｉｓｈｉｚａｋｉ］に対し高度の相同性を有することを示した。Ａ １９２４９ペプチド配列をこの公知蛋白質配列と比較して、これらペプチドをＡ １９２４９蛋白質配列における推定位置に割付けた。Ａ１９２４９からの完全３ −ヒドロキシステロイド オキシダーゼより誘導された配列は、公開された配列 からの分泌型の酵素におけるＮ−末端に近い領域に対応した。このことから、Ａ １９２４９Ｎ−末端ペプチド配列も同様にその推定分泌性シグナル配列を欠如し た「成熟」分泌型の蛋白質に対応すると結論された。このことは、その後にＡ１ ９２４９遺伝子のＤＮＡ配列分析（下記参照）により確認された。３種のペプチ ドを用いて、Ａ１９２４９ ３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼ遺伝子を 分離するためのハイブリダイゼーションプローブを作成した。ペプチドＮ２（Ｓ ＥＱ ＩＤ ＮＯ：１）は公知の成熟蛋白質配列（推定シグナルペプチドを含ま ない配列）のＮ−末端アミノ酸２９〜４３に対応し、ペプチド Ｃ１（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：２）は成熟蛋白質配列のアミノ酸４３４〜４４９に 対応し、さらにペプチドＣ２（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：３）は成熟蛋白質配列のア ミノ酸４６４〜４７５に対応した。 Ｎ２（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：１）： ＶａｌＳｅｒＴｈｒＬｅｕＭｅｔＬｅｕＧｌｕＭｅｔＧｌｙＧｌｎＬｅｕＴｒ ｐＡｓｎＧｌｎＰｒｏ Ｃ１（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：２）： ＡｌａＰｈｅＡｌａＡｓｐＡｓｐＰｈｅＣｙｓＴｙｒＨｉｓＰｒｏＬｅｕＧｌ ｙＧｌｙＣｙｓＶａｌＬｅｕ Ｃ２（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：３）： ＡｓｎＬｅｕＴｙｒＶａｌＴｈｒＡｓｐＧｌｙＳｅｒＬｅｕＩｌｅＰｒｏＧｌ ｙ これらペプチド配列に基づき、Ａ１９２４９からの３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼペプチド配列に対応する３種の長い非縮退オリゴヌクレオチドを ストレプトミセス優先コドンを用いて設計した。オリゴヌクレオチドＮ２（ＳＥ Ｑ ＩＤ ＮＯ：４）とＣ１（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：５）とＣ２（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：６）は上記ペプチドＮ２、Ｃ１およびＣ２に対応する。 Ｎ２プローブ（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：４）： ｇｔｇｔｃｃａｃｃｃｔｇａｔｇｃｔｇｇａｇａｔｇｇｇｃｃａｇｃｔｇｔｇ ｇａａｃｃａｇｃｃｃ Ｃ１プローブ（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：５）： ｇｃｃｔｔｃｇｃｃｇａｃｇａｃｔｔｃｔｇｃｔａｃｃａｃｃｃｇｃｔｃｇｇ ｃｇｇｃｔｇｃｇｔｃｃｔｇ Ｃ２プローブ（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：６）： ａａｃｃｔｃｔａｃｇｔｇａｃｃｇａｃｇｇｔｔｃｇｃｔｇａｔｃｃｃｇｇｇ ｔ プローブＮ２（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：４）とＣ１（ＳＥＱＩＤ ＮＯ：５）と Ｃ２（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：６）とを全てＡ１９２４９ ゲノムＤＮＡのサウザ ン・ブロットにつきハイブリダイゼーションプローブとして使用した。３種のプ ローブは全てＢａｍＨＩ切断ＤＮＡにおける同じ２．２ｋｂバンドにハイブリダ イズしたが、Ｎ２（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：４）はＳａｌＩおよびＢｇｌＩＩ切断 物におけるＣ１（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：５）およびＣ２（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ： ６）とは異なる断片にハイブリダイズした。このことは、ＳａｌＩおよびＢｇｌ ＩＩがＡ１９２４９からの３−ヒドロキシステロイド オキ シダーゼ遺伝子のコード化配列内で切断することを示し、これはＤＮＡ配列分析 により確認された。 Ａ１９２４９からの３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼ遺伝子を、λフ ァージベクターにおけるＡ１９２４９ ＤＮＡのＤＮＡ断片ライブラリーにおけ るハイブリダイゼーションプローブとして３種の合成オリゴヌクレオチドを用い て分離した。ライブラリーを、Ａ１９２４９の部分切断Ｍｂｏ１ ＤＮＡ断片を 用いてλＥＭＢＬ３にて作成した。これらプローブを用いて、１次ライブラリー から約７２，０００個のλファージ プラークをスクリーニングした。１次プラ ークのスクリーニングはＮ２（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：４）＋Ｃ２（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：６）を用いて行った。ＮおよびＣ−末端プローブにハイブリダイズした 全部で１２個の組換プラークを釣り上げ、プローブＮ２（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ： ４）およびＣ２（ＳＥＱＩＤ ＮＯ：６）での第２回目のハイブリダイゼーショ ンスクリーニングにより精製した。サウザン・ブロット分析は、分析した６種の λクローンのうち５種にて２．２ｋｂのＢａｍＨＩ断片がＮおよびＣ−末端プロ ーブの両者にハイブリダイズしたことを示した。この結果は、２．２ｋｂのＢａ ｍＨＩ断片が３− ヒドロキシステロイド オキシダーゼ遺伝子を含有することを示した最初のサウ ザン・ハイブリダイゼーション分析を確定した。この２．２ｋｂのＤＮＡ断片を プラスミドベクターｐＵＣ１８［Ｙａｎｉｓｃｈ−Ｐｅｒｒｏｎ ｅｔ ａｌ、 １９８５］に、両配向にてさらに分析するためクローン化させた。制限地図作成 は、サウザン・ハイブリダイゼーション分析により予想されるように、内部Ｓａ ｌＩおよびＢｇｌＩＩ部位が存在することを示した。これら部位は、公表された ３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼ遺伝子配列と比較して同様に保持され る。さらにＢａｍＨＩ断片を直接的ＤＮＡ配列決定のため４個の断片にサブクロ ーン化させた。３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼ遺伝子の配列分析 ２．２ｋｂのＢａｍＨＩ断片からのＤＮＡ配列の全部で１８６５ヌクレオチド をジデオキシ鎖末端法により、この断片におけるサブクローンの直接的ＤＮＡ配 列分析により決定した。この配列はＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：７であると同定された 。このＤＮＡ配列は３′および５′の両末端に非コード化フランキング領域を有 する。このＤＮＡ配列の分析は、それぞれ４３および５０４アミノ酸の分泌性シ グナルペプチドと成熟３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼ蛋白質とをコー ドする単一の長い 読取枠を示した。これは、公表された３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼ のヌクレオチド配列に対し８４．３７％の相同性である。誘導されたアミノ酸配 列は、公表された３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼ配列に対し８１．６ ８５％の相同性である。これはＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：８と同定された。Ａ１９２ ４９ ＤＮＡ配列の検査およびＡ１９２４９からの完全３−ヒドロキシステロイ ド オキシダーゼのＮ−末端アミノ酸配列に対する比較は、Ａ１９２４９遺伝子 が細胞からの蛋白質の分泌に際し明かに切断されるシグナルペプチド配列を含む 蛋白質をコードすることを示した。したがって、Ａ１９２４９からの成熟蛋白質 のＮ−末端はＳｅｒ−Ｇｌｙ−Ｇｌｙ−Ｔｈｒ−Ｐｈｅで開始し、ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：１２として同定される。 遺伝形質転換 ３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼ遺伝子は新規な微生物から分離する ことができ、或いはたとえばロング等によりＷＯ ９０ ０５，７８８号に記載 されたロドコッカス・スピシーズのような公知の供給源から得ることもできる。 次いで、この遺伝子を使用して細菌細胞もしくは植物細胞を形質転換させること により、３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼを 産生させると共に本発明の方法を実施することができる。どのようにこれをＡ１ ９２４９の遺伝子を用いて行いうるかにつき実施例を以下に示す。Ａ１９２４９遺伝子の突然変異誘発 Ａ１９２４９遺伝子を異種細菌もしくは植物宿主にて３−ヒドロキシステロイ ド オキシダーゼを発現させるのに適するベクターに組込むには、適する制限部 位を遺伝子の末端近くに導入する必要がある。この突然変異誘発の目標は、最小 非コード化フランキング配列を有する蛋白質コード化配列を含むカセットを形成 させると共に有用な制限部位を組込んでこれらカセットを動態化させることであ る。シグナルペプチドを含む完全コード化配列または成熟コード化配列のみを動 態化させうるカセットを設計した。これらカセットを適する細菌もしくは植物発 現ベクターに組込むため、ＮｃｏＩ制限部位を完全蛋白質配列のＮ−末端または 成熟蛋白質配列のＮ−末端で処理した。ＢａｍＨＩ部位を完全コード化配列の停 止コドンの直後で処理した。３種の突然変位誘発プライマーを、下記に示すよう に、これらカセットを形成すべく設計した。プライマーＣｈｏｓｓｎ（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：９）での突然変異誘発は完全蛋白質 のシグナルペプチドのＮ−末端にてバリンおよびアスパラギンの代わりに３種の アミノ酸（ＭＡＴ）を有し、Ｃｈｏｍｎｒ（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：１０）は２個 のアミノ酸（ＭＡ）を成熟蛋白質のＮ−末端に付加した。これはＮｃｏＩ制限部 位を組込むのに必要であった。プライマーＣｈｏ３ｂｒ（ＳＥＱＩＤ ＮＯ：１ １）での突然変異誘発はＢａｍＨＩ部位をコード化配列の３′末端に組込んだ。 プライマーＣｈｏｍｎｒおよびＣｈｏ３ｂｒを用いてＤＮＡのアンチセンス鎖を 直接形成させた。 Ｃｈｏｓｓｎ（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：９）： ＣＴＣＡＧＧＡＧＣＡＣＣＡＴＧＧＣＧＡＣＣＧＣＡＣＡＣ （ＮｃｏＩ部位下線） Ｃｈｏｍｎｒ（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：１０）： ＧＴＧＣＣＧＣＣＧＧＡＧＧＣＣＡＴＧＧＧＧＧＣＧＧＴＧＧＣ （ＮｃｏＩ部位下線） Ｃｈｏ３ｂｒ（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：１１）： ＧＣＣＣＣＧＣＣＣＧＴＣＧＧＡＴＣＣＧＴＣＡＧＧＡＡＣＣＣＧ （ＢａｍＨＩ部位下線） 得られた改変配列は完全蛋白質をコードするＳＥＱ ＩＤＮＯ：１３および成 熟蛋白質をコードするＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：１４であると同定された。大腸菌における３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼの発現 完全蛋白質コード化配列または成熟蛋白質コード化配列のいずれかを含有する ＮｃｏＩ−ＢａｍＨＩ断片を、大腸菌における蛋白質発現につき設計したベクタ ー、すなわちベクターｐＫＫ２３３−２（ファルマシアＬＫＢ社、ピスカタウェ イ、ＮＪ）に挿入した。ｐＫＫ２３３−２はＩＰＴＧ−誘発性ｔｒｃプロモータ を含有する。改変された完全（全長）蛋白質コート化配列（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ ：１３）を有するベクターをｐＭＯＮ２０９０９と称する。改変された成熟蛋白 質コード化配列（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：１４）を有するベクターをｐＭＯＮ２０ ９０７と称する。ｐＭＯＮ２０９０９で改変された大腸菌ＸＬ１ブルー細胞（ス トラタジーン社、サンジエゴ、ＣＡ）は、ｐＭＯＮ２０９０７で改変された細胞 よりも高レベルの酵素活性にて３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼを発現 した。この蛋白質をｐＭＯＮ２０９０９を含有する４ＬのＩＰＴ Ｇ−誘発大腸菌から抽出すると共に精製した。音波処理された細菌溶解物からの 可溶性フラクションを濃縮すると共に透析し、次いでモノＱクロマトグラフィー により部分精製して１１単位の３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼ活性を 得た。ウェスタン・ブロット分析は、完全蛋白質のシグナル配列が大腸菌にて切 断されるが切断の正確な部位は決定されなかったことを示す。回収した蛋白質の 分析はＡ１９２４９蛋白質と対比し酵素活性における５倍の低下を示したが、こ の損失は植物原形質または大腸菌における酵素活性の損失を説明するような改変 が見られないＤＮＡ配列決定により説明されない。 回収された蛋白質をタバコ・バッドワームに対し試験して、１００ｐｇ／ｍＬ の投与量で８８％萎縮を示した。植物−集落形成性細菌における３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼの発現 昆虫を抑制するには、植物−集落形成性細菌にて３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼを発現させ、次いでこの細菌を植物に施すことが望ましい。昆虫が 植物で育つ際、これは植物−集落形成体により産生された毒性量の３−ヒドロキ システロイド オキシダーゼを摂取する。植物−集落形成体はたとえば シュードモナスもしくはアグロバクテリウム・スピーシズのような植物表面に生 息するもの、或いはたとえばクラビバクター・スピーシズのような植物脈管に生 息する内部寄生植物とすることができる。表面集落形成体については、３−ヒド ロキシステロイド オキシダーゼ遺伝子をこれらグラム陰性宿主にて複製しうる 広範囲の宿主ベクターに挿入することができる。この種のベクターの例はＩｎｃ Ｑ非適合性群のｐＫＴ２３１［Ｂａｇｄａｓａｒｉａｎ ｅｔ ａｌ、１９８１ ］またはＩｎｃＰ群のｐＶＫ１００［Ｋｎａｕｆ、１９８２］である。内部寄生 植物については、３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼ遺伝子を、相同組換 により或いはこれら内部寄生細菌に染色体挿入しうる適当なトランスポゾンに遺 伝子を組込むことにより染色体に挿入することができる。植物遺伝子の作成 二本鎖ＤＮＡ型で存在する植物遺伝子の発現は、ＲＮＡポリメラーゼ酵素によ るＤＮＡの１つのストランドからのメッセンジャーＲＮＡ（ｍＲＮＡ）の転写お よびその後の核内側におけるｍＲＮＡ主転写物の処理を含む。この処理は、ポリ アデニレート ヌクレオチドをＲＮＡの３′末端に付加する３′非翻訳 領域を含む。ＤＮＡからｍＲＮＡへの転写は、一般に「プロモータ」と呼ばれる ＤＮＡの領域により調節される。プロモータ領域は、ＲＮＡポリメラーゼにシグ ナルを与えてＤＮＡに連携させると共にＲＮＡの対応ストランドを作成する雛型 としてＤＮＡ鎖の一方を用いてｍＲＮＡの転写を開始させる塩基の配列を有する 。 植物細胞にて活性である多数のプロモータが文献に記載されている。この種の プロモータは植物または植物ウィルスから得ることができ、限定はしないがノパ リン シンターゼ（ＮＯＳ）およびオクトピン シンターゼ（ＯＣＳ）プロモー タ（これらはアグロバクテリウム・ツメファシエンスの腫瘍誘発プラスミドで運 搬される）、カリフラワー・モザイクウィルス（ＣａＭＶ）１９Ｓおよび３５Ｓ プロモータ、リブロース１，５−ビスホスフェートカルボキシラーゼの小サブ単 位からの光誘発性プロモータ（ｓｓＲＵＢＩＳＣＯ、すなわち極めて豊富な植物 ポリペプチド）、およびフィグワート・モザイク・ウィルス（ＦＭＶ）３５Ｓプ ロモータを包含する。これら全てのプロモータを用いて、植物で発現されている 各種のＤＮＡ構築物を形成している（ＰＣＴ公開公報ＷＯ ８４／０２９１３号 参照）。 選択される特定プロモータは、酵素コード化配列の充分な発 現を生ぜしめて有効量の３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼを産生させな ければならない。好適プロモータはたとえばＦＭＶ３５Ｓのような構成的プロモ ータである。植物の開花部分における異種遺伝子の一層均一な発現を与えること が観察されている。この種のプロモータを３−ヒドロキシステロイドオキシダー ゼ遺伝子と共に用いれば、綿ボールおよびスケアを昆虫被害から他のプロモータ よりも一層大きく保護することができる。 本発明のＤＮＡ構築物（すなわちキメラ植物遺伝子）で使用するプロモータは 、所望に応じその抑制特性に影響を与えるよう改変することができる。たとえば 、ＣａＭＶ３５Ｓプロモータを光の不存在下でｓｓＲＵＢＩＳＣＯの発現を抑制 するｓｓＲＵＢＩＳＣＯ遺伝子の部分に結合させて、葉では活性であるが根では 活性でないプロモータを形成させることができる。得られるキメラプロモータを ここで説明したように使用することができる。本明細書では、「ＣａＭＶ３５Ｓ 」プロモータと言う用語は、ＣａＭＶ３５Ｓプロモータの変種、たとえばオペレ ータ領域との結合またはランダムもしくは制御された突然変異誘発などにより誘 導されたプロモータを包含する。さらに、 これらプロモータは遺伝子発現を増大させるよう作用する複数の「エンハンサ配 列」を含有するよう改変することもできる。この種のエンハンサー配列の例はＫ ａｙ ｅｔ ａｌ（１９８７）により報告されている。 本発明のＤＮＡ構築物により産生されるＲＮＡはさらに５′非翻訳リーダー配 列をも含有する。この配列は遺伝子を発現するよう選択されたプロモータから誘 導することができ、さらにｍＲＮＡの翻訳を増大させるよう特異的に改変するこ とができる。さらに５′非翻訳領域はウィルスＲＮＡから或いは適する真核性遺 伝子から或いは合成遺伝子配列から得ることもできる。本発明は、非翻訳領域が プロモータ配列を伴う５′非翻訳配列から誘導されるような構築物のみに限定さ れない。以下に示すように、本発明に有用である植物遺伝子リーダー配列はペチ ュニア熱ショック蛋白質７０（Ｈｓｐ７０）リーダーである［Ｗｉｎｔｅｒ ｅ ｔ ａｌ］。 上記したように、本発明のキメラ植物遺伝子の３′非翻訳領域はポリアデニル 化シグナルを有して、植物内で作用することによりＲＮＡの３′末端に対するア デニレート ヌクレオチドの付加を生ぜしめる。好適な３′領域の例は（１）ア グロバク テリウム腫瘍誘発性（Ｔｉ）プラスミド遺伝子、たとえばノパリン シンターゼ （ＮＯＳ）遺伝子のポリアデニレートシグナルを有する３′転写非翻訳領域、並 びに（２）大豆７ｓ貯蔵蛋白遺伝子およびエンドウマメｓｓＲＵＢＩＳＣＯ Ｅ ９遺伝子のような植物遺伝子である［Ｆｉｓｃｈｈｏｆｆ ｅｔ ａｌ］。植物 の形質転換および発現 本発明の構造コード化配列を有するキメラ植物遺伝子は、任意の適する方法に より植物のゲノムに挿入することができる。適する植物形質転換ベクターはアグ ロバクテリウム・ツメファシエンスのＴｉプラスミドから誘導されたもの、並び にたとえばＨｅｒｒｅｒａ−Ｅｓｔｒｅｌｌａ（１９８８）、Ｂｅｖａｎ（１９ ８３）、Ｋｌｅｅ（１９８５）およびＥＰＯ公開第０ １２０ ５１６号（Ｓｃ ｈｉｌｐｅｒｏｏｒｔ ｅｔ ａｌ）により開示されたものを包含する。Ｔｉか ら誘導された植物形質転換ベクターまたはアグロバクテリウムの根−誘発性（Ｒ ｉ）プラスミドの他に、他の方法を用いて本発明のＤＮＡ構築物を植物細胞に挿 入することもできる。この種の方法はたとえばリポソーム、電気穿孔法、自由Ｄ ＮＡ取込みを増大させる薬品、微小注入衝撃（ｍｉｃｒｏｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ ｂｏｍｂａ ｒｄｍｅｎｔ）を介する自由なＤＮＡ供給およびウィルスもしくは花粉を用いる 形質転換の使用を包含する。 双子葉植物の形質転換に特に有用なＴｉプラスミド カセットベクターはｐＭ ＯＮ１１７８２である。発現カセットｐＭＯＮ１１７８２はＦＭＶ３５Ｓプロモ ータとペチュニアＨｓｐ７０ ５′非翻訳リーダーとエンドウマメｓｓＲＵＢＩ ＳＣＯＥ９遺伝子からのポリアデニル化シグナルを含む３′末端とで構成される 。リーダーと３′ポリアデニル化シグナルとの間には複数の制限部位を含むマル チリンカーが存在し、遺伝子を挿入するためのＢａｍＨＩ部位を含む。さらに、 ｐＭＯＮ１１７８２はプロモータ配列の前にＨｉｎｄＩＩＩ部位をも含む。 ｐＭＯＮ１１７８２の残部は、大腸菌に複製のオリジンを与えるｐＢＲ３２２ のセグメント（ニュー・イングランド・ビオラブス社、ビバリー、ＭＡ）と；ア グロバクテリウム菌株ＡＢＩにて複製を可能にする広範囲の宿主プラスミドＲＫ ＩからのｏｒｉＶ領域と；Ｔｎ７からのストレプトマイシン−スペクチノマイシ ン耐性遺伝子と；ＣａＭＶ３５Ｓプロモータおよびノパリンシンターゼ（ＮＯＳ ）３′末端とを有して形質転換植物細胞にカナマイシン耐性を付与するキメラＮ ＰＴＩＩ遺伝 子とを含有する。 他の特に有用なＴｉプラスミド カセットベクターはｐＭＯＮ １７２２７で ある。このベクターはＷＯ ９２／０４４４９号にＢａｒｒｙ ｅｔ ａｌによ り記載され、多くの植物につき優秀な選択マーカー遺伝子であるグリホセート耐 性を付与する酵素をコードする遺伝子を含有する。タバコ植物における３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼの一過性発現 シグナル配列と共に完全蛋白質をコードする遺伝子および成熟蛋白質のみをコ ードする遺伝子であり、それぞれ上記したようにＮ−末端で改変された両３−ヒ ドロキシステロイド オキシダーゼ遺伝子カセットをＮｃｏＩ−ＢａｍＨＩ断片 として動態化させ、これらをＮｃｏＩおよびＢａｍＨＩで切断された一過性発現 ベクターに挿入した。一過性発現ベクターは、植物プロモータを５′非翻訳リー ダー、３′非翻訳ポリアデニル化配列と共に含有し、さらにそれらの間に蛋白質 コード化配列を挿入するための複数制限部位を有するマルチリンカーを持った簡 単なプラスミドである。作成したベクターは、３−ヒドロキシステロイド オキ シダーゼ遺伝子を上記ペチュニアＨＳＰ７０ リーダー配列を有するＦＭＶ３５Ｓプロモータの制御下に置く。３′末端ターミ ネータ領域にはノパリン シンターゼ遺伝子の非翻訳ポリアデニル化シグナル ターミネータ領域が存在する。完全蛋白質コード化配列（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ： １３）を有するプラスミドを同定してｐＭＯＮ ２０９１０と名付けた。改変成 熟蛋白質コード化配列（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：１４）を有するプラスミドを同定 してｐＭＯＮ ２０９０８と名付けた。 ｐＭＯＮ ２０９１０およびｐＭＯＮ ２０９０８は植物細胞にて３−ヒドロ キシステロイド オキシダーゼ遺伝子を発現させるベクターであるが、これらベ クターはアグロバクテリウム媒介の植物形質転換に使用するのに適する配列を欠 如する。しかしながら、これらベクターを植物細胞における３−ヒドロキシステ ロイド オキシダーゼの一過性発現に使用することができ、或いはこれらを使用 してたとえばワタ分裂組織のビオリスチック・ボンバードメント（ｂｉｏｌｉｓ ｔｉｃ ｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ）のような自由ＤＮＡ供出を介し安定形質転換 されたワタ植物を発生させることができる。 一過性発現分析のため、ｐＭＯＮ ２０９０８およびｐＭＯＮ ２０９１０ベ クターからのプラスミドＤＮＡ試料を精製す ると共に電気穿孔法によりタバコに導入した。凍結−解凍抽出に続くセントリコ ン−１０フィルター濃縮器での可溶性フラクションの９倍濃縮は、全細胞溶解物 における３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼ活性の明確な検出を免疫学的 にウェスタン・ブロット分析により或いは酵素的に可能にした。改変成熟蛋白質 のコード化配列であるｐＭＯＮ ２０９０８を含有する細胞からの溶解物の活性 は、ｐＭＯＮ ２０９１０を含有する細胞から回収された活性よりも約１０倍低 かった。ウェスタン・ブロット分析はシグナル配列が原形質にて切断されること を示したが、必ずしもストレプトミセスＡ１９２４９により自然分泌されるもの と同一の形態および活性にて処理蛋白質を発生するとは限らない。３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼ遺伝子での双子葉植物の安定形質転換 ｐＭＯＮ ２０９０８およびｐＭＯＮ ２０９１０を用いて、アグロバクテリ ウムでの双子葉植物の安定形質転換を行うベクターを作成した。それぞれを制限 酵素ＮｏｔＩで部分切断して、ＦＭＶ３５ＳプロモータとペチュニアＨＳＰ７０ リーダーと完全［全長］もしくは成熟３−ヒドロキシステロイド オキシダ ーゼ コード化配列とｎｏｓ３′ポリアデニル化部位とを有するＤＮＡ断片を発 生させた。発現カセットにフランキングするＮｏｔＩ部位の他にコレステロール オキシダーゼ遺伝子には２個のＮｏｔＩ部位（１個はシグナルペプチドのため のコード化領域内に存在し、他の１個は成熟蛋白質のためのコード化領域内に存 在する）が存在するため部分切断が必要であった。全発現カセットを含有するＮ ｏｔＩ部分切断断片をアガロースゲル電気泳動により分離すると共に、アガロー スからの抽出により精製した。これらＮｏｔＩ断片をＢａｒｒｙ ｅｔ ａｌに よりＷＯ ９２／０４４４９号に記載されたようにＮｏｔＩ−切断プラスミドｐ ＭＯＮ １７２２７に挿入した。ｐＭＯＮ２０９１３は完全コード化配列を有す ると同定された。ｐＭＯＮ ２０９２３は成熟コード化配列を有すると同定され た。 これらベクターを脱アーム化（ｄｉｓａｒｍｅｄ）アグロバクテリウム宿主Ａ ＢＩに導入し、これを用いて組織培養でタバコを形質転換させた。グリホセート 耐性の選択は、各ベクターにつき数種の形質転換ラインをもたらした。ｐＭＯＮ ２０９１３については、１８ラインのうち４ラインがウェスタン・ブロット分析 により３−ヒドロキシステロイド オキシダ ーゼ発現体として確認された。ｐＭＯＮ ２０９２３については、２９ラインの うち４ラインミがウェスタン・ブロット分析により３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼ発現体として確認された。ｐＭＯＮ ２０９１３で形質転換された ラインの分析は３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼ活性の存在を確認した 。最高の発現を示す植物は全蛋白質の０．２％の発現レベルを有し、これは湿潤 組織１ｍｇ当たり５４ｎｇの酵素に相当する。 完全もしくは成熟３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼ カセットを有す るベクターは植物細胞の細胞質にて活性酵素を発現する。形質転換細胞の外部で は分泌の証拠が存在しなかった。幾種かの細菌分泌性シグナル配列は植物細胞に て作用することが示された。殆ど或いは全部の３−ヒドロキシステロイド オキ シダーゼ蛋白質を植物分泌経路に指向させることが望ましい。これを達成するに は、細菌性シグナルでなく植物遺伝子から誘導されたシグナル配列を使用するの が有利である。この種のシグナルの例は、Ｃｏｒｎｅｌｉｓｓｅｎ ｅｔ ａｌ により記載されたタバコＰＲ１ｂ遺伝子からのものである。ＥＰ公開第 ０ ３ ８５ ９６２号に開示されたｐＭＯＮ １０８２４は鱗翅類活性Ｂ．ｔ．クルス タキ蛋白質の発現につき設 計された植物形質転換ベクターである。ｐＭＯＮ １０８２４においてＢ．ｔ． ｋ．コード化配列をＰＲ１ｂシグナル配列＋成熟ＰＲ１ｂコード化配列の１０ア ミノ酸に融合させた。このＢ．ｔ．ｋ．融合遺伝子を重複エンハンサを有するＣ ａＭＶ３５Ｓプロモータにより作動させる。ＰＲ１ｂシグナルとＣａＭＶ３５Ｓ プロモータとを有する他のベクターも、これら要素の供給源として作用させるこ とができる。ＰＲ１ｂシグナルが３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼ遺伝 に融合したベクターを形成させるため、ＣａＭＶ３５Ｓプロモータ配列とＰＲ１ ｂシグナル配列とを有するＤＮＡ断片を用いて、ＦＭＶプロモータとＨＳＰ７０ リーダー配列とを有する断片をｐＭＯＮ ２０９１３およびｐＭＯＮ ２Ｏ９２ ３において置換する。この結果、３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼ コ ード化配列（成熟蛋白質もしくは完全蛋白質カセットのいずれか）がＰＲ１ｂ遺 伝子からのアミノ末端分泌性シグナルに融合してＣａＭＶ３５Ｓプロモータによ り作動されるプラスミドが生ずる。ＰＲ１ｂシグナル含有断片の３′末端および 改変３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼ蛋白質コード化配列の５′末端に おけるＮｃｏＩ制限酵素部位は、これら２種の要素間における 枠内翻訳融合を可能にする。ｐＭＯＮ ２０９３０およびｐＭＯＮ ２０９３２ は、ＰＲ１ｂシグナル配列と完全コレステロール オキシダーゼもしくは成熟コ レステロール オキシダーゼとの間にこの種の融合を有する植物形質転換ベクタ ーである。３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼ遺伝子がＦＭＶ３５Ｓプロ モータの制御下にある同様なプラスミドも作成することができる。この種のプラ スミドを脱アーム化アグロバクテリウム宿主に動態化させ、これを使用して双子 葉植物を形質転換させる。かくして、これら植物は細胞外空間に分泌される３− ヒドロキシステロイドオキシダーゼを産生する。 或る種の場合、植物分泌経路に入る蛋白質はたとえば液胞のような異なる細胞 区画を標的とする。３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼを植物細胞の液胞 に指向させることが望ましい。この場合、ＰＲ１ｂシグナルを使用する上記ベク ターをさらに改変して、公知の植物液胞酵素遺伝子から誘導された液胞標的配列 を含ませる。 さらに３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼを小胞体（ＥＲ）の空腔内に 保持することも望ましい。この場合は、ＰＲ１ｂシグナルを用いて蛋白質を分泌 経路に指向させるベクタ ーをさらに改変して、ＥＲ保持シグナルをコードすることが知られた配列を含ま せる。これら配列を、長さ４アミノ酸のＥＲ保持ペプチド（たとえばＨＤＥＬ（ ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：１５）およびＫＤＥＬ（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：１６））が ３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼのカルボキシ末端に融合するよう付加 する。部位指向オリゴヌクレオチド突然変異誘発を用いて、これら付加を３−ヒ ドロキシステロイド オキシダーゼのカルボキシ末端コード化配列に導入する。 ｐＭＯＮ ２０９３７およびｐＭＯＮ ２０９３８は、ペプチドＨＤＥＬ（ＳＥ Ｑ ＩＤ ＮＯ：１５）およびＲＧＳＥＫＤＥＬ（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：１７） がそれぞれｐＭＯＮ ２０９３２に導入されたベクターである。 ３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼ蛋白質の位置を他の細胞区画、すな わち葉緑体に指向させることも有利である。蛋白質を、そのＮ−末端に葉緑体移 行ペプチド（ＣＴＰ）を含ませることにより葉緑体に指向させることができる。 異種蛋白質を葉緑体に位置せしめるように働く１種のＣＴＰは、アラビドプシス （ａｔｓ１Ａと称する）のＲＵＢＩＳＣＯ小型サブ単位遺伝子から誘導されたも のである。移行（ｔｒａｎｓｉ ｔ）ペプチドと成熟ＲＵＢＩＳＣＯ配列の２４アミノ酸と移行ペプチド切断部位 の反復とをコードするこの移行ペプチドの変種を、Ｂ．ｔ．ｋ．蛋白質の葉緑体 局在を成功させるべく作成した（Ｗｏｎｇ、１９９２）。Ｂ．ｔ．ｋ．遺伝子に 融合したアラビドプシスａｔｓ１Ａ移行ペプチドを有するベクターを、３−ヒド ロキシステロイド オキシダーゼ蛋白質の葉緑体局在化のためのベクターを作成 するベースとして使用することができる。たとえばａｔｓ１Ａ遺伝子からのアラ ビドプシスＲＵＢＩＳＣＯ小型サブ単位プロモータと原（ｎａｔｉｖｅ）ａｔｓ １Ａ５′非翻訳リーダーと上記ａｔｓ１Ａ葉緑体移行ペプチド変種とトランケー トＢ．ｔ．ｋ．酵素遺伝子とで構成されたｐＭＯＮ １０８１７を制限酵素Ｎｏ ｔＩおよびＮｃｏＩで切断する。プロモータとリーダーと移行ペプチドとを含有 するＮｏｔＩ−ＮｃｏＩ ＤＮＡ断片を使用して、ＦＭＶプロモータとＨＳＰ７ ０リーダー配列とを有するＮｏｔＩ−ＮｃｏＩ断片をｐＭＯＮ ２０９１３およ びｐＭＯＮ ２０９２３にて置換させる。これら反応は、３−ヒドロキシステロ イド オキシダーゼ コード化配列（それぞれ完全蛋白質もしくは成熟蛋白質カ セットのいずれか）がそのアミノ末端にて葉緑体移行ペプチド に融合すると共にａｔｓ１Ａプロモータから転写されるプラスミドｐＭＯＮ ２ ０９２９およびｐＭＯＮ ２０９３１を作成する。或いは、ａｔｓ１Ａプロモー タをＣａＭＶ３５ＳもしくはＦＭＶ３５Ｓプロモータで置換して同様なプラスミ ドを作成することもできる。この種のプラスミドを脱アーム化アグロバクテリウ ム宿主に動態化させ、これを用いて双子葉植物を形質転換させる。かくして、こ れら植物は葉緑体に局在する３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼを産生す る。 さらに３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼを他のサブ細胞区画、すなわ ちミトコンドリアに指向させることも有利である。一般にミトコンドリアに局在 すると共に標的配列が既知である蛋白質の例は、ミトコンドリア膜間の空間に局 在するチトクロームＣ１（Ｂｒａｕｎ、１９９２）およびミトコンドリア マト リックスに局在するＡＴＰシンターゼのβサブ単位（Ｂｏｕｔｒｙ、１９８７） を包含する。アミノ末端ミトコンドリア標的ペプチドをコードするミトコンドリ ア標的ＤＮＡ配列をポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）により分離する。これら標 的配列のアミノおよびカルボキシ末端部分に対応するオリゴヌクレオチドプライ マーを用いて、ｍＲＮＡから逆転写酵素に より発生させた第１ストランドｃＤＮＡをＰＣＲ増幅させる。これらオリゴヌク レオチドプライマーは、ＮｃｏＩで切断された際に増幅生成物がクローン化３− ヒドロキシステロイド オキシダーゼ遺伝子カセットのアミノ末端にてＮｃｏＩ 部位に挿入されうるよう付着したＮｃｏＩ制限酵素を有する。かくして、ミトコ ンドリア標的ペプチドに融合した各種形態の３−ヒドロキシステロイド オキシ ダーゼを、たとえばＣａＭＶ３５ＳもしくはＦＭＶ３５Ｓのようなプロモータに より植物で発現させることができ、さらにミトコンドリアに局在させることがで きる。単子葉植物の安定形質転換 ３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼ遺伝子を、ＷＯ９３／１９１８９号 （Ｂｒｏｗｎ ｅｔ ａｌ）に記載されたベクターおよび方法を用いて単子葉植 物のゲノムに安定に組み込むことができる。この遺伝子をＢｒｏｗｎ ｅｔ ａ ｌにより記載された適するベクター（たとえばｐＭＯＮ １９６５３およびｐＭ ＯＮ １９６４３）に挿入することができる。得られる構築物はＣａＭＶＥ３５ ＳプロモータとＨｓｐ７０イントロンとＣＰ４グリホセート選択マーカーとＮＯ Ｓターミネータとのカセット；ＣａＭＶＥ３５ＳプロモータとＨｓｐ７０イ ントロンとＧＯＸグリホセート選択マーカーとＮＯＳターミネータとのカセット ；および３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼ遺伝子を含有する遺伝子発現 カセット（たとえばＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：１３もしくはＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：１ ４）を挿入するための単一ＮｏｔＩ部位を含有する。 このベクターは、Ｂｒｏｗｎ ｅｔ ａｌにより記載されたようなビオリスチ ック・パーチクル・ガンを用いる胚芽発生組織培養細胞のボンバードメントによ り挿入される。形質転換した細胞をグリホセート耐性につき選択し、全植物を再 生させる。昆虫耐性植物はウェスタン・ブロット分析、エステラーゼ活性分析も しくは昆虫耐性分析により遺伝子を発現すると確認することができる。 或る種の細胞区画に対する蛋白質の標的化も、上記シグナル配列を用い単子葉 植物にて可能である。 上記から判るように、本発明は個々に示した全ての目的を本発明により明瞭か つ固有である利点と共に達成するのに適している。以上、本発明を実施例につき 詳細に説明したが、本発明はこれら実施例のみに限定されず、多くの改変をなし 得ることが当業者には了解されよう。

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｃ１２Ｎ 15/09 ＺＮＡ 9281−4Ｂ Ｃ１２Ｎ 5/00 Ｃ //(Ｃ１２Ｎ 1/21 Ｃ１２Ｒ 1:38） (Ｃ１２Ｎ 1/21 Ｃ１２Ｒ 1:01） (Ｃ１２Ｎ 15/09 ＺＮＡ Ｃ１２Ｒ 1:465） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＮ，ＣＺ，ＦＩ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，Ｋ Ｒ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＯ ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ (72)発明者 ジエニングス，マイケル・ジラード アメリカ合衆国、ミズーリ・63017、チエ スターフイールド、リアルト・ドライブ・ 14550、アパートメント・307 (72)発明者 パーセル，ジヨン・パトリツク アメリカ合衆国、ミズーリ・63011、ボー ルウイン、チヤーブレイ・ドライブ・615 (72)発明者 サモンズ，ロバート・ダグラス アメリカ合衆国、ミズーリ・63365、ニユ ー・メル、ピー・オー・ボツクス・69

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 昆虫により摂取させるべく３−ヒドロキシステロイドオキシダーゼを供給 することを特徴とする植物の鱗翅類昆虫加害の抑制方法。 ２． 昆虫が幼虫段階である請求の範囲第１項に記載の方法。 ３． 前記３−ヒドロキシステロイド オキシダーが、植物に施した後に３−ヒ ドロキシステロイド オキシダーゼを生成する植物−集落形成性微生物により供 給される請求の範囲第１項に記載の方法。 ４． 前記３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼが、植物における親細胞の 事前の遺伝形質転換により植物に組込まれた３−ヒドロキシステロイド オキシ ダーゼに関する遺伝子の発現により供給される請求の範囲第１項に記載の方法。 ５． 前記植物がワタもしくはトウモロコシである請求の範囲第４項に記載の方 法。 ６． 鱗翅類昆虫加害を抑制するのに有効な量の３−ヒドロキシステロイド オ キシダーゼを発現する遺伝形質転換植物を生産するに際し： （ａ）植物細胞のゲノム中に組換二本鎖ＤＮＡ分子を挿入し、このＤＮＡ分子は （ｉ）植物細胞内で作用してＲＮＡ配列を産生させるプロモータ； （ii）３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼをコードする構造コード化配 列； （iii）前記植物細胞内で作用して、ポリアデニレートヌクレオチドをＲＮＡ 配列の３′末端に付加させる３′非翻訳領域からなり、前記プロモータは前記構 造コード化配列に対し異種であると共に前記プロモータは前記構造コード化配列 と操作可能に結合し、この構造コード化配列は順に前記非翻訳領域と操作可能に 結合している； （ｂ）形質転換植物細胞を得； （ｃ）形質転換植物細胞から遺伝形質転換植物を再生させて、鱗翅類昆虫加害を 抑制するのに有効な量の３−ヒドロキシステロイド オキシダーゼを発現させる ことを特徴とする遺伝形質転換植物の生産方法。 ７． 前記構造ＤＮＡ配列がＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：１３もしくはＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：１４からなる請求の範囲第６項に記載 の方法。 ８． 前記植物細胞がワタもしくはトウモロコシの植物細胞である請求の範囲第 ６項に記載の方法。 ９． 前記植物細胞のゲノムが、Ｂ．ｔ．エンドトキシンを発現する１個もしく はそれ以上の遺伝子をも含有する請求の範囲第６項に記載の方法。