【発明の詳細な説明】
農作物保護剤をコードする遺伝子構築物、ならびにそうした構築物を含有しかつ
発現する形質転換された植物、ならびに農作物における病害生物体(plague orga
nisms)および病原体の調節方法
本発明は病害生物体および病原体に対し植物を保護する作用物質を発現するの
に適した遺伝子構築物に関する。
真菌、線虫、昆虫、細菌およびウイルスのような病原体による植物の攻撃は、
とりわけ、トウモロコシ、コメ、豆類、芋類、トマトおよびブドウのような大規
模耕作農作物にとって、無視できない経済的問題を構成する。化学的手段による
そうした植物の保護は環境的理由から高度に望まれない。
病害生物体による攻撃に対し植物を保護するより効果的かつより許容し得る方
法は、そうした生物体の影響を調節する遺伝子情報を当該植物に提供することに
より、当該植物を攻撃する生物体の作用に対し抵抗性とすることに存する。この
種の植物保護の最近のいくつかの例が示すように、ウイルスに対する抵抗性はウ
イルスコートタンパク質の発現により(ビーチイ(Beachy)ら、1990)、もしくは
ウイルスコートタンパク質のカルシウムイオン結合ドメインに対する一本鎖の抗
体可変断片(scFcv)の発現により(タヴラドラキ(Tavladoraki)ら、1993
)達成され得る。昆虫に対する抵抗性はバチルス ツリンギエンシス(Bacillus
thuringiensis)殺虫性結晶タンパク質(ICP)(ヴェック(Vaeck)ら、1987)
の発現により得ることができる。真菌に対する抵抗性はキチナーゼおよび/もし
くはグルカナーゼ(アルテルナリア ロンギペス(Alternaria longipes):米国
特許出願第4,940,840号、フサリウム ソラニ(F
usarium solani):欧州特許出願第440,304号、ボツリティス シネレア(Botryti
s cinerea)およびリゾクトニア ソラニ(Rhizoctonia solani):ブログリー(Bro
glie)ら、1989、国際公開第90-07001号)の発現により達成され得る。植物寄生
性の線虫に対する抵抗性は、巨細胞特異的プロモーターをバルナーゼもしくはア
ンチセンスDNA技術と組み合わせて使用することにより達成され得る(オッペ
ルマン(Opperman)ら、1994)。
これらの方法の主要な欠点は:
・その応用が比較的少数の病害生物体に限られる。例えば、ICPはこれまでの
ところ、鱗翅目、双翅目および鞘翅類に対してのみ有効である。なぜなら、IC
P毒素の結合ドメインはこれらの目に属する昆虫の消化管のレセプターのみを認
識するためである。加えて、各ICP毒素(例えばCryIA(b)、CryI
CおよびCryIE)は昆虫の種に関してそれ自身の特異的スペクトルを有する
。
・ICPによる抵抗性はそのレセプターでの変異のため恒久的でないという強い
指摘が存在する(ファン・リエ(Van Rie)ら、1990;マクゴーエイ(McGaughey)と
ワロン(Whalon)、1992;タバシュニク(Tabashnik)、1994)。
・これらの方法はしばしば部分的抵抗性につながるにすぎない(ウイルスコート
タンパク質、scFv、グルカナーゼ/キチナーゼ)。
本発明の目的は、病害に対し植物、とりわけ農作物をより効果的かつ生態学的
に許容し得る様式で保護する手段および方法を提供することである。この目的は
、本発明に従い、モノクローナル抗体もしくはその一部を、毒素もしくは毒性の
活性を有する酵素、またはこれらの毒素もしくは酵素の有効な部分に融合させる
ことによりかなえられる。当該キメ
ラタンパク質は、当該キメラのそれぞれの部分をコードする配列を融合すること
によるか、または例えば国際公開第9,318,162号に記述されるように当該キメラ
タンパク質の2個の部分を一緒に化学的もしくは生化学的に連結することによる
かのいずれかで作成され得る。
かように、本発明は、病害生物体もしくは病原体に特異的である抗体もしくは
その一部をコードするヌクレオチド配列、および、前述の病害生物体もしくは病
原体に対し毒性の効果を有するタンパク質をコードするヌクレオチド配列を含ん
でなる遺伝子構築物類に関する。本発明はさらに、病害生物体もしくは病原体に
特異的である抗体もしくはその一部、および、前述の病害生物体もしくは病原体
に毒性の効果を有しかつ当該抗体(もしくはその一部)をその毒性タンパク質も
しくは酵素(もしくはその一部)に化学的もしくは生化学的に連結することによ
り作成されるタンパク質を含んで成るキメラタンパク質類に関する。「病原体」
および「病害生物体」という用語は、双方とも植物の成長、発達もしくは利用に
影響を及ぼすいかなる生物体もしくは作用物質を表わすために使用される。
モノクローナル抗体は、ハイブリドーマ技術(ケーラー(Kohler)とミルシュタ
イン(Milstein)、1975)を使用し、毒素もしくは毒性の酵素(およびその一部)
の攻撃を受けやすい病原体のいかなるエピトープのほとんど、もしくはいかなる
分子構造のほとんどに対し出現され得る。一本鎖の抗体は確立された分子技術に
よりモノクローナル抗体を産生するハイブリドーマから調製され得る。加えて、
毒素もしくは毒性の酵素(もしくはその一部)の攻撃を受けやすい選択されたエ
ピトープもしくは分子構造に対し親和性をもつ一本鎖の抗体は、ファージディス
プレイ
ライブラリーから得ることができる(ホーゲンボーン(Hoogenboom)ら、1992;ウ
ィンター(Winter)ら、1994)。この戦略の主要な利点は、毒性の有効性が助長さ
れ得、かつ、さらにその特異性が目標とする生物体に適合され得ることである。
この戦略をもって、適切なエピトープを選択することにより単一の種もしくはあ
る範囲の種に対して活性である融合生成物を作成することが可能である。加えて
、a)保存されたエピトープに対する抗体を選択し、そしてb)当該酵素もしく
は毒素を異なるレセプターを有する2種もしくはそれ以上の抗体(もしくはその
一部)に融合する、ことにより、抵抗の耐久性を改善することが可能である。
抗体
抗体は、これらの抗体が適切な毒素もしくは酵素に融合される場合に直接的も
しくは間接的に抵抗性もしくは部分的抵抗性につながるであろう病害生物体の構
造に対し出現され得る。これらの構造の例は、とりわけ細菌および真菌の場合に
は細胞膜および細胞壁であり、または、とりわけ線虫および昆虫の場合には消化
管構造、例えば上皮抗原であり、あるいは、とりわけウイルスの場合にはコート
タンパク質である。当該抗体は好ましくは一本鎖の抗体である。
毒性タンパク質
毒性タンパク質は、毒素もしくは毒性の酵素のような、病害生物体もしくは病
原体に対し毒性の効果を有する全てのタンパク質を包含する。
モノクローナル抗体と融合され得る毒素は以下を包含する:
・バチルス ツリンギエンシス(Bacillus thuringiensis)殺虫性結晶タンパク質
類(ICP)。ICP類もしくはδ−エンドトキシン類は、B.ツリンギエンシ
ス(B.thuringiensis)の細胞質で胞子形成の間に産生さ
れるタンパク質ファミリーである。これらのタンパク質はパラ胞子封入体として
結晶し、昆虫の幼虫の消化管で可溶化される。当該毒素は高度に特異的であり、
かつ、影響を受けやすい昆虫の幼虫の消化管細胞の分解をもたらす。異なる昆虫
宿主スペクトルのICP類を産生する多くのB.ツリンギエンシス(B.thuringi
ensis)株が単離されている。ICP類はその特異性スペクトル従って分類される
(ヘフテ(Hoefte)とホワイトレイ(Whiteley)、1989)。
CryIA(b)(ワビコ(Wabiko)ら、1986)をコードする遺伝子を包含する
様々なICPの遺伝子がクローニングされそして配列が決定されている。Cry
IA(b)は131kDaのプロ毒素として産生され、昆虫の腸に存在するプロテアー
ゼによるN末端およびC末端のプロペプチドの除去により活性化される。この成
熟毒素(65〜66kDa)は3個のドメインを含む。N末端(1番目の)ドメインは
、いくつかの保存された疎水性配列を含有し、消化管の表皮細胞の先端膜に孔を
形成すると推測される。2番目のドメインは高度に変動性でありかつおそらく細
胞膜のレセプターに結合する。C末端(3番目の)ドメインもまた保存された配
列を含有する。
・コリシン類(パトゥス(Pattus)ら、1990)。コリシン類はプラスミドにコード
される細菌抵抗性のタンパク質のファミリーで、産生株(一般にエシェリキア
コリ(Esherichia coli))に密接に関連する細菌を殺す。それらは構造ドメイン
から成り、レセプター結合、転移および殺傷のような異なる機能を発揮する。そ
の作用形式に基づき、コリシン類は2個のグループの分類され得る。コリシン類
の大きい方のグループは細胞質膜の浸透を引き起こし、それによって膜ポテンシ
ャルを破壊する。
これらのコリシン類のC末端ドメインは人工膜にイオンチャンネルを形成する。
コリシン類の他方のグループはDNAもしくは16S rRNAの酵素的切断を
引き起こす。
・チオニン類(ボールマン(Bohlmann)とアペル(Apel)、1991)。これらは細菌お
よび真菌にとって毒性である。
・セクロピン類(フィンク(Fink)ら、1989)、これらは細菌の膜に孔を形成する
ため細菌にとって毒性である。
・AaIT(アンドロクトヌス アウストラリス(Androctonus australis)サソ
リ毒、70アミノ酸の一本鎖ポリペプチドであり、昆虫のナトリウムチャンネルに
作用する、ゴードン(Gordon)ら、1984)。
これらは細胞膜を妨害する毒素の例であり、かつ、昆虫および線虫に対する抵
抗性を得るのにとりわけ適する。
リボソーム不活性化タンパク質のような他の毒素類もまた病害生物体に対する
抵抗性を得るのに適しうる。
さらなる例は:
・サポニン(ストライプ(Stripe)、1983;ストライプ(Stripe)とバルビエリ(Bar
bieri)、1986)
・エイブリンAおよびC(ウェイ(Wei)ら、1974;リン(Lin)ら、1981)
・メリチン(ハチ毒の26アミノ酸長の溶血性ペプチド)
・ゲロニン(ストライプ(Stripe)ら、1980)
・モモルジン(バルビエリ(Barbieri)ら、1980)
・rSLTAd7(シゲラ様毒性物質)
・レクチン類、動物、植物もしくは微生物起源の高度に特異的な炭化水素結合タ
ンパク質、当該生物体の一部との結合の結果として毒性であり
得る。
モノクローナル抗体に融合され得る毒性酵素は以下を包含する:
・グルカナーゼ類、とりわけβ−1,3−グルカナーゼ類。これらのPR−2タ
ンパク質はアルカリ性の形態および酸性の形態に分類され得る。アルカリ性の形
態は翻訳産物のいくつかの処理段階の後に産生される。最初にN末端のシグナル
ペプチドが小胞体への移送の間に切断され、そしてその後C末端部分が配糖化さ
れかつ液胞膜を越えての移送のために除去される。グルカナーゼについては細胞
内および細胞外の双方の形態が存在する。細胞内の形態はC末端の3〜25アミノ
酸だけ伸長される。細胞内β−1,3−グルカナーゼ遺伝子の配列は欧州特許出
願公開第440,304号に開示される。他の植物のグルカナーゼ遺伝子、例えばトウ
モロコシのグルカナーゼ(およびエンドキチナーゼ)(ナッサー(Nasser)ら、19
88)もまた既知である。エンド−β−1,3−グルカナーゼによる細胞壁グルカ
ンの効果的な破壊は、時に、エクソグルカナーゼのような細胞外酵素による共同
作業を必要とするようである。
・キチナーゼ類。これらは2個のドメインおよび活性の酵素に存在しない1個の
疎水性シグナルペプチドを含むPR−3タンパク質である。キチナーゼ類は3種
類に細分される。すなわち、クラスI、アルカリ性キチナーゼは液胞内に局在し
、また、システインの豊富なドメインおよび翻訳後に除去されかつ液胞のターゲ
ティングに関与する6アミノ酸のC末端配列を含有する;クラスII、酸性キチナ
ーゼはシステインの豊富なドメインを欠き、かつ、より低い酵素活性を有する。
これらはアポプラスト中に局在する;クラスIII、リゾチーム活性キチナーゼは
IおよびIIとは異なる保存された配列を含有する。植物のキチナーゼはそのキチ
ナーゼ活性が30kDaモノマーに由来することが見出された。キチナーゼには、グ
ルカナーゼのように、細胞内および細胞外の双方の形態が存在する。細胞内の形
態はC末端の3〜10アミノ酸で伸長される。その触媒中心は双方の形態で同じで
あるC末端部分に配置される。細胞内キチナーゼ遺伝子の配列は欧州特許出願公
開第440,304号に開示される。他の生物体のキチナーゼ遺伝子、例えばマメのエ
ンドキチナーゼ(デブログリー(DeBroglie)ら、1986)もまた既知である。
キチナーゼおよびβ−1,3−グルカナーゼは真菌(バーティシリウム アル
ボ アトルム(Verticillium albo-atrum))の感染に際し増大した速度で産生さ
れる。トマトのキチナーゼおよびβ−1,3−グルカナーゼは、インビトロ(ヤ
ング(Young)とペグ(Pegg)、1982;ヤング(Young)とペグ(Pegg)、1981)かつおそ
らくインビボ(ペグ(Pegg)とヴェシー(Vessey)、1973)でもまた真菌の増殖を阻
害する。
・リパーゼ
・リゾチーム
これらは細胞壁もしくは細胞膜(の一部)を破壊する酵素の例である。この戦
略は細菌および真菌に対する抵抗性を得るのにとりわけ適する。
原則として、細胞を分解し、細胞壁を損傷しもしくは代謝経路、複製、転写、
細胞分裂を妨害し、または病原体もしくは病害生物体が死ぬかもしくは成長がひ
どく妨げられるであろう程度まで他の不可欠な機能を妨害し得る全ての酵素は、
本構築物類の一部として適する。
構築物
遺伝子構築物類は、完全な抗体分子、Fab部分、F(ab)2部分、scF
v部分、二価のscFv[二価抗体(diabody)](ホリガー(Ho
lliger)、プロスペロ(Prospero)とウィンター(Winter)、1993)、ミニ抗体(パ
ック(Pack)ら、1993)、もしくは目標との結合を示す他のいずれかの部分(相補
性決定領域のような)をコードするヌクレオチド配列を含みうる。
本発明による構築物において、当該抗体配列は酵素/毒素をコードする完全な配
列もしくはなお機能的に活性であるその一部に融合される。抗体(断片)および
酵素/毒素を含んで成るキメラタンパク質はまた化学的もしくは生化学的結合に
よっても得られることができる。
当該抗体(断片)および当該酵素/毒素(断片)は、直接に、もしくは2個の
タンパク質の構造および機能を妨害しない柔軟性のあるリンカーを使用して融合
される。こうした柔軟性のあるリンカーは、例えば、免疫グロブリンのH鎖およ
びL鎖の可変領域を融合してscFvを作成するのに使用されているもの、二価
の複特異性scFvを創造するのに使用されるもの、もしくは免疫毒素中で使用
されるものである(ウィットロウ(Whitlow)とフィルプラ(Filpula)、1991;キー
ルバーク(Kihlberg)ら、1993;ヒューストン(Huston)ら、1992;タキネン(Takk
inen)ら、1991を参照)。リンカーはまた、抗体分子中のヒンジ領域(パック(P
ack)とプリックツム(Pluickthum)、1992;パック(Pack)ら、1993)もしくはタン
パク質の構造ドメイン間のペプチド断片にも基づき得る。当該毒素の機能的部分
のみが当該抗体(断片)に結合されることになる場合は、完全な毒素それ自身の
2個のドメイン間に存在するリンカーが使用されうる。融合はC末端およびN末
端の双方で、当該酵素/毒素と免疫グロブリンのH鎖(断片)もしくはL鎖(断
片)の間でなされ得る。scFv融合の場合は、当該可変ドメインはVH−リン
カー−VLおよびVL−
リンカー−VHの双方の順序であり得る。
当該タンパク質の望まれる細胞の位置は適切なターゲット配列を使用して達成
され得る。ターゲット配列なしに合成されるタンパク質は細胞の細胞質内に止ま
り、一方、他はシグナルペプチドにより分泌経路中に向かわされる。他のターゲ
ットシグナルが存在しない場合は、後者のタンパク質が誤って分泌される。付加
的ターゲットシグナルが例えば細胞の液胞区分へタンパク質を向かわせるか、も
しくは小胞体中にそれらを保持するために存在し得る(クリスピールズ(Chrispe
els)、1991)。タンパク質を葉緑体、ミトコンドリア、ペルオキシソームもしく
は核に向かわせるターゲットシグナルが記述されている(オーステン(Austen)と
ウェストウッド(Westwood)、1991)。ターゲット経路の1例は小胞体およびゴル
ジの装置を介する分泌である。分泌のためのシグナル配列の例は、ブリッグス(B
riggs)とギーラシュ(Gierasch)(1986)、フィレク(Firek)ら(1993)、ディリング(
Duiring)ら(1990)およびシラス(Shirasu)ら(1988)中に記述される。
当該融合タンパク質が、タンパク質それ自体の産生のために異種生物体内で発
現されなくてはならない場合は、この生物体のコドンの好みにより発現を改善す
るため、mRNAの不安定モチーフ(例えばAT領域、偽スプライシング部位)
およびポリアデニル酸化シグナルを除去するように当該遺伝子構築物を修飾する
必要がありうる。
ターゲット生物体
真菌、細菌、線虫、昆虫、ウイルスおよび他の病害生物体もしくは病原体。
プロモーター
当該融合遺伝子は植物中で活性であるいずれかのタイプのプロモーターの調節
下に植物中で発現される。例は:
a)CaMV−35S(ケイ(Kay)ら、1987)のような構成プロモーター。
b)ナップ(Nap)ら(1993)(葉)、デアルメイダ(De Almeida)ら(1989)(葉、S
SU−プロモーター)、ナップ(Nap)ら(1992)(ジャガイモ塊茎、パタチンプロ
モーター)、ヘンドリクス(Hendriks)ら(1991)(ジャガイモ塊茎)、ギルシェ(G
uerche)ら(1990)(種)中に記述されるような組織特異的プロモーター:
c)2’プロモーター(ラングリッジ(Langridge)ら、1994)、傷で誘導可能な
プロモーター(ロゲマン(Logemann)ら、1989;スー(Suh)ら、1991)もしくは化
学的に誘導されるプロモーター(ウィリアムス(Williams)ら、1992)のような誘
導可能なプロモーター。
形質転換
形質転換は、なお転写され得るような方法での植物ゲノム中への当該キメラ遺
伝子の安定な組み込みを確実にするいずれかの方法を使用してなされ得る。形質
転換の例は:
a)アグロバクテリウム トゥメファシエンス(Agrobacterium tumefaciens)が
媒介する形質転換(ホーシュ(Horsch)ら、1985):細菌がプラスミドDNA(T
−DNA)の一部を植物ゲノム中に安定に組み込む天然の形質転換系に基づく。
当該T−DNAは発現されるべき遺伝子を包含する。
b)微小発射体砲撃(ヴェイジル(Vasil)ら、1992):DNAで覆われた粒子が
、宿主の組み換え過程により当該DNAがそのゲノム内に組み
込まれる高速度で植物細胞核に浸透する。
c)組織電気穿孔法(ダラン(D'Halluin)ら、1992):高電場の影響下にDNA
が植物細胞に浸透し、そして核に移送された後、宿主の組み換え過程により植物
ゲノム内に組み込まれる。
直接の応用
当該遺伝子構築物類はまた、保護されるべき農作物への外的な応用を通じて病
害の調節のためにも使用され得る。こうした直接の応用は、キメラ遺伝子の発現
生成物すなわち毒性タンパク質に連結される抗体を含む免疫毒素の投与の形態で
達成され得る。もうひとつの形態は、免疫毒素それ自体を含有する、もしくは当
該免疫毒素をコードする遺伝子を含有しかつそれを産生することができる生物体
の応用によることができる。適した担体生物体は、細菌(例えばB.ツリンギエ
ンシス(B.thuringiensis)、真菌、酵母およびウイルスのような微生物を包含す
る。当該生物体は生存していても死亡していてもよい。
かように、本発明はまた、病害生物体もしくは病原体に対し毒性であるタンパ
ク質に連結される抗体を含む免疫毒素であって、そして当該免疫毒素が上に記述
されるような発現系から得られ、かつ、病害生物体に対する植物の外的な保護に
使用され得るものに関する。当該タンパク質は既知の方法により精製されうる。
本発明はまた、このような免疫毒素を含有する生物体、および、当該免疫毒素
をコードする遺伝子構築物で安定に形質転換される生物体も含む。これらの生物
体は病害生物体に対する植物の外的な保護に使用され得る。
本発明はさらに、許容しうる担体と一緒になって、免疫毒素それ自体
をもしくはコードされた形態で含有する殺虫組成物に関する。当該組成物はまた
、溶媒、当該組成物が洗い流されるのを防止する物質、安定化剤、誘引物質、U
V吸収剤、なども含有しうる。本発明はまた、病害生物体もしくは病原体の作用
に対して植物を保護する方法に関し、ここで当該植物は上に記述されるような免
疫毒素もしくは当該免疫毒素を含有する生物体、またはそれを含有する組成物で
外的に処理される。処理は、噴霧などにより、トラクター、飛行機、などを包含
するいずれかの適した設備を使用して手により、なされうる。
実施例1
毒性活性を有する酵素とのモノクローナル抗体もしくはその一部の融合真菌(ヴ
ァーティシリウム ダーリエ(Verticillium dahliae)に対するモノクローナル抗
体由来のscFvへの植物キチナーゼおよびグルカナーゼの融合
以下の段階が取られる:
1)ヴァーティシリウム ダーリエ(Verticillium dahliae)の菌糸体もしくは精
製した細胞壁成分に対する抗体を出現させ、そしてモノクローナル抗体を単離す
る。
2)抗体可変領域をコードするcDNA配列をクローニングし、一本鎖のFv構
築物を創製する。
3)細菌で発現されるscFvの機能性を確認する。
4)scFvとキチナーゼもしくはβ−1,3−グルカナーゼとの間のN末端も
しくはC末端融合を、適切なリンカー、例えばCBHIリンカー(タキネン(Tak
kinen)ら、1991)を使用して実行し、そして当該キメラ遺伝子を発現ベクター、
例えば、pNem5もしくはpNem6(第
1図および第2図)に挿入する。これらはベクターpHen1(ホーゲンボーン
(Hoogenboom)ら、1991)の派生物である。
5)細菌で(E.コリ(E.coli))発現される融合生成物の結合活性(ELIS
Aによる)および酵素活性(バイオアッセイ)の双方を確認する。
6)当該融合遺伝子を、適切なターゲット配列と一緒に、植物形質転換ベクター
のプロモーター−終止カセットの間にトランスファーする。
7)植物細胞中の発現および機能性を一過性発現アッセイにより確認する。
8)融合遺伝子および選択マーカーをもつ発現カセットを植物形質転換により植
物ゲノム中にトランスファーする。
9)再生した植物を融合生成物の発現についてスクリーニングする。
10)トランスジェニック植物での融合タンパク質の活性をバイオアッセイで確
認する。
これらの段階は、抗体産生および酵素との融合の適切な適応とともに、ボトリ
ティス シネラ(Botrytis cinera)、フサリウム オクシスポルム f.sp.ラデ
ィシス リコペルシシ(Fusarium oxysporum f.sp.radicis-lycopersisci)およ
びフィトフトラ インフェスタンス(Phytophthora infestans)に対する抵抗性を
もつトランスジェニック植物の産生に関し従われ得る。毒性の活性を有する他の
タンパク質、例えばジャガイモレクチンとの融合もまた可能である。
実施例2
毒素とのモノクローナル抗体もしくはその一部の融合
CryIA(b)_BT(29−607)の、昆虫スポドプテラ エク
シグア(Spodoptera exigua)幼虫の消化管に対するモノクローナル抗体由来のs
cFvへの融合
以下の段階が取られる:
1)S.エクシグア(S.exigua)幼虫の消化管上皮組織に対する抗体を出現させ
、そしてモノクローナル抗体を単離する。
2)抗体可変領域をコードするcDNA配列をクローニングし、一本鎖のFv構
築物を創製する。
3)細菌で発現されるscFvの機能性を確認する。
4)scFvとscFvとCryIA(b)_BT(29−607)との間のN
末端もしくはC末端融合を、適切なリンカー、例えばCBHIリンカー(タキネ
ン(Takkinen)ら、1991)を使用して実行し、そして当該キメラ遺伝子を発現ベク
ター、例えばpNem6(第2図)に挿入する。このベクターはpSPORT1
(ギブコ(Gibco)、BRL)の派生物である。
5)細菌(E.コリ(E.coli))で発現されたキメラタンパク質の結合活性を、
昆虫の幼虫の中腸の冷却切開物(cryo-sections)(マルテンス(Martens)ら、1994
)および昆虫の中腸の上皮細胞の一次培養系(ベインズ(Baines)ら、1993)上で
のウェスタンブロット分析、競合実験と組み合わせたリガンドブロットアッセイ
(ボシュ(Bosch)ら、1994)により分析する。当該キメラタンパク質の殺虫活性
を、バイオアッセイにより確認し、そして一次中腸細胞培養系を使用してキメラ
タンパク質の分解効果が後に続く。
6)当該融合遺伝子を、安定な形質転換のため、適切なターゲット配列と一緒に
植物形質転換ベクターのプロモーター−終止カセットの間にト
ランスファーする。一過性発現のために、当該融合遺伝子を構成プロモーター(
すなわちCaMV−35Sプロモーター)および適した停止カセットの後ろにク
ローニングする。
7)植物細胞中の発現および機能性を一過性発現アッセイにより確認する。
8)融合遺伝子および選択マーカーをもつ発現カセットを植物形質転換により植
物ゲノム中にトランスファーする。
9)再生した植物を融合生成物の発現についてスクリーニングする。
10)キメラタンパク質の結合活性を、昆虫の幼虫の中腸の冷却切開物(マルテ
ンス(Martens)ら、1994)上、および昆虫の中腸の上皮細胞の一次培養系(ベイ
ンズ(Baines)ら、1993)上で、ウェスタン分析および競合実験と組み合わせたリ
ガンドブロットアッセイにより確認する。当該キメラタンパク質の殺虫活性をバ
イオアッセイにより確認し、そして一次中腸細胞培養系を使用してキメラタンパ
ク質の分解効果が後に続く。
加えて、N末端およびC末端融合を、scFvとCryIA(b)_Bt(1
−607);CryIA(b)_Bt(29−429);CryIA(b)_B
t(1−1155)との間で作成する。さらに、レセプター結合を司ると考えら
れるCryIA(b)のドメインII(もしくはその一部)をscFvで置換する
。
これらの段階は、抗体産生および毒素との融合の適切な適応とともに、線虫の
腸に対するモノクローナル抗体を出現させることによる線虫への抵抗性をもつト
ランスジェニック植物の産生について、従われ得る。
実施例3
1)Ba1b/cマウスを、ボシュ(Bosch)ら、1994により記述される
ように、スポドプテラ エクシグア(Spodoptera exigua)の中腸から単離した刷
子縁膜小胞(BBMV)で免疫した。マウスは、フロイントの不完全アジュバン
トの添加をともなう50μgタンパク質等量を使用するBBMVの皮下注入により
2回(4週間隔で)免疫した。最後の免疫の4週間後、復腔内に注入されるBB
MV(50μgタンパク質等量)とともに追加抗原刺激(boost)を投与した。3日後
、牌を除去し、そして融合をショッツ(schots)ら、1992により記述されるように
実施した。
2)抗血清およびモノクローナル抗体を、BBMV中に存在するエピトープと反
応するその能力について、標準的処置に従ったELISAで確認した。
3)ウェスタンブロット分析を実施し、モノクローナル抗体の反応パターンを確
認した。BBMVの250μgタンパク質等量をSDS−ポリアクリルアミドゲル(
12%)上で分離した。タンパク質をウェスタンブロッティングによりPVDF膜
に転写した。
4)当該モノクローナル抗体が昆虫の中腸の腔側に存在するエピトープと反応し
得るかどうかを決定するため、最初にスポドプテラ エクシグア(Spodoptera ex
igua)の中腸の冷却切開物をモノクローナル抗体とインキュベートし、その後マ
ウス抗体と反応しかつFITCで標識した二次抗体によるインキュベーションを
行った。
5)当該モノクローナル抗体が昆虫の中腸の外側およびもしかしたら中腸の腔側
に存在するエピトープと反応し得るかどうかを決定するため、S.エクシグア(S
.exigua)の中腸の一次上皮細胞培養系を調製し、そしてモノクローナル抗体と
インキュベートし、その後マウス抗体と反応しかつFITCで標識した二次抗体
によるインキュベーションを行った。
6)一本鎖の抗体を、例えば(ジョンソン(Johnson)とバード(Bird)、1991);
(ヒューストン(Houston)ら、1992)に記述されるような標準的処置に従い、S
.エクシグア(S.exigua)の膜の腔側および中腸細胞の外側に存在するエピトー
プに結合するモノクローナル抗体を産生するハイブリドーマから単離した。
実施例4
昆虫スポドプテラ エクシグア(Spodoptera exigua)幼虫の消化管に対して出現
するモノクローナル抗体由来のscFvとのコリシンN穿孔形成ドメインの融合
実施例2におけるような段階に従うが、段階4でscFvをコリシンNの穿孔
形成ドメイン(当該タンパク質のC末端領域)のN末端に結合するという適用を
加え、このドメインの正面に、完全なコリシ、ンNのN末端部分をその穿孔形成
ドメインに正常に連結するペプチド断片を有し、後者のペプチド断片はキメラタ
ンパク質の2個のドメインの間のリンカーとしてはたらく。
実施例5
噴霧可能な免疫酵素処方
実施例1の段階1)ないし5)を繰り返し、抗体が、段階1)でボトリティス
シネラ(Botrytis cinera)の菌糸体もしくは細胞壁成分に対して出現する。当
該融合遺伝子をベクターpNem5(第1図)中にクローニングする。IPTG
(イソプロピルチオ−β−ガラクトシダーゼ)での誘導に際し、当該融合タンパ
ク質が過発現を通じ産生される。当該融合タンパク質(免疫標的化した毒性酵素
)をその後単離し、精製し、そして真菌ボトリティス シネラ(Botrytis cinera
)に対するその活性
を、バイオアッセイ、例えば、湿潤剤として0.1%トゥイーン(Tween)20を含有す
る適した緩衝液中への取り込みならびに寒天培地上の真菌培養系およびその後当
該真菌の分生子ですでに感染させた試験植物上への噴霧により確認する。当該融
合タンパク質はその後例えば湿潤可能な粉末もしくは噴霧する粉末中に処方され
、かつ、その後、当該真菌に脅かされる農作物に応用され得る。
実施例6
噴霧可能な免疫毒素処方
実施例2の段階1)ないし5)を繰り返す。当該融合遺伝子をベクターpNe
m6中にクローニングする。IPTGでの誘導に際し、当該融合タンパク質が過
発現により産生される。当該融合タンパク質(免疫毒素)をその後単離し、精製
し、そして昆虫スポドプテラ エクシグア(Spodoptera exigua)に対するその活
性を、この昆虫の人工飼料中に添加することにより確認する。当該融合タンパク
質はその後例えば湿潤可能な粉末もしくは噴霧する粉末中に処方され、かつ、そ
の後、当該昆虫に脅かされる農作物に応用され得る。
図面の簡単な説明
第1図は、pHen1(ホーゲンボーン(Hoogenboom)ら、1991)の派生物であ
るベクターpNem5のヌクレオチドおよび部分的アミノ酸の配列を示す。示さ
れる配列はpHen1のHindIIIおよびEcoRI切断部位の間にクローニングされた
。この配列はマルチクローニング部位およびpHen1中のファージFdのマイ
ナーコートタンパク質をコードする遺伝子IIIと置き換わる。加えて、余分のマ
ルチクローニング部位がHindIII切断部位の3’側に導入された。一本鎖の抗体
は、例えばSfiIとNo
tI切断部位の間もしくはSalI(5SmaI切断部位の間にクローニングされ得る。R
BSは原核生物リボソーム結合部位であり、pelBシグナルペプチド(エルウ
ィニア カロトヴォラ(Erwinia carotovora)のペクチン酸リアーゼのシグナルペ
プチド)(ホーゲンボーン(Hoogenboom)ら、1991)およびc−mycタグ(tag)
をコードする配列が指摘されかつそのアミノ酸配列が与えられる。
第2図はpNem6クローニングベクターのヌクレオチド配列を示す。示され
る配列は、ポリリンカーのPstIとSphI切断部位(それぞれ5’末端および3’末
端)の間に、本来のPstIおよびSphI切断部位の双方が破壊されるような方法でp
SPORT1(ギブコ(Giboco)、ライフ テクノロジーズ(Life Technologies)
)中にクローニングされた。5’末端では、当該配列はPstI切断部位を混乱させ
るためにG(本来のPstI切断部位の最後のヌクレオチド)からCへ変化されたヌ
クレオチドで始まる。pSPORT1のポリリンカーの最後の制限酵素切断部位
(AatII)が指摘される。一本鎖の抗体は、例えばSalIとSmaI切断部位の間にク
ローニングされ得る。RBSは原核生物リボソーム結合部位であり、PelBシ
グナルペプチド(エルウィニア カロトヴォラ(Erwinia carotovora)のペクチン
酸リアーゼのシグナルペプチド)(ホーゲンボーン(Hoogenboom)ら、1991)およ
びc−mycタグをコードする配列が指摘される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Genetic constructs encoding crop protection agents, and transformed plants containing and expressing such constructs, as well as methods of regulating plague organisms and pathogens in crops. It relates to a genetic construct suitable for expressing an agent that protects plants against disease organisms and pathogens. Attack of plants by pathogens such as fungi, nematodes, insects, bacteria and viruses constitutes a considerable economic problem, especially for large cultivated crops such as corn, rice, beans, potatoes, tomatoes and grapes. I do. Protection of such plants by chemical means is highly undesirable for environmental reasons. A more effective and more tolerable method of protecting plants against attack by diseased organisms is to provide the plant with genetic information that regulates the effects of such organisms, thereby reducing the effects of organisms that attack the plant. To be resistant to As several recent examples of this type of plant protection show, resistance to the virus may be due to the expression of the viral coat protein (Beachy et al., 1990) or to a single gene against the calcium ion binding domain of the viral coat protein. This can be achieved by expression of an antibody variable fragment of the chain (scFcv) (Tavladoraki et al., 1993). Insect resistance can be obtained by the expression of Bacillus thuringiensis insecticidal crystal protein (ICP) (Vaeck et al., 1987). The resistance to fungi is chitinase and / or glucanase (Alternaria longipes: US Patent Application No. 4,940,840, Fusarium solani: European Patent Application No. 440,304, Botryti s cinerea and Rhizoctonia. Rhizoctonia solani: can be achieved by the expression of Broglie et al., 1989, WO 90-07001. Resistance to plant parasitic nematodes can be achieved by using giant cell-specific promoters in combination with barnase or antisense DNA technology (Opperman et al., 1994). The major disadvantages of these methods are: • Their application is limited to a relatively small number of diseased organisms. For example, ICP is so far only effective against Lepidoptera, Diptera and Coleoptera. This is because the binding domain of the ICP toxin only recognizes the receptors in the digestive tract of insects belonging to these eyes. In addition, each ICP toxin (eg, CryIA (b), CryIC and CryIE) has its own specific spectrum with respect to insect species. There is strong indication that resistance by ICP is not permanent due to mutations in its receptor (Van Rie et al., 1990; McGaughey and Whalon, 1992; Tabashnik). , 1994). -These methods often lead to only partial resistance (viral coat protein, scFv, glucanase / chitinase). It is an object of the present invention to provide means and methods for protecting plants, especially crops, against disease in a more effective and ecologically acceptable manner. This object is met according to the invention by fusing the monoclonal antibody or a part thereof to a toxin or an enzyme having toxic activity, or an effective part of these toxins or enzymes. The chimeric protein can be obtained by fusing sequences encoding the respective portions of the chimera, or by chemically or chemically combining the two portions of the chimeric protein together, for example, as described in WO 9,318,162. It can be made either by chemically linking. Thus, the present invention provides a nucleotide sequence encoding an antibody or a portion thereof that is specific for a diseased organism or pathogen, and a nucleotide encoding a protein having a toxic effect on the diseased organism or pathogen described above. Gene constructs comprising the sequences. The present invention further relates to an antibody or a part thereof which is specific to a diseased organism or pathogen, and to a toxic protein which has a toxic effect on the above-mentioned diseased organism or pathogen and converts the antibody (or a part thereof) to a toxic protein thereof. Alternatively, the present invention relates to chimeric proteins comprising a protein produced by chemically or biochemically linking to an enzyme (or a part thereof). The terms "pathogen" and "disease organism" are both used to describe any organism or agent that affects the growth, development or utilization of a plant. Monoclonal antibodies use hybridoma technology (Kohler and Milstein, 1975) to identify most or any epitopes on any pathogen that are susceptible to attack by toxins or toxic enzymes (and parts thereof). Can appear for most of the structures. Single-chain antibodies can be prepared from hybridomas producing monoclonal antibodies by established molecular techniques. In addition, single-chain antibodies that have an affinity for a selected epitope or molecular structure susceptible to attack by a toxin or toxic enzyme (or a portion thereof) can be obtained from a phage display library (Hogenborn). (Hoogenboom) et al., 1992; Winter et al., 1994). The main advantage of this strategy is that the efficacy of the toxicity can be promoted and that its specificity can be adapted to the target organism. With this strategy, it is possible to create fusion products that are active against a single species or a range of species by selecting the appropriate epitope. In addition, a) selecting antibodies against a conserved epitope, and b) fusing the enzyme or toxin to two or more antibodies (or portions thereof) having different receptors to provide resistance to resistance. It is possible to improve the performance. Antibodies Antibodies can be raised against the structure of diseased organisms that would lead, directly or indirectly, to resistance or partial resistance when these antibodies were fused to an appropriate toxin or enzyme. Examples of these structures are cell membranes and cell walls, especially in bacteria and fungi, or gastrointestinal structures, especially in nematodes and insects, e.g. epithelial antigens, or especially in viruses. It is a coat protein. The antibody is preferably a single-chain antibody. Toxic proteins Toxic proteins include all proteins that have a toxic effect on diseased organisms or pathogens, such as toxins or toxic enzymes. Toxins that can be fused with a monoclonal antibody include: Bacillus thuringiensis insecticidal crystal proteins (ICP). ICPs or δ-endotoxins are described in A family of proteins produced during sporulation in the cytoplasm of B. thuringiensis. These proteins crystallize as paraspore inclusions and are solubilized in the digestive tract of insect larvae. The toxin is highly specific and results in the breakdown of gastrointestinal tract cells of susceptible insect larvae. Many B. elegans producing ICPs of different insect host spectra. A B. thuringiensis strain has been isolated. ICPs are classified according to their specificity spectra (Hoefte and Whiteley, 1989). The genes for various ICPs, including the gene encoding CryIA (b) (Wabiko et al., 1986), have been cloned and sequenced. Cry IA (b) is produced as a 131 kDa protoxin and is activated by removal of the N-terminal and C-terminal propeptides by proteases present in insect gut. This mature toxin (65-66 kDa) contains three domains. The N-terminal (first) domain contains some conserved hydrophobic sequences and is presumed to form pores in the apical membrane of epithelial cells of the gastrointestinal tract. The second domain is highly variable and probably binds to cell membrane receptors. The C-terminal (third) domain also contains the conserved sequence. -Colicins (Pattus et al., 1990). Colicins are a family of bacterially-resistant bacterially encoded proteins that kill bacteria that are closely related to the production strain (generally Escherichia coli). They consist of structural domains and perform different functions such as receptor binding, metastasis and killing. Based on their mode of action, colicins can be classified into two groups. The larger group of colicins causes permeation of the plasma membrane, thereby destroying membrane potential. The C-terminal domain of these colicins forms an ion channel in the artificial membrane. The other group of colicins causes enzymatic cleavage of DNA or 16S rRNA. -Thionines (Bohlmann and Apel, 1991). They are toxic to bacteria and fungi. Cecropins (Fink et al., 1989), which are toxic to bacteria by forming pores in the bacterial membrane. AaIT (Androctonus australis scorpion venom, a 70 amino acid single-chain polypeptide that acts on insect sodium channels, Gordon et al., 1984). These are examples of toxins that disrupt cell membranes and are particularly suitable for obtaining resistance to insects and nematodes. Other toxins, such as ribosome-inactivating proteins, may also be suitable for obtaining resistance to diseased organisms. Further examples are: Saponin (Stripe, 1983; Stripe and Bar bieri, 1986) Eiblin A and C (Wei et al., 1974; Lin et al., 1981) Melittin (a 26 amino acid long hemolytic peptide of bee venom) Gelonin (Stripe et al., 1980) Momordin (Barbieri et al., 1980) rSLTAd7 (Shigella-like toxic substance) Lectins, animals, plants Alternatively, highly specific hydrocarbon binding proteins of microbial origin may be toxic as a result of binding to a part of the organism. Toxic enzymes that can be fused to monoclonal antibodies include: Glucanases, especially β-1,3-glucanases. These PR-2 proteins can be classified into alkaline and acidic forms. The alkaline form is produced after several processing steps of the translation product. First, the N-terminal signal peptide is cleaved during transport to the endoplasmic reticulum, and then the C-terminal portion is glycosylated and removed for transport across the vacuolar membrane. There are both intracellular and extracellular forms of glucanase. The intracellular form is extended by the C-terminal 3-25 amino acids. The sequence of the intracellular β-1,3-glucanase gene is disclosed in EP-A-440,304. Glucanase genes from other plants are also known, such as the corn glucanase (and endochitinase) (Nasser et al., 1988). Effective destruction of cell wall glucans by endo-β-1,3-glucanase sometimes appears to require collaboration with extracellular enzymes such as exoglucanase. -Chitinases. These are PR-3 proteins that contain two domains and one hydrophobic signal peptide that is not present in the active enzyme. Chitinases are subdivided into three types. That is, class I, alkaline chitinase, is localized in the vacuole and also contains a cysteine-rich domain and a C-terminal sequence of six amino acids that are removed post-translationally and are involved in vacuolar targeting; Chitinase lacks a cysteine-rich domain and has lower enzymatic activity. These are located in apoplasts; class III, lysozyme-active chitinase contains conserved sequences different from I and II. Plant chitinase was found to have its chitinase activity derived from a 30 kDa monomer. Chitinase, like glucanase, exists in both intracellular and extracellular forms. The intracellular form is extended by the C-terminal 3-10 amino acids. The catalytic center is located at the C-terminal portion which is the same in both forms. The sequence of the intracellular chitinase gene is disclosed in EP-A-440,304. Chitinase genes from other organisms are also known, such as bean endochitinase (DeBroglie et al., 1986). Chitinase and β-1,3-glucanase are produced at an increased rate upon infection with fungi (Verticillium albo-atrum). Tomato chitinase and β-1,3-glucanase are in vitro (Young and Pegg, 1982; Young and Pegg, 1981) and possibly in vivo (Pegg and Vessie). Vessey), 1973) also inhibit fungal growth. Lipase lysozyme These are examples of enzymes that destroy (part of) the cell wall or cell membrane. This strategy is particularly suitable for obtaining resistance to bacteria and fungi. In principle, cells are broken down, damaging cell walls or disrupting metabolic pathways, replication, transcription, cell division, or other essential to the extent that the pathogen or diseased organism will die or severely impede growth. All enzymes that can interfere with function are suitable as part of the constructs. Constructs Gene constructs include complete antibody molecules, Fab portion, F (ab) 2 portion, scFv portion, divalent scFv [divalent antibody (diabody)] (Hollliger, Prospero and Winter). (Winter), 1993), mini-antibodies (Pack et al., 1993), or any other portion that shows binding to a target (such as a complementarity determining region). In the construct according to the invention, the antibody sequence is fused to the complete sequence encoding the enzyme / toxin or a part thereof which is still functionally active. Chimeric proteins comprising antibodies (fragments) and enzymes / toxins can also be obtained by chemical or biochemical conjugation. The antibody (fragment) and the enzyme / toxin (fragment) are fused directly or using a flexible linker that does not interfere with the structure and function of the two proteins. Such flexible linkers are used, for example, to fuse the variable regions of the heavy and light chains of immunoglobulins to create scFvs, and to create bivalent, bispecific scFvs. Or used in immunotoxins (Whitlow and Filpula, 1991; Kihlberg et al., 1993; Houston et al., 1992; Takinen). Et al., 1991). The linker may also be based on the hinge region (Pack and Pluickthum, 1992; Pack et al., 1993) in the antibody molecule or peptide fragments between the structural domains of the protein. If only the functional part of the toxin is to be conjugated to the antibody (fragment), a linker present between the two domains of the complete toxin itself can be used. Fusions can be made between the enzyme / toxin and the heavy (fragment) or light (fragment) chain of the immunoglobulin, both at the C-terminus and the N-terminus. In the case of a scFv fusion, the variable domain H -Linker-V L And V L -Linker-V H In both orders. The desired cellular location of the protein can be achieved using a suitable target sequence. Proteins synthesized without the target sequence remain in the cytoplasm of the cell, while others are directed into the secretory pathway by signal peptides. In the absence of other target signals, the latter protein is erroneously secreted. Additional target signals may be present, for example, to direct proteins to the vacuolar compartment of the cell or to keep them in the endoplasmic reticulum (Chrispeels, 1991). Target signals have been described that direct proteins to chloroplasts, mitochondria, peroxisomes or the nucleus (Austen and Westwood, 1991). One example of a target pathway is secretion through the endoplasmic reticulum and Golgi apparatus. Examples of signal sequences for secretion are described by Briggs and Gierasch (1986), Firek et al. (1993), Duiring et al. (1990), and Shirasu et al. (1988). ). If the fusion protein must be expressed in a heterologous organism for the production of the protein itself, to improve expression due to the codon preference of the organism, an unstable motif of the mRNA (eg, AT region, The gene construct may need to be modified to remove the spurious splicing site) and the polyadenylation signal. Target organisms Fungi, bacteria, nematodes, insects, viruses and other diseased organisms or pathogens. Promoter The fusion gene is expressed in plants under the control of any type of promoter that is active in the plant. Examples are: a) a constitutive promoter such as CaMV-35S (Kay et al., 1987). b) Nap et al. (1993) (leaves), De Almeida et al. (1989) (leaves, SSU-promoter), Nap et al. (1992) (potato tubers, patatin promoter), Tissue-specific promoters as described in Hendriks et al. (1991) (potato tubers), Guerche et al. (1990) (species): c) 2 'promoter (Langridge et al. Inducible promoters such as wound inducible promoters (Logemann et al., 1989; Suh et al., 1991) or chemically induced promoters (Williams et al., 1992). . Transformation Transformation can be performed using any method that ensures stable integration of the chimeric gene into the plant genome in such a way that it can still be transcribed. Examples of transformations are: a) Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation (Horsch et al., 1985): Bacteria contain a portion of plasmid DNA (T-DNA) in the plant genome. Based on natural transformation systems that integrate stably. The T-DNA includes the gene to be expressed. b) Microprojectile bombardment (Vasil et al., 1992): Particles coated with DNA penetrate the plant cell nucleus at a high rate, during which the DNA is integrated into its genome by the process of host recombination. c) Tissue electroporation (D'Halluin et al., 1992): DNA penetrates into plant cells under the influence of a high electric field and is transferred to the nucleus before integration into the plant genome by host recombination processes. It is. Direct applications The gene constructs can also be used for disease control through external applications on the crop to be protected. Such direct application can be achieved in the form of administration of immunotoxins, including antibodies linked to the expression product of the chimeric gene, ie, a toxic protein. Another form can be by the application of an organism that contains the immunotoxin itself or that contains the gene encoding the immunotoxin and is capable of producing it. Suitable carrier organisms include microorganisms such as bacteria (eg, B. thuringiensis, fungi, yeast, and viruses), which organisms may be alive or dead. Thus, the present invention also relates to an immunotoxin comprising an antibody linked to a protein that is toxic to a disease organism or pathogen, and wherein the immunotoxin is obtained from an expression system as described above. The protein may be purified by known methods.The present invention also relates to an organism containing such an immunotoxin, Also included are organisms that are stably transformed with a genetic construct encoding an immunotoxin, which organisms can be used for external protection of plants against diseased organisms. Pesticidal compositions containing the immunotoxin itself or in encoded form, together with a possible carrier, the composition also comprising a solvent, a substance that prevents the composition from being washed away, a stabilizer, , Attractants, UV absorbers, etc. The present invention also relates to a method of protecting plants against the action of diseased organisms or pathogens, wherein the plant comprises an immune system as described above. It is externally treated with a toxin or an organism containing the immunotoxin or a composition containing the same, such as by spraying, using any suitable equipment, including tractors, airplanes, and the like. Example 1 Monoclonal antibodies against an enzyme having toxic activity or a part thereof fused to a fungus (Verticillium dahliae) Fusion of plant chitinases and glucanases to scFvs from local antibodies The following steps are taken: 1) Antibodies to the mycelium of Verticillium dahliae or purified cell wall components are developed and monoclonal antibodies are isolated 2) Clone the cDNA sequence encoding the antibody variable region to create a single-chain Fv construct. 3) Confirm the functionality of scFv expressed in bacteria. 4) performing an N-terminal or C-terminal fusion between the scFv and chitinase or β-1,3-glucanase using a suitable linker, for example, a CBHI linker (Takkinen et al., 1991); The chimeric gene is inserted into an expression vector, for example, pNem5 or pNem6 (FIGS. 1 and 2). These are derivatives of the vector pHen1 (Hoogenboom et al., 1991). 5) Confirm both the binding activity (by ELISA) and the enzymatic activity (bioassay) of the fusion product expressed in bacteria (E. coli). 6) Transfer the fusion gene together with the appropriate target sequence between the promoter-termination cassette of the plant transformation vector. 7) Confirm expression and functionality in plant cells by transient expression assay. 8) Transfer the expression cassette with the fusion gene and the selectable marker into the plant genome by plant transformation. 9) Screen the regenerated plants for expression of the fusion product. 10) Confirm the activity of the fusion protein in the transgenic plant by bioassay. These steps, along with the appropriate adaptation of antibody production and fusion with the enzyme, are combined with Botrytis cinera, Fusarium oxysporum f.sp. Radicis-lycopersisci and Phytophthora infestans can be followed for the production of transgenic plants resistant to Phytophthora infestans. Fusion with other proteins having toxic activity, such as potato lectin, is also possible. Example 2 Fusion of a Monoclonal Antibody with a Toxin or Part thereof Fusion of CryIA (b) _BT (29-607) to scFv derived from a monoclonal antibody against the digestive tract of insect Spodoptera exigua larvae The following steps Is taken: 1) S.M. Antibodies are raised against the gastrointestinal epithelial tissue of S. exigua larvae and the monoclonal antibodies are isolated. 2) Cloning the cDNA sequence encoding the antibody variable region to create a single-chain Fv construct. 3) Confirm the functionality of scFv expressed in bacteria. 4) N-terminal or C-terminal fusion between scFv and scFv and CryIA (b) _BT (29-607) is performed using a suitable linker, for example, CBHI linker (Takkinen et al., 1991). Then, the chimeric gene is inserted into an expression vector, for example, pNem6 (FIG. 2). This vector is a derivative of pSPORT1 (Gibco, BRL). 5) The binding activity of the chimeric protein expressed in bacteria (E. coli) was determined by using cryo-sections in the midgut of insect larvae (Martens et al., 1994) and insects Western blot analysis on primary culture system of midgut epithelial cells (Baines et al., 1993), ligand blot assay in combination with competition experiments (Bosch et al., 1994). The insecticidal activity of the chimeric protein is confirmed by bioassay, followed by the degradation effect of the chimeric protein using a primary midgut cell culture system. 6) Transfer the fusion gene together with the appropriate target sequence between the promoter-termination cassette of the plant transformation vector for stable transformation. For transient expression, the fusion gene is cloned behind a constitutive promoter (ie, CaMV-35S promoter) and a suitable stop cassette. 7) Confirm expression and functionality in plant cells by transient expression assay. 8) Transfer the expression cassette with the fusion gene and the selectable marker into the plant genome by plant transformation. 9) Screen the regenerated plants for expression of the fusion product. 10) The binding activity of the chimeric protein was determined on cold incisions in the midgut of insect larvae (Martens et al., 1994) and in primary cultures of insect midgut epithelial cells (Baines et al., 1993). ) Above, confirmed by Western blot and ligand blot assay combined with competition experiments. The insecticidal activity of the chimeric protein is confirmed by bioassay, followed by the degradation effect of the chimeric protein using a primary midgut cell culture system. In addition, N- and C-terminal fusions were made between scFv and CryIA (b) _Bt (1-607); CryIA (b) _Bt (29-429); CryIA (b) _Bt (1-1155). create. Further, domain II (or a part thereof) of CryIA (b), which is thought to be responsible for receptor binding, is replaced with scFv. These steps, together with the appropriate adaptation of antibody production and fusion with toxins, can be followed for the production of transgenic plants resistant to nematodes by developing monoclonal antibodies to the nematode gut. Example 3 1) Balb / c mice were immunized with brush border membrane vesicles (BBMV) isolated from the midgut of Spodoptera exigua as described by Bosch et al., 1994. Mice were immunized twice (at 4-week intervals) with subcutaneous injections of BBMV using 50 μg protein equivalents with the addition of Freund's incomplete adjuvant. Four weeks after the last immunization, boosts were administered with BBMV (50 μg protein equivalent) injected into the intraperitoneal cavity. After three days, the tiles were removed and fusion was performed as described by Schotts et al., 1992. 2) Antisera and monoclonal antibodies were confirmed by ELISA following standard procedures for their ability to react with epitopes present in BBMV. 3) Western blot analysis was performed to confirm the reaction pattern of the monoclonal antibody. 250 μg protein equivalents of BBMV were separated on SDS-polyacrylamide gel (12%). The protein was transferred to a PVDF membrane by Western blotting. 4) To determine if the monoclonal antibody can react with epitopes present in the midgut of the insect, a cold incision of the midgut of Spodoptera ex igua was first incubated with the monoclonal antibody. , Followed by incubation with a secondary antibody reactive with the mouse antibody and labeled with FITC. 5) To determine whether the monoclonal antibody is capable of reacting with epitopes present outside the insect midgut and possibly on the lumen of the midgut, A primary epithelial cell culture system of S. exigua midgut was prepared and incubated with a monoclonal antibody followed by incubation with a secondary antibody that reacted with the mouse antibody and was labeled with FITC. 6) Single chain antibodies were purified according to standard procedures as described, for example, in (Johnson and Bird, 1991); (Houston et al., 1992). It was isolated from a hybridoma producing a monoclonal antibody that binds to an epitope present on the luminal side of the membrane of S. exigua and outside of the midgut cells. Example 4 Fusion of the colicin N pore-forming domain with a scFv derived from a monoclonal antibody that appears in the gastrointestinal tract of the insect Spodoptera exigua larvae Follow the steps as in Example 2, but in step 4, convert the scFv to colicin N In addition to the application of binding to the N-terminus of the porogen-forming domain (the C-terminal region of the protein), a peptide that normally links the complete N-terminal portion of N to the porogen-forming domain Fragment, the latter peptide fragment serving as a linker between the two domains of the chimeric protein. Example 5 Sprayable Immune Enzyme Formulation Steps 1) to 5) of Example 1 are repeated and antibodies appear in step 1) against the mycelium or cell wall components of Botrytis cinera. The fusion gene is cloned into the vector pNem5 (FIG. 1). Upon induction with IPTG (isopropylthio-β-galactosidase), the fusion protein is produced through overexpression. The fusion protein (immunotargeted toxic enzyme) is then isolated, purified, and analyzed for its activity against the fungus Botrytis cinera by bioassay, eg, containing 0.1% Tween 20 as a wetting agent. Confirmation by incorporation into a suitable buffer and spraying on a test plant already infected with the fungal culture system on the agar medium and subsequently with the conidia of the fungus. The fusion protein may then be formulated, for example, in a wettable or sprayable powder, and then applied to the fungal-cropped crop. Example 6 Sprayable Immunotoxin Formulation Steps 1) to 5) of Example 2 are repeated. The fusion gene is cloned into the vector pNem6. Upon induction with IPTG, the fusion protein is produced by overexpression. The fusion protein (immunotoxin) is subsequently isolated, purified and its activity against the insect Spodoptera exigua is confirmed by adding it to the artificial feed of the insect. The fusion protein may then be formulated, for example, in a wettable or sprayable powder, and then applied to the insect- threatened crop. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows the nucleotide and partial amino acid sequence of the vector pNem5, a derivative of pHen1 (Hoogenboom et al., 1991). The sequence shown was cloned between the HindIII and EcoRI cleavage sites of pHen1. This sequence replaces the multiple cloning site and the gene III encoding the minor coat protein of phage Fd in pHen1. In addition, an extra multiple cloning site was introduced 3 'to the HindIII cleavage site. Single chain antibodies can be cloned, for example, between the SfiI and NotI cleavage sites or SalI (between the 5SmaI cleavage sites. RBS is the prokaryotic ribosome binding site and the pelB signal peptide (Erwinia carotovora). (Hoogenboom et al., 1991) and the sequence encoding the c-myc tag are indicated and the amino acid sequence is given.Figure 2 shows the nucleotide sequence of the pNem6 cloning vector. The sequence shown is between the PstI and SphI cleavage sites (5 ′ and 3 ′ ends, respectively) of the polylinker in such a way that both the original PstI and SphI cleavage sites are disrupted in pSPORT1 ( Gibco, Life Technologies). The sequence begins with a nucleotide changed from G (the last nucleotide of the original PstI cleavage site) to C to confuse the PstI cleavage site.The last restriction enzyme cleavage site (AatII) of the polylinker of pSPORT1 is indicated. Single chain antibodies can be cloned, for example, between the SalI and SmaI cleavage sites, where RBS is the prokaryotic ribosome binding site and the PelB signal peptide (the signal peptide of the pectate lyase of Erwinia carotovora). (Hoogenboom et al., 1991) and the sequence encoding the c-myc tag are indicated.
【手続補正書】特許法第184条の8
【提出日】1996年9月24日
【補正内容】
請求の範囲
1.植物の病害生物体もしくは植物の病原体に特異的である抗体もしくはその一
部をコードするヌクレオチド配列、および前述の病害生物体もしくは病原体に毒
性であるタンパク質をコードするヌクレオチド配列を含んでなる遺伝子構築物。
2.前述の病原体が真菌もしくは細菌であり、かつ、前述の抗体もしくはその一
部が前述の病原体の細胞壁もしくは細胞膜の抗原の特異的である請求の範囲1の
遺伝子構築物。
3.前述の病害生物体が昆虫もしくは線虫であり、かつ、前述の抗体もしくはそ
の一部が前述の病害生物体の消化管の抗原の特異的である請求の範囲1の遺伝子
構築物。
4.前述のタンパク質が毒性の酵素である請求の範囲1から3のいずれかひとつ
の遺伝子構築物。
5.前述の毒性の酵素がキチナーゼもしくはグルカナーゼである請求の範囲4の
遺伝子構築物。
6.前述の毒性の酵素がリゾチームである請求の範囲4の遺伝子構築物。
7.前述のタンパク質が毒素である請求の範囲1から3のいずれかひとつの遺伝
子構築物。
8.前述の毒素がバチルス ツリンギエンシス(Bacillus thuringiensis)の殺虫
性結晶タンパク質(ICP)である請求の範囲7の遺伝子構築物。
9.前述の毒素がコリシンである請求の範囲7の遺伝子構築物。
10.前述の毒素がコリシンNである請求の範囲7の遺伝子構築物。
11.前述の抗体もしくはその一部が一本鎖の抗体もしくはその一部で
ある請求の範囲1から10のいずれかひとつの遺伝子構築物。
12.前述の遺伝子構築物の発現を調節する配列と一緒になって請求の範囲1か
ら11のいずれかひとつの遺伝子構築物を含む発現系。
13.前述の調節配列が組織特異的プロモーターを含む請求の範囲12の発現系
。
14.請求の範囲1から11のいずれかひとつの遺伝子構築物または請求の範囲
12もしくは13の発現系を使用して植物が安定に形質転換される、病害生物体
もしくは病原体の作用に対して当該植物を保護する方法。
15.請求の範囲1から11のいずれかひとつの遺伝子構築物をそのゲノム中に
含有し、かつ、前述の構築物を発現することが可能な植物。
16.請求の範囲12の発現系から得られる、植物の病害生物体もしくは植物の
病原体に毒性であるタンパク質に結合される抗体を含む免疫毒素。
17.請求の範囲16の免疫毒素を含有する生物体。
18.請求の範囲1から11のいずれかひとつの遺伝子構築物で安定に形質転換
される生物体。
19.許容しうる担体と一緒になって請求の範囲16の免疫毒素を含有する殺虫
組成物。
20.請求の範囲16の免疫毒素または請求の範囲17もしくは18の生物体で
植物が外部から処理される、病害生物体もしくは病原体の作用に対して当該植物
を保護する方法。[Procedure of Amendment] Article 184-8 of the Patent Act
[Submission date] September 24, 1996
[Correction contents]
The scope of the claims
1. Antibodies or one of them that is specific for a diseased organism of a plant or a pathogen of a plant
Nucleotide sequence coding for the part, and toxic to the aforementioned pest organisms or pathogens
A genetic construct comprising a nucleotide sequence encoding a sex protein.
2. The pathogen is a fungus or a bacterium, and the antibody or one of the above
2. The method according to claim 1, wherein the portion is specific for an antigen on the cell wall or cell membrane of the pathogen.
Gene construct.
3. The disease organism is an insect or a nematode, and the antibody or the
2. The gene according to claim 1, wherein a part of said gene is specific for a gastrointestinal tract antigen of said diseased organism.
Construct.
4. 4. The method according to claim 1, wherein the protein is a toxic enzyme.
Gene construct.
5. 5. The method according to claim 4, wherein said toxic enzyme is chitinase or glucanase.
Gene construct.
6. 5. The genetic construct of claim 4, wherein said toxic enzyme is lysozyme.
7. The inheritance according to any one of claims 1 to 3, wherein the protein is a toxin.
Child construct.
8. The aforementioned toxin kills Bacillus thuringiensis
8. The gene construct according to claim 7, which is a sex crystal protein (ICP).
9. 8. The gene construct of claim 7, wherein said toxin is colicin.
10. 8. The gene construct of claim 7, wherein said toxin is colicin N.
11. The aforementioned antibody or part thereof is a single-chain antibody or part thereof.
11. The gene construct according to any one of claims 1 to 10.
12. A method according to claim 1 together with a sequence regulating the expression of said gene construct.
An expression system comprising the gene construct of any one of claims 11 to 11.
13. 13. The expression system of claim 12, wherein said regulatory sequence comprises a tissue specific promoter.
.
14. The gene construct according to any one of claims 1 to 11, or the claim.
A diseased organism wherein a plant is stably transformed using the expression system of 12 or 13.
Or a method of protecting the plant against the action of pathogens.
15. Inserting the gene construct of any one of claims 1 to 11 into its genome
A plant containing and capable of expressing the above-described construct.
16. A plant disease organism or a plant obtained from the expression system according to claim 12.
An immunotoxin comprising an antibody that is conjugated to a protein that is toxic to the pathogen.
17. An organism comprising the immunotoxin of claim 16.
18. Stable transformation with the gene construct according to any one of claims 1 to 11
Organism that is
19. An insecticide containing the immunotoxin of claim 16 together with an acceptable carrier
Composition.
20. The immunotoxin of claim 16 or the organism of claim 17 or 18
The plant is treated against diseased organisms or pathogens that are treated externally.
How to protect.
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フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M
C,NL,PT,SE),CA,JP,US
(72)発明者 シヨツツ, アルジエン
オランダ・エヌエル−6708エルピー ワゲ
ニンゲン・レーウベリクスバイデ208
(72)発明者 ステイーケマ, ウイルヘルムス・ヨハネ
ス
オランダ・エヌエル−6708ビージー ワゲ
ニンゲン・グルツトバイデ197
(54)【発明の名称】 農作物保護剤をコードする遺伝子構築物、ならびにそうした構築物を含有しかつ発現する形質転
換された植物、ならびに農作物における病害生物体(plague organisms)およ
び病原体の調節方法────────────────────────────────────────────────── ───
Continuation of front page
(81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE,
DK, ES, FR, GB, GR, IE, IT, LU, M
C, NL, PT, SE), CA, JP, US
(72) Inventor Shiottsu, Ardien
Netherlands Nuel-6708 Lpy Wage
Ningen-Leeubergsweide 208
(72) Inventor Staykema, Wilhelms John
S
Netherlands Nuel-6708 Vee Wage
Ningen Gruthbaide 197
(54) [Title of the Invention] Gene construct encoding a crop protection agent, and transformation containing and expressing such a construct
Transformed plants, as well as diseased organisms in the crop
And pathogen control methods