JPWO2005001088A1 - Application of a promoter that works by sugar deficiency in cultured plant cells to secretory production of useful proteins - Google Patents

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Abstract

糖欠乏誘導性プロモーター配列と、該糖欠乏誘導性プロモーター配列に作動可能に連結された異種遺伝子配列とを含む、核酸分子。この糖欠乏誘導性プロモーター配列は、β−ガラクトシダーゼのプロモーター配列、β−キシロシダーゼのプロモーター配列およびβ−グルコシダーゼのプロモーター配列からなる群より選択され得る。本発明の核酸分子を用いることにより、糖欠乏を制御することによって容易に、異種遺伝子配列の発現を制御し得る。A nucleic acid molecule comprising a sugar deficiency inducible promoter sequence and a heterologous gene sequence operably linked to the sugar deficiency inducible promoter sequence. The sugar deficiency inducible promoter sequence may be selected from the group consisting of a β-galactosidase promoter sequence, a β-xylosidase promoter sequence, and a β-glucosidase promoter sequence. By using the nucleic acid molecule of the present invention, expression of a heterologous gene sequence can be easily controlled by controlling sugar deficiency.

Description

本発明は、糖欠乏により発現が誘導される新規プロモーターおよびそれを利用する生産方法に関する。  The present invention relates to a novel promoter whose expression is induced by sugar deficiency and a production method using the same.

有用タンパク質(例えば、インターフェロン)を遺伝子組換え技術によって大量生産する試みは大腸菌などを用いて20年以上前からなされてきた。しかし、多くのタンパク質が、糖鎖付加という翻訳後修飾を活性に必須とするため、その生産には真核細胞の利用が望まれる。  Attempts to mass-produce useful proteins (for example, interferon) by genetic recombination techniques have been made for more than 20 years using E. coli and the like. However, since many proteins require post-translational modification called glycosylation for activity, the use of eukaryotic cells is desired for their production.

ヒト由来の有用タンパク質(例えば、インターフェロン等の治療用タンパク質)の植物培養細胞による分泌生産には、以下のような利点がある:
1.植物細胞は真核細胞なので、哺乳動物と同様のタンパク質のプロセッシングおよび翻訳後修飾が起こる;
2.動物細胞を用いた場合に懸念されるウイルス(HIVなど)およびプリオン(BSE)の汚染の心配が無い;
3.植物の培地は、糖および無機塩から構成されており、安価な生産が可能である;ならびに
4.分泌生産をおこなう場合、目的タンパク質は培地に分泌されるため、回収および精製が比較的容易である;
5.遺伝子組換え植物を野外栽培することによる生産方法とは異なり、食糧作物への目的タンパク質の混入もなく、環境へ遺伝子が流出するリスクもない。
Secretory production of useful human-derived proteins (eg, therapeutic proteins such as interferon) by cultured plant cells has the following advantages:
1. Since plant cells are eukaryotic cells, protein processing and post-translational modifications similar to mammals occur;
2. There is no concern for contamination of viruses (such as HIV) and prions (BSE) that are of concern when using animal cells;
3. Plant media is composed of sugars and inorganic salts, allowing for inexpensive production; and In the case of secretory production, the target protein is secreted into the medium, so it is relatively easy to recover and purify;
5). Unlike the production method by cultivating genetically modified plants in the field, there is no contamination of the target protein in food crops and there is no risk of the gene being released into the environment.

以上の点から、植物細胞による有用タンパク質の分泌生産は有効であると考えられるが、収益性を考慮した場合、目的タンパク質の生産性とともに精製コストの抑制が重要なファクターとなる。従って、目的タンパク質を特異的に培地に分泌させる制御方法が望まれている。  From the above points, the secretory production of useful proteins by plant cells is considered to be effective. However, considering profitability, it is important to suppress the purification cost as well as the productivity of the target protein. Therefore, a control method for specifically secreting the target protein into the medium is desired.

植物はこのように、有用タンパク質の生産に多くの利点を有し、従来からその利用が試みられている。植物で外来有用タンパク質を大量生産させる試みは10年来なされてきたが、多くの場合、研究の力点は遺伝子の発現レベルの向上に注がれてきた。しかし、遺伝子の高発現は必ずしもタンパク質の高蓄積に結びつかず、実用化に至らないケースが多い。真核生物ではタンパク質の合成は複数の場で起こり、その蓄積場所も様々である。また、イネなどの作物において栄養価の高いタンパク質を生産し、食品の価値を向上させる試みもなされているが、この場合も目的タンパク質が高蓄積しないという問題がある。そのため、企業あるいは公的研究機関の多くが様々なシーズを有しているにもかかわらず、植物による有用タンパク質生産は殆どの場合、実用化、産業化に至ってない。  Plants thus have many advantages in the production of useful proteins, and their use has been attempted in the past. Attempts to mass-produce foreign useful proteins in plants have been made for 10 years, but in many cases, research efforts have been focused on improving gene expression levels. However, high gene expression does not necessarily lead to high protein accumulation, and in many cases does not lead to practical use. In eukaryotes, protein synthesis occurs in multiple fields, and the accumulation location varies. In addition, attempts have been made to produce highly nutritious proteins in crops such as rice and improve the value of food, but in this case as well, there is a problem that the target protein does not accumulate highly. Therefore, despite the fact that many companies or public research institutions have various seeds, production of useful proteins by plants has not yet been put to practical use or industrialization.

例えば、培養細胞を用いた外来タンパク質の生産に関しては、例えば、Terashima M.ら、Appl.Microbiol.Biotechnol.,52,1999,516−523(非特許文献1)は、イネ培養細胞を用いてヒトα−アンチトリプシン(AAT)の分泌生産をおこなっており、乾燥細胞重量1gあたり24mgの生産を可能としている。しかし、これは非常に効率の良いケースであり、タンパク質によっては殆ど生産が認められないケースもあると報告している。  For example, regarding the production of foreign proteins using cultured cells, see, for example, Terashima M. et al. Et al., Appl. Microbiol. Biotechnol. , 52, 1999, 516-523 (Non-patent Document 1) secrete production of human α-antitrypsin (AAT) using rice cultured cells, and enables production of 24 mg per 1 g of dry cell weight. . However, this is a very efficient case, and it has been reported that almost no production is observed depending on the protein.

日本国外では、主として米国で植物を用いた有用タンパク質の生産研究が活発である。米国では、遺伝子組換え植物の野外栽培が認められやすいことから、必ずしも培養細胞を用いず、組換え植物を用いた生産が行われている。ProdiGene社(米国テキサス州)はすでに組換えトウモロコシにより生産したβ−グルクロニダーゼおよびアビジンを検査用試薬として販売している。Ventria Bioscience社(米国カリフォルニア州)はAATを遺伝子組換えイネにより生産し、2004年までに臨床応用への承認を取得しようとしている。  Outside Japan, research on production of useful proteins using plants is active mainly in the United States. In the United States, field cultivation of genetically modified plants is easy to be recognized, and therefore production using recombinant plants is carried out without necessarily using cultured cells. ProdiGene (Texas, USA) already sells β-glucuronidase and avidin produced by recombinant maize as test reagents. Ventria Bioscience (California, USA) is producing AAT from transgenic rice and is seeking approval for clinical application by 2004.

しかし、日本国内では、このような遺伝子組換え植物の野外栽培がほとんど認められていないので、できる限り、培養細胞を用いて外来有用タンパク質を生産することが好ましい。  However, in Japan, almost no field cultivation of such genetically modified plants has been recognized. Therefore, it is preferable to produce foreign useful proteins using cultured cells as much as possible.

これらのことから、遺伝子組換え植物において外来有用タンパク質を安定かつ大量に生産する方法を確立することが望まれている。  From these facts, it is desired to establish a method for producing a large amount of a foreign useful protein stably in a genetically modified plant.

糖欠乏応答遺伝子に関しては、非特許文献2に、β−グルコシダーゼ(din2と表記される)が暗所で誘導されること、din遺伝子の糖抑制発現はヘキソキナーゼによるヘキソースのリン酸化を通して媒介されること、および暗所で植物は容易に糖欠乏状態に陥ることが記載されている。しかし、この文献は、単にβ−グルコシダーゼの発現の糖欠乏誘導性を記載するのみであり、この遺伝子のプロモーターを有用タンパク質の発現に利用することを開示も示唆もしない。  Regarding the glucose deficiency responsive gene, Non-Patent Document 2 states that β-glucosidase (denoted as din2) is induced in the dark, and that din gene sugar-suppressed expression is mediated through phosphorylation of hexose by hexokinase. It is described that plants easily fall into a sugar-deficient state in the dark. However, this document merely describes the sugar deficiency inducibility of the expression of β-glucosidase, and does not disclose or suggest that the promoter of this gene is used for the expression of useful proteins.

特許文献1には、α−アミラーゼの合成およびそれらのmRNAレベルが糖の欠乏によって大いに誘導されることおよびα−アミラーゼ由来のベクターと所望の遺伝子産物をコードする遺伝子を含むベクターを用いて被子植物宿主細胞において遺伝子産物を生産するための方法が記載されている。しかし、この文献では、イネのα−アミラーゼのプロモーターを用いてイネにおいて発現が可能であることしか確認しておらず、他の植物において発現が可能であるかは不明である。  Patent Document 1 discloses that angiosperms are synthesized using α-amylases synthesized and their mRNA levels are greatly induced by sugar deficiency, and vectors containing α-amylase-derived vectors and genes encoding desired gene products. A method for producing a gene product in a host cell has been described. However, this document only confirms that expression is possible in rice using the rice α-amylase promoter, and it is unclear whether expression is possible in other plants.

特許文献2および3には、イネのα−アミラーゼをコードする遺伝子のプロモーターが糖欠乏応答性であること、α−アミラーゼをコードする遺伝子のプロモーターに連結したヒトα1−アンチトリプシン(AAT)を含む形質転換イネ細胞を最初は健常な細胞増殖を維持する培地で維持し、その後、スクロースを含まないAAT培地に交換するまたは希釈することが記載されている。しかし、特許文献2および3には、一般的な説明において、イネ科の植物を用い得ることが記載されているが、実施例においては、イネのα−アミラーゼをコードする遺伝子のプロモーターを用いてイネにおいて発現が可能であることしか確認しておらず、他の植物において発現が可能であるか否かは不明である。
米国特許第5,712,112号公報(第5欄、第9欄、第10欄、第51欄) 米国特許第6,048,973号公報(第1欄、第9欄〜第12欄、第51欄) 国際公開WO98/42853号パンフレット(第1頁) Terashima M.ら、Appl.Microbiol.Biotechnol.,52,1999,516−523 Fujiki、F.ら、Plant Physiol.Vol.124、2000、pp.1139−1147(第1139頁要約、本文第1段落、第1140頁表I)
Patent Documents 2 and 3 include that the promoter of a gene encoding rice α-amylase is responsive to glucose deficiency and human α1-antitrypsin (AAT) linked to the promoter of the gene encoding α-amylase. It has been described that transformed rice cells are initially maintained in a medium that maintains healthy cell growth and then replaced or diluted to AAT medium without sucrose. However, in Patent Documents 2 and 3, it is described in general explanation that a grass family plant can be used, but in the examples, a promoter of a gene encoding rice α-amylase is used. It has only been confirmed that it can be expressed in rice, and it is unclear whether it can be expressed in other plants.
U.S. Pat. No. 5,712,112 (columns 5, 9, 10, 51) US Pat. No. 6,048,973 (column 1, columns 9 to 12, column 51) International Publication WO98 / 42853 pamphlet (first page) Terashishima M. et al. Et al., Appl. Microbiol. Biotechnol. , 52, 1999, 516-523 Fujiki, F.M. Et al., Plant Physiol. Vol. 124, 2000, pp. 1139-1147 (page 1139 summary, text 1st paragraph, page 1140 table I)

本発明は、上記問題点の解決を意図するものであり、植物細胞において容易に制御可能なプロモーターおよびこのプロモーターを用いてタンパク質を安定かつ大量に生産する方法を提供することを目的とする。  The present invention is intended to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a promoter that can be easily controlled in plant cells and a method for stably and mass-producing a protein using the promoter.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、シロイヌナズナの分泌型β−キシロシダーゼ遺伝子、β−ガラクトシダーゼ遺伝子およびβ−グルクロニダーゼ遺伝子のプロモーターが、培養細胞において糖欠乏により顕著に誘導されることを見出し、これに基づいて本発明を完成させた。特に、これらの糖欠乏誘導性プロモーターとシグナルペプチドとを異種遺伝子配列に連結すれば、この異種遺伝子配列によってコードされる産物の細胞外分泌が効率的に行われることを見出した。  As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the promoters of the secretory β-xylosidase gene, β-galactosidase gene, and β-glucuronidase gene of Arabidopsis thaliana are significantly increased in cultured cells due to sugar deficiency. Based on this finding, the present invention has been completed. In particular, it has been found that when these sugar deficiency-inducible promoter and signal peptide are linked to a heterologous gene sequence, extracellular secretion of a product encoded by the heterologous gene sequence is efficiently performed.

(1)糖欠乏誘導性プロモーター配列と、該糖欠乏誘導性プロモーター配列に作動可能に連結された異種遺伝子配列とを含む、核酸分子。  (1) A nucleic acid molecule comprising a sugar deficiency inducible promoter sequence and a heterologous gene sequence operably linked to the sugar deficiency inducible promoter sequence.

(2)上記糖欠乏誘導性プロモーター配列が、β−ガラクトシダーゼをコードする遺伝子のプロモーター配列、β−キシロシダーゼをコードする遺伝子のプロモーター配列およびβ−グルコシダーゼをコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群より選択される、上記項目(1)に記載の核酸分子。  (2) The sugar deficiency inducible promoter sequence is selected from the group consisting of a promoter sequence of a gene encoding β-galactosidase, a promoter sequence of a gene encoding β-xylosidase, and a promoter sequence of a gene encoding β-glucosidase. The nucleic acid molecule according to item (1) above.

(3)上記糖欠乏誘導性プロモーター配列が、
(a)配列番号1の643位〜1799位、配列番号3の1位〜1763位または配列番号5の1位〜2058位に示されるヌクレオチド配列;
(b)(a)のヌクレオチド配列と比較して、1もしくは数個のヌクレオチドの置換、欠失または付加を含むヌクレオチド配列であって、糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列;
(c)(a)または(b)のヌクレオチド配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列;
(d)(a)のヌクレオチド配列に対して少なくとも70%の同一性を有するヌクレオチド配列であって、かつ糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列;ならびに
(e)(a)〜(d)のいずれかのヌクレオチド配列の短縮配列であって、糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列
からなる群より選択され、
該ヌクレオチド配列に作動可能に上記異種遺伝子配列が連結されると、該異種遺伝子の糖欠乏誘導性発現を促進する活性を有する、上記項目(1)に記載の核酸分子。
(3) The sugar deficiency inducible promoter sequence is
(A) a nucleotide sequence represented by positions 643 to 1799 of SEQ ID NO: 1, positions 1 to 1763 of SEQ ID NO: 3, or positions 1 to 2058 of SEQ ID NO: 5;
(B) a nucleotide sequence comprising one or several nucleotide substitutions, deletions or additions compared to the nucleotide sequence of (a), having a sugar deficiency-inducing promoter activity;
(C) a nucleotide sequence that hybridizes with the nucleotide sequence of (a) or (b) under stringent conditions and has sugar deficiency-inducible promoter activity;
(D) a nucleotide sequence having at least 70% identity to the nucleotide sequence of (a) and having a sugar deficiency-inducing promoter activity; and (e) (a) to (d) A shortened sequence of any nucleotide sequence, selected from the group consisting of nucleotide sequences having sugar deficiency inducible promoter activity;
The nucleic acid molecule according to item (1), wherein when the heterologous gene sequence is operably linked to the nucleotide sequence, the nucleic acid molecule has an activity of promoting sugar deficiency-induced expression of the heterologous gene.

(4)さらにシグナルペプチドコード配列を含む、上記項目(1)に記載の核酸分子。  (4) The nucleic acid molecule according to item (1), further comprising a signal peptide coding sequence.

(5)上記シグナルペプチドコード配列が、β−ガラクトシダーゼのシグナルペプチドコード配列、β−キシロシダーゼのシグナルペプチドコード配列およびβ−グルコシダーゼのシグナルペプチドコード配列からなる群より選択される、上記項目(4)に記載の核酸分子。  (5) In the above item (4), the signal peptide coding sequence is selected from the group consisting of β-galactosidase signal peptide coding sequence, β-xylosidase signal peptide coding sequence, and β-glucosidase signal peptide coding sequence. The described nucleic acid molecule.

(6)上記シグナルペプチドコード配列が、
(i)配列番号2の1位〜27位、配列番号4の1位〜28位または配列番号6の1位〜28位に示されるアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列;
(ii)(i)のヌクレオチド配列と比較して、1もしくは数個のヌクレオチドの置換、欠失または付加を含むヌクレオチド配列であって、細胞外分泌活性を有するペプチドをコードするヌクレオチド配列;
(iii)(i)または(ii)のヌクレオチド配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ細胞外分泌活性を有するペプチドをコードするヌクレオチド配列;ならびに
(iv)(i)のヌクレオチド配列に対して少なくとも70%の同一性を有するヌクレオチド配列であって、かつ細胞外分泌活性を有するペプチドをコードするヌクレオチド配列;
からなる群より選択され、
該ヌクレオチド配列に作動可能に上記異種遺伝子配列が連結されると、該異種遺伝子の産物の細胞外分泌がもたらされる、上記項目(4)に記載の核酸分子。
(6) The signal peptide coding sequence is
(I) a nucleotide sequence encoding the amino acid sequence represented by positions 1 to 27 of SEQ ID NO: 2, positions 1 to 28 of SEQ ID NO: 4, or positions 1 to 28 of SEQ ID NO: 6;
(Ii) a nucleotide sequence comprising a substitution, deletion or addition of one or several nucleotides compared to the nucleotide sequence of (i), encoding a peptide having extracellular secretion activity;
(Iii) a nucleotide sequence that hybridizes with the nucleotide sequence of (i) or (ii) under stringent conditions and encodes a peptide having extracellular secretion activity; and (iv) against the nucleotide sequence of (i) A nucleotide sequence encoding a peptide having at least 70% identity and having extracellular secretion activity;
Selected from the group consisting of
The nucleic acid molecule according to item (4), wherein operably ligating the heterologous gene sequence to the nucleotide sequence results in extracellular secretion of the product of the heterologous gene.

(7)上記異種遺伝子配列が、サイトカインまたはホルモンの遺伝子配列である、上記項目(1)に記載の核酸分子。  (7) The nucleic acid molecule according to item (1), wherein the heterologous gene sequence is a cytokine or hormone gene sequence.

(8)上記異種遺伝子配列が、植物中で発現された場合に目的の機能を有するタンパク質をコードする、上記項目(1)に記載の核酸分子。  (8) The nucleic acid molecule according to item (1), wherein the heterologous gene sequence encodes a protein having a target function when expressed in a plant.

(9)上記異種遺伝子配列が、インターフェロン、抗体、ヒトα−アンチトリプシンまたは緑色蛍光タンパク質の遺伝子配列である、上記項目(1)に記載の核酸分子。  (9) The nucleic acid molecule according to item (1), wherein the heterologous gene sequence is a gene sequence of interferon, antibody, human α-antitrypsin or green fluorescent protein.

(10)上記異種遺伝子配列が、マーカー遺伝子配列である、上記項目(1)に記載の核酸分子。  (10) The nucleic acid molecule according to item (1), wherein the heterologous gene sequence is a marker gene sequence.

(11)調節エレメントをさらに含む、上記項目(1)に記載の核酸分子。  (11) The nucleic acid molecule according to item (1), further comprising a regulatory element.

(12)上記調節エレメントが、イントロン、ターミネーターおよびエンハンサーからなる群より選択される少なくとも1つのエレメントを含む、上記項目(11)に記載の核酸分子。  (12) The nucleic acid molecule according to item (11), wherein the regulatory element comprises at least one element selected from the group consisting of an intron, a terminator, and an enhancer.

(13)エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列と、該プロモーター配列に作動可能に連結された異種遺伝子配列とを含む、核酸分子。  (13) A nucleic acid molecule comprising a promoter sequence of a gene encoding an exo-type glycolytic enzyme and a heterologous gene sequence operably linked to the promoter sequence.

(14)上記プロモーター配列が、β−ガラクトシダーゼをコードする遺伝子のプロモーター配列、β−キシロシダーゼをコードする遺伝子のプロモーター配列およびβ−グルコシダーゼをコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群より選択される、上記項目(13)に記載の核酸分子。  (14) The above item, wherein the promoter sequence is selected from the group consisting of a promoter sequence of a gene encoding β-galactosidase, a promoter sequence of a gene encoding β-xylosidase, and a promoter sequence of a gene encoding β-glucosidase. The nucleic acid molecule according to (13).

(15)上記プロモーター配列が、
(a)配列番号1の643位〜1799位、配列番号3の1位〜1763位または配列番号5の1位〜2058位に示されるヌクレオチド配列;
(b)(a)のヌクレオチド配列と比較して、1もしくは数個のヌクレオチドの置換、欠失または付加を含むヌクレオチド配列であって、糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列;
(c)(a)または(b)のヌクレオチド配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列;
(d)(a)のヌクレオチド配列に対して少なくとも70%の同一性を有するヌクレオチド配列であって、かつ糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列;ならびに
(e)(a)〜(d)のいずれかのヌクレオチド配列の短縮配列であって、糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列
からなる群より選択され、
該ヌクレオチド配列に作動可能に上記異種遺伝子配列が連結されると、該異種遺伝子の糖欠乏誘導性発現を促進する活性を有する、上記項目(13)に記載の核酸分子。
(15) The promoter sequence is
(A) a nucleotide sequence represented by positions 643 to 1799 of SEQ ID NO: 1, positions 1 to 1763 of SEQ ID NO: 3, or positions 1 to 2058 of SEQ ID NO: 5;
(B) a nucleotide sequence comprising one or several nucleotide substitutions, deletions or additions compared to the nucleotide sequence of (a), having a sugar deficiency-inducing promoter activity;
(C) a nucleotide sequence that hybridizes with the nucleotide sequence of (a) or (b) under stringent conditions and has sugar deficiency-inducible promoter activity;
(D) a nucleotide sequence having at least 70% identity to the nucleotide sequence of (a) and having a sugar deficiency-inducing promoter activity; and (e) (a) to (d) A shortened sequence of any nucleotide sequence, selected from the group consisting of nucleotide sequences having sugar deficiency inducible promoter activity;
The nucleic acid molecule according to item (13), wherein when the heterologous gene sequence is operably linked to the nucleotide sequence, the nucleic acid molecule has an activity of promoting sugar deficiency-induced expression of the heterologous gene.

(16)さらにシグナルペプチドコード配列を含む、上記項目(13)に記載の核酸分子。  (16) The nucleic acid molecule according to item (13), further comprising a signal peptide coding sequence.

(17)上記シグナルペプチドコード配列が、β−ガラクトシダーゼのシグナルペプチドコード配列、β−キシロシダーゼのシグナルペプチドコード配列およびβ−グルコシダーゼのシグナルペプチドコード配列からなる群より選択される、上記項目(16)に記載の核酸分子。  (17) In the above item (16), the signal peptide coding sequence is selected from the group consisting of a β-galactosidase signal peptide coding sequence, a β-xylosidase signal peptide coding sequence, and a β-glucosidase signal peptide coding sequence. The described nucleic acid molecule.

(18)上記シグナルペプチドコード配列が、
(i)配列番号2の1位〜27位、配列番号4の1位〜28位または配列番号6の1位〜28位に示されるアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列;
(ii)(i)のヌクレオチド配列と比較して、1もしくは数個のヌクレオチドの置換、欠失または付加を含むヌクレオチド配列であって、細胞外分泌活性を有するペプチドをコードするヌクレオチド配列;
(iii)(i)または(ii)のヌクレオチド配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ細胞外分泌活性を有するペプチドをコードするヌクレオチド配列;ならびに
(iv)(i)のヌクレオチド配列に対して少なくとも70%の同一性を有するヌクレオチド配列であって、かつ細胞外分泌活性を有するペプチドをコードするヌクレオチド配列;
からなる群より選択され、
該ヌクレオチド配列に作動可能に上記異種遺伝子配列が連結されると、該異種遺伝子の産物の細胞外分泌がもたらされる、上記項目(16)に記載の核酸分子。
(18) The signal peptide coding sequence is
(I) a nucleotide sequence encoding the amino acid sequence represented by positions 1 to 27 of SEQ ID NO: 2, positions 1 to 28 of SEQ ID NO: 4, or positions 1 to 28 of SEQ ID NO: 6;
(Ii) a nucleotide sequence comprising a substitution, deletion or addition of one or several nucleotides compared to the nucleotide sequence of (i), encoding a peptide having extracellular secretion activity;
(Iii) a nucleotide sequence that hybridizes with the nucleotide sequence of (i) or (ii) under stringent conditions and encodes a peptide having extracellular secretion activity; and (iv) against the nucleotide sequence of (i) A nucleotide sequence encoding a peptide having at least 70% identity and having extracellular secretion activity;
Selected from the group consisting of
The nucleic acid molecule according to item (16), wherein operably ligating the heterologous gene sequence to the nucleotide sequence results in extracellular secretion of the product of the heterologous gene.

(19)上記異種遺伝子配列が、サイトカインまたはホルモンの遺伝子配列である、上記項目(13)に記載の核酸分子。  (19) The nucleic acid molecule according to item (13), wherein the heterologous gene sequence is a cytokine or hormone gene sequence.

(20)上記異種遺伝子配列が、植物中で発現された場合に目的の機能を有するタンパク質をコードする、上記項目(13)に記載の核酸分子。  (20) The nucleic acid molecule according to item (13), wherein the heterologous gene sequence encodes a protein having a target function when expressed in a plant.

(21)上記異種遺伝子配列が、インターフェロン、抗体、ヒトα−アンチトリプシンまたは緑色蛍光タンパク質の遺伝子配列である、上記項目(13)に記載の核酸分子。  (21) The nucleic acid molecule according to item (13), wherein the heterologous gene sequence is a gene sequence of interferon, antibody, human α-antitrypsin or green fluorescent protein.

(22)上記異種遺伝子配列が、マーカー遺伝子配列である、上記項目(13)に記載の核酸分子。  (22) The nucleic acid molecule according to item (13), wherein the heterologous gene sequence is a marker gene sequence.

(23)調節エレメントをさらに含む、上記項目(13)に記載の核酸分子。  (23) The nucleic acid molecule according to item (13), further comprising a regulatory element.

(24)上記調節エレメントが、イントロン、ターミネーターおよびエンハンサーからなる群より選択される少なくとも1つのエレメントを含む、上記項目(23)に記載の核酸分子。  (24) The nucleic acid molecule according to item (23), wherein the regulatory element comprises at least one element selected from the group consisting of an intron, a terminator, and an enhancer.

(25)代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列と、該プロモーター配列に作動可能に連結された異種遺伝子配列とを含む、核酸分子。  (25) A nucleic acid molecule comprising a promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading metabolizable sugars and a heterologous gene sequence operably linked to the promoter sequence.

(26)上記代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列が、β−ガラクトシダーゼをコードする遺伝子のプロモーター配列、β−キシロシダーゼをコードする遺伝子のプロモーター配列およびβ−グルコシダーゼをコードする遺伝子のロモーター配列からなる群より選択される、上記項目(25)に記載の核酸分子。  (26) The promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading metabolizable sugars encodes a promoter sequence of a gene encoding β-galactosidase, a promoter sequence of a gene encoding β-xylosidase, and β-glucosidase. The nucleic acid molecule according to item (25), selected from the group consisting of gene lomotor sequences.

(27)上記代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列が、
(a)配列番号1の643位〜1799位、配列番号3の1位〜1763位または配列番号5の1位〜2058位に示されるヌクレオチド配列;
(b)(a)のヌクレオチド配列と比較して、1もしくは数個のヌクレオチドの置換、欠失または付加を含むヌクレオチド配列であって、糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列;
(c)(a)または(b)のヌクレオチド配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列;
(d)(a)のヌクレオチド配列に対して少なくとも70%の同一性を有するヌクレオチド配列であって、かつ糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列;ならびに
(e)(a)〜(d)のいずれかのヌクレオチド配列の短縮配列であって、糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列
からなる群より選択され、
該ヌクレオチド配列に作動可能に上記異種遺伝子配列が連結されると、該異種遺伝子の糖欠乏誘導性発現を促進する活性を有する、上記項目(25)に記載の核酸分子。
(27) a promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading the metabolizable sugar,
(A) a nucleotide sequence represented by positions 643 to 1799 of SEQ ID NO: 1, positions 1 to 1763 of SEQ ID NO: 3, or positions 1 to 2058 of SEQ ID NO: 5;
(B) a nucleotide sequence comprising one or several nucleotide substitutions, deletions or additions compared to the nucleotide sequence of (a), having a sugar deficiency-inducing promoter activity;
(C) a nucleotide sequence that hybridizes with the nucleotide sequence of (a) or (b) under stringent conditions and has sugar deficiency-inducible promoter activity;
(D) a nucleotide sequence having at least 70% identity to the nucleotide sequence of (a) and having a sugar deficiency-inducing promoter activity; and (e) (a) to (d) A shortened sequence of any nucleotide sequence, selected from the group consisting of nucleotide sequences having sugar deficiency inducible promoter activity;
The nucleic acid molecule according to item (25), having an activity of promoting sugar deficiency-induced expression of the heterologous gene when the heterologous gene sequence is operably linked to the nucleotide sequence.

(28)さらにシグナルペプチドコード配列を含む、上記項目(25)に記載の核酸分子。  (28) The nucleic acid molecule according to item (25), further comprising a signal peptide coding sequence.

(29)上記シグナルペプチドコード配列が、β−ガラクトシダーゼのシグナルペプチドコード配列、β−キシロシダーゼのシグナルペプチドコード配列およびβ−グルコシダーゼのシグナルペプチドコード配列からなる群より選択される、上記項目(28)に記載の核酸分子。  (29) In the above item (28), the signal peptide coding sequence is selected from the group consisting of a β-galactosidase signal peptide coding sequence, a β-xylosidase signal peptide coding sequence, and a β-glucosidase signal peptide coding sequence. The described nucleic acid molecule.

(30)上記シグナルペプチドコード配列が、
(i)配列番号2の1位〜27位、配列番号4の1位〜28位または配列番号6の1位〜28位に示されるアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列;
(ii)(i)のヌクレオチド配列と比較して、1もしくは数個のヌクレオチドの置換、欠失または付加を含むヌクレオチド配列であって、細胞外分泌活性を有するペプチドをコードするヌクレオチド配列;
(iii)(i)または(ii)のヌクレオチド配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ細胞外分泌活性を有するペプチドをコードするヌクレオチド配列;ならびに
(iv)(i)のヌクレオチド配列に対して少なくとも70%の同一性を有するヌクレオチド配列であって、かつ細胞外分泌活性を有するペプチドをコードするヌクレオチド配列;
からなる群より選択され、
該ヌクレオチド配列に作動可能に上記異種遺伝子配列が連結されると、該異種遺伝子の産物の細胞外分泌がもたらされる、上記項目(28)に記載の核酸分子。
(30) The signal peptide coding sequence is
(I) a nucleotide sequence encoding the amino acid sequence represented by positions 1 to 27 of SEQ ID NO: 2, positions 1 to 28 of SEQ ID NO: 4, or positions 1 to 28 of SEQ ID NO: 6;
(Ii) a nucleotide sequence comprising a substitution, deletion or addition of one or several nucleotides compared to the nucleotide sequence of (i), encoding a peptide having extracellular secretion activity;
(Iii) a nucleotide sequence that hybridizes with the nucleotide sequence of (i) or (ii) under stringent conditions and encodes a peptide having extracellular secretion activity; and (iv) against the nucleotide sequence of (i) A nucleotide sequence encoding a peptide having at least 70% identity and having extracellular secretion activity;
Selected from the group consisting of
The nucleic acid molecule according to item (28), wherein operably ligating the heterologous gene sequence to the nucleotide sequence results in extracellular secretion of the product of the heterologous gene.

(31)上記異種遺伝子配列が、サイトカインまたはホルモンの遺伝子配列である、上記項目(25)に記載の核酸分子。  (31) The nucleic acid molecule according to item (25), wherein the heterologous gene sequence is a cytokine or hormone gene sequence.

(32)上記異種遺伝子配列が、植物中で発現された場合に目的の機能を有するタンパク質をコードする、上記項目(25)に記載の核酸分子。  (32) The nucleic acid molecule according to item (25), wherein the heterologous gene sequence encodes a protein having a target function when expressed in a plant.

(33)上記異種遺伝子配列が、インターフェロン、抗体、ヒトα−アンチトリプシンまたは緑色蛍光タンパク質の遺伝子配列である、上記項目(25)に記載の核酸分子。  (33) The nucleic acid molecule according to item (25), wherein the heterologous gene sequence is a gene sequence of interferon, antibody, human α-antitrypsin or green fluorescent protein.

(34)上記異種遺伝子配列が、マーカー遺伝子配列である、上記項目(25)に記載の核酸分子。  (34) The nucleic acid molecule according to item (25), wherein the heterologous gene sequence is a marker gene sequence.

(35)調節エレメントをさらに含む、上記項目(25)に記載の核酸分子。  (35) The nucleic acid molecule according to item (25), further comprising a regulatory element.

(36)上記調節エレメントが、イントロン、ターミネーターおよびエンハンサーからなる群より選択される少なくとも1つのエレメントを含む、上記項目(35)に記載の核酸分子。  (36) The nucleic acid molecule according to item (35), wherein the regulatory element comprises at least one element selected from the group consisting of an intron, a terminator, and an enhancer.

(37)プロモーター配列と、該プロモーター配列に作動可能に連結された異種遺伝子配列とを含む、核酸分子であって、該プロモーター配列は、
(a)配列番号1の643位〜1799位、配列番号3の1位〜1763位または配列番号5の1位〜2058位に示されるヌクレオチド配列;
(b)(a)のヌクレオチド配列と比較して、1もしくは数個のヌクレオチドの置換、欠失または付加を含むヌクレオチド配列であって、糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列;
(c)(a)または(b)のヌクレオチド配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列;
(d)(a)のヌクレオチド配列に対して少なくとも70%の同一性を有するヌクレオチド配列であって、かつ糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列;ならびに
(e)(a)〜(d)のいずれかのヌクレオチド配列の短縮配列であって、糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列
からなる群より選択され、
該ヌクレオチド配列に作動可能に上記異種遺伝子配列が連結されると、該異種遺伝子の発現を促進する活性を有する、核酸分子。
(37) a nucleic acid molecule comprising a promoter sequence and a heterologous gene sequence operably linked to the promoter sequence, the promoter sequence comprising:
(A) a nucleotide sequence represented by positions 643 to 1799 of SEQ ID NO: 1, positions 1 to 1763 of SEQ ID NO: 3, or positions 1 to 2058 of SEQ ID NO: 5;
(B) a nucleotide sequence comprising one or several nucleotide substitutions, deletions or additions compared to the nucleotide sequence of (a), having a sugar deficiency-inducing promoter activity;
(C) a nucleotide sequence that hybridizes with the nucleotide sequence of (a) or (b) under stringent conditions and has sugar deficiency-inducible promoter activity;
(D) a nucleotide sequence having at least 70% identity to the nucleotide sequence of (a) and having a sugar deficiency-inducing promoter activity; and (e) (a) to (d) A shortened sequence of any nucleotide sequence, selected from the group consisting of nucleotide sequences having sugar deficiency inducible promoter activity;
A nucleic acid molecule having an activity of promoting expression of a heterologous gene when the heterologous gene sequence is operably linked to the nucleotide sequence.

(38)さらにシグナルペプチドコード配列を含む、上記項目(37)に記載の核酸分子。  (38) The nucleic acid molecule according to item (37), further comprising a signal peptide coding sequence.

(39)上記シグナルペプチドコード配列が、β−ガラクトシダーゼのシグナルペプチドコード配列、β−キシロシダーゼのシグナルペプチドコード配列およびβ−グルコシダーゼのシグナルペプチドコード配列からなる群より選択される、上記項目(38)に記載の核酸分子。  (39) In the above item (38), the signal peptide coding sequence is selected from the group consisting of a β-galactosidase signal peptide coding sequence, a β-xylosidase signal peptide coding sequence, and a β-glucosidase signal peptide coding sequence. The described nucleic acid molecule.

(40)上記シグナルペプチドコード配列が、
(i)配列番号2の1位〜27位、配列番号4の1位〜28位または配列番号6の1位〜28位に示されるアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列;
(ii)(i)のヌクレオチド配列と比較して、1もしくは数個のヌクレオチドの置換、欠失または付加を含むヌクレオチド配列であって、細胞外分泌活性を有するペプチドをコードするヌクレオチド配列;
(iii)(i)または(ii)のヌクレオチド配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ細胞外分泌活性を有するペプチドをコードするヌクレオチド配列;ならびに
(iv)(i)のヌクレオチド配列に対して少なくとも70%の同一性を有するヌクレオチド配列であって、かつ細胞外分泌活性を有するペプチドをコードするヌクレオチド配列;
からなる群より選択され、
該ヌクレオチド配列に作動可能に上記異種遺伝子配列が連結されると、該異種遺伝子の産物の細胞外分泌がもたらされる、上記項目(38)に記載の核酸分子。
(40) The signal peptide coding sequence is
(I) a nucleotide sequence encoding the amino acid sequence represented by positions 1 to 27 of SEQ ID NO: 2, positions 1 to 28 of SEQ ID NO: 4, or positions 1 to 28 of SEQ ID NO: 6;
(Ii) a nucleotide sequence comprising a substitution, deletion or addition of one or several nucleotides compared to the nucleotide sequence of (i), encoding a peptide having extracellular secretion activity;
(Iii) a nucleotide sequence that hybridizes with the nucleotide sequence of (i) or (ii) under stringent conditions and encodes a peptide having extracellular secretion activity; and (iv) against the nucleotide sequence of (i) A nucleotide sequence encoding a peptide having at least 70% identity and having extracellular secretion activity;
Selected from the group consisting of
The nucleic acid molecule according to item (38), wherein operably ligating the heterologous gene sequence to the nucleotide sequence results in extracellular secretion of the product of the heterologous gene.

(41)上記異種遺伝子配列が、サイトカインまたはホルモンの遺伝子配列である、上記項目(37)に記載の核酸分子。  (41) The nucleic acid molecule according to (37), wherein the heterologous gene sequence is a cytokine or hormone gene sequence.

(42)上記異種遺伝子配列が、植物中で発現された場合に目的の機能を有するタンパク質をコードする、上記項目(37)に記載の核酸分子。  (42) The nucleic acid molecule according to (37) above, wherein the heterologous gene sequence encodes a protein having a target function when expressed in a plant.

(43)上記異種遺伝子配列が、インターフェロン、抗体、ヒトα−アンチトリプシンまたは緑色蛍光タンパク質の遺伝子配列である、上記項目(37)に記載の核酸分子。  (43) The nucleic acid molecule according to item (37), wherein the heterologous gene sequence is a gene sequence of interferon, antibody, human α-antitrypsin or green fluorescent protein.

(44)上記異種遺伝子配列が、マーカー遺伝子配列である、上記項目(37)に記載の核酸分子。  (44) The nucleic acid molecule according to item (37), wherein the heterologous gene sequence is a marker gene sequence.

(45)調節エレメントをさらに含む、上記項目(37)に記載の核酸分子。  (45) The nucleic acid molecule according to item (37), further comprising a regulatory element.

(46)上記調節エレメントが、イントロン、ターミネーターおよびエンハンサーからなる群より選択される少なくとも1つのエレメントを含む、上記項目(45)に記載の核酸分子。  (46) The nucleic acid molecule according to item (45), wherein the regulatory element comprises at least one element selected from the group consisting of an intron, a terminator, and an enhancer.

(47)糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列および代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群から選択される少なくとも1つのプロモーター配列と、
該選択されたプロモーター配列に作動可能に連結された異種遺伝子配列
とを含む、ベクター。
(47) At least one promoter selected from the group consisting of a sugar deficiency inducible promoter sequence, a promoter sequence of a gene encoding an exo-type glycolytic enzyme, and a promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading a metabolizable sugar An array,
A vector comprising a heterologous gene sequence operably linked to the selected promoter sequence.

(48)糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列および代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群から選択される少なくとも1つのプロモーター配列と、
該選択されたプロモーター配列に作動可能に連結された異種遺伝子配列
とを含む、植物細胞。
(48) At least one promoter selected from the group consisting of a sugar deficiency inducible promoter sequence, a promoter sequence of a gene encoding an exo-type glycolytic enzyme, and a promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading metabolizable sugars An array,
A plant cell comprising a heterologous gene sequence operably linked to the selected promoter sequence.

(49)双子葉植物細胞である、上記項目(48)に記載の植物細胞。  (49) The plant cell according to item (48), which is a dicotyledonous plant cell.

(50)培養細胞である、上記項目(48)に記載の植物細胞。  (50) The plant cell according to item (48), which is a cultured cell.

(51)1週間で50倍以上増殖し得る細胞である、上記項目(50)に記載の植物細胞。  (51) The plant cell according to item (50), which is a cell that can proliferate 50 times or more in one week.

(52)タンパク質の生産方法であって、該方法は、以下の工程:
糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列および代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群から選択される少なくとも1つのプロモーター配列と、
該選択されたプロモーター配列に作動可能に連結された該タンパク質コード配列とを含む核酸分子を、細胞に導入して、形質転換細胞を得る工程;
該形質転換細胞を糖の非存在下で培養して、該タンパク質を分泌させる工程;および
該タンパク質を回収する工程
を包含する、方法。
(52) A method for producing a protein, which comprises the following steps:
At least one promoter sequence selected from the group consisting of a sugar deficiency inducible promoter sequence, a promoter sequence of a gene encoding an exo-type glycolytic enzyme, and a promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading a metabolizable sugar;
Introducing a nucleic acid molecule comprising said protein coding sequence operably linked to said selected promoter sequence into a cell to obtain a transformed cell;
Culturing the transformed cell in the absence of sugar to secrete the protein; and recovering the protein.

(53)上記細胞が、植物細胞である、上記項目(52)に記載の方法。  (53) The method according to item (52), wherein the cell is a plant cell.

(54)上記細胞が、双子葉植物細胞である、上記項目(52)に記載の方法。  (54) The method according to (52) above, wherein the cell is a dicotyledonous plant cell.

(55)上記細胞が、培養細胞である、上記項目(52)に記載の方法。  (55) The method according to item (52), wherein the cell is a cultured cell.

(56)上記細胞が、1週間で50倍以上増殖し得る細胞である、上記項目(55)に記載の方法。  (56) The method according to (55) above, wherein the cell is a cell that can proliferate 50 times or more in one week.

(57)上記核酸分子が、さらにシグナルペプチドコード配列を含む、上記項目(52)に記載の方法。  (57) The method according to item (52), wherein the nucleic acid molecule further comprises a signal peptide coding sequence.

(58)上記シグナルペプチドコード配列が、β−ガラクトシダーゼのシグナルペプチドコード配列、β−キシロシダーゼのシグナルペプチドコード配列およびβ−グルコシダーゼのシグナルペプチドコード配列からなる群より選択される、上記項目(57)に記載の方法。  (58) In the above item (57), the signal peptide coding sequence is selected from the group consisting of a β-galactosidase signal peptide coding sequence, a β-xylosidase signal peptide coding sequence, and a β-glucosidase signal peptide coding sequence. The method described.

(59)上記シグナルペプチドコード配列が、
(i)配列番号2の1位〜27位、配列番号4の1位〜28位または配列番号6の1位〜28位に示されるアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列;
(ii)(i)のヌクレオチド配列と比較して、1もしくは数個のヌクレオチドの置換、欠失または付加を含むヌクレオチド配列であって、細胞外分泌活性を有するペプチドをコードするヌクレオチド配列;
(iii)(i)または(ii)のヌクレオチド配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ細胞外分泌活性を有するペプチドをコードするヌクレオチド配列;ならびに
(iv)(i)のヌクレオチド配列に対して少なくとも70%の同一性を有するヌクレオチド配列であって、かつ細胞外分泌活性を有するペプチドをコードするヌクレオチド配列;
からなる群より選択され、
該ヌクレオチド配列に作動可能に上記異種遺伝子配列が連結されると、該異種遺伝子の産物の細胞外分泌がもたらされる、上記項目(57)に記載の方法。
(59) The signal peptide coding sequence is
(I) a nucleotide sequence encoding the amino acid sequence represented by positions 1 to 27 of SEQ ID NO: 2, positions 1 to 28 of SEQ ID NO: 4, or positions 1 to 28 of SEQ ID NO: 6;
(Ii) a nucleotide sequence comprising a substitution, deletion or addition of one or several nucleotides compared to the nucleotide sequence of (i), encoding a peptide having extracellular secretion activity;
(Iii) a nucleotide sequence that hybridizes with the nucleotide sequence of (i) or (ii) under stringent conditions and encodes a peptide having extracellular secretion activity; and (iv) against the nucleotide sequence of (i) A nucleotide sequence encoding a peptide having at least 70% identity and having extracellular secretion activity;
Selected from the group consisting of
58. The method of item (57) above, wherein operably ligating the heterologous gene sequence to the nucleotide sequence results in extracellular secretion of the product of the heterologous gene.

(60)上記タンパク質が、サイトカインまたはホルモンである、上記項目(52)に記載の方法。  (60) The method according to item (52), wherein the protein is a cytokine or a hormone.

(61)上記タンパク質が、植物中で発現された場合に目的の機能を有するタンパク質である、上記項目(52)に記載の方法。  (61) The method according to item (52), wherein the protein is a protein having a target function when expressed in a plant.

(62)上記タンパク質が、インターフェロン、抗体、ヒトα−アンチトリプシンまたは緑色蛍光タンパク質である、上記項目(52)に記載の方法。  (62) The method according to item (52), wherein the protein is interferon, antibody, human α-antitrypsin or green fluorescent protein.

(63)上記糖が、代謝可能な解糖系糖または代謝されると該解糖系糖になり得る糖である、上記項目(52)に記載の方法。  (63) The method according to item (52), wherein the sugar is a metabolizable glycolytic sugar or a sugar that can be converted to the glycolytic sugar when metabolized.

(64)上記糖が、グルコース、ガラクトース、フルクトース、スクロースおよびキシロースからなる群より選択される、上記項目(52)に記載の方法。  (64) The method according to item (52), wherein the sugar is selected from the group consisting of glucose, galactose, fructose, sucrose, and xylose.

(65)タンパク質の生産方法であって、該方法は、以下の工程:
糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列および代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群から選択される少なくとも1つのプロモーター配列と、
該選択されたプロモーター配列に作動可能に連結された該タンパク質コード配列とを含む核酸分子を、細胞に導入して、形質転換細胞を得る工程;
該形質転換細胞を糖の存在下で培養する工程;
該形質転換細胞を糖の非存在下で培養して、該タンパク質を分泌させる工程;および
該タンパク質を回収する工程
を包含する、方法。
(65) A protein production method comprising the following steps:
At least one promoter sequence selected from the group consisting of a sugar deficiency inducible promoter sequence, a promoter sequence of a gene encoding an exo-type glycolytic enzyme, and a promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading a metabolizable sugar;
Introducing a nucleic acid molecule comprising said protein coding sequence operably linked to said selected promoter sequence into a cell to obtain a transformed cell;
Culturing the transformed cell in the presence of sugar;
Culturing the transformed cell in the absence of sugar to secrete the protein; and recovering the protein.

(66)上記項目(52)に記載の方法によって得られるタンパク質。  (66) A protein obtained by the method according to item (52).

(67)異種遺伝子の糖欠乏誘導性発現のための、上記項目(1)に記載の核酸分子の使用。  (67) Use of the nucleic acid molecule according to item (1) for sugar deficiency-inducible expression of a heterologous gene.

本発明により、糖欠乏を制御することによって容易に発現を制御し得る、発現系が提供される。  The present invention provides an expression system that can easily control expression by controlling sugar deficiency.

分泌型β−ガラクトシダーゼ(Gal)をコードする遺伝子のプロモーター配列、β−キシロシダーゼ(Xyl)をコードする遺伝子のプロモーター配列およびβ−グルコシダーゼ(Glc)をコードする遺伝子のプロモーター配列は、糖が存在することによって発現が抑制され、そして糖欠乏によって発現が顕著に誘導されるので、このプロモーター配列に作動可能に連結された異種遺伝子配列を含む細胞を糖存在下で培養し、そして細胞がある程度増殖した時点で培地の糖濃度を下げることによって、異種遺伝子配列の発現を効率的に誘導し得る。  The promoter sequence of the gene encoding secretory β-galactosidase (Gal), the promoter sequence of the gene encoding β-xylosidase (Xyl), and the promoter sequence of the gene encoding β-glucosidase (Glc) must have sugar When cells containing a heterologous gene sequence operably linked to this promoter sequence are cultured in the presence of sugar and the cells have grown to some extent because expression is repressed by and is significantly induced by sugar deficiency Thus, the expression of the heterologous gene sequence can be efficiently induced by lowering the sugar concentration of the medium.

本発明では特に、本発明の核酸分子にシグナルペプチドコード配列をさらに含むと、異種遺伝子配列によってコードされる産物のより効率的な発現をもたらし得る。  Particularly in the present invention, further inclusion of a signal peptide coding sequence in the nucleic acid molecule of the present invention may result in more efficient expression of the product encoded by the heterologous gene sequence.

本発明を用いることにより、生産性が低いことから開発研究が進展してないインターフェロン、抗体、ワクチンなどの医薬品の植物細胞による生産に関連する産業の活性化が期待できる。  By using the present invention, activation of industries related to the production of pharmaceuticals such as interferons, antibodies, vaccines and the like that have not been developed due to low productivity due to plant cells can be expected.

図1aは、約13,000個のシロイヌナズナ遺伝子について、糖欠乏によるシグナル強度の比の変化を示すグラフである。横軸は、2%スクロース存在下でのシグナル強度を示し、そして縦軸は、スクロース非存在下でのシグナル強度を示す。図1bは、最初にスクリーニングによって得られた184個のシロイヌナズナ遺伝子について、糖欠乏によるシグナル強度の比の変化を示すグラフである。横軸は、1%スクロース存在下でのシグナル強度を示し、そして縦軸は、スクロース非存在下でのシグナル強度を示す。FIG. 1a is a graph showing the change in signal intensity ratio due to sugar deficiency for about 13,000 Arabidopsis genes. The horizontal axis shows the signal intensity in the presence of 2% sucrose, and the vertical axis shows the signal intensity in the absence of sucrose. FIG. 1b is a graph showing the change in signal intensity ratio due to sugar deficiency for 184 Arabidopsis genes obtained by screening first. The horizontal axis shows the signal intensity in the presence of 1% sucrose, and the vertical axis shows the signal intensity in the absence of sucrose. 図2は、サブアレイで同定された9個の遺伝子についてRNAゲルブロット分析を示す写真である。FIG. 2 is a photograph showing RNA gel blot analysis for 9 genes identified in the subarray. 図3aは、離脱葉にスクロースを供給した場合の、スクロースまたはグルコースのレベルを示すグラフである。各時間において、左側の白棒はスクロース供給条件下での結果を示し、真ん中の黒棒はスクロース欠乏条件下での結果を示し、そして左端の白棒は72時間後に再度スクロースを供給した場合の結果を示す。それぞれ、エラーバーも同時に示す。図3bは、離脱葉中の、誘導された12個の遺伝子の転写産物蓄積の時間経過を示すRNAゲルブロット分析を示す写真である。FIG. 3a is a graph showing the level of sucrose or glucose when sucrose is supplied to the detached leaves. At each time, the white bar on the left shows the results under sucrose feeding conditions, the middle black bar shows the results under sucrose deficient conditions, and the leftmost white bar shows the results when feeding sucrose again after 72 hours. Results are shown. Each also shows an error bar. FIG. 3b is a photograph showing RNA gel blot analysis showing the time course of transcript accumulation of 12 genes induced in detached leaves. 図4aは、植物全体を遮光した場合の、ロゼット葉における可溶性糖の量を示すグラフを示す。白棒はスクロースの量を示し、そして黒棒はグルコースの量を示す。それぞれ、エラーバーも同時に示す。図4bは、植物全体を遮光した場合の、AtSUG遺伝子の転写産物を示すRNAゲルブロットの写真である。FIG. 4a shows a graph showing the amount of soluble sugar in rosette leaves when the whole plant is shaded. The white bar indicates the amount of sucrose and the black bar indicates the amount of glucose. Each also shows an error bar. FIG. 4b is a photograph of an RNA gel blot showing the transcript of the AtSUG gene when the entire plant is shielded from light. 図5aは、離脱したロゼット葉の黄化の様子を上の写真に、そして離脱葉中の可溶性糖の量を下のグラフに示す。白棒はスクロースの量を示し、そして黒棒はグルコースの量を示す。それぞれ、エラーバーも同時に示す。図5bは、離脱したロゼット葉中のAtSUG遺伝子の転写産物を示すRNAゲルブロットの写真である。FIG. 5a shows the yellowing of detached rosette leaves in the upper photograph and the amount of soluble sugar in the detached leaves in the lower graph. The white bar indicates the amount of sucrose and the black bar indicates the amount of glucose. Each also shows an error bar. FIG. 5b is a photograph of an RNA gel blot showing the transcript of the AtSUG gene in detached rosette leaves. 図6は、離脱葉からスクロースを48時間欠乏させ、次いで糖またはアナログを24時間にわたって供給した場合の、AtSUGの転写産物を示すRNAゲルブロットの写真である。それぞれ、以下を添加した場合の結果を示す:レーン1、無処理;レーン2、糖飢餓(48時間);レーン3、スクロース(24時間);レーン4、グルコース(24時間);レーン5、2−デオキシグルコース(24時間);レーン6、3−O−メチルグルコース。FIG. 6 is a photograph of an RNA gel blot showing AtSUG transcripts when sucrose is depleted from detached leaves for 48 hours and then sugar or analog is fed over 24 hours. The results when the following are added are shown: Lane 1, no treatment; Lane 2, sugar starvation (48 hours); Lane 3, sucrose (24 hours); Lane 4, glucose (24 hours); Lanes 5, 2 -Deoxyglucose (24 hours); Lane 6, 3-O-methylglucose. 図7は、スクロースの存在および非存在によるAtSUGの転写産物を示すRNAゲルブロットの写真である。FIG. 7 is a photograph of an RNA gel blot showing AtSUG transcripts with and without sucrose. 図8は、β−ガラクトシダーゼ(Galとも記載する)およびβ−キシロキダーゼ(Xylとも記載する)のファミリーの系統樹を示す模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing a phylogenetic tree of a family of β-galactosidase (also described as Gal) and β-xyloxase (also described as Xyl). 図9は、スクロース非存在下またはスクロースを1%含む条件でシロイヌナズナを成長させた場合のGal−1、Gal−2、Gal−3、Gal−5およびGal−6、ならびにXyl−1、Xyl−2およびXyl−3のRNA量を示すRNAゲルブロットの写真である。FIG. 9 shows Gal-1, Gal-2, Gal-3, Gal-5 and Gal-6, and Xyl-1, Xyl− when Arabidopsis thaliana was grown in the absence of sucrose or containing 1% sucrose. 2 is a photograph of an RNA gel blot showing RNA amounts of 2 and Xyl-3. 図10は、スクロース非存在下またはスクロースを1%含む条件でシロイヌナズナを成長させた場合のGal−1、Xyl−1およびGlc−1のRNA量を示すRNAゲルブロットの写真である。FIG. 10 is a photograph of an RNA gel blot showing the amounts of Gal-1, Xyl-1 and Glc-1 RNA when Arabidopsis thaliana was grown in the absence of sucrose or under conditions containing 1% sucrose. 図11は、Gal−1の遺伝子産物(724アミノ酸)、Xyl−1の遺伝子産物(774アミノ酸)およびGlc−1の遺伝子産物(577アミノ酸)の構造を比較する模式図である。FIG. 11 is a schematic diagram comparing the structures of the Gal-1 gene product (724 amino acids), the Xyl-1 gene product (774 amino acids), and the Glc-1 gene product (577 amino acids). 図12は、培養細胞を利用することの利点を示す模式図である。FIG. 12 is a schematic diagram showing the advantages of using cultured cells. 図13は、スクロース非存在下またはスクロースを1%含む条件で培養シロイヌナズナ細胞を増殖させた場合のGal−1、Xyl−1およびGlc−1のRNA量を示すRNAゲルブロットの写真である。FIG. 13 is a photograph of an RNA gel blot showing the amounts of RNAs of Gal-1, Xyl-1 and Glc-1 when cultured Arabidopsis cells are grown in the absence of sucrose or in a condition containing 1% sucrose. 図14は、スクロース非存在下またはスクロースを1%含む条件で培養シロイヌナズナ細胞を増殖させた場合のGal−1、Xyl−1およびGlc−1の酵素活性を示すグラフである。FIG. 14 is a graph showing the enzyme activities of Gal-1, Xyl-1 and Glc-1 when cultured Arabidopsis cells were grown in the absence of sucrose or in a condition containing 1% sucrose. 図15は、植物細胞内での糖飢餓による調節の模式図である。FIG. 15 is a schematic diagram of regulation by sugar starvation in plant cells. 図16は、炭素源として種々の糖を添加した場合のGal−1、Xyl−1およびGlc−1のRNA量を示すRNAゲルブロットの写真である。FIG. 16 is a photograph of an RNA gel blot showing RNA amounts of Gal-1, Xyl-1 and Glc-1 when various sugars are added as a carbon source. 図17aは、植物導入用構築物の構築法の一部を示す模式図である。FIG. 17a is a schematic diagram showing a part of a construction method of a plant introduction construct. 図17bは、植物導入用構築物の構築法の一部を示す模式図である。FIG. 17b is a schematic diagram showing a part of the construction method of the plant introduction construct. 図17cは、植物導入用構築物の構築法の一部を示す模式図である。FIG. 17c is a schematic diagram showing a part of the construction method of the plant introduction construct. 図18は、BY−2細胞において、糖欠乏によってGFPの分泌が誘導されることを示す図である。グラフは、形質転換BY−2細胞の増殖を示す。グラフ中の挿入図は、ウェスタンブロッティングの結果を示す。FIG. 18 is a diagram showing that GFP secretion is induced by sugar deficiency in BY-2 cells. The graph shows the growth of transformed BY-2 cells. The inset in the graph shows the results of Western blotting.

以下、本発明を詳細に説明する。本明細書の全体にわたり、本明細書において使用される用語は、特に言及しない限り、当該分野で通常用いられる意味で用いられることが理解されるべきである。  The present invention will be described in detail below. Throughout this specification, it is to be understood that the terms used in this specification are used in the meaning normally used in the art unless otherwise specified.

(1.核酸分子)
1つの実施形態では、本発明の核酸分子は、糖欠乏誘導性プロモーター配列と、該糖欠乏誘導性プロモーター配列に作動可能に連結された異種遺伝子配列とを含む。
(1. Nucleic acid molecule)
In one embodiment, the nucleic acid molecule of the invention comprises a sugar deficiency inducible promoter sequence and a heterologous gene sequence operably linked to the sugar deficiency inducible promoter sequence.

別の実施形態では、本発明の核酸分子はまた、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列と、該プロモーター配列に作動可能に連結された異種遺伝子配列とを含む。  In another embodiment, the nucleic acid molecule of the present invention also includes a promoter sequence of a gene encoding an exoglycolytic enzyme and a heterologous gene sequence operably linked to the promoter sequence.

別の実施形態では、本発明の核酸分子はまた、代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列と、該プロモーター配列に作動可能に連結された異種遺伝子配列とを含む。  In another embodiment, the nucleic acid molecule of the invention also includes a promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading metabolizable sugars and a heterologous gene sequence operably linked to the promoter sequence.

本発明の核酸分子は特に、シグナルペプチドコード配列を含むことが好ましい。シグナルペプチドコード配列を含むことにより、異種遺伝子配列によってコードされる産物の細胞外分泌がより効率よく行われる。  In particular, the nucleic acid molecule of the present invention preferably contains a signal peptide coding sequence. By including a signal peptide coding sequence, extracellular secretion of the product encoded by the heterologous gene sequence is more efficiently performed.

本明細書において、用語「核酸分子」はまた、核酸、オリゴヌクレオチド、およびポリヌクレオチドと互換可能に使用される。核酸分子の例としては、cDNA、mRNA、ゲノムDNAなどが挙げられる。本明細書では、核酸および核酸分子は、その核酸および核酸分子がタンパク質をコードするときなどは、用語「遺伝子」の概念に含まれる。ある遺伝子配列をコードする核酸分子はまた、「スプライス変異体」および「スプライス改変体」を包含する。スプライス変異体とスプライス改変体とは同義である。同様に、核酸によりコードされる特定のタンパク質は、その核酸のスプライス改変体によりコードされる任意のタンパク質を包含する。その名が示唆するように「スプライス変異体」は、遺伝子のオルタナティブスプライシングの産物である。転写後、最初の核酸転写物は、異なる(別の)核酸スプライス産物が異なるポリペプチドをコードするようにスプライスされる場合がある。スプライス変異体の産生機構は変化するが、エキソンのオルタナティブスプライシングを含む。読み過し転写により同じ核酸に由来する別のポリペプチドもまた、この定義に包含される。スプライシング反応の任意の産物(組換え形態のスプライス産物を含む)がこの定義に含まれる。  As used herein, the term “nucleic acid molecule” is also used interchangeably with nucleic acid, oligonucleotide, and polynucleotide. Examples of nucleic acid molecules include cDNA, mRNA, genomic DNA and the like. As used herein, nucleic acids and nucleic acid molecules are included within the concept of the term “gene”, such as when the nucleic acids and nucleic acid molecules encode proteins. Nucleic acid molecules encoding certain gene sequences also include “splice variants” and “splice variants”. A splice variant and a splice variant are synonymous. Similarly, a particular protein encoded by a nucleic acid includes any protein encoded by a splice variant of that nucleic acid. As the name suggests, a “splice variant” is the product of alternative splicing of a gene. After transcription, the initial nucleic acid transcript may be spliced such that different (another) nucleic acid splice products encode different polypeptides. The production mechanism of splice variants varies, but includes exon alternative splicing. Other polypeptides derived from the same nucleic acid by read-through transcription are also encompassed by this definition. Any product of a splicing reaction (including recombinant forms of splice products) is included in this definition.

本明細書において、糖欠乏誘導性プロモーター配列とは、糖の欠乏によって発現が誘導されるプロモーター配列をいう。糖欠乏誘導性プロモーター配列の例としては、β−ガラクトシダーゼ(Gal)をコードする遺伝子のプロモーター配列、β−キシロシダーゼ(Xyl)をコードする遺伝子のプロモーター配列およびβ−グルコシダーゼ(Glc)をコードする遺伝子のプロモーター配列、ならびに表1に列挙される糖応答性遺伝子のプロモーター配列が挙げられる。これらのプロモーター配列は、表1に記載の遺伝子IDの遺伝子をかずさDNA研究所から入手し、この遺伝子を5’末端または3’末端から少しずつ欠失させて欠失配列を得て、この欠失配列が糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するか否かを確認することにより、容易に決定され得る。この欠失配列が糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するか否かは、例えば、この欠失配列をレポーター配列と連結し、ベクターと連結し、このベクターを適切な宿主細胞に導入し、レポーター配列の発現が見られるか否かを確認することによって決定され得る。本明細書中で用いられ得るβ−ガラクトシダーゼは、好ましくはGal−1である。本明細書中で用いられ得るβ−キシロシダーゼの例としては、Xyl−1またはXyl−3が挙げられるが、好ましくはXyl−1である。本明細書中で用いられ得るβ−グルコシダーゼは、好ましくはGlc−1である。糖欠乏誘導性プロモーター配列はこれらに限定されず、(b)これらのプロモーター配列のヌクレオチド配列と比較して、1もしくは数個のヌクレオチドの置換、欠失または付加を含むヌクレオチド配列であって、糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列;(c)(a)または(b)のヌクレオチド配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列;(d)(a)のヌクレオチド配列に対して少なくとも70%の同一性を有するヌクレオチド配列であって、かつ糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列;ならびに(e)(a)〜(d)のいずれかのヌクレオチド配列の短縮配列であって、糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列であってもよい。短縮配列は、全長未満の配列であって、かつ、糖欠乏誘導性プロモーター活性を有する最低限の長さ以上であればよい。短縮配列の最低限の長さは、もとのプロモーター配列を5’末端または3’末端から少しずつ欠失させて短縮配列を得て、この短縮配列が糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するか否かを確認することにより、容易に決定され得る。短縮配列の長さは、例えば、約20ヌクレオチド以上全長未満であり得る。短縮配列の長さは、好ましくは約30ヌクレオチド以上、約40ヌクレオチド以上、約50ヌクレオチド以上、約60ヌクレオチド以上、約70ヌクレオチド以上、約80ヌクレオチド以上、または約90ヌクレオチド以上であり得る。短縮配列の長さは、好ましくは約1200ヌクレオチド以下、より好ましくは約1100ヌクレオチド以下、約1000ヌクレオチド以下、約900ヌクレオチド以下、約800ヌクレオチド、約700ヌクレオチド以下、約600ヌクレオチド以下、約500ヌクレオチド以下、約400ヌクレオチド以下、約300ヌクレオチド以下、約200ヌクレオチド以下、または約100ヌクレオチド以下であり得る。  In the present specification, a sugar deficiency-inducible promoter sequence refers to a promoter sequence whose expression is induced by sugar deficiency. Examples of the sugar deficiency inducible promoter sequence include a promoter sequence of a gene encoding β-galactosidase (Gal), a promoter sequence of a gene encoding β-xylosidase (Xyl), and a gene encoding β-glucosidase (Glc). Examples include promoter sequences and promoter sequences of sugar-responsive genes listed in Table 1. These promoter sequences were obtained from the Kazusa DNA Research Institute with the gene ID shown in Table 1, and this gene was deleted little by little from the 5 'end or 3' end to obtain a deleted sequence. This can be easily determined by ascertaining whether the missing sequence has sugar deficiency inducible promoter activity. Whether or not this deletion sequence has sugar deficiency-inducible promoter activity is determined by, for example, linking this deletion sequence to a reporter sequence, ligating it to a vector, introducing this vector into an appropriate host cell, It can be determined by checking whether expression is seen. The β-galactosidase that can be used herein is preferably Gal-1. Examples of β-xylosidases that can be used herein include Xyl-1 or Xyl-3, preferably Xyl-1. The β-glucosidase that can be used herein is preferably Glc-1. Sugar deficiency inducible promoter sequences are not limited to these: (b) nucleotide sequences comprising one or several nucleotide substitutions, deletions or additions compared to the nucleotide sequences of these promoter sequences, A nucleotide sequence having deficiency-inducible promoter activity; (c) a nucleotide sequence that hybridizes with the nucleotide sequence of (a) or (b) under stringent conditions and has sugar deficiency-inducible promoter activity; (d) ( a nucleotide sequence having at least 70% identity to the nucleotide sequence of a) and having a sugar deficiency-inducing promoter activity; and (e) any nucleotide of (a) to (d) Nucleotide that is a shortened sequence and has sugar deficiency inducible promoter activity It may be a de array. The shortened sequence may be a sequence having a length less than the full length and not less than a minimum length having sugar deficiency-inducing promoter activity. The minimum length of the shortened sequence is determined by deleting the original promoter sequence little by little from the 5 ′ end or 3 ′ end to obtain a shortened sequence, and whether this shortened sequence has sugar deficiency-inducible promoter activity. This can be easily determined. The length of the shortened sequence can be, for example, about 20 nucleotides or more and less than the full length. The length of the shortened sequence can be preferably about 30 nucleotides or more, about 40 nucleotides or more, about 50 nucleotides or more, about 60 nucleotides or more, about 70 nucleotides or more, about 80 nucleotides or more, or about 90 nucleotides or more. The length of the shortened sequence is preferably about 1200 nucleotides or less, more preferably about 1100 nucleotides or less, about 1000 nucleotides or less, about 900 nucleotides or less, about 800 nucleotides, about 700 nucleotides or less, about 600 nucleotides or less, about 500 nucleotides or less. , About 400 nucleotides or less, about 300 nucleotides or less, about 200 nucleotides or less, or about 100 nucleotides or less.

本明細書中で「糖欠乏誘導性プロモーター活性を有する」とは、糖存在条件下での発現量と比較して、糖欠乏条件下での発現量を多くさせる効果を有することをいう。この効果は好ましくは、糖濃度が約15mM以下のときの発現量が、糖が約50mM以上存在する場合の発現量よりも多く、より好ましくは糖が約50mM以上存在する場合の発現量の2倍以上、3倍以上、4倍以上、5倍以上、10倍以上、50倍以上、100倍以上であり得る。もちろん、糖欠乏誘導性プロモーター活性は、糖存在条件下で発現させず、糖欠乏条件下で発現させる効果を有する場合を含む。  In the present specification, “having a sugar deficiency-inducing promoter activity” means having an effect of increasing the expression level under sugar-deficient conditions as compared with the expression level under sugar-existing conditions. This effect is preferably greater when the saccharide concentration is about 15 mM or less than when the saccharide is present at about 50 mM or more, more preferably 2 times the expression level when the saccharide is present at about 50 mM or more. It can be more than double, 3 times, 4 times, 5 times, 10 times, 50 times, 100 times or more. Of course, the sugar deficiency-inducible promoter activity includes the case where it has the effect of being expressed under sugar-deficient conditions without being expressed under the presence of sugar.

本明細書中では、「プロモーター」とは、遺伝子の転写の開始点を決定し、また転写頻度を直接的に調節するDNA上の領域をいい、RNAポリメラーゼが結合して転写を始める塩基配列である。プロモーターの領域は、通常、推定タンパク質コード領域の第1エキソンの上流約2kbp以内の領域であることが多いので、DNA解析用ソフトウエアを用いてゲノム塩基配列中のタンパク質コード領域を予測すれば、プロモーター領域を推定することはできる。推定プロモーター領域は、構造遺伝子ごとに変動するが、通常構造遺伝子の上流にあるが、これらに限定されず、構造遺伝子の下流にもあり得る。好ましくは、推定プロモーター領域は、第一エキソン翻訳開始点から上流約2kbp以内に存在する。本明細書中で「プロモーター配列」とは、プロモーター活性を有する配列を意味する。プロモーター活性とは、DNAからRNAを転写させる活性をいう。したがって、「プロモーター配列」とは、その下流(3’側)にDNAを連結して細胞に導入した場合にそのDNAに対応するRNAを合成できる配列をいう。  In this specification, “promoter” refers to a region on DNA that determines the transcription start point of a gene and directly regulates the transcription frequency, and is a base sequence that initiates transcription upon binding of RNA polymerase. is there. Since the promoter region is usually a region within about 2 kbp upstream of the first exon of the putative protein coding region, if the protein coding region in the genomic base sequence is predicted using DNA analysis software, The promoter region can be deduced. The putative promoter region varies for each structural gene, but is usually upstream of the structural gene, but is not limited thereto, and may be downstream of the structural gene. Preferably, the putative promoter region is present within about 2 kbp upstream from the first exon translation start. In the present specification, the “promoter sequence” means a sequence having promoter activity. Promoter activity refers to the activity to transcribe RNA from DNA. Therefore, the “promoter sequence” refers to a sequence that can synthesize RNA corresponding to DNA when the DNA is linked downstream (3 ′ side) and introduced into a cell.

上記のGal−1、Xyl−1およびGlu−1の各遺伝子のプロモーターは、周知のように、コード領域の上流配列から取得することができる。プロモーター領域の特定は、当該分野で周知の方法に基づいて実施され得る。簡単に述べると、プロモーター領域の候補配列およびレポーター遺伝子(例えば、GUS遺伝子)を作動可能に連結した発現カセットを構築する。構築した発現カセットを用いて適切な植物細胞を形質転換し、形質転換細胞を植物に再生する。形質転換植物におけるレポーター遺伝子の発現を、適切な検出系(例えば、色素染色)を利用して検出する。検出結果に基づいて、プロモーター領域およびその発現特性を確認し得る。  As is well known, the promoters for the above Gal-1, Xyl-1 and Glu-1 genes can be obtained from the upstream sequence of the coding region. The identification of the promoter region can be performed based on a method well known in the art. Briefly, an expression cassette is constructed in which a promoter region candidate sequence and a reporter gene (eg, GUS gene) are operably linked. Using the constructed expression cassette, an appropriate plant cell is transformed, and the transformed cell is regenerated into a plant. The expression of the reporter gene in the transformed plant is detected using an appropriate detection system (for example, dye staining). Based on the detection result, the promoter region and its expression characteristics can be confirmed.

本発明で用いられる糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列または代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列のうちの連続する少なくとも50個(好ましくは少なくとも60個、より好ましくは少なくとも80個、さらにより好ましくは少なくとも100個、さらにより好ましくは少なくとも150個)のヌクレオチド配列を含む核酸分子は、これらのプロモーター配列と同一または類似の活性を有し得る。そのような活性は、ベータグルクロニダーゼ(GUS)遺伝子、ルシフェラーゼ遺伝子、またはGFPの遺伝子をレポーター遺伝子として使うアッセイ、生化学的あるいは細胞組織学的な検定により確認することができる。そのようなアッセイは、当該分野における周知慣用技術に属することから(Maligaら,Methods in Plant Molecular Biology:A laboratory course.Cold Spring Harbor Laboratory Press(1995);Jefferson,Plant Molec.Biol.Reporter 5:387(1987);Owら,Science 234:856(1986);Sheenら,Plant J.8:777−784(1995))、当業者は何ら困難を伴わずに、本発明の配列の連続する少なくとも10個のヌクレオチド配列を含む核酸分子が、本発明で用いられる糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列または代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列と同一または類似のあるいは実質的に同等以上の活性を有することを確認することができる。本明細書では、上記アッセイにおいて、検出誤差範囲内で同じプロモーター活性を有することが判定されたときに実質的に同等以上のプロモーター活性を有するという。  At least 50 (preferably) of the sugar deficiency inducible promoter sequence used in the present invention, the promoter sequence of a gene encoding an exolytic enzyme, or the promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading a metabolizable sugar Nucleic acid molecules comprising at least 60, more preferably at least 80, even more preferably at least 100, even more preferably at least 150) nucleotide sequences have the same or similar activity as these promoter sequences obtain. Such activity can be confirmed by an assay using a beta glucuronidase (GUS) gene, a luciferase gene, or a GFP gene as a reporter gene, a biochemical or cytohistological assay. Such assays belong to well-known and conventional techniques in the art (Maliga et al., Methods in Plant Molecular Biology: A laboratory course. Cold Spring Harbor Laboratory Press (1995); Jefferson, Prince. (1987); Ow et al., Science 234: 856 (1986); Sheen et al., Plant J. 8: 777-784 (1995)), those skilled in the art will have at least 10 consecutive sequences of the present invention without any difficulty. A nucleic acid molecule comprising a single nucleotide sequence of a sugar-deficiency-inducible promoter sequence used in the present invention, a gene encoding an exolytic enzyme It can be confirmed that the promoter sequence or the promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading a metabolizable sugar has the same, similar or substantially equivalent activity. In the present specification, when it is determined in the above assay that the same promoter activity is within the detection error range, the promoter activity is said to be substantially equal to or higher than that.

本発明で用いられるプロモーター配列の長さは、通常10ヌクレオチド以上であるが、好ましくは、20ヌクレオチド以上、30ヌクレオチド以上、40ヌクレオチド以上、50ヌクレオチド以上、60ヌクレオチド以上、70ヌクレオチド以上、80ヌクレオチド以上、90ヌクレオチド以上、100ヌクレオチド以上、150ヌクレオチド以上、200ヌクレオチド以上、300ヌクレオチド以上の長さであり得る。  The length of the promoter sequence used in the present invention is usually 10 nucleotides or more, preferably 20 nucleotides or more, 30 nucleotides or more, 40 nucleotides or more, 50 nucleotides or more, 60 nucleotides or more, 70 nucleotides or more, 80 nucleotides or more. , 90 nucleotides or more, 100 nucleotides or more, 150 nucleotides or more, 200 nucleotides or more, 300 nucleotides or more.

本発明で用いられるプロモーター配列は、従来のプロモーター配列(例えば、ミニマムプロモーター(35Sプロモーター由来の約80塩基対からなるプロモーター(Hattonら,Plant J.,7:859−876(1995);Rousterら,Plant J.,15:435−440(1998);Washidaら,Plant Mol.Biol.,40:1−12(1999))など)につなげて利用することができる。この場合、従来組織特異性を示さないまたは弱い特異性を示す、あるいは別の特異性を示すプロモーター配列であっても、本発明で用いられるプロモーター配列またはその断片を付加することまたはそれにより置換することによって、糖欠乏誘導性を有するプロモーター配列を作製することができる(Hattonら,Plant J.,7:859−876(1995);Rousterら,Plant J.,15:435−440(1998);Washidaら,Plant Mol.Biol.,40:1−12(1999))。  The promoter sequence used in the present invention is a conventional promoter sequence (for example, a minimum promoter (a promoter consisting of about 80 base pairs derived from the 35S promoter (Hatton et al., Plant J., 7: 859-876 (1995); Rooster et al., Plant J., 15: 435-440 (1998); Washida et al., Plant Mol. Biol., 40: 1-12 (1999))). Even if the promoter sequence shows no or weak specificity, or shows another specificity, the sugar deficiency inducibility can be increased by adding or replacing the promoter sequence used in the present invention or a fragment thereof. A promoter sequence having (Hatton et al., Plant J., 7: 859-876 (1995); Rooster et al., Plant J., 15: 435-440 (1998); Washida et al., Plant Mol. Biol., 40: 1-12 (1999)). ).

糖欠乏誘導性プロモーターは、好ましくは糖濃度が約15mM以下のとき、より好ましくは約10mMのとき、さらに好ましくは約5mM以下のとき、最も好ましくは糖が存在しない場合に発現が誘導されるプロモーターをいう。本明細書中では、「発現が誘導される」とは、発現量が増加することおよび糖存在条件下では全く発現しないが糖欠乏条件下では発現されることの両者を含む意味である。  The sugar deficiency inducible promoter is preferably a promoter whose expression is induced when the sugar concentration is about 15 mM or less, more preferably about 10 mM, even more preferably about 5 mM or less, most preferably in the absence of sugar. Say. In the present specification, “expression is induced” means to include both increase in the expression level and expression under the condition of sugar deficiency but not at all under the condition of sugar presence.

本明細書中では、糖欠乏誘導性プロモーターに作用する糖は、好ましくは、代謝可能な糖である。「代謝可能な糖」とは、植物細胞によって取り込まれて分解された場合に、その少なくとも一部が解糖系に入って代謝され得る糖をいう。代謝可能な糖は、植物によって代謝され得る糖と交換可能に使用され得る。代謝可能な糖の例としては、糖の最初のリン酸化を介して解糖系によってATPを生産し得る、単糖および二糖が挙げられる。単糖の例としては、グルコース、フルクトース、キシロース、ガラクトース、マルトースおよびアラビノースが挙げられる。二糖の例としては、スクロースが挙げられる。他のリン酸化され得る糖もまた代謝可能な糖であり得る。マンニトールおよびソルビトールは最初のリン酸化を介してATPを生産できず、解糖系に入ることもできないので、通常本発明の糖には該当しない。ただし、代謝可能な糖は、本発明が対象とする生物によって変動し、以下に説明するような方法によって、その生物にとって特定の糖が代謝可能な糖であることが確認される場合、そのような糖もまた代謝可能な糖の範囲内にある。  In the present specification, the sugar acting on a sugar deficiency inducible promoter is preferably a metabolizable sugar. A “metabolizable sugar” refers to a sugar that can be metabolized by entering at least a part of a glycolytic system when it is taken up and decomposed by a plant cell. Metabolizable sugars can be used interchangeably with sugars that can be metabolized by plants. Examples of metabolizable sugars include monosaccharides and disaccharides that can produce ATP by the glycolytic system via initial phosphorylation of the sugar. Examples of monosaccharides include glucose, fructose, xylose, galactose, maltose and arabinose. An example of a disaccharide is sucrose. Other phosphorylated sugars can also be metabolizable sugars. Since mannitol and sorbitol cannot produce ATP via the initial phosphorylation and cannot enter into the glycolysis system, they are not usually the sugars of the present invention. However, the metabolizable sugar varies depending on the target organism of the present invention, and when a specific sugar is confirmed to be metabolizable by the method described below, Sugars are also within the range of metabolizable sugars.

代謝可能な糖は、当該分野で周知である。ある特定の糖が代謝可能な糖であるか否かは、その糖を唯一の炭素源として目的の植物細胞を1週間ないし4週間培養した場合に、その植物細胞の数が増加するか否かを調べ、植物細胞の数が増加したら、その糖は代謝可能な糖であると決定され得る。植物細胞の数が増加するとは、培養開始前の細胞数を100%としたときに、1週間ないし4週間培養した後の植物細胞の数が、好ましくは約150%以上、より好ましくは約200%以上、さらに好ましくは約250%以上、さらに好ましくは約300%以上、さらに好ましくは約400%以上、さらに好ましくは約500%以上増加することをいう。  Metabolizable sugars are well known in the art. Whether or not a specific sugar is a metabolizable sugar depends on whether or not the number of plant cells increases when the target plant cell is cultured for 1 to 4 weeks using that sugar as the sole carbon source. If the number of plant cells increases, the sugar can be determined to be a metabolizable sugar. The increase in the number of plant cells means that the number of plant cells after culturing for 1 to 4 weeks is preferably about 150% or more, more preferably about 200, assuming that the number of cells before the start of culture is 100%. % Or more, more preferably about 250% or more, more preferably about 300% or more, more preferably about 400% or more, more preferably about 500% or more.

本明細書において遺伝子、ポリヌクレオチド、ポリペプチドなどの「発現」とは、その遺伝子などがインビボで一定の作用を受けて、別の形態になることをいう。好ましくは、遺伝子、ポリヌクレオチドなどが、転写および翻訳されて、ポリペプチドの形態になることをいうが、転写されてmRNAが作製されることもまた発現の一形態であり得る。より好ましくは、そのようなポリペプチドの形態は、翻訳後プロセシングを受けたものであり得る。  In the present specification, “expression” of a gene, polynucleotide, polypeptide or the like means that the gene or the like undergoes a certain action in vivo to take another form. Preferably, a gene, polynucleotide or the like is transcribed and translated into a polypeptide form, but transcription to produce mRNA can also be a form of expression. More preferably, such a polypeptide form may be post-translationally processed.

従って、本明細書において遺伝子、ポリヌクレオチド、ポリペプチドなどの「発現」の「減少」とは、本発明の因子を作用させたときに、作用させないときよりも、発現の量が有意に減少することをいう。好ましくは、発現の減少は、ポリペプチドの発現量の減少を含む。本明細書において遺伝子、ポリヌクレオチド、ポリペプチドなどの「発現」の「増加」とは、本発明の因子を作用させたときに、作用させないときよりも、発現の量が有意に増加することをいう。好ましくは、発現の増加は、ポリペプチドの発現量の増加を含む。  Therefore, in the present specification, “reduction” of “expression” of genes, polynucleotides, polypeptides, etc. means that the amount of expression is significantly reduced when the factor of the present invention is applied, rather than when it is not applied. That means. Preferably, the decrease in expression includes a decrease in the expression level of the polypeptide. In this specification, “increase” in “expression” of a gene, polynucleotide, polypeptide, etc. means that the amount of expression increases significantly when the factor of the present invention is applied, rather than when it is not. Say. Preferably, the increase in expression includes an increase in the expression level of the polypeptide.

本明細書において使用される用語「ポリペプチド」、「タンパク質」、および「ペプチド」は、本明細書において同じ意味で使用され、任意の長さのアミノ酸のポリマーをいう。このポリマーは、直鎖であっても分岐していてもよく、環状であってもよい。アミノ酸は、天然のものであっても非天然のものであってもよく、改変されたアミノ酸であってもよい。この用語はまた、複数のポリペプチド鎖の複合体へとアセンブルされ得る。この用語はまた、天然または人工的に改変されたアミノ酸ポリマーも包含する。そのような改変としては、例えば、ジスルフィド結合形成、グリコシル化、脂質化、アセチル化、リン酸化または任意の他の操作もしくは改変(例えば、標識成分との結合体化)。この定義にはまた、例えば、アミノ酸の1または2以上のアナログを含むポリペプチド(例えば、非天然のアミノ酸などを含む)、ペプチド様化合物(例えば、ペプトイド)および当該分野において公知の他の改変が包含される。  As used herein, the terms “polypeptide”, “protein”, and “peptide” are used interchangeably herein and refer to a polymer of amino acids of any length. This polymer may be linear, branched, or cyclic. The amino acid may be natural or non-natural and may be a modified amino acid. The term can also be assembled into a complex of multiple polypeptide chains. The term also encompasses natural or artificially modified amino acid polymers. Such modifications include, for example, disulfide bond formation, glycosylation, lipidation, acetylation, phosphorylation or any other manipulation or modification (eg, conjugation with a labeling component). This definition also includes, for example, polypeptides containing one or more analogs of amino acids (eg, including unnatural amino acids, etc.), peptide-like compounds (eg, peptoids) and other modifications known in the art. Is included.

一般に、特定のポリペプチド配列のうちのあるアミノ酸は、そのポリペプチドが有する生物学的活性の明らかな低下または消失なしに、他のアミノ酸に置換され得る。あるポリペプチドの生物学的活性を規定するのは、ポリペプチドの相互作用能力および性質である。従って、特定のアミノ酸の置換がそのポリペプチドのアミノ酸配列において、またはそのポリペプチドをコードするヌクレオチド配列のレベルにおいて行われ得、置換後もなお、もとの性質を維持するポリペプチドが生じ得る。従って、生物学的活性の明らかな損失なしに、種々の改変が、本明細書において開示されたポリペプチドまたはこのポリペプチドをコードするヌクレオチド配列を有するヌクレオチドにおいて行われ得る。  In general, one amino acid of a particular polypeptide sequence can be replaced with another amino acid without an apparent reduction or loss of biological activity possessed by that polypeptide. It is the ability and nature of the polypeptide to define the biological activity of a polypeptide. Thus, specific amino acid substitutions can be made at the amino acid sequence of the polypeptide or at the level of the nucleotide sequence encoding the polypeptide, resulting in a polypeptide that still retains its original properties after substitution. Accordingly, various modifications can be made in the polypeptides disclosed herein or in nucleotides having a nucleotide sequence encoding this polypeptide without any apparent loss of biological activity.

本明細書において「生物学的活性」とは、ある因子(例えば、ポリペプチドまたは核酸分子)が、生体内において有し得る活性のことをいい、種々の機能を発揮する活性が包含される。例えば、ある因子が酵素である場合、その生物学的活性は、その酵素活性を包含する。別の例では、ある因子がリガンドである場合、そのリガンドが対応するレセプターへの結合を包含する。例えば、ある因子がアンチセンス分子である場合、その生物学的活性は、対象となる核酸分子への結合、それによる発現抑制などを包含する。そのような生物学的活性は、当該分野において周知の技術によって測定することができる。ある因子がプロモーターである場合、その生物学的活性は、標的となる遺伝子の転写がそのプロモーターに特異的な刺激によって変動(好ましくは上昇)することを確認することができる。そのような確認は、当該分野において周知の分子生物学的手法を用いて行うことができる。  As used herein, “biological activity” refers to an activity that a factor (eg, a polypeptide or a nucleic acid molecule) may have in vivo, and includes an activity that exhibits various functions. For example, when a factor is an enzyme, the biological activity includes the enzyme activity. In another example, when an agent is a ligand, the ligand includes binding to the corresponding receptor. For example, when a certain factor is an antisense molecule, its biological activity includes binding to a nucleic acid molecule of interest, thereby suppressing expression. Such biological activity can be measured by techniques well known in the art. When a factor is a promoter, its biological activity can be confirmed to be altered (preferably increased) by transcription specific to the promoter. Such confirmation can be performed using molecular biological techniques well known in the art.

本明細書中では一般に、ポリペプチドを作製するために、アミノ酸の置換、付加、欠失または修飾を行うことができる。アミノ酸の置換とは、1つのアミノ酸を別の1つのアミノ酸に置き換えることをいう。アミノ酸の付加とは、もとのアミノ酸配列中のどこかの位置に、1つ以上、例えば、1〜10個、好ましくは1〜5個、より好ましくは1〜3個のアミノ酸を挿入することをいう。アミノ酸の欠失とは、もとのアミノ酸配列から1つ以上、例えば、1〜10個、好ましくは1〜5個、より好ましくは1〜3個のアミノ酸を除去することをいう。アミノ酸修飾の例としては、アミド化、カルボキシル化、硫酸化、ハロゲン化、アルキル化、グリコシル化、リン酸化、水酸化、アシル化(例えば、アセチル化)などが挙げられるが、これらに限定されない。置換または付加されるアミノ酸は、天然のアミノ酸であってもよく、非天然のアミノ酸またはアミノ酸アナログであってもよい。天然のアミノ酸が好ましい。  Generally herein, amino acid substitutions, additions, deletions or modifications can be made to produce a polypeptide. Amino acid substitution refers to the replacement of one amino acid with another amino acid. Addition of amino acid means insertion of one or more, for example, 1 to 10, preferably 1 to 5, more preferably 1 to 3 amino acids at any position in the original amino acid sequence. Say. Amino acid deletion refers to removal of one or more, for example, 1 to 10, preferably 1 to 5, more preferably 1 to 3 amino acids from the original amino acid sequence. Examples of amino acid modifications include, but are not limited to, amidation, carboxylation, sulfation, halogenation, alkylation, glycosylation, phosphorylation, hydroxylation, acylation (eg, acetylation) and the like. The amino acid to be substituted or added may be a natural amino acid, a non-natural amino acid or an amino acid analog. Natural amino acids are preferred.

全長ヌクレオチドから一部のヌクレオチドが欠失したヌクレオチドおよび全長ポリペプチドから一部のアミノ酸が欠失したポリペプチドは、フラグメントとも呼ばれる。本明細書において、「フラグメント」とは、全長のポリペプチドまたはポリヌクレオチド(長さがn)に対して、1〜n−1までの配列長さを有するポリペプチドまたはポリヌクレオチドをいう。フラグメントの長さは、その目的に応じて、適宜変更することができ、例えば、その長さの下限としては、ポリペプチドの場合、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、40、50およびそれ以上のアミノ酸が挙げられ、ここの具体的に列挙していない整数で表される長さ(例えば、11など)もまた、下限として適切であり得る。また、ポリヌクレオチドの場合、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、40、50、75、100およびそれ以上のヌクレオチドが挙げられ、ここに具体的に列挙していない整数で表される長さ(例えば、11など)もまた、下限として適切であり得る。  Nucleotides in which some nucleotides are deleted from full-length nucleotides and polypeptides in which some amino acids are deleted from full-length polypeptides are also called fragments. In the present specification, the “fragment” refers to a polypeptide or polynucleotide having a sequence length of 1 to n−1 with respect to a full-length polypeptide or polynucleotide (length is n). The length of the fragment can be appropriately changed according to the purpose. For example, the lower limit of the length is 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50 and more amino acids, and lengths expressed in integers not specifically listed here (eg 11 etc.) are also suitable as lower limits obtain. In the case of polynucleotides, examples include 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 75, 100 and more nucleotides, which are specifically listed here. Non-integer lengths (eg, 11 etc.) may also be appropriate as a lower limit.

ポリペプチドは、そのポリペプチド特有の生物学的活性を有する、ポリペプチドアナログであってもよい。特にそのポリペプチドが酵素である場合、ポリペプチドは、酵素アナログであってもよい。本明細書において使用される用語「酵素アナログ」とは、天然の酵素とは異なる化合物であるが、天然の酵素と少なくとも1つの化学的機能または生物学的機能が等価であるものをいう。したがって、酵素アナログには、もとの天然の酵素に対して、1つ以上のアミノ酸アナログが付加または置換されているものが含まれる。酵素アナログは、その機能(例えば、α−ホスホリラーゼ活性または耐熱性)が、もとの天然の酵素の機能と実質的に同様またはそれよりも良好であるように、このような付加または置換がされている。そのような酵素アナログは、当該分野において周知の技術を用いて作製することができる。したがって、酵素アナログは、アミノ酸アナログを含むポリマーであり得る。本明細書において「酵素」は、特に言及しない限り、この酵素アナログを包含する。  A polypeptide may be a polypeptide analog having biological activity unique to that polypeptide. In particular, where the polypeptide is an enzyme, the polypeptide may be an enzyme analog. As used herein, the term “enzyme analog” refers to a compound that is different from a natural enzyme but is equivalent to the natural enzyme in at least one chemical or biological function. Thus, enzyme analogs include those in which one or more amino acid analogs are added or substituted to the original natural enzyme. Enzyme analogs are subjected to such additions or substitutions such that their function (eg, α-phosphorylase activity or thermostability) is substantially similar to or better than that of the original natural enzyme. ing. Such enzyme analogs can be made using techniques well known in the art. Thus, the enzyme analog can be a polymer comprising an amino acid analog. In this specification, “enzyme” includes this enzyme analog unless otherwise specified.

本明細書において、「アミノ酸」は、天然のアミノ酸であっても、非天然アミノ酸であっても、誘導体アミノ酸であっても、アミノ酸アナログであってもよい。天然のアミノ酸が好ましい。  In the present specification, the “amino acid” may be a natural amino acid, a non-natural amino acid, a derivative amino acid, or an amino acid analog. Natural amino acids are preferred.

用語「天然のアミノ酸」とは、天然のアミノ酸のL−異性体を意味する。天然のアミノ酸は、グリシン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、セリン、メチオニン、トレオニン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン、システイン、プロリン、ヒスチジン、アスパラギン酸、アスパラギン、グルタミン酸、グルタミン、γ−カルボキシグルタミン酸、アルギニン、オルニチン、およびリジンである。特に示されない限り、本明細書でいう全てのアミノ酸はL体であるが、D体のアミノ酸を用いた形態もまた本発明の範囲内にある。  The term “natural amino acid” refers to the L-isomer of a natural amino acid. Natural amino acids are glycine, alanine, valine, leucine, isoleucine, serine, methionine, threonine, phenylalanine, tyrosine, tryptophan, cysteine, proline, histidine, aspartic acid, asparagine, glutamic acid, glutamine, γ-carboxyglutamic acid, arginine, ornithine , And lysine. Unless otherwise indicated, all amino acids referred to herein are L-forms, but forms using D-form amino acids are also within the scope of the present invention.

用語「非天然アミノ酸」とは、タンパク質中で通常は天然に見出されないアミノ酸を意味する。非天然アミノ酸の例として、ノルロイシン、パラ−ニトロフェニルアラニン、ホモフェニルアラニン、パラ−フルオロフェニルアラニン、3−アミノ−2−ベンジルプロピオン酸、ホモアルギニンのD体またはL体およびD−フェニルアラニンが挙げられる。  The term “unnatural amino acid” refers to an amino acid that is not normally found in proteins in nature. Examples of non-natural amino acids include norleucine, para-nitrophenylalanine, homophenylalanine, para-fluorophenylalanine, 3-amino-2-benzylpropionic acid, homo-arginine D-form or L-form and D-phenylalanine.

「誘導体アミノ酸」とは、アミノ酸を誘導体化することによって得られるアミノ酸をいう。  “Derivative amino acid” refers to an amino acid obtained by derivatizing an amino acid.

「アミノ酸アナログ」とは、アミノ酸ではないが、アミノ酸の物性および/または機能に類似する分子をいう。アミノ酸アナログとしては、例えば、エチオニン、カナバニン、2−メチルグルタミンなどが挙げられる。  “Amino acid analog” refers to a molecule that is not an amino acid but is similar to the physical properties and / or function of an amino acid. Examples of amino acid analogs include ethionine, canavanine, 2-methylglutamine and the like.

アミノ酸は、その一般に公知の3文字記号か、またはIUPAC−IUB Biochemical Nomenclature Commissionにより推奨される1文字記号のいずれかにより、本明細書中で言及され得る。ヌクレオチドも同様に、一般に受け入れられた1文字コードにより言及され得る。  Amino acids may be referred to herein by either their commonly known three letter symbols or by the one-letter symbols recommended by the IUPAC-IUB Biochemical Nomenclature Commission. Nucleotides may also be referred to by the generally accepted single letter code.

目的の改変に加えて、天然のポリペプチドのアミノ酸配列に対して1もしくは数個またはそれを超える複数のアミノ酸の置換、付加または欠失による改変を含む改変ポリペプチドは、本発明の範囲内にある。そのような1もしくは数個またはそれを超えるアミノ酸の置換、付加または欠失を含む改変ポリペプチドは、Molecular Cloning,A Laboratory Manual,Second Edition,Cold Spring Harbor Laboratory Press(1989)、Current Protocols in Molecular Biology,Supplement 1〜38,JohnWiley & Sons(1987−1997)、Nucleic Acids Research,10,6487(1982)、Proc.Natl.Acad.Sci.,USA,79,6409(1982)、Gene,34,315(1985)、Nucleic Acids Research,13,4431(1985)、Proc.Natl.Acad.Sci USA,82,488(1985)、Proc.Natl.Acad.Sci.,USA,81,5662(1984)、Science,224,1431(1984)、PCT WO85/00817(1985)、Nature,316,601(1985)等に記載の方法に準じて調製することができる。  In addition to the intended modification, modified polypeptides comprising modifications by substitution, addition or deletion of one or more or more amino acids to the amino acid sequence of the native polypeptide are within the scope of the present invention. is there. Such modified polypeptides containing one or more amino acid substitutions, additions or deletions are described in Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Second Edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989), Current Protocol Moleculars. , Supplements 1-38, John Wiley & Sons (1987-1997), Nucleic Acids Research, 10, 6487 (1982), Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 79, 6409 (1982), Gene, 34, 315 (1985), Nucleic Acids Research, 13, 4431 (1985), Proc. Natl. Acad. Sci USA, 82, 488 (1985), Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 81, 5562 (1984), Science, 224, 1431 (1984), PCT WO85 / 00817 (1985), Nature, 316, 601 (1985) and the like.

目的のポリペプチドのアミノ酸の欠失、置換もしくは付加は、周知技術である部位特異的変異誘発法により実施することができる。部位特異的変異誘発の手法は、当該分野では周知である。例えば、Nucl.Acid Research,Vol.10,pp.6487−6500(1982)を参照のこと。  Deletion, substitution or addition of the amino acid of the polypeptide of interest can be performed by site-directed mutagenesis which is a well-known technique. Site-directed mutagenesis techniques are well known in the art. For example, Nucl. Acid Research, Vol. 10, pp. 6487-6500 (1982).

本明細書において、生物学的活性を有する特定のポリペプチドに関して用いられるとき「1もしくは数個またはそれを超える複数のアミノ酸の置換、付加または欠失」または「少なくとも1つのアミノ酸の置換、付加または欠失」とは、この特定のポリペプチドが有する生物学的活性のうちの少なくとも1つの活性が喪失しない、好ましくはその活性が基準となるもの(例えば、天然のその特定のポリペプチド)と同等以上となるような程度の数の置換、付加または欠失をいう。当業者は、所望の性質を有する改変ポリペプチドを容易に選択することができる。  As used herein with respect to a particular polypeptide having biological activity, “one or more or more amino acid substitutions, additions or deletions” or “at least one amino acid substitution, addition or deletion” “Deletion” means that at least one of the biological activities of the specific polypeptide is not lost, preferably equivalent to that based on the activity (for example, the specific polypeptide in nature) This refers to the number of substitutions, additions or deletions to such an extent. One skilled in the art can readily select a modified polypeptide having the desired properties.

このようにして作製された特定の改変ポリペプチドは、改変前のポリペプチドのアミノ酸配列に対して、好ましくは約40%、より好ましくは約45%、より好ましくは約50%、より好ましくは約55%、より好ましくは約60%、より好ましくは約65%、より好ましくは約70%、より好ましくは約75%、より好ましくは約80%、より好ましくは約85%、より好ましくは約90%、より好ましくは約95%、そして最も好ましくは約99%の同一性を有する。  The specific modified polypeptide thus prepared is preferably about 40%, more preferably about 45%, more preferably about 50%, more preferably about 50% of the amino acid sequence of the polypeptide before the modification. 55%, more preferably about 60%, more preferably about 65%, more preferably about 70%, more preferably about 75%, more preferably about 80%, more preferably about 85%, more preferably about 90%. %, More preferably about 95%, and most preferably about 99% identity.

上記のような改変を設計する際に、アミノ酸の疎水性指数が考慮され得る。ポリペプチドの生物学的機能に関するアミノ酸の疎水性指数の重要性は、一般に当該分野で認められている(Kyte.JおよびDoolittle,R.F.J.Mol.Biol.157(1):105−132,1982)。アミノ酸の疎水的性質は、生成したポリペプチドの二次構造に寄与し、次いでそのポリペプチドと他の分子(例えば、酵素、基質、レセプター、DNA、抗体、抗原など)との相互作用を規定する。各アミノ酸は、それらの疎水性および電荷の性質に基づく疎水性指数を割り当てられる。各アミノ酸に割り当てられた疎水性指数は以下の通りである:イソロイシン(+4.5);バリン(+4.2);ロイシン(+3.8);フェニルアラニン(+2.8);システイン/シスチン(+2.5);メチオニン(+1.9);アラニン(+1.8);グリシン(−0.4);スレオニン(−0.7);セリン(−0.8);トリプトファン(−0.9);チロシン(−1.3);プロリン(−1.6);ヒスチジン(−3.2);グルタミン酸(−3.5);グルタミン(−3.5);アスパラギン酸(−3.5);アスパラギン(−3.5);リジン(−3.9);およびアルギニン(−4.5))。  In designing such modifications, the hydrophobicity index of amino acids can be considered. The importance of the amino acid hydrophobicity index for the biological function of a polypeptide is generally recognized in the art (Kyte. J and Doolittle, R. F. J. Mol. Biol. 157 (1): 105-. 132, 1982). The hydrophobic nature of amino acids contributes to the secondary structure of the polypeptide produced and then defines the interaction of the polypeptide with other molecules (eg, enzymes, substrates, receptors, DNA, antibodies, antigens, etc.) . Each amino acid is assigned a hydrophobicity index based on their hydrophobicity and charge properties. The hydrophobicity index assigned to each amino acid is as follows: isoleucine (+4.5); valine (+4.2); leucine (+3.8); phenylalanine (+2.8); cysteine / cystine (+2. 5); methionine (+1.9); alanine (+1.8); glycine (-0.4); threonine (-0.7); serine (-0.8); tryptophan (-0.9); (-1.3); Proline (-1.6); Histidine (-3.2); Glutamic acid (-3.5); Glutamine (-3.5); Aspartic acid (-3.5); Asparagine ( -3.5); lysine (-3.9); and arginine (-4.5)).

あるポリペプチド中のあるアミノ酸を、同様の疎水性指数を有する他のアミノ酸により置換して、そして依然としてこのポリペプチドと同様の生物学的機能を有するポリペプチド(例えば、酵素活性が等価なポリペプチド)を生じさせ得ることが当該分野で周知である。このようなアミノ酸置換において、疎水性指数が±2以内であることが好ましく、±1以内であることがより好ましく、そして±0.5以内であることがさらにより好ましい。疎水性に基づくこのようなアミノ酸の置換は効率的であることが当該分野において理解される。  A polypeptide in which a certain amino acid in a polypeptide is replaced by another amino acid having a similar hydrophobicity index and still has a biological function similar to this polypeptide (eg, a polypeptide having an equivalent enzymatic activity) Is well known in the art. In such amino acid substitution, the hydrophobicity index is preferably within ± 2, more preferably within ± 1, and even more preferably within ± 0.5. It is understood in the art that such amino acid substitutions based on hydrophobicity are efficient.

本明細書においては、タンパク質の設計および性質の検討の際には、親水性指数もまた考慮され得る。米国特許第4,554,101号に記載されるように、以下の親水性指数がアミノ酸残基に割り当てられている:アルギニン(+3.0);リジン(+3.0);アスパラギン酸(+3.0±1);グルタミン酸(+3.0±1);セリン(+0.3);アスパラギン(+0.2);グルタミン(+0.2);グリシン(0);スレオニン(−0.4);プロリン(−0.5±1);アラニン(−0.5);ヒスチジン(−0.5);システイン(−1.0);メチオニン(−1.3);バリン(−1.5);ロイシン(−1.8);イソロイシン(−1.8);チロシン(−2.3);フェニルアラニン(−2.5);およびトリプトファン(−3.4)。あるポリペプチド中のあるアミノ酸が、このアミノ酸と同様の親水性指数を有しかつ依然として生物学的活性を与え得る別のアミノ酸に置換され得ることが理解される。このようなアミノ酸置換において、親水性指数が±2以内であることが好ましく、±1以内であることがより好ましく、そして±0.5以内であることがさらにより好ましい。  Herein, the hydrophilicity index may also be taken into account when considering protein design and properties. As described in US Pat. No. 4,554,101, the following hydrophilicity indices have been assigned to amino acid residues: arginine (+3.0); lysine (+3.0); aspartic acid (+3. 0 ± 1); glutamic acid (+ 3.0 ± 1); serine (+0.3); asparagine (+0.2); glutamine (+0.2); glycine (0); threonine (−0.4); proline ( Alanine (−0.5); histidine (−0.5); cysteine (−1.0); methionine (−1.3); valine (−1.5); leucine (−0.5 ± 1); -1.8); isoleucine (-1.8); tyrosine (-2.3); phenylalanine (-2.5); and tryptophan (-3.4). It is understood that one amino acid in a polypeptide can be replaced with another amino acid that has a similar hydrophilicity index to this amino acid and can still confer biological activity. In such amino acid substitution, the hydrophilicity index is preferably within ± 2, more preferably within ± 1, and even more preferably within ± 0.5.

本発明において、「保存的置換」とは、アミノ酸置換において、元のアミノ酸と置換されるアミノ酸との親水性指数または/および疎水性指数が上記のように類似している置換をいう。保存的置換の例としては、例えば、親水性指数または疎水性指数が、±2以内のもの同士、好ましくは±1以内のもの同士、より好ましくは±0.5以内のもの同士のものが挙げられるがそれらに限定されない。従って、保存的置換の例は、当業者に周知であり、例えば、次の各グループ内での置換:アルギニンおよびリジン;グルタミン酸およびアスパラギン酸;セリンおよびスレオニン;グルタミンおよびアスパラギン;ならびにバリン、ロイシン、およびイソロイシン、などが挙げられるがこれらに限定されない。  In the present invention, “conservative substitution” refers to a substitution in which the hydrophilicity index and / or the hydrophobicity index of the amino acid to be replaced with the original amino acid is similar as described above. Examples of conservative substitution include those having a hydrophilicity index or a hydrophobicity index within ± 2, preferably within ± 1, and more preferably within ± 0.5. But not limited to them. Thus, examples of conservative substitutions are well known to those skilled in the art and include, for example, substitutions within the following groups: arginine and lysine; glutamic acid and aspartic acid; serine and threonine; glutamine and asparagine; and valine, leucine, and Examples include, but are not limited to, isoleucine.

本発明の糖欠乏誘導性プロモーター配列は、好ましくは、β−ガラクトシダーゼ(Gal)をコードする遺伝子のプロモーター配列、β−キシロシダーゼ(Xyl)をコードする遺伝子のプロモーター配列およびβ−グルコシダーゼ(Glc)をコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群より選択され、より好ましくはβ−ガラクトシダーゼをコードする遺伝子のプロモーター配列またはβ−キシロシダーゼをコードする遺伝子のプロモーター配列である。本発明の糖欠乏誘導性プロモーター配列は、好ましくは、(a)配列番号1の643位〜1799位、配列番号3の1位〜1763位または配列番号5の1位〜2058位に示されるヌクレオチド配列;(b)(a)のヌクレオチド配列と比較して、1もしくは数個のヌクレオチドの置換、欠失または付加を含むヌクレオチド配列であって、糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列;(c)(a)または(b)のヌクレオチド配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列;(d)(a)のヌクレオチド配列に対して少なくとも70%の同一性を有するヌクレオチド配列であって、かつ糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列;ならびに(e)(a)〜(d)のいずれかのヌクレオチド配列の短縮配列であって、糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列からなる群より選択され、該ヌクレオチド配列に作動可能に上記異種遺伝子配列が連結されると、該異種遺伝子の糖欠乏誘導性発現を促進する活性を有する。  The sugar deficiency inducible promoter sequence of the present invention preferably encodes a promoter sequence of a gene encoding β-galactosidase (Gal), a promoter sequence of a gene encoding β-xylosidase (Xyl), and β-glucosidase (Glc). A promoter sequence of a gene encoding β-galactosidase or a promoter sequence of a gene encoding β-xylosidase. The sugar deficiency inducible promoter sequence of the present invention is preferably (a) a nucleotide shown at positions 643 to 1799 of SEQ ID NO: 1, positions 1 to 1863 of SEQ ID NO: 3, or positions 1 to 2058 of SEQ ID NO: 5. (B) a nucleotide sequence comprising one or several nucleotide substitutions, deletions or additions compared to the nucleotide sequence of (a), wherein the nucleotide sequence has sugar deficiency-inducible promoter activity; ) A nucleotide sequence that hybridizes with the nucleotide sequence of (a) or (b) under stringent conditions and has sugar deficiency inducible promoter activity; (d) at least 70% of the nucleotide sequence of (a) A nucleotide sequence having identity and having a sugar deficiency inducible promoter activity; (E) a heterologous gene selected from the group consisting of nucleotide sequences having a nucleotide deficiency-inducing promoter activity, which is a shortened sequence of any one of the nucleotide sequences of (a) to (d) When sequences are linked, they have the activity of promoting sugar deficiency-inducible expression of the heterologous gene.

本明細書において使用される用語「ポリヌクレオチド」、「オリゴヌクレオチド」および「核酸」は、本明細書において同じ意味で使用され、任意の長さのヌクレオチドのポリマーをいう。この用語はまた、「誘導体オリゴヌクレオチド」または「誘導体ポリヌクレオチド」を含む。「誘導体オリゴヌクレオチド」または「誘導体ポリヌクレオチド」とは、ヌクレオチドの誘導体を含むか、またはヌクレオチド間の結合が通常とは異なるオリゴヌクレオチドもしくはポリヌクレオチドをいい、互換的に使用される。そのようなオリゴヌクレオチドとして具体的には、例えば、2’−O−メチル−リボヌクレオチド、オリゴヌクレオチド中のリン酸ジエステル結合がホスホロチオエート結合に変換された誘導体オリゴヌクレオチド、オリゴヌクレオチド中のリン酸ジエステル結合がN3’−P5’ホスホロアミデート結合に変換された誘導体オリゴヌクレオチド、オリゴヌクレオチド中のリボースとリン酸ジエステル結合とがペプチド核酸結合に変換された誘導体オリゴヌクレオチド、オリゴヌクレオチド中のウラシルがC−5プロピニルウラシルで置換された誘導体オリゴヌクレオチド、オリゴヌクレオチド中のウラシルがC−5チアゾールウラシルで置換された誘導体オリゴヌクレオチド、オリゴヌクレオチド中のシトシンがC−5プロピニルシトシンで置換された誘導体オリゴヌクレオチド、オリゴヌクレオチド中のシトシンがフェノキサジン修飾シトシン(phenoxazine−modified cytosine)で置換された誘導体オリゴヌクレオチド、DNA中のリボースが2’−O−プロピルリボースで置換された誘導体オリゴヌクレオチドおよびオリゴヌクレオチド中のリボースが2’−メトキシエトキシリボースで置換された誘導体オリゴヌクレオチドなどが例示される。他にそうではないと示されなければ、特定の核酸配列はまた、明示的に示された配列と同様に、その保存的に改変された改変体(例えば、縮重コドン置換体)および相補配列を包含することが意図される。具体的には、縮重コドン置換体は、1もしくは数個、またはより多数の選択された(または、すべての)コドンの3番目の位置が混合塩基および/またはデオキシイノシン残基で置換された配列を作成することにより達成され得る(Batzerら、Nucleic Acid Res.19:5081(1991);Ohtsukaら、J.Biol.Chem.260:2605−2608(1985);Rossoliniら、Mol.Cell.Probes 8:91−98(1994))。  As used herein, the terms “polynucleotide”, “oligonucleotide”, and “nucleic acid” are used interchangeably herein and refer to a polymer of nucleotides of any length. The term also includes “derivative oligonucleotide” or “derivative polynucleotide”. “Derivative oligonucleotide” or “derivative polynucleotide” refers to an oligonucleotide or polynucleotide that includes a derivative of a nucleotide or that differs in the linkage between nucleotides, and is used interchangeably. Specific examples of such an oligonucleotide include, for example, 2′-O-methyl-ribonucleotide, a derivative oligonucleotide in which a phosphodiester bond in an oligonucleotide is converted to a phosphorothioate bond, and a phosphodiester bond in an oligonucleotide. Is an N3′-P5 ′ phosphoramidate bond derivative oligonucleotide, a ribose and phosphodiester bond in the oligonucleotide converted to a peptide nucleic acid bond, uracil in the oligonucleotide is C− A derivative oligonucleotide substituted with 5-propynyluracil, a derivative oligonucleotide where uracil in the oligonucleotide is substituted with C-5 thiazole uracil, and cytosine in the oligonucleotide is C-5 propynylcytosine Substituted derivative oligonucleotides, derivative oligonucleotides in which the cytosine in the oligonucleotide is replaced with phenoxazine-modified cytosine, derivative oligonucleotides in which the ribose in the DNA is replaced with 2'-O-propylribose Examples thereof include derivative oligonucleotides in which ribose in the oligonucleotide is substituted with 2′-methoxyethoxyribose. Unless otherwise indicated, a particular nucleic acid sequence may also be conservatively modified (eg, degenerate codon substitutes) and complementary sequences, as well as explicitly indicated sequences. Is intended to be included. Specifically, degenerate codon substitutes have the third position of one or several or more selected (or all) codons replaced with a mixed base and / or deoxyinosine residue. Can be achieved by creating sequences (Batzer et al., Nucleic Acid Res. 19: 5081 (1991); Ohtsuka et al., J. Biol. Chem. 260: 2605-2608 (1985); Rossolini et al., Mol. Cell. Probes. 8: 91-98 (1994)).

本明細書において、ポリペプチド配列またはヌクレオチド配列の「置換、欠失または付加」とは、もとのポリペプチドまたはポリヌクレオチドに対して、それぞれアミノ酸もしくはその代替物、またはヌクレオチドもしくはその代替物が、置き換わること、取り除かれることまたは付け加わることをいう。このような置換、欠失または付加の技術は、当該分野において周知であり、そのような技術の例としては、部位特異的変異誘発技術などが挙げられる。置換、欠失または付加は、1つ以上であれば任意の数でよく、そのような数は、その置換、欠失または付加を有する改変体において目的とする機能(例えば、糖欠乏誘導性プロモーターの糖欠乏誘導性およびプロモーター活性、異種遺伝子配列の場合、所望のタンパク質活性など)が保持される限り、多くすることができる。例えば、そのような数は、1または数個であり得、そして好ましくは、全体の長さの20%以内、10%以内、または100個以下、50個以下、25個以下などであり得る。本発明で用いられる糖欠乏誘導性プロモーター配列は、糖欠乏誘導性プロモーター活性を保持する限り、任意の長さであり得る。このような配列は、例えば、もとのプロモーター配列のヌクレオチド配列を5’側または3’側から少しずつ欠失させ、糖欠乏誘導プロモーター活性を保持しているかを確認することにより、容易に決定され得る。このようなプロモーター配列を短縮させる方法は、当業者に周知であり、容易に実施され得る。  As used herein, “substitution, deletion or addition” of a polypeptide sequence or nucleotide sequence refers to an amino acid or a substitute thereof, or a nucleotide or a substitute thereof, respectively, relative to the original polypeptide or polynucleotide. Replace, remove, or add. Such substitution, deletion or addition techniques are well known in the art, and examples of such techniques include site-directed mutagenesis techniques. There may be any number of substitutions, deletions or additions, as long as it is one or more, and such numbers are intended for the function (eg, a sugar deficiency inducible promoter) in the variant having the substitution, deletion or addition. As long as the sugar deficiency-inducibility and promoter activity of the heterologous gene sequence are maintained as desired protein activity). For example, such a number can be one or several, and preferably can be within 20%, within 10%, or less than 100, less than 50, less than 25, etc. of the total length. The sugar deficiency inducible promoter sequence used in the present invention can be of any length as long as it retains the sugar deficiency inducible promoter activity. Such a sequence can be easily determined by, for example, deleting the nucleotide sequence of the original promoter sequence little by little from the 5 ′ side or the 3 ′ side and confirming whether the sugar deficiency-inducing promoter activity is retained. Can be done. Such methods for shortening promoter sequences are well known to those skilled in the art and can be easily implemented.

本明細書において、「改変体」とは、もとのポリペプチドまたはポリヌクレオチドなどの物質に対して、一部が変更されているものをいう。そのような改変体としては、置換改変体、付加改変体、欠失改変体、短縮(truncated)改変体、対立遺伝子変異体、グリコシル化改変体、脂質化改変体、複合分子による改変体などが挙げられる。好ましくは、改変体は、改変のもととなる物質(例えば、酵素)の特性(例えば、生物学的特性)を少なくとも1つ、より好ましくは複数保持している。などが挙げられる。対立遺伝子(allele)とは、同一遺伝子座に属し、互いに区別される遺伝的改変体のことをいう。従って、「対立遺伝子変異体」とは、ある遺伝子に対して、対立遺伝子の関係にある改変体をいう。そのような対立遺伝子変異体は、通常その対応する対立遺伝子と同一または非常に類似性の高い配列を有し、通常はほぼ同一の生物学的活性を有するが、まれに異なる生物学的活性を有することもある。「種相同体またはホモログ(homolog)」とは、ある種の中で、ある遺伝子とアミノ酸レベルまたはヌクレオチドレベルで、相同性(好ましくは、60%以上の相同性、より好ましくは、80%以上、85%以上、90%以上、95%以上の相同性)を有するものをいう。そのような種相同体を取得する方法は、当該分野で周知である。「オルソログ(ortholog)」とは、オルソロガス遺伝子(orthologous gene)ともいい、二つの遺伝子がある共通祖先からの種分化に由来する遺伝子をいう。例えば、多重遺伝子構造をもつヘモグロビン遺伝子ファミリーを例にとると、ヒトおよびマウスのαヘモグロビン遺伝子はオルソログであるが、ヒトのαヘモグロビン遺伝子およびβヘモグロビン遺伝子はパラログ(遺伝子重複で生じた遺伝子)である。また、システインプロテアーゼインヒビターである、ヒトのシスタチンAと、イネのオリザシスタチンとを比較すると、標的となるプロテアーゼとの相互作用に重要と考えられる3箇所の短いアミノ酸モチーフが保存されているだけで、他の部分のアミノ酸の共通性は非常に低い。しかし、両者はともにシスタチン遺伝子スーパーファミリーに属し、共通祖先遺伝子を持つとされていることから、単に全体的なアミノ酸の相同性に限らず、局所的に高い相同性を持つアミノ酸配列が共通して存在する場合も、オルソログたり得る。このように、オルソログは、通常別の種においてもとの種と同様の機能を果たしていることがあり得ることから、本発明において用いられる糖欠乏誘導性プロモーター、代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーターのオルソログもまた、本発明において有用であり得る。  In the present specification, the “variant” refers to a substance in which a part of the original substance such as a polypeptide or polynucleotide is changed. Such variants include substitutional variants, addition variants, deletion variants, truncated variants, allelic variants, glycosylation variants, lipidation variants, complex molecule variants, and the like. Can be mentioned. Preferably, the modified substance retains at least one, more preferably a plurality of characteristics (for example, biological characteristics) of a substance (for example, an enzyme) that is the basis of modification. Etc. An allele refers to genetic variants that belong to the same locus and are distinguished from each other. Therefore, an “allelic variant” refers to a variant having an allelic relationship with a certain gene. Such allelic variants usually have the same or very similar sequence as their corresponding alleles, usually have nearly the same biological activity, but rarely have different biological activities. May have. “Species homologue or homolog” means homology (preferably at least 60% homology, more preferably at least 80%, at a certain amino acid level or nucleotide level within a certain species. 85% or higher, 90% or higher, 95% or higher homology). Methods for obtaining such species homologues are well known in the art. “Ortholog” is also called an orthologous gene, which is a gene derived from speciation from a common ancestor with two genes. For example, in the case of the hemoglobin gene family having a multigene structure, the human and mouse α hemoglobin genes are orthologs, but the human α and β hemoglobin genes are paralogs (genes generated by gene duplication). . In addition, when comparing human cystatin A, a cysteine protease inhibitor, with rice oryzacystatin, only three short amino acid motifs that are considered important for interaction with the target protease are conserved. The amino acid commonality of the other parts is very low. However, since both belong to the cystatin gene superfamily and have a common ancestor gene, not only the overall amino acid homology, but also the amino acid sequences having high local homology in common. If it exists, it can be an ortholog. As described above, since orthologs can usually perform the same functions as the original species in another species, the sugar deficiency-inducible promoter used in the present invention, an enzyme capable of degrading metabolizable sugars. Orthologs of promoters of genes encoding can also be useful in the present invention.

「保存的(に改変された)改変体」は、ポリペプチド配列およびヌクレオチド配列の両方に適用される。特定のヌクレオチド配列に関して、保存的に改変された改変体とは、同一のまたは本質的に同一のポリペプチド配列をコードするヌクレオチド配列をいう。アンチセンスコード配列のように、ヌクレオチド配列がポリペプチド配列をコードしない場合には、保存的に改変された改変体とは、本質的に同一な配列をいう。遺伝コードの縮重のため、多数の機能的に同一なヌクレオチド配列が任意の所定のポリペプチドをコードする。例えば、コドンGCA、GCC、GCG、およびGCT(GCU)はすべて、アミノ酸アラニンをコードする。したがって、アラニンがコドンにより特定される全ての位置で、そのコドンは、コードされたポリペプチドを変更することなく、記載された対応するコドンの任意のものに変更され得る。このようなヌクレオチド配列の変動は、保存的に改変された変異の1つの種である「サイレント改変(変異)」である。ポリペプチドをコードする本明細書中のすべてのヌクレオチド配列はまた、そのヌクレオチド配列の可能なすべてのサイレント変異を記載する。当該分野において、ヌクレオチド配列中の各コドン(通常メチオニンのための唯一のコドンであるATG(AUG)、および通常トリプトファンのための唯一のコドンであるTGGを除く)が、機能的に同一な分子を産生するために改変され得ることが理解される。したがって、ポリペプチドをコードするヌクレオチド配列の各サイレント変異は、記載された各配列において暗黙に含まれる。好ましくは、そのような改変は、ポリペプチドの高次構造に多大な影響を与えるアミノ酸であるシステインの置換を回避するようになされ得る。このような塩基配列の改変法としては、制限酵素などによる切断、DNAポリメラーゼ、Klenowフラグメント、DNAリガーゼなどによる処理等による連結等の処理、合成オリゴヌクレオチドなどを用いた部位特異的塩基置換法(特定部位指向突然変異法;Mark Zoller and Michael Smith,Methods in Enzymology,100,468−500(1983))が挙げられるが、この他にも通常分子生物学の分野で用いられる方法によって改変を行うこともできる。  “Conservative (modified) variants” applies to both polypeptide and nucleotide sequences. With respect to a particular nucleotide sequence, a conservatively modified variant refers to a nucleotide sequence that encodes the same or essentially the same polypeptide sequence. When the nucleotide sequence does not encode a polypeptide sequence, such as an antisense coding sequence, a conservatively modified variant refers to a sequence that is essentially identical. Because of the degeneracy of the genetic code, a large number of functionally identical nucleotide sequences encode any given polypeptide. For example, the codons GCA, GCC, GCG, and GCT (GCU) all encode the amino acid alanine. Thus, at every position where an alanine is specified by a codon, the codon can be altered to any of the corresponding codons described without altering the encoded polypeptide. Such nucleotide sequence variations are “silent modifications (mutations),” which are one species of conservatively modified mutations. Every nucleotide sequence herein that encodes a polypeptide also describes every possible silent variation of that nucleotide sequence. In the art, a molecule in which each codon in a nucleotide sequence (except ATG (AUG), which is usually the only codon for methionine, and TGG, which is usually the only codon for tryptophan), is functionally identical. It is understood that it can be modified to produce. Accordingly, each silent variation of a nucleotide sequence that encodes a polypeptide is implicit in each described sequence. Preferably, such modifications can be made to avoid substitution of cysteine, an amino acid that greatly affects the conformation of the polypeptide. Such base sequence modification methods include restriction enzyme digestion, DNA polymerase, Klenow fragment, DNA ligase treatment and other ligation treatments, site-specific base substitution methods using synthetic oligonucleotides (specification) Site-directed mutagenesis; Mark Zoller and Michael Smith, Methods in Enzymology, 100, 468-500 (1983)), but other modifications may also be made by methods usually used in the field of molecular biology. it can.

シグナルペプチドコード配列および異種遺伝子配列は、導入される生物におけるコドンの使用頻度にあわせて変更され得る。コドン使用頻度は、その生物において高度に発現される遺伝子での使用頻度を反映する。例えば、大腸菌において発現させることを意図する場合、公開されたコドン使用頻度表(例えば、Sharpら,Nucleic Acids Research 16 第17号,8207頁(1988))に従って大腸菌での発現のために最適にすることができる。  The signal peptide coding sequence and the heterologous gene sequence can be altered according to the frequency of codon usage in the organism to be introduced. Codon usage reflects the frequency of use of genes that are highly expressed in the organism. For example, if intended to be expressed in E. coli, optimize for expression in E. coli according to published codon usage tables (eg, Sharp et al., Nucleic Acids Research 16, No. 17, pages 8207 (1988)). be able to.

本明細書においてヌクレオチド配列(またはポリペプチド配列)の「同一性」とは、2以上のヌクレオチド配列(またはポリペプチド配列)の間で同一のヌクレオチド(ポリペプチド配列を比較する場合はアミノ酸)の出現する程度をいう。同一性は一般に、2以上のヌクレオチド配列(またはポリペプチド酸配列)の全長を比較して、付加または欠失を含み得る最適な様式で整列(アライン)されたこれら2以上の配列を比較することによって決定される。同一性パーセントは、ヌクレオチド(ポリペプチド配列を比較する場合はアミノ酸)がこの2以上の配列間で同一である位置の数を決定し、比較した位置の総数で同一の位置の数を除算し、そしてこれら2つの配列間の同一性パーセントを得るために、得られた結果に100を掛けることによって算出される。2以上の遺伝子配列を直接比較する場合、その遺伝子配列間でDNA配列が、代表的には少なくとも50%同一である場合、好ましくは少なくとも70%同一である場合、より好ましくは少なくとも80%、90%、95%、96%、97%、98%または99%同一である場合、それらの遺伝子は同一性を有する。  As used herein, “identity” of nucleotide sequences (or polypeptide sequences) refers to the appearance of identical nucleotides (amino acids when comparing polypeptide sequences) between two or more nucleotide sequences (or polypeptide sequences). The degree to do. Identity generally compares the length of two or more nucleotide sequences (or polypeptide acid sequences) and compares these two or more sequences aligned in an optimal manner that may include additions or deletions. Determined by. The percent identity determines the number of positions where nucleotides (amino acids when comparing polypeptide sequences) are identical between the two or more sequences, and divides the number of identical positions by the total number of compared positions; The result obtained is then multiplied by 100 to obtain the percent identity between these two sequences. When directly comparing two or more gene sequences, the DNA sequences between the gene sequences are typically at least 50% identical, preferably at least 70% identical, more preferably at least 80%, 90% Those genes are identical if they are%, 95%, 96%, 97%, 98% or 99% identical.

本明細書において、ヌクレオチド配列(またはポリペプチド配列)の「類似性」とは、上記同一性において、保存的置換をポジティブ(同一)とみなした場合の、2以上のヌクレオチド配列(またはポリペプチド配列)の、互いに対する同一性の程度をいう。従って、保存的置換がある場合は、その保存的置換の存在に応じて同一性と類似性とは異なる。また、保存的置換がない場合は、同一性と類似性とは同じ数値を示す。  In the present specification, “similarity” of nucleotide sequences (or polypeptide sequences) means two or more nucleotide sequences (or polypeptide sequences) when conservative substitutions are regarded as positive (identical) in the above-mentioned identity. ) Of each other's identity. Thus, if there is a conservative substitution, identity and similarity differ depending on the presence of the conservative substitution. When there is no conservative substitution, identity and similarity indicate the same numerical value.

同一性%は例えば、NCBIのBLAST 2.2.9(2004.5.12発行)を用いて決定することができる。本明細書における同一性の値は通常は上記BLASTを用い、デフォルトの条件でアラインした際の値をいう。ただし、パラメーターの変更により、より高い値が出る場合は、最も高い値を同一性の値とする。複数の領域で同一性が評価される場合はそのうちの最も高い値を同一性の値とする。  The percent identity can be determined, for example, using NCBI's BLAST 2.2.9 (issued 2004.12). In the present specification, the identity value usually refers to a value when the BLAST is used and aligned under default conditions. However, if a higher value is obtained by changing the parameter, the highest value is the identity value. When identity is evaluated in a plurality of areas, the highest value among them is set as the identity value.

2以上のヌクレオチド配列の同一性または類似性の程度に関しては、配列の直接比較以外にも、ストリンジェントな条件下でのハイブリダイゼーションを調べることによって確認され得る。  The degree of identity or similarity of two or more nucleotide sequences can be confirmed by examining hybridization under stringent conditions in addition to direct sequence comparison.

本明細書中で使用する用語「ストリンジェントな条件」とは、特異的な配列にはハイブリダイズするが、非特異的な配列にはハイブリダイズしない条件をいう。ストリンジェントな条件の設定は、当業者に周知であり、例えば、Moleculer Cloning(Sambrookら、前出)に記載される。具体的には、例えば、コロニーあるいはプラーク由来のDNAを固定化したフィルターを用いて、50%ホルムアミド、5×SSC(750mM NaCl、75mM クエン酸三ナトリウム)、50mM リン酸ナトリウム(pH7.6)、5×デンハルト溶液(0.2% BSA、0.2% Ficoll 400および0.2%ポリビニルピロリドン)、10%硫酸デキストラン、および20μg/ml変性剪断サケ精子DNAを含む溶液中での65℃で6時間ないし24時間ハイブリダイゼーションを行った後、0.1〜2倍濃度のSSC(saline−sodium citrate)溶液(1倍濃度のSSC溶液の組成は、150mM 塩化ナトリウム、15mM クエン酸ナトリウムである)を用い、65℃条件下でフィルターを洗浄するという条件を用いることにより同定できるポリヌクレオチドを意味する。  As used herein, the term “stringent conditions” refers to conditions that hybridize to specific sequences but not to non-specific sequences. The setting of stringent conditions is well known to those skilled in the art and is described, for example, in Molecular Cloning (Sambrook et al., Supra). Specifically, for example, using a filter on which colony or plaque-derived DNA is immobilized, 50% formamide, 5 × SSC (750 mM NaCl, 75 mM trisodium citrate), 50 mM sodium phosphate (pH 7.6), 5 × Denhardt's solution (0.2% BSA, 0.2% Ficoll 400 and 0.2% polyvinylpyrrolidone), 10% dextran sulfate, and 20 μg / ml denatured sheared salmon sperm DNA at 65 ° C. After performing hybridization for 24 to 24 hours, a 0.1- to 2-fold concentration of SSC (saline-sodium citrate) solution (the composition of the 1-fold concentration of SSC solution is 150 mM sodium chloride, 15 mM sodium citrate). Use and wash the filter at 65 ° C It refers to a polynucleotide which can be identified by using a condition that.

本明細書において、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列とは、エキソ型糖分解酵素遺伝子が有するプロモーター配列をいう。  In the present specification, the promoter sequence of a gene encoding an exo-type glycolytic enzyme refers to a promoter sequence possessed by an exo-type glycolytic enzyme gene.

本明細書において、「エキソ型糖分解酵素」とは、糖鎖の末端部分に作用して、末端の糖残基を逐次遊離する酵素をいう。エキソ型糖分解酵素の例としては、以下が挙げられるがこれらに限定されない:β−ガラクトシダーゼ、β−キシロシダーゼ、β−グルコシダーゼ、α−キシロシダーゼおよびβ−フコシダーゼ。本発明では、このような酵素をコードするヌクレオチド配列の上流のヌクレオチド配列であって、目的の生物においてプロモーターの活性を示すものであれば、どのようなヌクレオチド配列でも使用することができる。  As used herein, “exo-type glycolytic enzyme” refers to an enzyme that acts on the terminal portion of a sugar chain to sequentially release terminal sugar residues. Examples of exo-type glycolytic enzymes include, but are not limited to: β-galactosidase, β-xylosidase, β-glucosidase, α-xylosidase and β-fucosidase. In the present invention, any nucleotide sequence can be used as long as it is a nucleotide sequence upstream of a nucleotide sequence encoding such an enzyme and exhibits a promoter activity in the target organism.

本発明のエキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列は、好ましくは、β−ガラクトシダーゼをコードする遺伝子のプロモーター配列、β−キシロシダーゼをコードする遺伝子のプロモーター配列およびβ−グルコシダーゼをコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群より選択され、より好ましくはβ−ガラクトシダーゼをコードする遺伝子のプロモーター配列、β−キシロシダーゼをコードする遺伝子のプロモーター配列である。本発明の糖欠乏誘導性プロモーター配列は、好ましくは、(a)配列番号1の643位〜1799位、配列番号3の1位〜1763位または配列番号5の1位〜2058位に示されるヌクレオチド配列;(b)(a)のヌクレオチド配列と比較して、1もしくは数個のヌクレオチドの置換、欠失または付加を含むヌクレオチド配列であって、糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列;(c)(a)または(b)のヌクレオチド配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列;(d)(a)のヌクレオチド配列に対して少なくとも70%の同一性を有するヌクレオチド配列であって、かつ糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列;ならびに(e)(a)〜(d)のいずれかのヌクレオチド配列の短縮配列であって、糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列からなる群より選択され、該ヌクレオチド配列に作動可能に上記異種遺伝子配列が連結されると、該異種遺伝子の糖欠乏誘導性発現を促進する活性を有する。  The promoter sequence of the gene encoding the exoglycolytic enzyme of the present invention is preferably a promoter sequence of a gene encoding β-galactosidase, a promoter sequence of a gene encoding β-xylosidase, and a gene encoding a β-glucosidase. It is selected from the group consisting of promoter sequences, more preferably a promoter sequence of a gene encoding β-galactosidase, and a promoter sequence of a gene encoding β-xylosidase. The sugar deficiency inducible promoter sequence of the present invention is preferably (a) a nucleotide shown at positions 643 to 1799 of SEQ ID NO: 1, positions 1 to 1863 of SEQ ID NO: 3, or positions 1 to 2058 of SEQ ID NO: 5. (B) a nucleotide sequence comprising one or several nucleotide substitutions, deletions or additions compared to the nucleotide sequence of (a), wherein the nucleotide sequence has sugar deficiency-inducible promoter activity; ) A nucleotide sequence that hybridizes with the nucleotide sequence of (a) or (b) under stringent conditions and has sugar deficiency inducible promoter activity; (d) at least 70% of the nucleotide sequence of (a) A nucleotide sequence having identity and having a sugar deficiency inducible promoter activity; (E) a heterologous gene selected from the group consisting of nucleotide sequences having a nucleotide deficiency-inducing promoter activity, which is a shortened sequence of any one of the nucleotide sequences of (a) to (d) When sequences are linked, they have the activity of promoting sugar deficiency-inducible expression of the heterologous gene.

本明細書において、代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列とは、代謝可能な糖を加水分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列をいう。本明細書において、「代謝可能な糖を分解し得る酵素」とは、上記のような、代謝可能な糖を分解し得る酵素である。このような酵素の例としては、以下が挙げられるがこれらに限定されない:β−ガラクトシダーゼ、β−キシロシダーゼ、β−グルコシダーゼ、α−キシロシダーゼおよびβ−フコシダーゼ。本発明では、このような酵素をコードするヌクレオチド配列の上流のヌクレオチド配列であって、目的の生物においてプロモーターの活性を示すものであれば、どのようなヌクレオチド配列でも使用することができる。  In the present specification, the promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading a metabolizable sugar refers to a promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of hydrolyzing a metabolizable sugar. As used herein, “an enzyme capable of degrading metabolizable sugars” is an enzyme capable of degrading metabolizable sugars as described above. Examples of such enzymes include, but are not limited to: β-galactosidase, β-xylosidase, β-glucosidase, α-xylosidase and β-fucosidase. In the present invention, any nucleotide sequence can be used as long as it is a nucleotide sequence upstream of a nucleotide sequence encoding such an enzyme and exhibits a promoter activity in the target organism.

本発明の代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列は、好ましくは、β−ガラクトシダーゼをコードする遺伝子のプロモーター配列、β−キシロシダーゼをコードする遺伝子のプロモーター配列およびβ−グルコシダーゼをコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群より選択され、より好ましくはβ−ガラクトシダーゼをコードする遺伝子のプロモーター配列またはβ−キシロシダーゼをコードする遺伝子のプロモーター配列である。本発明の糖欠乏誘導性プロモーター配列は、好ましくは、(a)配列番号1の643位〜1799位、配列番号3の1位〜1763位または配列番号5の1位〜2058位に示されるヌクレオチド配列;(b)(a)のヌクレオチド配列と比較して、1もしくは数個のヌクレオチドの置換、欠失または付加を含むヌクレオチド配列であって、糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列;(c)(a)または(b)のヌクレオチド配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列;(d)(a)のヌクレオチド配列に対して少なくとも70%の同一性を有するヌクレオチド配列であって、かつ糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列ならびに(e)(a)〜(d)のいずれかのヌクレオチド配列の短縮配列であって、糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列からなる群より選択され、該ヌクレオチド配列に作動可能に上記異種遺伝子配列が連結されると、該異種遺伝子の糖欠乏誘導性発現を促進する活性を有する。  The promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading a metabolizable sugar of the present invention is preferably a promoter sequence of a gene encoding β-galactosidase, a promoter sequence of a gene encoding β-xylosidase, and β-glucosidase. It is selected from the group consisting of promoter sequences of encoding genes, more preferably a promoter sequence of a gene encoding β-galactosidase or a promoter sequence of a gene encoding β-xylosidase. The sugar deficiency-inducible promoter sequence of the present invention is preferably a nucleotide sequence represented by (a) positions 643 to 1799 of SEQ ID NO: 1, positions 1 to 1763 of SEQ ID NO: 3, or positions 1 to 2058 of SEQ ID NO: 5. (B) a nucleotide sequence comprising one or several nucleotide substitutions, deletions or additions compared to the nucleotide sequence of (a), wherein the nucleotide sequence has sugar deficiency inducible promoter activity; ) A nucleotide sequence that hybridizes with the nucleotide sequence of (a) or (b) under stringent conditions and has sugar deficiency inducible promoter activity; (d) at least 70% of the nucleotide sequence of (a) A nucleotide sequence having identity and having a sugar deficiency inducible promoter activity, and e) a shortened sequence of any one of the nucleotide sequences of (a) to (d), wherein the heterologous gene sequence is selected from the group consisting of nucleotide sequences having sugar deficiency-inducing promoter activity and operably operated on the nucleotide sequence When ligated, it has an activity to promote sugar deficiency-inducible expression of the heterologous gene.

本発明で糖欠乏誘導性プロモーター、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列または代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列に加えて、他のプロモーターを併用してもよい。このような用いられ得る他のプロモーターの例としては、CaMV35Sプロモーター、ノパリンシンターゼプロモーター、ユビキチンプロモーターなど、およびそれらの改変プロモーターが挙げられるがこれらに限定されない。本発明では、目的の生物においてプロモーターの活性を示すものであれば、どのようなヌクレオチド配列でも使用することができる。このような他のプロモーターは、部位特異的プロモーターであっても、時期特異的プロモーターであっても、構成的プロモーターであっても、ストレス(または刺激)応答性プロモーターであっても、ストレス(または刺激)誘導性プロモーターであっても、ストレス(または刺激)減少性プロモーターであってもよい。構成的プロモーターの例としては、CaMV35Sプロモーター、ノパリンシンターゼプロモーターおよびユビキチンプロモーターが挙げられる。特異的プロモーターの例としては、組織特異的プロモーターおよび器官特異的プロモーターが挙げられる。  In the present invention, other promoters may be used in addition to the promoter sequence of a gene that encodes a sugar deficiency-inducing promoter, an exo-type glycolytic enzyme, or a gene that encodes an enzyme capable of degrading a metabolizable sugar. Good. Examples of other promoters that can be used include, but are not limited to, CaMV35S promoter, nopaline synthase promoter, ubiquitin promoter, and the like, and modified promoters thereof. In the present invention, any nucleotide sequence can be used as long as it exhibits promoter activity in the target organism. Such other promoters may be site specific promoters, time specific promoters, constitutive promoters, stress (or stimulation) responsive promoters, stress (or It may be a stimulating) inducible promoter or a stress (or stimulating) reducing promoter. Examples of constitutive promoters include the CaMV35S promoter, nopaline synthase promoter and ubiquitin promoter. Examples of specific promoters include tissue specific promoters and organ specific promoters.

本発明において、糖欠乏誘導性プロモーター、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列または代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列に連結される異種遺伝子配列は、連結されるプロモーター配列に対して異種のヌクレオチド配列であれば、任意のヌクレオチド配列であり得る。異種遺伝子配列は、例えば、タンパク質コード配列、アンチセンスコード配列、リボザイムコード配列、解析を目的とするヌクレオチド配列などであり得る。異種遺伝子配列は好ましくは、タンパク質コード配列またはアンチセンスコード配列であり得る。異種遺伝子配列は、天然に存在するヌクレオチド配列であってもよく、天然に存在するヌクレオチド配列を改変したものであってもよく、人工的に合成した遺伝子であってもよく、それらの複合体(例えば、融合体)であってもよい。  In the present invention, a heterologous gene sequence linked to a promoter deficiency inducible promoter, a promoter sequence of a gene encoding an exo-type glycolytic enzyme or a promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading metabolizable sugars is linked. Any nucleotide sequence can be used as long as it is heterologous to the promoter sequence. The heterologous gene sequence can be, for example, a protein coding sequence, an antisense coding sequence, a ribozyme coding sequence, a nucleotide sequence for analysis purposes, and the like. The heterologous gene sequence can preferably be a protein coding sequence or an antisense coding sequence. The heterologous gene sequence may be a naturally occurring nucleotide sequence, a modified natural nucleotide sequence, an artificially synthesized gene, or a complex thereof ( For example, it may be a fusion).

本明細書中では「作動可能に連結される(た)」とは、所望のヌクレオチド配列(例えば、異種遺伝子配列)が、発現(すなわち、作動)をもたらす転写調節配列(例えば、プロモーター、ターミネーター、エンハンサーなど)または翻訳調節配列(例えば、イントロン、スプライスドナー、スプライスアクセプターなど)の制御下に配置されることをいう。例えば、プロモーターが遺伝子に作動可能に連結されるためには、通常、その遺伝子のすぐ上流にプロモーターが配置されるが、必ずしも隣接して配置される必要はない。  As used herein, “operably linked” refers to transcriptional regulatory sequences (eg, promoters, terminators) that a desired nucleotide sequence (eg, heterologous gene sequence) provides expression (ie, activation). Enhancer etc.) or translational regulatory sequence (eg intron, splice donor, splice acceptor etc.). For example, in order for a promoter to be operably linked to a gene, the promoter is usually placed immediately upstream of the gene, but need not necessarily be adjacent.

人工的に合成したヌクレオチド配列を作製するためのDNA合成技術および核酸化学については、例えば、Gait,M.J.(1985).Oligonucleotide Synthesis:A Practical Approach,IRLPress;Gait,M.J.(1990).Oligonucleotide Synthesis:A Practical Approach,IRL Press;Eckstein,F.(1991).Oligonucleotides and Analogues:A Practical Approac,IRL Press;Adams,R.L.etal.(1992).The Biochemistry of the Nucleic Acids,Chapman&Hall;Shabarova,Z.et al.(1994).Advanced Organic Chemistry of Nucleic Acids,Weinheim;Blackburn,G.M.et al.(1996).Nucleic Acids in Chemistry and Biology,Oxford University Press;Hermanson,G.T.(I996).Bioconjugate Techniques,Academic Pressなどに記載されており、これらは本明細書において関連する部分が参考として援用される。  For DNA synthesis techniques and nucleic acid chemistry for producing artificially synthesized nucleotide sequences, see, for example, Gait, M. et al. J. et al. (1985). Oligonucleotide Synthesis: A Practical Approach, IRLPpress; Gait, M .; J. et al. (1990). Oligonucleotide Synthesis: A Practical Approach, IRL Press; Eckstein, F .; (1991). Oligonucleotides and Analogues: A Practical Approac, IRL Press; Adams, R .; L. etal. (1992). The Biochemistry of the Nucleic Acids, Chapman &Hall; Shabarova, Z. et al. et al. (1994). Advanced Organic Chemistry of Nucleic Acids, Weinheim; Blackburn, G .; M.M. et al. (1996). Nucleic Acids in Chemistry and Biology, Oxford University Press; Hermanson, G .; T. T. et al. (I996). Bioconjugate Technologies, Academic Press, etc., which are incorporated herein by reference in the relevant part.

本明細書中の異種遺伝子配列は、目的の生物において発現し得るものであれば、どのようなものでもよい。例えば、特定の植物において発現させることを目的とするのであれば、その特定の植物において発現し得るのであればよい。  The heterologous gene sequence in the present specification may be any as long as it can be expressed in the target organism. For example, if it is intended to be expressed in a specific plant, it may be expressed in that specific plant.

1つの実施形態において、異種遺伝子配列は、タンパク質コード配列である。タンパク質コード配列は、大量に発現されることが意図される有用なタンパク質をコードするものであれば、どのようなものでもよく、そのようなものもまた、本発明の範囲内に含まれる。タンパク質コード配列の例としては、例えば、以下が挙げられるがこれらに限定されない:医薬活性のあるペプチド(例えば、サイトカイン類(インターフェロン類、インターロイキン類、ケモカイン類、顆粒球マクロファージコロニー刺激因子(GM−CSF)、マクロファージコロニー刺激因子(M−CSF)、顆粒球コロニー刺激因子(G−CSF)、multi−CSF(IL−3)、エリスロポエチン(EPO)、白血病抑制因子(LIF)、c−kitリガンド(SCF)のような造血因子、腫瘍壊死因子、血小板由来増殖因子(PDGF)、上皮増殖因子(EGF)、線維芽細胞増殖因子(FGF)、肝実質細胞増殖因子(HGF)、血管内皮増殖因子(VEGF)など);ホルモン類(インスリン、成長ホルモン、甲状腺ホルモンなど));ワクチン抗原;抗原(例えば、ヒト抗体(好ましくは完全ヒト抗体)、ヒト化抗体、多重特異性抗体、キメラ抗体、単鎖抗体、FabフラグメンペF(ab’)フラグメント、Fab発現ライブラリーによって産生されたフラグメント、抗イディオタイプ(抗Id)抗体、エピトープ結合フラグメント);血液製剤;農業生産上有用なペプチド(例えば、抗菌タンパク質);生理作用または薬理作用を持つ2次代謝産物を合成する様々な酵素および加水分解酵素;酵素反応を調節するインヒビター;血圧効果作用を持つとされるダイズグリシニン;あるいは消化管内で酵素分解を受けることで生理活性ペプチドが切り出されるようにデザインされた人工タンパク質。また栄養学的に意義のある物質としては、カゼイン、マメ類のアルブミンおよびグロブリン、ビタミン類の合成酵素、糖合成酵素、脂質合成酵素などがあげられるがそれらに限定されない。さらに様々な加工食品の原料として加工特性に関与するタンパク質として、例えばコムギグルテニン(製パン)、ダイズグロブリン群(豆腐)、ミルクカゼイン群(チーズ)などが挙げられる。食品の嗜好性または機能性を強化するタンパク質(例えば、シクロデキストリン、オリゴ糖、γアミノ酢酸などの特殊な糖またはアミノ酸類の合成酵素群、外観を良くする色素合成酵素、および味覚成分合成に関与するタンパク質群)、あるいは、消化管内で酵素消化を受けることによって生理作用をもつペプチド(例えば血圧効果作用をもつ、アンジオテンシン変換酵素阻害ペプチドなど)が切り出されるようにデザインされた人工タンパク質などが挙げられるがこれらに限定されない。異種遺伝子配列は、好ましくは、サイトカインまたはホルモンの遺伝子配列である。異種遺伝子配列は、より好ましくは、植物中で発現された場合に目的の機能を有するタンパク質をコードする。本明細書中で、「植物中で発現された場合に目的の機能を有するタンパク質」とは、植物中で発現された遺伝子産物が、動物中、植物中またはインビトロにおいて、目的とする機能を果たすことをいう。例えば、植物中で発現された遺伝子産物の糖鎖修飾が、動物において発現された場合と同じであるか、またはインビトロで、もしくは動物に投与された場合に、目的とする機能を果たすこと、または有害な作用を発揮しないことをいう。目的とする機能とは、そのタンパク質が、従来の方法で製造された場合に発揮される機能をいう。例えば、異種遺伝子配列が、抗体をコードする場合、この抗体は、動物中に投与した場合に防御抗体として(すなわち、治療薬または予防薬として)機能してもよく、あるいは、インビトロで特異的な抗原に結合してもよい(すなわち、診断薬として機能してもよい)。異種遺伝子配列は、さらに好ましくは、インターフェロン(α、βまたはγ)、抗体、ヒトα−アンチトリプシン(AAT)または緑色蛍光タンパク質(GFP)の遺伝子配列であり、さらに好ましくは抗体または緑色蛍光タンパク質であり、最も好ましくは緑色蛍光タンパク質である。  In one embodiment, the heterologous gene sequence is a protein coding sequence. The protein coding sequence may be any as long as it encodes a useful protein that is intended to be expressed in large quantities, and such is also included within the scope of the present invention. Examples of protein coding sequences include, but are not limited to, for example, pharmaceutically active peptides (eg, cytokines (interferons, interleukins, chemokines, granulocyte macrophage colony stimulating factor (GM- CSF), macrophage colony stimulating factor (M-CSF), granulocyte colony stimulating factor (G-CSF), multi-CSF (IL-3), erythropoietin (EPO), leukemia inhibitory factor (LIF), c-kit ligand ( Hematopoietic factors such as SCF), tumor necrosis factor, platelet derived growth factor (PDGF), epidermal growth factor (EGF), fibroblast growth factor (FGF), hepatocyte growth factor (HGF), vascular endothelial growth factor ( VEGF); hormones (insulin, growth hormone, thyroid gland) Vaccine antigen; antigen (eg, human antibody (preferably fully human antibody), humanized antibody, multispecific antibody, chimeric antibody, single chain antibody, Fab Fragmente F (ab ′) fragment, Fab expression live) Fragments produced by Larry, anti-idiotype (anti-Id) antibodies, epitope-binding fragments); blood products; peptides useful in agricultural production (eg, antibacterial proteins); synthetic secondary metabolites with physiological or pharmacological effects Various enzymes and hydrolases; inhibitors that regulate enzymatic reactions; soybean glycinin, which is thought to have blood pressure effects; or artificial proteins designed to excise bioactive peptides by enzymatic degradation in the digestive tract . Examples of nutritionally significant substances include, but are not limited to, casein, leguminous albumin and globulin, vitamins synthase, sugar synthase, and lipid synthase. Further, examples of proteins involved in processing characteristics as raw materials for various processed foods include wheat glutenin (baking), soybean globulin group (tofu), and milk casein group (cheese). Proteins that enhance the taste or functionality of foods (eg, cyclodextrin, oligosaccharides, synthases of special sugars or amino acids such as γ-aminoacetic acid, pigment synthases that improve the appearance, and participation in taste component synthesis Or artificial proteins designed to excise peptides with physiological effects (for example, angiotensin-converting enzyme-inhibiting peptides that have blood pressure effects) upon enzymatic digestion in the digestive tract. However, it is not limited to these. The heterologous gene sequence is preferably a cytokine or hormone gene sequence. The heterologous gene sequence more preferably encodes a protein having the desired function when expressed in a plant. In the present specification, “a protein having a target function when expressed in a plant” means that a gene product expressed in the plant performs the target function in an animal, a plant or in vitro. That means. For example, the glycosylation of a gene product expressed in a plant is the same as when expressed in an animal, or performs a desired function in vitro or when administered to an animal, or It means that it does not exert harmful effects. The target function refers to a function that is exhibited when the protein is produced by a conventional method. For example, if the heterologous gene sequence encodes an antibody, the antibody may function as a protective antibody (ie, as a therapeutic or prophylactic agent) when administered in an animal, or it may be specific in vitro. It may bind to an antigen (ie function as a diagnostic agent). The heterologous gene sequence is more preferably an interferon (α, β or γ), antibody, human α-antitrypsin (AAT) or green fluorescent protein (GFP) gene sequence, more preferably an antibody or green fluorescent protein. And most preferred is green fluorescent protein.

1つの実施形態において、異種遺伝子配列は、マーカー遺伝子であり得る。マーカー遺伝子とは、選択遺伝子と同義であり、その選択マーカーがコードする産物の発現によって、選択マーカーが存在する細胞と存在しない細胞とを識別することができる、ヌクレオチドをいう。  In one embodiment, the heterologous gene sequence can be a marker gene. The marker gene is synonymous with a selection gene, and refers to a nucleotide that can distinguish between a cell in which the selection marker is present and a cell in which the selection marker is not present by expression of a product encoded by the selection marker.

1つの実施形態において、異種遺伝子配列は、アンチセンスコード配列であり得る。アンチセンスコード配列は、発現を抑制または阻止することが意図される特定の遺伝子のアンチセンス配列をコードし、かつ、アンチセンス活性を有するものであれば、どのようなものでもよく、そのようなものもまた、本発明の範囲内に含まれる。アンチセンス配列とは、コード配列(センス配列ともいう)に相補的な配列をいう。  In one embodiment, the heterologous gene sequence can be an antisense coding sequence. The antisense coding sequence may be anything as long as it encodes an antisense sequence of a specific gene intended to suppress or prevent expression and has antisense activity. Also within the scope of the present invention. An antisense sequence refers to a sequence that is complementary to a coding sequence (also referred to as a sense sequence).

本明細書において「アンチセンス活性」とは、標的となる遺伝子の発現を特異的に抑制または減少させることができる活性をいう。より具体的には細胞内に導入したあるヌクレオチド配列に依存して、その配列と相補的なヌクレオチド配列領域をもつ遺伝子のmRNA量を特異的に低下させることで、タンパク発現量を減少させ得る活性をいう。手法としては、標的となる遺伝子からつくられるmRNAに相補的なRNA分子を直接的に細胞に導入する方法と、細胞内に目的遺伝子と相補的なRNAを発現させ得る構築ベクターを導入する方法に大別される。植物においては、後者が一般的である。  As used herein, “antisense activity” refers to an activity that can specifically suppress or reduce the expression of a target gene. More specifically, depending on a certain nucleotide sequence introduced into the cell, an activity that can reduce the protein expression level by specifically reducing the mRNA level of a gene having a nucleotide sequence region complementary to that sequence. Say. As a technique, there are a method of directly introducing an RNA molecule complementary to mRNA produced from a target gene into a cell, and a method of introducing a construction vector capable of expressing RNA complementary to a target gene in the cell. Broadly divided. The latter is common in plants.

アンチセンス活性は、通常、発現を抑制または阻止することが意図される遺伝子のコード配列と相補的な、少なくとも約8ヌクレオチド長のヌクレオチド配列によって達成される。アンチセンスコード配列は、好ましくは少なくとも約9ヌクレオチド長であり、より好ましく約10ヌクレオチド長であり、さらに好ましくは約11ヌクレオチド長であり、さらに好ましくは約12ヌクレオチド長であり、さらに好ましくは約13ヌクレオチド長であり、さらに好ましくは約14ヌクレオチド長であり、さらに好ましくは約15ヌクレオチド長であり、さらに好ましくは約20ヌクレオチド長であり、さらに好ましくは約25ヌクレオチド長であり、さらに好ましくは約30ヌクレオチド長であり、さらに好ましくは約40ヌクレオチド長であり、さらに好ましくは約50ヌクレオチド長であり得る。好ましくは、目的とする遺伝子のコード配列と相補的な配列は、アンチセンスコード配列中にとびとびに存在するのではなく、連続して存在する。  Antisense activity is usually achieved by a nucleotide sequence that is at least about 8 nucleotides in length that is complementary to the coding sequence of a gene intended to suppress or block expression. The antisense coding sequence is preferably at least about 9 nucleotides in length, more preferably about 10 nucleotides in length, more preferably about 11 nucleotides in length, more preferably about 12 nucleotides in length, more preferably about 13 A nucleotide length, more preferably about 14 nucleotides long, more preferably about 15 nucleotides long, more preferably about 20 nucleotides long, more preferably about 25 nucleotides long, more preferably about 30 nucleotides long. It may be nucleotides long, more preferably about 40 nucleotides long, more preferably about 50 nucleotides long. Preferably, the sequence complementary to the coding sequence of the gene of interest is not continuously present in the antisense coding sequence, but is present continuously.

本明細書において、ヌクレオチド配列およびポリペプチド配列の長さは、それぞれヌクレオチドまたはアミノ酸の個数で表すことができるが、上述の個数は絶対的なものではなく、同じ機能を有する限り、上限または加減としての上述の個数は、その個数の上下数個(または例えば上下10%)のものも含むことが意図される。そのような意図を表現するために、本明細書では、個数の前に「約」を付けて表現することがある。しかし、本明細書では、「約」のあるなしはその数値の解釈に影響を与えないことが理解されるべきである。  In the present specification, the lengths of nucleotide sequences and polypeptide sequences can be represented by the number of nucleotides or amino acids, respectively. However, the above numbers are not absolute, and as long as they have the same function, the upper limit or addition The above-mentioned number is intended to include a number above and below the number (or, for example, 10% above and below). In order to express such intention, in this specification, “about” may be added before the number. However, it should be understood herein that the presence or absence of “about” does not affect the interpretation of the value.

アンチセンスコード配列は、発現を抑制または阻止することが意図される遺伝子のアンチセンス鎖(コード鎖の相補鎖)の配列に対して、好ましくは少なくとも約70%同一な、より好ましくは少なくとも約80%同一な、さらに好ましくは約90%同一な、そして最も好ましくは約95%同一なヌクレオチド配列を含む。アンチセンスコード配列は、目的とする遺伝子の核酸配列の5’末端の配列に対して相補的であることが好ましい。上述のようなアンチセンスコード配列に対して、1つまたは数個あるいは1つ以上のヌクレオチドの置換、付加および/または欠失を有するものもまた、アンチセンスコード配列に含まれる。本明細書において、「アンチセンス活性」には、遺伝子の発現量の減少が含まれるがそれらに限定されない。  The antisense coding sequence is preferably at least about 70% identical to the sequence of the antisense strand of the gene intended to suppress or prevent expression (complementary strand of the coding strand), more preferably at least about 80. % Nucleotide identity, more preferably about 90% identity, and most preferably about 95% identity. The antisense coding sequence is preferably complementary to the sequence at the 5 'end of the nucleic acid sequence of the gene of interest. Also included in the antisense coding sequence are those having one, several or one or more nucleotide substitutions, additions and / or deletions relative to the antisense coding sequence as described above. As used herein, “antisense activity” includes, but is not limited to, a decrease in gene expression.

一般的なアンチセンス技術については、教科書に記載されている(Murray,JAH eds.,Antisense RNA and DNA,Wiley−Liss Inc,1992)。さらに最新の研究でRNA干渉(RNA interference;RNAi)と呼ばれる現象が明らかになり、アンチセンス技術の発展をもたらした。RNAiは、標的遺伝子に相同な配列をもつ短い長さの2本鎖RNA(20ベース程度)を細胞内に導入すると、そのRNA配列に相同な標的遺伝子のmRNAが特異的に分解されて発現レベルが低下する現象である。当初線虫において発見されたこの現象は、植物を含めて生物に普遍的な現象であることがわかってきている。アンチセンス技術で標的遺伝子の発現が抑制される分子レベルのメカニズムは、このRNAiと同様のプロセスを経ることが解明された。従来のアンチセンス技術では、標的遺伝子のヌクレオチド配列に相補的である1つのDNA配列を適切なプロモーターに連結して、その制御下に人工mRNAを発現させるような発現ベクターを構築して、細胞内に導入することが行われた。RNAiを利用した最近のアンチセンス技術においては、細胞内に2本鎖RNAを構成できるようにデザインされた発現ベクターが用いられる場合が多い。RNAiを利用したアンチセンス技術では、アンチセンスコード配列の基本構造は、ある標的遺伝子に相補的な1種のDNA配列をプロモーター下に1つを連結し、それと同じ物をさらに逆向きにもう1つ連結してつくられる。この基本構造を有するアンチセンスコード配列から転写された1本鎖のmRNAでは、逆向きにつながれた1種類のヌクレオチド配列部分が相補的な関係にあるため、この相補的な部分が対合してヘアピン様の2次構造を持つ2本鎖RNA状態をとり、これがRNAiのメカニズムに従って標的遺伝子のmRNA分解を引き起こすわけである。植物においてはシロイヌナズナで用いられた例が報告されている(Smith,N.A.ら,Nature 407.319−320,2000)。またRNAi全般については、最近の総説にまとめられている(森田と吉田、蛋白質・核酸・酵素47、1939−1945、2002)。これらの文献に記載された内容は、本明細書おいてその全体を参考として援用する。  General antisense technology is described in textbooks (Murray, JAH eds., Antisense RNA and DNA, Wiley-Liss Inc, 1992). Furthermore, the latest research has revealed a phenomenon called RNA interference (RNAi), which has led to the development of antisense technology. In RNAi, when a short double-stranded RNA (about 20 bases) having a sequence homologous to the target gene is introduced into the cell, the mRNA of the target gene homologous to the RNA sequence is specifically degraded and the expression level is reduced. Is a phenomenon that decreases. This phenomenon, first discovered in nematodes, has been found to be a universal phenomenon in organisms including plants. It was elucidated that the molecular level mechanism by which the expression of a target gene is suppressed by antisense technology goes through a process similar to this RNAi. In conventional antisense technology, an expression vector is constructed in which a single DNA sequence complementary to the nucleotide sequence of a target gene is linked to an appropriate promoter and an artificial mRNA is expressed under the control of the expression vector. To be introduced. In recent antisense technology using RNAi, an expression vector designed so that a double-stranded RNA can be constructed in a cell is often used. In antisense technology using RNAi, the basic structure of the antisense coding sequence is that one DNA sequence complementary to a target gene is linked under one promoter, and the same one is further reversed in the opposite direction. It is made by connecting two. In a single-stranded mRNA transcribed from an antisense coding sequence having this basic structure, a single nucleotide sequence portion connected in the reverse direction is in a complementary relationship. It takes a double-stranded RNA state with a hairpin-like secondary structure, which causes mRNA degradation of the target gene according to the RNAi mechanism. In plants, an example used in Arabidopsis thaliana has been reported (Smith, NA, et al., Nature 407.319-320, 2000). Also, RNAi in general is summarized in a recent review (Morita and Yoshida, Protein / Nucleic Acid / Enzyme 47, 1939-1945, 2002). The contents described in these documents are incorporated herein by reference in their entirety.

本明細書において「RNAi」とは、RNA interferenceの略称で、二本鎖RNA(dsRNAともいう)のようなRNAiを引き起こす因子を細胞に導入することにより、相同なmRNAが特異的に分解され、遺伝子産物の合成が抑制される現象およびそれに用いられる技術をいう。本明細書においてRNAiはまた、場合によっては、RNAiを引き起こす因子と同義に用いられ得る。  In the present specification, “RNAi” is an abbreviation for RNA interference, and by introducing a factor causing RNAi such as double-stranded RNA (also referred to as dsRNA) into cells, homologous mRNA is specifically degraded, It refers to a phenomenon in which the synthesis of a gene product is suppressed and the technology used for it. As used herein, RNAi can also be used interchangeably with an agent that causes RNAi in some cases.

本明細書において「RNAiを引き起こす因子」とは、RNAiを引き起こすことができるような任意の因子をいう。本明細書において「遺伝子」に対して「RNAiを引き起こす因子」とは、その遺伝子に関するRNAiを引き起こし、RNAiがもたらす効果(例えば、その遺伝子の発現抑制など)が達成されることをいう。そのようなRNAiを引き起こす因子としては、例えば、標的遺伝子の核酸配列の一部に対して少なくとも約70%の相同性を有する配列またはストリンジェントな条件下でハイブリダイズする配列を含む、少なくとも10ヌクレオチド長の二本鎖部分を含むRNAまたはその改変体を構成できるようにデザインされた発現ベクターが挙げられるがそれに限定されない。  As used herein, “factor causing RNAi” refers to any factor capable of causing RNAi. In the present specification, the “factor causing RNAi” with respect to “gene” means that RNAi related to the gene is caused and an effect brought about by RNAi (for example, suppression of expression of the gene) is achieved. Factors that cause such RNAi include, for example, at least 10 nucleotides, including sequences having at least about 70% homology to a portion of the nucleic acid sequence of the target gene or sequences that hybridize under stringent conditions Examples include, but are not limited to, expression vectors designed so that an RNA containing a long double-stranded portion or a variant thereof can be constructed.

異種遺伝子配列としては、天然に存在するタンパク質コード配列、天然に存在するアンチセンスコード配列、天然に存在するリボザイムコード配列などのいずれかと同一性のある配列が使用され得る。そのような同一性を有するヌクレオチド配列としては、例えば、Blastのデフォルトパラメータを用いて比較した場合に、比較対照のヌクレオチド配列に対して、少なくとも約30%、約35%、約40%、約45%、約50%、約55%、約60%、約65%、約70%、約75%、約80%、約85%、約90%、約95%、約99%の同一性または類似性を有するヌクレオチド配列、または比較対照のヌクレオチド配列によってコードされるアミノ酸配列に対して、少なくとも約30%、約35%、約40%、約45%、約50%、約55%、約60%、約65%、約70%、約75%、約80%、約85%、約90%、約95%、約99%の同一性または類似性を有するアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列が挙げられるがそれらに限定されない。  As the heterologous gene sequence, a sequence that is identical to any of a naturally occurring protein coding sequence, a naturally occurring antisense coding sequence, a naturally occurring ribozyme coding sequence, and the like can be used. Nucleotide sequences having such identity include, for example, at least about 30%, about 35%, about 40%, about 45% relative to a comparative nucleotide sequence when compared using Blast default parameters. %, About 50%, about 55%, about 60%, about 65%, about 70%, about 75%, about 80%, about 85%, about 90%, about 95%, about 99% identity or similar Or at least about 30%, about 35%, about 40%, about 45%, about 50%, about 55%, about 60% relative to the amino acid sequence encoded by the Nucleotide sequences encoding amino acid sequences having about 65%, about 70%, about 75%, about 80%, about 85%, about 90%, about 95%, about 99% identity or similarity. But it is not limited to them.

異種遺伝子配列は、糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列および代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群から選択される少なくとも1つのプロモーター配列に対して異種の配列である。異種遺伝子配列は好ましくは、シグナル配列コード配列に対しても異種である。2つの配列に関して「異種」とは、これらの2つの配列が、異なる遺伝子に由来するか、または異なる種に由来することをいう。異種との用語は、糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列および代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群から選択される少なくとも1つのプロモーター配列と異種遺伝子配列との関係、糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列および代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群から選択される少なくとも1つのプロモーター配列と他の調節配列との間の関係、糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列および代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群から選択される少なくとも1つのプロモーター配列とシグナルコード配列との関係、本発明で用いられるプロモーター配列以外の複数の調節配列間の関係、調節配列と異種遺伝子配列との関係との関係などに適用される。例えば、シロイヌナズナの糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列および代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群から選択される少なくとも1つのプロモーター配列は、シロイヌナズナのアクチン遺伝子に対して異種である。同様に、シロイヌナズナの糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列および代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群から選択される少なくとも1つのプロモーター配列は、ヒトのインターフェロン遺伝子に対して異種である。異種遺伝子配列が異種生物に由来する場合、外来遺伝子とも呼ばれる。この場合において、「外来遺伝子」とは、ある生物において、その生物には天然には存在しない遺伝子をいう。  The heterologous gene sequence is at least one selected from the group consisting of a sugar deficiency inducible promoter sequence, a promoter sequence of a gene encoding an exo-type glycolytic enzyme, and a promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading metabolizable sugars. Heterologous to one promoter sequence. The heterologous gene sequence is preferably also heterologous to the signal sequence coding sequence. “Heterologous” with respect to two sequences means that these two sequences are derived from different genes or from different species. The term heterologous is at least selected from the group consisting of a sugar deficiency inducible promoter sequence, a promoter sequence of a gene encoding an exo-type glycolytic enzyme, and a promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading a metabolizable sugar. It consists of the relationship between one promoter sequence and a heterologous gene sequence, a sugar deficiency inducible promoter sequence, a promoter sequence of a gene encoding an exo-type glycolytic enzyme, and a promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading a metabolizable sugar. A relationship between at least one promoter sequence selected from the group and other regulatory sequences, a sugar deficiency inducible promoter sequence, a promoter sequence of a gene encoding an exo-type glycolytic enzyme, and an enzyme capable of degrading a metabolizable sugar Selected from the group consisting of promoter sequences of genes encoding Relationship between the at least one promoter sequence and signal coding sequence, the relationship between a plurality of regulatory sequences other than the promoter sequence used in the present invention is applied to a relationship between the relationship between the regulatory sequence and the heterologous gene sequence. For example, at least one selected from the group consisting of an Arabidopsis sugar deficiency-inducible promoter sequence, a promoter sequence of a gene encoding an exo-type glycolytic enzyme, and a promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading a metabolizable sugar The promoter sequence is heterologous to the Arabidopsis actin gene. Similarly, at least one selected from the group consisting of an Arabidopsis sugar deficiency-inducible promoter sequence, a promoter sequence of a gene encoding an exo-type glycolytic enzyme, and a promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading a metabolizable sugar. One promoter sequence is heterologous to the human interferon gene. When a heterologous gene sequence is derived from a heterologous organism, it is also called a foreign gene. In this case, the “foreign gene” refers to a gene that does not exist naturally in an organism.

本発明の核酸は、糖欠乏誘導性プロモーター、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列または代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列に加えて、さらにシグナルペプチドコード配列を含み得る。  The nucleic acid of the present invention comprises a signal peptide coding sequence in addition to a promoter deficiency inducible promoter, a promoter sequence of a gene encoding an exo-type glycolytic enzyme or a promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading a metabolizable sugar. Can be included.

本明細書中では、「シグナルペプチドコード配列」とは、シグナルペプチドをコードするヌクレオチド配列をいう。本明細書中では、「シグナルペプチド」とは、主に疎水性アミノ酸残基を含む、新生ポリペプチド鎖の小胞体膜への付着および膜通渦に役立つアミノ酸配列をいう。シグナルペプチドの長さは、好ましくは、約10〜約50であり、より好ましくは約13〜約40であり、より好ましくは約15〜約30である。特定のアミノ酸配列中にシグナルペプチドが含まれるか否かは、当該分野で周知の方法に従って決定され得るが、好ましくは、Kyte.JおよびDoolittle,R.F.J.Mol.Biol.157(1):105−132,1982に記載の方法に従って疎水性指数の分析を行い、N末端の約10アミノ酸〜約50アミノ酸が疎水性である場合、この疎水性アミノ酸部分は、シグナルペプチドペプチドであると判断され得る。シグナルペプチドは、シグナルペプチダーゼによって分解され得る配列を有することが好ましい。  As used herein, “signal peptide coding sequence” refers to a nucleotide sequence that encodes a signal peptide. In the present specification, the “signal peptide” refers to an amino acid sequence that mainly serves for attachment of the nascent polypeptide chain to the endoplasmic reticulum membrane and transmembrane vortex, which includes hydrophobic amino acid residues. The length of the signal peptide is preferably about 10 to about 50, more preferably about 13 to about 40, and more preferably about 15 to about 30. Whether or not a signal peptide is included in a specific amino acid sequence can be determined according to a method well known in the art, but preferably, Kyte. J and Doolittle, R.A. F. J. et al. Mol. Biol. 157 (1): 105-132, 1982, when the hydrophobicity index is analyzed, and when about 10 to about 50 amino acids at the N-terminus are hydrophobic, this hydrophobic amino acid moiety is a signal peptide peptide It can be determined that The signal peptide preferably has a sequence that can be degraded by a signal peptidase.

シグナルペプチドコード配列は、そのシグナルペプチドに結合しているポリペプチドの細胞外への分泌をもたらすシグナルペプチドをコードするのであれば、任意のヌクレオチド配列であり得る。シグナルペプチドコード配列の例としては、β−ガラクトシダーゼのシグナルペプチドコード配列、β−キシロシダーゼのシグナルペプチドコード配列およびβ−グルコシダーゼのシグナルペプチドコード配列が挙げられる。シグナルペプチドコード配列は、糖欠乏誘導性プロモーター、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列または代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列に対して同種であっても、異種であってもよい。  The signal peptide coding sequence can be any nucleotide sequence that encodes a signal peptide that results in secretion of the polypeptide bound to the signal peptide to the outside of the cell. Examples of signal peptide coding sequences include β-galactosidase signal peptide coding sequence, β-xylosidase signal peptide coding sequence, and β-glucosidase signal peptide coding sequence. The signal peptide coding sequence may be homologous to a sugar deficiency inducible promoter, a promoter sequence of a gene encoding an exo-type glycolytic enzyme, or a promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading a metabolizable sugar, Different types may be used.

シグナルペプチドコード配列は好ましくは、(i)配列番号2の1位〜27位、配列番号4の1位〜28位または配列番号6の1位〜28位に示されるアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列;(ii)(i)のヌクレオチド配列と比較して、1もしくは数個のヌクレオチドの置換、欠失または付加を含むヌクレオチド配列であって、細胞外分泌活性を有するペプチドをコードするヌクレオチド配列;(iii)(i)または(ii)のヌクレオチド配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ細胞外分泌活性を有するペプチドをコードするヌクレオチド配列;ならびに(iv)(i)のヌクレオチド配列に対して少なくとも70%の同一性を有するヌクレオチド配列であって、かつ細胞外分泌活性を有するペプチドをコードするヌクレオチド配列からなる群より選択され、該ヌクレオチド配列に作動可能に上記異種遺伝子配列が連結されると、該異種遺伝子の産物の細胞外分泌がもたらされる。  The signal peptide coding sequence is preferably (i) a nucleotide sequence encoding the amino acid sequence shown at positions 1 to 27 of SEQ ID NO: 2, positions 1 to 28 of SEQ ID NO: 4, or positions 1 to 28 of SEQ ID NO: 6. (Ii) a nucleotide sequence comprising a substitution, deletion or addition of one or several nucleotides compared to the nucleotide sequence of (i) and encoding a peptide having extracellular secretion activity; (iii) ) A nucleotide sequence that hybridizes with the nucleotide sequence of (i) or (ii) under stringent conditions and encodes a peptide having extracellular secretion activity; and (iv) at least 70 relative to the nucleotide sequence of (i) % Of the nucleotide sequence having the identity and having the extracellular secretion activity. It is selected from the group consisting of sul nucleotide sequences, when operably said heterologous gene sequence to said nucleotide sequence is linked, leading to extracellular secretion of the product of the heterologous gene.

本発明の核酸は、糖欠乏誘導性プロモーター、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列または代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列に加えて、さらに調節エレメントを含み得る。本明細書中では、「調節エレメント」とは、コード配列の発現に直接的または間接的に影響を与えるエレメントをいう。調節エレメントの例としては、例えば、プロモーター、イントロン、ターミネーター、エンハンサー、サイレンサー、転写終止配列、翻訳終止配列、転写起点、イントロン配列などが挙げられるがそれらに限定されない。調節エレメントは好ましくは、プロモーター、イントロン、ターミネーターおよびエンハンサーからなる群より選択される少なくとも1つのエレメントを含み得る。  The nucleic acid of the present invention further comprises a regulatory element in addition to a promoter deficiency inducible promoter, a promoter sequence of a gene encoding an exo-type glycolytic enzyme or a promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading metabolizable sugars. obtain. As used herein, “regulatory element” refers to an element that directly or indirectly affects the expression of a coding sequence. Examples of regulatory elements include, but are not limited to, promoters, introns, terminators, enhancers, silencers, transcription termination sequences, translation termination sequences, transcription origins, intron sequences, and the like. The regulatory element may preferably comprise at least one element selected from the group consisting of promoter, intron, terminator and enhancer.

本明細書において、遺伝子が「特異的に発現する」とは、その遺伝子が、植物の特定の部位または時期において他の部位または時期とは異なる(好ましくは高い)レベルで発現されることをいう。特異的に発現するとは、ある部位(特異的部位)にのみ発現してもよく、それ以外の部位においても発現していてもよい。好ましくは特異的に発現するとは、ある部位においてのみ発現することをいう。  In the present specification, the expression "specifically expresses" a gene means that the gene is expressed at a different (preferably higher) level in a specific part or time of the plant than other parts or time. . With specific expression, it may be expressed only at a certain site (specific site) or may be expressed at other sites. The expression specifically preferably means that it is expressed only at a certain site.

本明細書において、遺伝子の発現について用いられる場合、一般に、「部位特異性」とは、生物(例えば、植物)の部位(例えば、植物の場合、プロテインボディー、根、茎、幹、葉、花、種子、胚乳、胚芽、胚、果実など)におけるその遺伝子の発現の特異性をいう。「時期特異性」とは、生物(例えば、植物)の発達段階(例えば、植物であれば生長段階(例えば、プロテインボディの形成の特定の時期、発芽後の芽生えの日数))に応じたその遺伝子の発現の特異性をいう。そのような特異性は、適切なプロモーターを選択することによって、所望の生物に導入することができる。  In the present specification, when used for expression of a gene, “site specificity” generally means a part of an organism (eg, plant) (eg, in the case of a plant, protein body, root, stem, stem, leaf, flower). , Seed, endosperm, embryo, embryo, fruit, etc.) the specificity of expression of that gene. “Time-specificity” refers to the stage of development of an organism (eg, a plant) (for example, if it is a plant, the growth stage (eg, the specific stage of formation of a protein body, the number of days of germination after germination)) Specificity of gene expression. Such specificity can be introduced into a desired organism by selecting an appropriate promoter.

本明細書において、プロモーターの発現が「構成的」であるとは、生物のすべての組織において、その生物の生長の幼若期または成熟期のいずれにあってもほぼ一定の量で発現される性質をいう。具体的には、本明細書の実施例と同様の条件でノーザンブロット分析したとき、例えば、任意の時点で(例えば、2点以上(例えば、植物の場合、発芽5日目および15日目))の同一または対応する部位のいずれにおいても発現がみられるとき、本発明の定義上、発現が構成的であるという。構成的プロモーターは、通常の生育環境にある生物の恒常性維持に役割を果たしていると考えられる。  In the present specification, expression of a promoter as “constitutive” means that it is expressed in all tissues of an organism in an almost constant amount regardless of whether the organism is growing or juvenile or mature. Refers to nature. Specifically, when Northern blot analysis is performed under the same conditions as in the examples of the present specification, for example, at an arbitrary time point (for example, two or more points (for example, in the case of plants, germination day 5 and day 15) ), The expression is constitutive by the definition of the present invention when expression is observed at any of the same or corresponding sites. Constitutive promoters are thought to play a role in maintaining homeostasis of organisms in normal growth environments.

プロモーターの発現が「ストレス(または刺激)応答性」であるとは、少なくとも1つのストレス(または刺激)が生物体に与えられたとき、その発現量が変化する性質をいう。特に、発現量が増加する性質を「ストレス(または刺激)誘導性」といい、発現量が減少する性質を「ストレス(または刺激)減少性」という。「ストレス(または刺激)減少性」の発現は、正常時において、発現が見られることを前提としているので、「構成的」な発現と重複する概念である。これらの性質は、生物の任意の部分からRNAを抽出してノーザンブロット分析で発現量を分析することまたは発現されたポリペプチドをウェスタンブロットにより定量することにより決定することができる。ストレス(または刺激)誘導性のプロモーターを選択マーカーおよび異種遺伝子配列とともに組み込んだベクターで形質転換された生物(例えば、植物または植物の部分(特定の細胞、組織など))は、そのプロモーターの誘導活性をもつ刺激因子を用いることにより、ある条件下でのみ選択マーカーおよび異種遺伝子配列の発現を行うことができる。  The expression of the promoter being “stress (or stimulation) responsive” means the property that the expression level changes when an organism is given at least one stress (or stimulation). In particular, the property of increasing the expression level is referred to as “stress (or stimulation) induction”, and the property of decreasing the expression level is referred to as “stress (or stimulation) reduction”. The expression of “stress (or irritation) reduction” is a concept that overlaps with “constitutive” expression because it is premised on that expression is observed under normal conditions. These properties can be determined by extracting RNA from any part of the organism and analyzing the expression level by Northern blot analysis or quantifying the expressed polypeptide by Western blot. An organism transformed with a vector incorporating a stress (or stimulation) inducible promoter with a selectable marker and a heterologous gene sequence (eg, a plant or plant part (specific cells, tissues, etc.)) is inducible by the promoter. By using a stimulating factor having the expression, a selectable marker and a heterologous gene sequence can be expressed only under certain conditions.

本明細書中では、「イントロン」とは、任意の2つのエキソンの間に存在するヌクレオチド配列であって、RNAに転写されるが、成熟後のRNAには見られないヌクレオチド配列をいう。イントロンは、存在することによって、ポリペプチドの発現量を増大させる作用を有する場合がある。イントロンは、任意の生物由来のイントロンであり得るが、好ましくは、選択マーカーが導入されるべき生物由来のイントロンである。本発明では、目的の生物においてイントロンの活性を示すものであれば、どのようなヌクレオチド配列でも使用することができる。  As used herein, “intron” refers to a nucleotide sequence that exists between any two exons and is transcribed into RNA but not found in mature RNA. Introns may have an effect of increasing the expression level of a polypeptide when present. The intron can be an intron from any organism, but is preferably an intron from the organism into which the selectable marker is to be introduced. In the present invention, any nucleotide sequence can be used as long as it shows intron activity in the target organism.

本明細書中では、「エキソン」とは、RNAに転写され、かつポリペプチドへと翻訳されるヌクレオチド配列をいう。  As used herein, “exon” refers to a nucleotide sequence that is transcribed into RNA and translated into a polypeptide.

本明細書中では、「ターミネーター」とは、タンパク質コード領域の下流に位置し、ヌクレオチド配列がmRNAに転写される際の転写の終結、ポリA配列の付加に関与する配列である。ターミネーターは、mRNAの安定性に関与して遺伝子の発現量に影響を及ぼすことが知られている。ターミネーターは、任意の生物由来のターミネーターであり得るが、好ましくは、選択マーカーが導入されるべき生物由来のターミネーターである。本発明で用いられ得るターミネーターの例としては、CaMV35Sターミネーター、ノパリンシンターゼのターミネーター(Tnos)、タバコPR1a遺伝子のターミネーター、Tmlターミネーター、10KDaプロラミンターミネーターなど、およびそれらの改変ターミネーターが挙げられるが、これらに限定されない。本発明では、目的の生物においてターミネーターの活性を示すものであれば、どのようなヌクレオチド配列でも使用することができる。  In the present specification, the terminator is a sequence that is located downstream of a protein coding region and is involved in termination of transcription when a nucleotide sequence is transcribed into mRNA, and addition of a poly A sequence. It is known that the terminator is involved in the stability of mRNA and affects the expression level of the gene. The terminator can be a terminator derived from any organism, but is preferably a terminator derived from the organism into which the selectable marker is to be introduced. Examples of terminators that can be used in the present invention include CaMV35S terminator, terminator of nopaline synthase (Tnos), terminator of tobacco PR1a gene, Tml terminator, 10 KDa prolamin terminator, and their modified terminators. It is not limited. In the present invention, any nucleotide sequence can be used as long as it exhibits terminator activity in the target organism.

本明細書において使用される「エンハンサー」は、目的遺伝子の発現効率を高めるために用いられ得る。そのようなエンハンサーは当該分野において周知である。エンハンサーは複数個用いられ得るが1個用いられてもよいし、用いなくともよい。エンハンサーは、任意の生物由来のエンハンサーであり得るが、好ましくは、選択マーカーが導入されるべき生物由来のエンハンサーである。本発明では、目的の生物においてエンハンサーの活性を示すものであれば、どのようなヌクレオチド配列でも使用することができる。植物において使用する場合、エンハンサーとしては、例えば、CaMV35Sプロモーター内の上流側の配列を含むエンハンサー領域が好ましい。  As used herein, an “enhancer” can be used to increase the expression efficiency of a target gene. Such enhancers are well known in the art. A plurality of enhancers may be used, but one may be used or may not be used. The enhancer can be an enhancer from any organism, but is preferably an enhancer from the organism into which the selectable marker is to be introduced. In the present invention, any nucleotide sequence can be used as long as it shows enhancer activity in the target organism. When used in plants, as an enhancer, for example, an enhancer region containing an upstream sequence in the CaMV35S promoter is preferable.

本明細書において「サイレンサー」とは、遺伝子発現を抑制し静止する機能を有する配列をいう。本発明では、サイレンサーとしてはその機能を有する限り、どのようなものを用いてもよく、サイレンサーを用いなくてもよい。  As used herein, “silencer” refers to a sequence having a function of suppressing and resting gene expression. In the present invention, any silencer may be used as long as it has the function, and the silencer may not be used.

調節配列は、好ましくは、プロモーターおよび異種遺伝子配列と作動可能に連結される。本明細書中では「作動可能に連結される(た)」とは、所望のヌクレオチド配列が、発現(すなわち、作動)をもたらす転写調節配列(例えば、プロモーター、ターミネーター、サイレンサー、エンハンサーなど)または翻訳調節配列(例えば、イントロン、スプライスドナー、スプライスアクセプターなど)の制御下に配置されることをいう。例えば、プロモーターが遺伝子に作動可能に連結されるためには、通常、その遺伝子のすぐ上流にプロモーターが配置されるが、必ずしも隣接して配置される必要はない。  Regulatory sequences are preferably operably linked to promoters and heterologous gene sequences. As used herein, “operably linked” refers to a transcriptional regulatory sequence (eg, promoter, terminator, silencer, enhancer, etc.) or translation that results in expression (ie, activation) of the desired nucleotide sequence. It is arranged under the control of a regulatory sequence (eg, intron, splice donor, splice acceptor, etc.). For example, in order for a promoter to be operably linked to a gene, the promoter is usually placed immediately upstream of the gene, but need not necessarily be adjacent.

プロモーターおよび異種遺伝子配列を、上記調節配列に作動可能に連結するために、プロモーターおよび異種遺伝子配列を加工すべき場合がある。例えば、プロモーターとコード領域との間が長すぎて転写効率の低下が予想される場合、またはリボゾーム結合部位と翻訳開始コドンとの間隔が適切でない場合などである。加工の手段としては、制限酵素による消化、Bal31、ExoIIIなどのエキソヌクレアーゼによる消化、あるいはM13などの一本鎖DNAまたはPCRを使用した部位特異的変異誘発の導入が挙げられる。  In some cases, the promoter and heterologous gene sequences should be processed in order to operably link the promoter and heterologous gene sequences to the regulatory sequences. For example, when the distance between the promoter and the coding region is too long and a decrease in transcription efficiency is expected, or the interval between the ribosome binding site and the translation initiation codon is not appropriate. Examples of processing means include digestion with restriction enzymes, digestion with exonucleases such as Bal31 and ExoIII, or introduction of site-directed mutagenesis using single-stranded DNA such as M13 or PCR.

本発明の核酸分子は、単離されたヌクレオチドであることが好ましい。本明細書中では「単離された」ヌクレオチドとは、そのヌクレオチドが、天然に存在する生物体の細胞内の他の生物学的因子(例えば、ヌクレオチド以外の因子および目的とするヌクレオチド以外のヌクレオチド)から実質的に分離または精製されたものをいう。「単離された」ヌクレオチドには、標準的な精製方法によって精製されたヌクレオチドが含まれる。したがって、単離されたヌクレオチドは、化学的に合成したヌクレオチドを包含する。また、標準的な精製方法によって精製した後に、他の物質と混合したヌクレオチドおよび緩衝液中に溶解したヌクレオチドなども、本明細書でいう単離されたヌクレオチドに該当する。  The nucleic acid molecule of the present invention is preferably an isolated nucleotide. As used herein, an “isolated” nucleotide refers to other biological factors within the cells of the organism in which it is naturally occurring (eg, factors other than nucleotides and nucleotides other than the nucleotide of interest). ) Is substantially separated or purified from). “Isolated” nucleotides include nucleotides purified by standard purification methods. Thus, an isolated nucleotide includes a chemically synthesized nucleotide. In addition, nucleotides mixed with other substances after being purified by a standard purification method and nucleotides dissolved in a buffer also correspond to the isolated nucleotides referred to in this specification.

本明細書において「精製された」ヌクレオチドとは、そのヌクレオチドに天然に随伴する因子の少なくとも一部が除去されたものをいう。したがって、通常、精製されたヌクレオチドにおけるそのヌクレオチドの純度は、そのヌクレオチドが通常存在する状態よりも高い(すなわち濃縮されている)。  As used herein, a “purified” nucleotide refers to a nucleotide in which at least a part of the factors naturally associated with the nucleotide has been removed. Thus, usually the purity of the nucleotide in the purified nucleotide is higher (ie, enriched) than the state in which the nucleotide is normally present.

本明細書において「ヌクレオチド」は、天然のものでも非天然のものでもよい。「誘導体ヌクレオチド」または「ヌクレオチドアナログ」とは、天然に存在するヌクレオチドとは異なるがもとのヌクレオチドと同様の機能を有するものをいう。そのような誘導体ヌクレオチドおよびヌクレオチドアナログは、当該分野において周知である。そのような誘導体ヌクレオチドおよびヌクレオチドアナログの例としては、ホスホロチオエート、ホスホルアミデート、メチルホスホネート、キラルメチルホスホネート、2−O−メチルリボヌクレオチド、ペプチド−核酸(PNA)が含まれるが、これらに限定されない。  In the present specification, the “nucleotide” may be natural or non-natural. “Derivative nucleotide” or “nucleotide analog” refers to a nucleotide that is different from a naturally occurring nucleotide but has the same function as the original nucleotide. Such derivative nucleotides and nucleotide analogs are well known in the art. Examples of such derivative nucleotides and nucleotide analogs include, but are not limited to, phosphorothioates, phosphoramidates, methyl phosphonates, chiral methyl phosphonates, 2-O-methyl ribonucleotides, peptide-nucleic acids (PNA). .

本発明の核酸分子は、糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列および代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群から選択される少なくとも1つのプロモーター配列が、糖欠乏誘導性を有し、そして必要なプロモーター活性を有する限り、上述のようにそのヌクレオチド配列の一部が欠失していても、一部が他のヌクレオチドにより置換されていてもよく、または他のヌクレオチド配列が一部挿入されていてもよい。あるいは、5’末端および/または3’末端に他の核酸が結合していてもよい。また、天然の糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列および代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群から選択される少なくとも1つのプロモーター配列を含む核酸分子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、天然の糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列および代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群から選択される少なくとも1つのプロモーター配列と実質的に同一の機能を有するヌクレオチド配列でもよい。このようなヌクレオチド配列は、当該分野において公知であり、本発明において利用することができる。  The nucleic acid molecule of the present invention is selected from the group consisting of a sugar deficiency inducible promoter sequence, a promoter sequence of a gene encoding an exo-type glycolytic enzyme, and a promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading a metabolizable sugar. As long as at least one promoter sequence has sugar deficiency inducibility and has the necessary promoter activity, even if a part of the nucleotide sequence is deleted as described above, a part is replaced by another nucleotide. May be inserted, or other nucleotide sequences may be partially inserted. Alternatively, another nucleic acid may be bound to the 5 'end and / or the 3' end. Further, at least one selected from the group consisting of a natural sugar deficiency inducible promoter sequence, a promoter sequence of a gene encoding an exo-type glycolytic enzyme, and a promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading metabolizable sugars. Hybridizes with a nucleic acid molecule containing a promoter sequence under stringent conditions and encodes a natural sugar deficiency-inducible promoter sequence, a promoter sequence of a gene encoding an exo-type glycolytic enzyme, and an enzyme capable of degrading a metabolizable sugar It may be a nucleotide sequence having substantially the same function as at least one promoter sequence selected from the group consisting of promoter sequences of the genes to be selected. Such nucleotide sequences are known in the art and can be used in the present invention.

このような核酸分子は、周知のPCR法を利用して調製することができ、化学的に合成することもできる。これらの方法に、例えば、部位特異的変異誘発法、ハイブリダイゼーション法などを組み合わせてもよい。  Such a nucleic acid molecule can be prepared using a well-known PCR method, and can also be chemically synthesized. These methods may be combined with, for example, a site-directed mutagenesis method or a hybridization method.

(2.ベクター)
本発明のベクターは、糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列および代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群から選択される少なくとも1つのプロモーター配列と、該選択されたプロモーター配列に作動可能に連結された異種遺伝子配列とを含む。
(2. Vector)
The vector of the present invention is at least selected from the group consisting of a sugar deficiency inducible promoter sequence, a promoter sequence of a gene encoding an exo-type glycolytic enzyme, and a promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading a metabolizable sugar. One promoter sequence and a heterologous gene sequence operably linked to the selected promoter sequence.

糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列、代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列、作動可能に連結された、異種遺伝子配列などについては、上記の1に記載したとおりである。  Regarding sugar deficiency-inducible promoter sequences, promoter sequences of genes encoding exo-type glycolytic enzymes, promoter sequences of genes encoding enzymes capable of degrading metabolizable sugars, operably linked heterologous gene sequences, etc. , As described in 1 above.

本明細書において「ベクター」とは、異種遺伝子配列を目的の細胞へと移入させることができる核酸分子をいう。そのようなベクターとしては、目的の細胞において自律複製が可能であるか、または目的の細胞の染色体中への組込みが可能で、かつ改変された塩基配列の転写に適した位置にプロモーターを含有しているものが例示される。目的の細胞は、植物細胞および植物個体等の宿主細胞であり得る。本明細書において、ベクターはプラスミド、発現ベクター、組換えベクターなどであり得る。  As used herein, “vector” refers to a nucleic acid molecule capable of transferring a heterologous gene sequence into a target cell. Such a vector can be autonomously replicated in the target cell or can be integrated into the chromosome of the target cell and contains a promoter at a position suitable for transcription of the modified nucleotide sequence. Are illustrated. The cell of interest can be a host cell, such as a plant cell and a plant individual. In the present specification, the vector may be a plasmid, an expression vector, a recombinant vector and the like.

本明細書において使用される「発現ベクター」とは、糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列および代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群から選択される少なくとも1つのプロモーター配列に作動可能に連結された異種遺伝子配列を目的の細胞中で発現し得るベクターをいう。発現ベクターは、糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列および代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群から選択される少なくとも1つのプロモーター配列および異種遺伝子配列に加えて、その発現を調節するエンハンサーのような種々の調節エレメント、および必要に応じて、目的の細胞中での複製および組換え体の選択に必要な因子(例えば、複製起点(ori)、および薬剤抵抗性遺伝子のような選択マーカー)を含む。発現ベクター中では、改変された塩基配列は、転写および翻訳されるように作動可能に連結されている。調節エレメントとしては、プロモーター、ターミネーターおよびエンハンサーが挙げられる。調節エレメントの定義は、上記の通りである。また、発現された酵素を細胞外へ分泌させることが意図される場合は、分泌シグナルペプチドをコードする塩基配列が、改変された塩基配列の上流に正しいリーディングフレームで結合される。特定の生物(例えば、細菌)に導入するために使用される発現ベクターのタイプ、その発現ベクター中で使用される調節エレメントおよび他の因子の種類が、目的の細胞に応じて変わり得ることは、当業者に周知の事項である。  As used herein, “expression vector” refers to a sugar deficiency inducible promoter sequence, a promoter sequence of a gene encoding an exo-type glycolytic enzyme, and a promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading a metabolizable sugar. A vector capable of expressing in a cell of interest a heterologous gene sequence operably linked to at least one promoter sequence selected from the group consisting of: The expression vector is at least one selected from the group consisting of a sugar deficiency inducible promoter sequence, a promoter sequence of a gene encoding an exo-type glycolytic enzyme, and a promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading metabolizable sugars. In addition to promoter sequences and heterologous gene sequences, various regulatory elements such as enhancers that regulate their expression, and optionally factors necessary for replication in the cell of interest and selection of recombinants (eg, Origin of replication (ori), and selectable markers such as drug resistance genes). In the expression vector, the modified nucleotide sequence is operably linked so as to be transcribed and translated. Regulatory elements include promoters, terminators and enhancers. The definition of the regulatory element is as described above. When the expressed enzyme is intended to be secreted outside the cell, the base sequence encoding the secretory signal peptide is bound upstream of the modified base sequence in the correct reading frame. The type of expression vector used for introduction into a particular organism (eg, bacterium), the types of regulatory elements and other factors used in the expression vector can vary depending on the cell of interest, This is a matter well known to those skilled in the art.

本明細書においてベクターの例としては、遺伝子実験に用いられる一般的な細菌(代表的なものとして大腸菌K12株由来の大腸菌株)で複製可能かつ単離精製可能なベクターがあげられる。これは、目的の生物(例えば、植物)に導入する目的の核酸分子を構築するために必要である。具体的には、例えば大腸菌のpBR322プラスミド、pUC18、pUC19、pBluescript、pGEM−T、pGEM−T Easyといった市販の構築プラスミドがある。エレクトロポレーション法、ポリエチレングリコール法、パーティクルガン法といった直接的に遺伝子断片を植物細胞に導入して形質転換する場合には、このような市販されている一般的なプラスミドを用いて、導入する遺伝子の構築を行えばよい。また、ベクターの特殊な例として、アグロバクテリウムを介した遺伝子導入法を用いて植物細胞を形質転換する場合は、大腸菌とアグロバクテリウム双方の複製開始点、および植物に導入され得る境界領域を示すT−DNA由来の境界配列(Left borderおよびRight Border)に相当するヌクレオチド配列を有する「バイナリーベクター」と呼ばれるプラスミドを用いる必要がある。例えばpBI101(Clontech社より市販)、pBIN(Bevan,N.,Nucleic Acid Research 12,8711−8721,1984)、pBINPlus(van Engelen,FAら,Tranegenic Research 4,288−290、1995)、pTNまたはpTH(Fukuoka Hら,Plant Cell Reports 19,2000)、pPZP(Hajdukiewicz Pら,Plant Molecular Biology 25,989−994,1994)などが挙げられるがそれらに限定されない。このほか、植物に利用され得るベクターとしては、タバコモザイクウイルスベクターも例示されるが、このタイプのベクターは目的遺伝子を植物染色体に導入するわけではないので、遺伝子導入した植物を種子により増殖させる必要がない場合に用途が限定されるが、本発明に使用され得る。  Examples of vectors in the present specification include vectors that can be replicated and isolated and purified by common bacteria used in genetic experiments (typically, E. coli strains derived from E. coli K12). This is necessary for constructing the target nucleic acid molecule to be introduced into the target organism (eg, plant). Specifically, there are commercially available construction plasmids such as pBR322 plasmid of E. coli, pUC18, pUC19, pBluescript, pGEM-T, and pGEM-T Easy. When a gene fragment is directly introduced into a plant cell such as electroporation method, polyethylene glycol method or particle gun method for transformation, the gene to be introduced is introduced using such a commercially available general plasmid. Should be constructed. In addition, as a special example of a vector, when transforming a plant cell using an Agrobacterium-mediated gene transfer method, the replication origin of both E. coli and Agrobacterium, and the border region that can be introduced into the plant are defined. It is necessary to use a plasmid called a “binary vector” having a nucleotide sequence corresponding to the border sequence derived from the T-DNA (Left border and Right Border). For example, pBI101 (commercially available from Clontech), pBIN (Bevan, N., Nucleic Acid Research 12, 8711-8721, 1984), pBINPlus (van Engelen, FA et al., Transgenic Research 4, 288-290, 1995), pTN. (Fukuoka H et al., Plant Cell Reports 19, 2000), pPZP (Hajdukiwicz P et al., Plant Molecular Biology 25, 989-994, 1994) and the like. In addition, examples of vectors that can be used in plants include tobacco mosaic virus vectors. However, since this type of vector does not introduce a target gene into a plant chromosome, it is necessary to propagate the transgenic plant with seeds. The use is limited when there is no, but it can be used in the present invention.

発現ベクターは、発現カセットの中に、本発明の選択マーカーを含み得る。「発現カセット」とは、ある発現すべきヌクレオチド配列(例えば、構造遺伝子)と、その発現を調節するプロモーター配列、mRNA転写を終結させるターミネーター配列および必要に応じて他の種々の調節エレメントとを、目的の細胞中でその発現すべきヌクレオチド配列が作動し得る状態で連結してある、人工構築遺伝子の1単位を示す。発現カセットの代表例としては、目的の細胞のうちの形質転換された細胞のみを選択するための選択マーカー(例えばハイグロマイシン抵抗性遺伝子)発現カセット、および宿主細胞内に発現させたい有用タンパク質コード配列の発現カセットが挙げられる。準備するべき発現カセットの種類、構造および数については、生物、宿主細胞および目的に応じて使い分けられるべきであり、その組み合わせは当業者には周知である。  The expression vector can include the selectable marker of the present invention in an expression cassette. An “expression cassette” is a nucleotide sequence to be expressed (eg, a structural gene), a promoter sequence that regulates its expression, a terminator sequence that terminates mRNA transcription, and various other regulatory elements as necessary. 1 unit of an artificially constructed gene that is operably linked to the nucleotide sequence to be expressed in the cell of interest. Representative examples of expression cassettes include selectable marker (eg, hygromycin resistance gene) expression cassettes for selecting only transformed cells of the target cells, and useful protein coding sequences to be expressed in host cells. Of the expression cassette. The type, structure, and number of expression cassettes to be prepared should be properly used depending on the organism, host cell, and purpose, and combinations thereof are well known to those skilled in the art.

「発現ベクター」は、上記の「発現カセット」を1つ以上含み得る「ベクター」としても定義され得る。目的の細胞に導入をすべき発現カセットごとに別々のベクター上に配置してもよいし、1つのベクター上に全ての発現カセットを連結してもよい。例えば、本発明において、選択マーカーコード配列がさらに用いられる場合、糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列および代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群から選択される少なくとも1つのプロモーター配列およびそのプロモーター配列に作動可能に連結された遺伝子遺伝子配列を含む発現カセットと、選択マーカーコード配列を含む発現カセットとは、同じ発現ベクター上に存在しても別の発現ベクター上に存在してもよい。同じ発現ベクター上に存在することが好ましい。より好ましくは、糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列および代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群から選択される少なくとも1つのプロモーター配列およびそのプロモーター配列に作動可能に連結された遺伝子遺伝子配列を含む発現カセットと、選択マーカーコード配列を含む発現カセットとは、同じ発現カセット中に含まれる。本発明においては、植物用の発現ベクターとして、バイナリーベクタータイプの発現ベクターを用い得る。  An “expression vector” may also be defined as a “vector” that may include one or more of the above “expression cassettes”. Each expression cassette to be introduced into the target cell may be arranged on a separate vector, or all the expression cassettes may be linked on one vector. For example, when a selectable marker coding sequence is further used in the present invention, a sugar deficiency inducible promoter sequence, a promoter sequence of a gene encoding an exo-type glycolytic enzyme, and a gene encoding an enzyme capable of degrading a metabolizable sugar An expression cassette comprising at least one promoter sequence selected from the group consisting of promoter sequences and a gene gene sequence operably linked to the promoter sequence and an expression cassette comprising a selectable marker coding sequence on the same expression vector It may be present or on a separate expression vector. Preferably they are on the same expression vector. More preferably, at least one selected from the group consisting of a sugar deficiency inducible promoter sequence, a promoter sequence of a gene encoding an exo-type glycolytic enzyme, and a promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading a metabolizable sugar. The expression cassette comprising the promoter sequence and the gene gene sequence operably linked to the promoter sequence and the expression cassette comprising the selectable marker coding sequence are contained in the same expression cassette. In the present invention, a binary vector type expression vector may be used as an expression vector for plants.

(3.植物細胞)
本発明の植物細胞は、糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列および代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群から選択される少なくとも1つのプロモーター配列と、該選択されたプロモーター配列に作動可能に連結された異種遺伝子配列とを含む。
(3. Plant cells)
The plant cell of the present invention is selected from the group consisting of a sugar deficiency inducible promoter sequence, a promoter sequence of a gene encoding an exo-type glycolytic enzyme, and a promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading a metabolizable sugar. At least one promoter sequence and a heterologous gene sequence operably linked to the selected promoter sequence.

糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列、代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列、作動可能に連結された、異種遺伝子配列などについては、上記の1に記載したとおりである。  Regarding sugar deficiency-inducible promoter sequences, promoter sequences of genes encoding exo-type glycolytic enzymes, promoter sequences of genes encoding enzymes capable of degrading metabolizable sugars, operably linked heterologous gene sequences, etc. , As described in 1 above.

本発明で用いられる植物細胞は、どの植物由来の細胞(例えば、単子葉植物、双子葉植物など)でもよい。  The plant cells used in the present invention may be cells derived from any plant (for example, monocotyledonous plants, dicotyledonous plants, etc.).

植物細胞としては、好ましくは、顕花植物(単子葉または双子葉)由来の細胞が用いられ、より好ましくは双子葉植物細胞が用いられ、より好ましくはイネ科、ナス科、ウリ科、アブラナ科、セリ科、バラ科、マメ科、ムラサキ科の植物由来の細胞が用いられる。さらに好ましくは、コムギ、トウモロコシ、イネ、オオムギ、ソルガム、タバコ、ピーマン、ナス、メロン、トマト、イチゴ、サツマイモ、シロイヌナズナ、アブラナ、キャベツ、ネギ、ブロッコリー、ダイズ、アルファルファ、アマ、ニンジン、キウリ、柑橘類、ハクサイ、レタス、モモ、ジャガイモ、ムラサキ、オウレン、ポプラおよびリンゴ由来の細胞が用いられる。さらにより好ましくはタバコまたはシロイヌナズナ由来の細胞が用いられる。最も好ましくは、シロイヌナズナ由来の細胞が用いられる。  As the plant cell, a cell derived from a flowering plant (monocotyledonous or dicotyledonous) is preferably used, more preferably a dicotyledonous plant cell is used, more preferably a grass family, solanaceae, cucurbitaceae, or cruciferous. Cells derived from plants of the family Apiaceae, Rosaceae, Leguminosae, and Muraceae are used. More preferably, wheat, corn, rice, barley, sorghum, tobacco, bell pepper, eggplant, melon, tomato, strawberry, sweet potato, Arabidopsis, rape, cabbage, leek, broccoli, soybean, alfalfa, flax, carrot, cucumber, citrus, Cells derived from Chinese cabbage, lettuce, peach, potato, purple, purple, poplar and apple are used. Even more preferably, cells derived from tobacco or Arabidopsis thaliana are used. Most preferably, cells derived from Arabidopsis thaliana are used.

植物細胞は、植物体の一部、器官、組織、培養細胞などであり得る。培養細胞であることが好ましい。植物を用いてタンパク質の高生産を目指す場合、タンパク質の抽出工程および精製過程を大幅に省略できることから、培養細胞を用いて培養液中に目的タンパク質を分泌させることが特に好ましい。植物細胞は好ましくは、増殖速度が速い培養細胞である。増殖速度が速いとは、その培養細胞を任意の培養条件下で1週間培養した場合に、培養開始時の細胞数の好ましくは約10倍以上、より好ましくは約20倍以上、さらに好ましくは約30倍以上、さらに好ましくは約40倍以上、さらに好ましくは約50倍以上、さらに好ましくは約60倍以上、さらに好ましくは約70倍以上、さらに好ましくは約80倍以上、特に好ましくは約90倍以上、最も好ましくは約100倍以上細胞数に増殖し得ることをいう。  Plant cells can be plant parts, organs, tissues, cultured cells, and the like. It is preferably a cultured cell. When aiming for high protein production using plants, it is particularly preferable to secrete the target protein into the culture medium using cultured cells, since the protein extraction and purification steps can be greatly omitted. The plant cell is preferably a cultured cell having a high growth rate. The rapid growth rate means that when the cultured cells are cultured for 1 week under arbitrary culture conditions, the number of cells at the start of the culture is preferably about 10 times or more, more preferably about 20 times or more, more preferably about 30 times or more, more preferably about 40 times or more, more preferably about 50 times or more, more preferably about 60 times or more, more preferably about 70 times or more, further preferably about 80 times or more, particularly preferably about 90 times. As mentioned above, it means that it can proliferate to the number of cells about 100 times or more preferably.

このような増殖速度の速い培養細胞の例としては、1週間で50倍以上増殖し得る細胞(例えば、タバコBY−2細胞)が挙げられるがこれに限定されない。タバコBY−2細胞は、もともと、Nicotiana tabacum L.cv.Bright Yellow 2の胚軸に誘導したカルスから確立された株であり、増殖のためにオーキシンを必要とする。BY−2細胞と同様の性状を有する培養細胞は、Kato,A.ら、”Fermentation Technology Today”、1972、pp.689−695に記載の方法に従って作製され得る;東京大学大学院新領域創成科学研究科の馳澤盛一郎先生より分与され得る。タバコBY2細胞は、植物の培養細胞としては異例に速い増殖速度(一週間で約100倍)を持ち、均一な細胞集団であり、形質転換も容易であるという利点を持つ。BY−2細胞と同様に、迅速に増殖し得る細胞集団は、上記Katoらの文献に記載の方法に従って、0.2mg/lの2,4−ジクロロフェノキシ酢酸、0.4mg/lチアミン塩酸塩および30g/lスクロースを含むRM−1964培地(LinsmaierおよびSkoog、Physiol.Plant.18,1965,p.100)でタバコの胚軸からカルスを誘導し、このカルスを同じ培地でさらに培養することによって入手され得る。シロイヌナズナ由来の培養細胞についても、1週間で50倍以上増殖し得る細胞が公知である。シロイヌナズナ由来の培養細胞を用いることが最も好ましい。シロイヌナズナはゲノムサイズが小さく、遺伝情報が全て解明されており、細胞生理学的な基礎的知見が豊富であり、誘導生産に利用し得るプロモーターなどのツールに関する情報も充実しており、遺伝子操作が容易であり、かつ様々な改変を行い得るからである。  Examples of such cultured cells with a high growth rate include cells that can grow 50 times or more in one week (for example, tobacco BY-2 cells), but are not limited thereto. Tobacco BY-2 cells were originally from Nicotiana tabacum L. cv. A strain established from callus induced on the hypocotyl of Bright Yellow 2, which requires auxin for growth. Cultured cells having the same properties as BY-2 cells are described in Kato, A. et al. Et al., "Fermentation Technology Today", 1972, pp. 689-695; can be distributed by Prof. Seiichiro Serizawa, Graduate School of Frontier Sciences, University of Tokyo. Tobacco BY2 cells have an advantage that they have an unusually fast growth rate (about 100 times per week) as a cultured cell of plants, a uniform cell population, and easy transformation. Similar to BY-2 cells, a rapidly proliferating cell population was prepared according to the method described in the above-mentioned Kato et al., 0.2 mg / l 2,4-dichlorophenoxyacetic acid, 0.4 mg / l thiamine hydrochloride. By inducing callus from tobacco hypocotyls in RM-1964 medium (Linsmeier and Skoog, Physiol. Plant. 18, 1965, p.100) containing 30 g / l sucrose and further culturing the callus in the same medium Can be obtained. Regarding cultured cells derived from Arabidopsis thaliana, cells that can proliferate 50 times or more in one week are known. Most preferably, cultured cells derived from Arabidopsis thaliana are used. Arabidopsis has a small genome size, all genetic information has been elucidated, basic knowledge of cell physiology is abundant, information on tools such as promoters that can be used for inductive production is substantial, and gene manipulation is easy This is because various modifications can be made.

本発明の細胞は、これらの細胞を用いて、当該分野で周知の形質転換方法を用いて作出され得る。あるいは、本発明の細胞は、当該分野で周知の形質転換方法に従って作出された細胞を再分化させ、形質転換個体を得て、その個体を交配することによって得た子孫から得られる細胞であり得る。  The cells of the present invention can be produced using transformation methods well known in the art using these cells. Alternatively, the cells of the present invention can be cells obtained from progeny obtained by redifferentiating cells produced according to transformation methods well known in the art, obtaining transformed individuals, and mating the individuals. .

細胞、組織、器官または個体の形質転換法は、当該分野で周知である。そのような技術は、本発明において引用した文献などに十分記載されている。核酸分子の生物細胞への導入は、一渦的であっても恒常的であってもよい。一過性または恒常性の遺伝子導入の技術はそれぞれ当該分野において周知である。本発明において用いられる細胞を分化させて形質転換植物を作出する技術もまた当該分野において周知であり、そのような技術は、本発明において引用した文献などに十分記載されていることが理解される。形質転換植物から種子を得る技術もまた、当該分野において周知であり、そのような技術は、本発明において引用した文献などに記載されている。  Methods for transforming cells, tissues, organs or individuals are well known in the art. Such techniques are sufficiently described in the literature cited in the present invention. The introduction of the nucleic acid molecule into the biological cell may be vortex or constitutive. Transient or homeostatic gene transfer techniques are each well known in the art. Techniques for producing transformed plants by differentiating cells used in the present invention are also well known in the art, and it is understood that such techniques are well described in the literature cited in the present invention. . Techniques for obtaining seeds from transformed plants are also well known in the art, and such techniques are described in the literature cited in the present invention.

「形質転換体」とは、形質転換によって作製された細胞などの生命体の全部または一部をいう。形質転換体としては、植物細胞が例示される。形質転換体は、その対象に依存して、形質転換細胞、形質転換組織、形質転換宿主などともいわれ、本明細書においてそれらの形態をすべて包含するが、特定の文脈において特定の形態を指し得る。  “Transformant” refers to all or part of a living organism such as a cell produced by transformation. A plant cell is illustrated as a transformant. A transformant is also referred to as a transformed cell, transformed tissue, transformed host, etc., depending on the subject, and encompasses all of these forms herein, but may refer to a particular form in a particular context. .

好ましい実施形態において、本発明の植物体には、本発明の核酸分子は、両側の染色体に導入され得るが、一対のみに導入されたものもまた有用であり得る。  In a preferred embodiment, the nucleic acid molecule of the present invention can be introduced into both chromosomes in the plant of the present invention, but those introduced only in a pair can also be useful.

核酸分子と、目的細胞とを、該核酸分子による形質転換が生じ得る条件下に配置する方法としては、植物細胞にDNAを導入する方法であれば、本明細書において他の場所で詳述したように、いずれも用いることができ、例えば、アグロバクテリウム法(Agrobacterium)(特開昭59−140885、特開昭60−70080、WO94/00977)、エレクトロポレーション法(特開昭60−251887)、パーティクルガン(遺伝子銃)を用いる方法(特許第2606856、特許第2517813)等が例示される。これらの方法のうち、物理的手法の例としては、ポリエチレングリコール法(PEG法)、電子穿孔(エレクトロポレーション)法、マイクロインジェクション法、パーティクルガン法が挙げられる。これらの方法は、単子葉、双子葉の両植物体に適用できる点で有用性が高い。しかし、ポリエチレングリコール法とエレクトロポレーション法では、細胞壁が障害となるため、プロトプラストを用いなければならない上、導入された遺伝子の植物細胞の染色体DNAへの組込み頻度が低いことが問題である。また、プロトプラストを用いずに、カルスや組織を用いたマイクロインジェクション法では、針の太さや組織の固定等に関して困難が多い。組織を用いたパーティクルガン法でも、変異がキメラの形で出現してくる等の問題がある。また、これら物理的手法では、一般に、導入された外来遺伝子が核ゲノムに不完全な状態で多コピーの遺伝子として組込まれやすい。外来遺伝子が多コピー導入されると、その遺伝子が不活化されやすいことが知られている。  As a method for placing a nucleic acid molecule and a target cell under conditions that allow transformation with the nucleic acid molecule, any method for introducing DNA into a plant cell may be described in detail elsewhere in this specification. Any of them can be used, for example, the Agrobacterium method (Japanese Patent Laid-Open No. 59-140885, Japanese Patent Laid-Open No. 60-70080, WO 94/00977), the electroporation method (Japanese Patent Laid-Open No. 60-251887). ), A method using a particle gun (gene gun) (Japanese Patent No. 2606856, Japanese Patent No. 2517813) and the like. Among these methods, examples of physical methods include a polyethylene glycol method (PEG method), an electroporation method, a microinjection method, and a particle gun method. These methods are highly useful in that they can be applied to both monocotyledonous and dicotyledonous plants. However, in the polyethylene glycol method and the electroporation method, since the cell wall becomes an obstacle, protoplasts must be used, and the frequency of integration of the introduced gene into the chromosomal DNA of plant cells is a problem. In addition, in the microinjection method using callus or tissue without using protoplasts, there are many difficulties in terms of needle thickness, tissue fixation, and the like. Even in the particle gun method using tissue, there are problems such as the appearance of mutations in the form of chimeras. Moreover, in these physical methods, the introduced foreign gene is generally easily incorporated into the nuclear genome as a multi-copy gene in an incomplete state. It is known that when multiple copies of a foreign gene are introduced, the gene is easily inactivated.

他方、生物を利用して単離遺伝子を導入する方法には、アグロバクテリウム法、ウイルスベクター法、および近年開発されている、花粉をベクターとして用いる方法がある。これらの方法は、プロトプラストを用いず植物のカルス、組織または植物体を用いて遺伝子導入を行うため、培養が長期間に及ぶことがなく、またソマクローナル変異等の障害を受けにくいという長所を有している。これらのうち花粉をベクターとして用いる方法は、まだ実験例も少なく、植物の形質転換法としては未知数の部分が多い。ウイルスベクター法は、ウイルスに感染した植物体全体に導入すべき遺伝子が広がるという利点はあるものの、各細胞内で増幅されて発現されるだけで、次世代に伝えられるという保証がないという点、および長いDNA断片を導入できないという点に問題がある。アグロバクテリウム法は、約20kbp以上のDNAを大きな再編成なしに染色体に導入できること、導入される遺伝子のコピー数が、数コピーと少ないこと、および再現性が高いこと等、多くの利点がある。イネ科植物等の単子葉植物にとってアグロバクテリウムは宿主範囲外であるため、イネ科植物への外来遺伝子導入は、従来は、先に述べたような物理的手法により行われてきた。しかしながら、近年、単子葉植物でもイネ等、培養系が確立されている植物においては、アグロバクテリウム法が適用されるようになっており、むしろ現在ではアグロバクテリウム法が好んで用いられている。  On the other hand, methods for introducing an isolated gene using organisms include an Agrobacterium method, a virus vector method, and a method using pollen as a vector, which has been developed recently. These methods have the advantage that the culture does not last for a long period of time and is not susceptible to damage such as somaclonal mutation because gene transfer is performed using plant callus, tissue or plant without using protoplasts. ing. Among them, the method using pollen as a vector has few experimental examples, and there are many unknown parts as plant transformation methods. Although the viral vector method has the advantage that the gene to be introduced to the entire plant infected with the virus spreads, it is only amplified and expressed in each cell, and there is no guarantee that it will be transmitted to the next generation, Another problem is that long DNA fragments cannot be introduced. The Agrobacterium method has many advantages such as that DNA of about 20 kbp or more can be introduced into a chromosome without large rearrangement, the number of copies of the introduced gene is as few as several copies, and reproducibility is high. . Since Agrobacterium is out of the host range for monocotyledonous plants such as gramineous plants, introduction of foreign genes into gramineous plants has been conventionally performed by the physical methods described above. However, in recent years, the Agrobacterium method has been applied to monocotyledonous plants, such as rice, where the culture system has been established. Rather, the Agrobacterium method is now preferred. .

アグロバクテリウム法による外来遺伝子の導入では、TiプラスミドVir領域に植物が合成するアセトシリンゴン等の低分子フェノール化合物が作用すると、TiプラスミドからT−DNA領域が切り出され、幾つかの過程を経て植物細胞の核染色体DNAに組み込まれる。双子葉植物では、植物自身がそのようなフェノール化合物の合成機構を備えているため、リーフディスク法等により容易に外来遺伝子を導入することができ、再現性も高い。これに対し、単子葉植物では、そのようなフェノール化合物を植物自身が合成しないため、アグロバクテリウムによる形質転換植物の作出は困難であった。しかし、アグロバクテリウムの感染時にアセトシリンゴンを添加することで、単子葉植物への外来遺伝子導入も現在では可能となっている。  In the introduction of foreign genes by the Agrobacterium method, when a low molecular weight phenolic compound such as acetosyringone synthesized by plants acts on the Ti plasmid Vir region, the T-DNA region is excised from the Ti plasmid and undergoes several processes. It is integrated into the nuclear chromosomal DNA of plant cells. In the dicotyledonous plant, since the plant itself has such a phenol compound synthesis mechanism, a foreign gene can be easily introduced by a leaf disk method or the like, and the reproducibility is also high. On the other hand, in monocotyledonous plants, since such plants do not synthesize such phenolic compounds, it was difficult to produce transformed plants using Agrobacterium. However, it is now possible to introduce foreign genes into monocotyledons by adding acetosyringone during Agrobacterium infection.

本発明を植物において利用する場合、植物細胞への植物発現ベクターの導入には、当業者に周知の方法、例えば、アグロバクテリウムを介する方法および直接細胞に導入する方法、が用いられ得る。アグロバクテリウムを介する方法としては、例えば、Nagelらの方法(Nagelら(1990)、Microbiol.Lett.,67,325)が用いられ得る。この方法は、まず、例えば植物に適切な発現ベクターでエレクトロポレーションによってアグロバクテリウムを形質転換し、次いで、形質転換されたアグロバクテリウムをGelvinら(Gelvinら編(1994)、Plant Molecular Biology Manual(Kluwer Academic Press Publishers))に記載の方法で植物細胞に導入する方法である。植物発現ベクターを直接細胞に導入する方法としては、エレクトロポレーション法(Shimamotoら(1989)、Nature、338:274−276;およびRhodesら(1989)、Science、240:204−207を参照のこと)、パーティクルガン法(Christouら(1991)、Bio/Technology 9:957−962を参照のこと)ならびにポリエチレングリコール(PEG)法(Dattaら(1990)、Bio/Technology 8:736−740を参照のこと)が挙げられる。これらの方法は、当該分野において周知であり、形質転換する植物に適した方法が、当業者により適宜選択され得る。  When the present invention is used in plants, plant expression vectors can be introduced into plant cells by methods well known to those skilled in the art, for example, methods involving Agrobacterium and methods for direct introduction into cells. As a method using Agrobacterium, for example, the method of Nagel et al. (Nagel et al. (1990), Microbiol. Lett., 67, 325) can be used. This method involves first transforming Agrobacterium by electroporation, for example with an expression vector suitable for plants, and then transforming the transformed Agrobacterium into Gelvin et al. (Edited by Gelvin et al. (1994), Plant Molecular Biology Manual). (Kluwer Academic Press Publishers)). For methods of introducing plant expression vectors directly into cells, see electroporation (see Shimamoto et al. (1989), Nature, 338: 274-276; and Rhodes et al. (1989) Science, 240: 204-207. ), Particle gun method (see Christou et al. (1991), Bio / Technology 9: 957-962) and polyethylene glycol (PEG) method (Datta et al. (1990), see Bio / Technology 8: 736-740). ). These methods are well known in the art, and a method suitable for the plant to be transformed can be appropriately selected by those skilled in the art.

本発明において、形質転換体では、目的とする核酸分子(導入遺伝子)は、染色体に導入されていても導入されていなくてもよい。好ましくは、目的とする核酸分子(導入遺伝子)は、染色体に導入されており、より好ましくは、2つの染色体の両方に導入されている。  In the present invention, in the transformant, the target nucleic acid molecule (transgene) may or may not be introduced into the chromosome. Preferably, the nucleic acid molecule of interest (transgene) has been introduced into a chromosome, and more preferably has been introduced into both two chromosomes.

形質転換処理をする際には、必要により、選択マーカー遺伝子が使用される。選択マーカーとその選択マーカーに適切な選択因子(例えば、抗生物質、色素など)とを組合せて用いることにより、形質転換処理が施された細胞の中から、本発明の核酸分子が導入された細胞をより効率よく選択することができる。しかし、この工程は、本発明において必ずしも必須というわけではない。このような選択方法は、導入された核酸分子が有する選択マーカーの特性によって変動し、例えば、抗生物質(例えば、ハイグロマイシン、カナマイシンなど)に対する耐性遺伝子が選択マーカーとして導入された場合は、その特定の抗生物質を用いて目的の細胞を選択することができる。あるいは、選択マーカーとして標識遺伝子(例えば、グリーン蛍光遺伝子など)を用いれば、そのような標識を目安に目的の細胞を選択することができる。あるいは、外来遺伝子そのものが表現型に識別可能な差異を生じさせる場合は、そのような差異を目安に遺伝子導入細胞を選択してもよい。そのような識別可能な差異としては、例えば、色素の発現の有無などがあるがそれに限定されない。  When performing the transformation treatment, a selection marker gene is used if necessary. Cells in which the nucleic acid molecule of the present invention has been introduced from among cells that have undergone transformation treatment by using a combination of a selection marker and an appropriate selection factor (for example, antibiotic, dye, etc.). Can be selected more efficiently. However, this step is not necessarily essential in the present invention. Such selection methods vary depending on the characteristics of the selectable marker possessed by the introduced nucleic acid molecule. For example, when a resistance gene for an antibiotic (eg, hygromycin, kanamycin, etc.) is introduced as a selectable marker, its identification The target cell can be selected using any antibiotic. Alternatively, when a marker gene (for example, a green fluorescent gene) is used as a selection marker, target cells can be selected using such a marker as a guide. Alternatively, when the foreign gene itself causes a phenotypically distinguishable difference, the transgenic cell may be selected based on such a difference. Examples of such distinguishable differences include, but are not limited to, the presence or absence of pigment expression.

次いで、このようにして得られた、形質転換細胞は、当該分野で周知の方法により、植物組織、植物器官および/または植物体に再分化され得る。  The transformed cells thus obtained can then be redifferentiated into plant tissues, plant organs and / or plants by methods well known in the art.

植物細胞、植物組織および植物体の培養、分化および再生のためには、当該分野で公知の手法および培地が用いられる。このような培地には、例えば、Murashige−Skoog(MS)培地、GaMborg B5(B)培地、White培地、Nitsch & Nitsch(Nitsch)培地などが含まれるが、これらに限定されるわけではない。これらの培地は、通常、植物生長調節物質(植物ホルモン)などが適当量添加されて用いられる。  Techniques and media known in the art are used for culturing, differentiation and regeneration of plant cells, plant tissues and plants. Examples of such a medium include, but are not limited to, Murashige-Skoog (MS) medium, GaMborg B5 (B) medium, White medium, Nitsch & Nitsch (Nitsch) medium, and the like. These media are usually used after adding an appropriate amount of a plant growth regulator (plant hormone) or the like.

本明細書において、植物の場合、その植物を「再分化」するとは、個体の一部分から個体全体が復元される現象を意味する。例えば、再分化により、細胞(葉、根など)のような組織片から器官または植物体が形成される。  In the present specification, in the case of a plant, “redifferentiation” of the plant means a phenomenon in which the whole individual is restored from a part of the individual. For example, by redifferentiation, an organ or a plant is formed from a tissue piece such as a cell (a leaf, a root, etc.).

形質転換体を植物体へと再分化する方法は当該分野において周知である。そのような方法としては、Rogersら,Methods in Enzymology 118:627−640(1986);Tabataら,Plant Cell Physiol.,28:73−82(1987);Shaw,Plant Molecular Biology:A practical approach.IRL press(1988);Shimamotoら,Nature 338:274(1989);Maligaら,Methods in Plant Molecular Biology:A laboratory course.Cold Spring Harbor Laboratory Press(1995)などに記載されるものが挙げられるがそれらに限定されない。従って、当業者は、上記周知方法を目的とする形質転換植物に応じて適宜使用して、再分化させることができる。このようにして得られた形質転換植物には、目的の遺伝子が導入されており、そのような遺伝子の導入は、ノーザンブロット、ウェスタンブロット分析のような本明細書に記載される方法または他の周知慣用技術を用いて確認することができる。  A method for redifferentiating a transformant into a plant is well known in the art. Such methods include Rogers et al., Methods in Enzymology 118: 627-640 (1986); Tabata et al., Plant Cell Physiol. , 28: 73-82 (1987); Shaw, Plant Molecular Biology: A practical approach. IRL press (1988); Shimamoto et al., Nature 338: 274 (1989); Maliga et al., Methods in Plant Molecular Biology: A laboratory course. Examples thereof include, but are not limited to, those described in Cold Spring Harbor Laboratory Press (1995). Therefore, those skilled in the art can regenerate by appropriately using the well-known method according to the transformed plant for the purpose. The transgenic plant thus obtained is introduced with a gene of interest, and the introduction of such a gene can be performed by a method described herein such as Northern blot or Western blot analysis or other methods. This can be confirmed using well-known conventional techniques.

さらに、得られた形質転換植物体から種子が取得され得る。導入した遺伝子の発現は、ノーザンブロット法またはPCR法により、検出し得る。必要に応じて、遺伝子産物たるタンパク質の発現を、例えば、ウェスタンブロット法により確認し得る。  Furthermore, seeds can be obtained from the obtained transformed plant body. Expression of the introduced gene can be detected by Northern blotting or PCR. If necessary, the expression of a protein as a gene product can be confirmed by, for example, Western blotting.

本発明は、植物において特に有用であることが示されているが、他の生物においても利用することができる。本発明において使用される分子生物学技術は、当該分野において周知であり、かつ、慣用されるものであり、例えば、Ausubel F.A.ら編(1988)、Current Protocols in Molecular Biology、Wiley、New York、NY;Sambrook Jら(1987)Molecular Cloning:A Laboratory Manual,第2版およびその第3版,Cold Spring Harbor Laboratory Press,Cold Spring Harbor,NY、別冊実験医学「遺伝子導入&発現解析実験法」羊土社、1997などに記載される。  Although the present invention has been shown to be particularly useful in plants, it can also be used in other organisms. The molecular biology techniques used in the present invention are well known and commonly used in the art, see, for example, Ausubel F. et al. A. (1988), Current Protocols in Molecular Biology, Wiley, New York, NY; Sambrook J, et al. (1987) Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd edition and its third edition NY, a separate volume of experimental medicine, “Gene Transfer & Expression Analysis Experimental Method”, Yodosha, 1997, and the like.

(4.組織)
本発明の組織は、糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列および代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群から選択される少なくとも1つのプロモーター配列と、該選択されたプロモーター配列に作動可能に連結された異種遺伝子配列とを含む。
(4. Organization)
The tissue of the present invention is at least selected from the group consisting of a sugar deficiency inducible promoter sequence, a promoter sequence of a gene encoding an exo-type glycolytic enzyme, and a promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading a metabolizable sugar. One promoter sequence and a heterologous gene sequence operably linked to the selected promoter sequence.

糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列、代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列、作動可能に連結された、異種遺伝子配列などについては、上記の1に記載したとおりである。  Regarding sugar deficiency-inducible promoter sequences, promoter sequences of genes encoding exo-type glycolytic enzymes, promoter sequences of genes encoding enzymes capable of degrading metabolizable sugars, operably linked heterologous gene sequences, etc. , As described in 1 above.

本明細書において、生物の「組織」とは、細胞の集団であって、その集団において一定の同様の作用を有するものをいう。従って、組織は、器官の一部であり得る。器官内では、同じ働きを有する細胞を有することが多いが、微妙に異なる働きを有するものが混在することもあることから、本明細書において組織は、一定の特性を共有する限り、種々の細胞を混在して有していてもよい。通常「組織」は、同じ起源を有するが、異なる起源を持つ細胞集団であっても、同一の機能および/または形態を有するのであれば、組織と呼ばれ得る。通常、組織は、器官の一部を構成する。植物では、構成細胞の発達段階によって分裂組織と永久組織とに大別され、また構成細胞の種類によって単一組織と複合組織とに分けるなど、いろいろな分類が行われている。  In the present specification, the “tissue” of an organism refers to a group of cells having a certain similar action in the group. Thus, the tissue can be part of an organ. In an organ, it often has cells having the same function, but there may be a mixture of subtly different functions. Therefore, in this specification, as long as tissues share certain characteristics, various cells May be mixed. A “tissue” usually has the same origin, but even cell populations with different origins can be referred to as a tissue if they have the same function and / or morphology. Usually, tissue constitutes part of an organ. Plants are roughly classified into meristems and permanent tissues according to the stage of development of the constituent cells, and are classified into single tissues and composite tissues according to the types of constituent cells.

本発明の組織は、以下の「8.形質転換細胞の作出方法」に従って作出された細胞を用いて、当該分野で公知の方法に従って組織分化させることによって入手され得る。あるいは、本発明の組織は、「8.形質転換細胞の作出方法」に従って作出された細胞を再分化させ、形質転換個体を得て、その個体を交配することによって得た子孫から得られる組織であり得る。  The tissue of the present invention can be obtained by tissue differentiation according to a method known in the art using cells produced according to the following “8. Method for producing transformed cells”. Alternatively, the tissue of the present invention is a tissue obtained from progeny obtained by redifferentiating cells produced according to “8. Method for producing transformed cells”, obtaining transformed individuals, and mating the individuals. possible.

(5.器官)
本発明の器官は、糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列および代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群から選択される少なくとも1つのプロモーター配列と、該選択されたプロモーター配列に作動可能に連結された異種遺伝子配列とを含む。
(5. Organ)
The organ of the present invention is at least selected from the group consisting of a sugar deficiency inducible promoter sequence, a promoter sequence of a gene encoding an exo-type glycolytic enzyme, and a promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading metabolizable sugars. One promoter sequence and a heterologous gene sequence operably linked to the selected promoter sequence.

糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列、代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列、作動可能に連結された、異種遺伝子配列などについては、上記の1に記載したとおりである。  Regarding sugar deficiency-inducible promoter sequences, promoter sequences of genes encoding exo-type glycolytic enzymes, promoter sequences of genes encoding enzymes capable of degrading metabolizable sugars, operably linked heterologous gene sequences, etc. , As described in 1 above.

本明細書において、「器官」とは、1つ独立した形態をもち、1種以上の組織が組み合わさって特定の機能を営む構造体を形成したものをいう。植物では、カルス、根、茎、幹、葉、花、種子、胚芽、胚、果実、胚乳などが挙げられるがそれらに限定されない。  In this specification, an “organ” refers to a structure having one independent form and a structure that performs a specific function by combining one or more kinds of tissues. Examples of the plant include, but are not limited to, callus, root, stem, stem, leaf, flower, seed, germ, embryo, fruit, and endosperm.

本発明が対象とする器官はどのような器官でもよく、また本発明が対象とする組織または細胞は、生物のどの器官に由来するものでもよい。一般に多細胞生物(例えば、植物)では器官は特定の空間的配置をもついくつかの組織からなり、組織は多数の細胞からなる。  The organ targeted by the present invention may be any organ, and the tissue or cell targeted by the present invention may be derived from any organ of an organism. In general, in a multicellular organism (eg, a plant), an organ consists of several tissues with a specific spatial arrangement, and a tissue consists of many cells.

本発明の器官は、当該分野で周知の形質転換方法に従って作出された細胞を用いて、当該分野で公知の方法に従って組織分化させ、そして器官を形成させることによって入手され得る。あるいは、本発明の器官は、当該分野で公知の形質転換細胞の作出方法に従って作出された細胞を再分化させ、形質転換個体を得て、その個体を交配することによって得た子孫から得られる器官であり得る。  The organ of the present invention can be obtained by tissue differentiation according to a method known in the art and formation of an organ using cells produced according to a transformation method well known in the art. Alternatively, the organ of the present invention is an organ obtained from progeny obtained by redifferentiating cells produced according to a known method for producing transformed cells in the art, obtaining transformed individuals, and mating the individuals. It can be.

(6.生物体)
本発明の生物体は、糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列および代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群から選択される少なくとも1つのプロモーター配列と、該選択されたプロモーター配列に作動可能に連結された異種遺伝子配列とを含む。
(6. Organism)
The organism of the present invention is selected from the group consisting of a sugar deficiency inducible promoter sequence, a promoter sequence of a gene encoding an exo-type glycolytic enzyme, and a promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading metabolizable sugars. At least one promoter sequence and a heterologous gene sequence operably linked to the selected promoter sequence.

糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列、代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列、作動可能に連結された、異種遺伝子配列などについては、上記の1に記載したとおりである。  Regarding sugar deficiency-inducible promoter sequences, promoter sequences of genes encoding exo-type glycolytic enzymes, promoter sequences of genes encoding enzymes capable of degrading metabolizable sugars, operably linked heterologous gene sequences, etc. , As described in 1 above.

本明細書において「生物体」(または、植物の場合「植物体」)とは、当該分野における最も広義に用いられ、生命現象を営むもの(または植物)をいい、代表的には、細胞構造、増殖(自己再生産)、成長、調節性、物質代謝、修復能力など種々の特性を有し、通常、核酸のつかさどる遺伝と、タンパク質のつかさどる代謝の関与する増殖を基本的な属性として有する。生物には、原核生物、真核生物(植物、動物など)などが包含される。好ましくは、本発明では、生物は、植物であり得る。本明細書では、好ましくは、そのような植物体は稔性であり得る。より好ましくは、そのような植物体は、種子を生産し得る。  In the present specification, the “organism” (or “plant” in the case of plants) is used in the broadest sense in the field, and refers to a living phenomenon (or plant), typically a cell structure. It has various properties such as proliferation (self-reproduction), growth, regulation, substance metabolism, repair ability, etc., and usually has inheritance governed by nucleic acids and proliferation involved in metabolism governed by proteins as basic attributes. Living organisms include prokaryotes, eukaryotes (plants, animals, etc.) and the like. Preferably, in the present invention, the organism may be a plant. As used herein, preferably such a plant may be fertile. More preferably, such a plant can produce seeds.

本発明の生物体は、当該分野で周知の形質転換方法に従って作出された細胞を用いて、当該分野で公知の方法に従って再分化させることによって入手され得る。あるいは、本発明の生物体は、当該分野で周知の形質転換方法に従って作出された細胞を再分化させ、形質転換個体を得て、その個体を交配することによって得た子孫から得られる生物体であり得る。  The organism of the present invention can be obtained by redifferentiating a cell produced according to a transformation method well known in the art according to a method known in the art. Alternatively, the organism of the present invention is an organism obtained from progeny obtained by redifferentiating cells produced according to transformation methods well known in the art, obtaining transformed individuals, and mating the individuals. possible.

本明細書において用いられる「植物」とは、植物界に属する生物の総称であり、クロロフィル、かたい細胞壁、豊富な永続性の胚的組織の存在、および運動する能力がない生物により特徴付けられる。代表的には、植物とは、細胞壁の形成・クロロフィルによる同化作用をもつ顕花植物をいう。植物は、単子葉植物および双子葉植物のいずれも含む。好ましい植物としては、例えば、コムギ、トウモロコシ、イネ、オオムギ、ソルガムなどのイネ科に属する単子葉植物が挙げられる。植物は、食用作物または薬用植物であることが好ましい。好ましい植物の他の例としては、タバコ、ピーマン、ナス、メロン、トマト、イチゴ、サツマイモ、キャベツ、ネギ、ブロッコリー、ニンジン、キウリ、柑橘類、ハクサイ、レタス、モモ、ジャガイモ、ムラサキ、オウレンおよびリンゴが挙げられる。より好ましくは、植物は、タバコ、イネ、トマト、イチゴ、ムラサキまたはオウレンであり得る。好ましい植物は作物に限られず、花、樹木、芝生、雑草なども含まれる。特に他で示さない限り、植物は、植物体、植物器官、植物組織、植物細胞、および種子のいずれをも意味する。植物器官の例としては、根、葉、茎、および花などが挙げられる。植物細胞の例としては、カルスおよび懸濁培養細胞が挙げられる。  As used herein, “plant” is a collective term for organisms belonging to the plant kingdom, characterized by chlorophyll, hard cell walls, the presence of abundant permanent embryonic tissues, and organisms that are not capable of motility. . Typically, a plant refers to a flowering plant having cell wall formation and anabolism by chlorophyll. Plants include both monocotyledonous and dicotyledonous plants. Preferable plants include monocotyledonous plants belonging to the family Gramineae such as wheat, corn, rice, barley and sorghum. The plant is preferably an edible crop or a medicinal plant. Other examples of preferred plants include tobacco, bell pepper, eggplant, melon, tomato, strawberry, sweet potato, cabbage, leek, broccoli, carrot, cucumber, citrus, Chinese cabbage, lettuce, peach, potato, purple, orange and apple. It is done. More preferably, the plant may be tobacco, rice, tomato, strawberry, purple or auren. Preferred plants are not limited to crops, but also include flowers, trees, lawns, weeds and the like. Unless otherwise indicated, a plant means any plant, plant organ, plant tissue, plant cell, and seed. Examples of plant organs include roots, leaves, stems and flowers. Examples of plant cells include callus and suspension culture cells.

イネ科の植物の例としては、Oryza、Hordenum、Secale、Scccharum、Echinochloa、またはZeaに属する植物が挙げられ、例えば、イネ、オオムギ、ライムギ、ヒエ、モロコシ、トウモロコシなどを含む。  Examples of gramineous plants include plants belonging to Oryza, Hordenum, Secale, Scccharum, Echinochloa, or Zea, and include, for example, rice, barley, rye, millet, sorghum, corn, and the like.

異種ヌクレオチド配列を含む植物は、天然では発現しない遺伝子産物を発現し得る。  Plants that contain heterologous nucleotide sequences can express gene products that are not naturally expressed.

好ましい実施形態において、本発明の生物体には、本発明の核酸分子は、両側の染色体に導入され得るが、一対のみに導入されたものもまた有用であり得る。  In a preferred embodiment, in the organism of the present invention, the nucleic acid molecule of the present invention can be introduced into both chromosomes, but those introduced in only one pair can also be useful.

(7.タンパク質の生産方法)
本発明のタンパク質の生産方法は、糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列および代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群から選択される少なくとも1つのプロモーター配列と、該選択されたプロモーター配列に作動可能に連結された該タンパク質コード配列とを含む核酸分子を、細胞に導入して、形質転換細胞を得る工程;該形質転換細胞を糖の非存在下で培養して、該タンパク質を分泌させる工程;および該タンパク質を回収する工程を包含する。
(7. Protein production method)
The protein production method of the present invention is selected from the group consisting of a sugar deficiency inducible promoter sequence, a promoter sequence of a gene encoding an exo-type glycolytic enzyme, and a promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading a metabolizable sugar. Introducing into the cell a nucleic acid molecule comprising at least one promoter sequence selected and the protein coding sequence operably linked to the selected promoter sequence to obtain a transformed cell; Culturing in the absence of sugar to secrete the protein; and recovering the protein.

糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列、代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列、作動可能に連結された、異種遺伝子配列などについては、上記の1に記載したとおりである。  Regarding sugar deficiency-inducible promoter sequences, promoter sequences of genes encoding exo-type glycolytic enzymes, promoter sequences of genes encoding enzymes capable of degrading metabolizable sugars, operably linked heterologous gene sequences, etc. , As described in 1 above.

本発明の方法ではまず、糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列および代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群から選択される少なくとも1つのプロモーター配列と、該選択されたプロモーター配列に作動可能に連結された該タンパク質コード配列とを含む核酸分子を、細胞に導入して、形質転換細胞を得る。  In the method of the present invention, first, a deficiency inducible promoter sequence, a promoter sequence of a gene encoding an exo-type glycolytic enzyme, and a promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading a metabolizable sugar are selected. A nucleic acid molecule comprising at least one promoter sequence and the protein coding sequence operably linked to the selected promoter sequence is introduced into the cell to obtain a transformed cell.

本発明の生産方法で用いられる細胞は、植物細胞、細菌細胞および動物細胞のうちの任意の細胞であり得るが、好ましくは植物細胞である。  The cell used in the production method of the present invention can be any cell among plant cells, bacterial cells and animal cells, but is preferably a plant cell.

植物細胞としては、好ましくは、顕花植物(単子葉または双子葉)由来の細胞が用いられ、より好ましくは双子葉植物細胞が用いられ、より好ましくはイネ科、ナス科、ウリ科、アブラナ科、セリ科、バラ科、マメ科、ムラサキ科の植物由来の細胞が用いられる。さらに好ましくは、コムギ、トウモロコシ、イネ、オオムギ、ソルガム、タバコ、ピーマン、ナス、メロン、トマト、イチゴ、サツマイモ、アブラナ、キャベツ、ネギ、ブロッコリー、ダイズ、アルファルファ、アマ、ニンジン、キウリ、柑橘類、ハクサイ、レタス、モモ、ジャガイモ、ムラサキ、オウレン、ポプラおよびリンゴ由来の細胞が用いられる。最も好ましくはタバコ由来の細胞が用いられる。  As the plant cell, a cell derived from a flowering plant (monocotyledonous or dicotyledonous) is preferably used, more preferably a dicotyledonous plant cell is used, more preferably a grass family, solanaceae, cucurbitaceae, or cruciferous. Cells derived from plants of the family Apiaceae, Rosaceae, Leguminosae, and Muraceae are used. More preferably, wheat, corn, rice, barley, sorghum, tobacco, bell pepper, eggplant, melon, tomato, strawberry, sweet potato, rape, cabbage, leek, broccoli, soybean, alfalfa, flax, carrot, cucumber, citrus, Chinese cabbage, Cells derived from lettuce, peach, potato, purple, auren, poplar and apple are used. Most preferably, tobacco-derived cells are used.

植物細胞は、植物体の一部、器官、組織、培養細胞などであり得る。培養細胞であることが好ましい。植物細胞は好ましくは、増殖速度が速い培養細胞である。増殖速度が速いとは、その培養細胞を任意の培養条件下で1週間培養した場合に、培養開始時の細胞数の好ましくは約10倍以上、より好ましくは約20倍以上、さらに好ましくは約30倍以上、さらに好ましくは約40倍以上、さらに好ましくは約50倍以上、さらに好ましくは約60倍以上、さらに好ましくは約70倍以上、さらに好ましくは約80倍以上、特に好ましくは約90倍以上、最も好ましくは約100倍以上細胞数に増殖し得ることをいう。  Plant cells can be plant parts, organs, tissues, cultured cells, and the like. It is preferably a cultured cell. The plant cell is preferably a cultured cell having a high growth rate. The rapid growth rate means that when the cultured cells are cultured for 1 week under arbitrary culture conditions, the number of cells at the start of the culture is preferably about 10 times or more, more preferably about 20 times or more, more preferably about 30 times or more, more preferably about 40 times or more, more preferably about 50 times or more, more preferably about 60 times or more, more preferably about 70 times or more, further preferably about 80 times or more, particularly preferably about 90 times. As mentioned above, it means that it can proliferate to the number of cells about 100 times or more preferably.

このような増殖速度の速い培養細胞の例としては、タバコBY−2細胞が挙げられるがこれに限定されない。シロイヌナズナ由来の培養細胞でも、増殖速度が速い細胞株が樹立されており、公知である。このような細胞株の例としては、James A.H.Murray博士,Institute of Biotechnology,University of Cambridge,Tennis Court Road,Cambridge CB2 1QT,United Kingdomが樹立した細胞株が挙げられる。もちろん、増殖速度が速い細胞株は、シロイヌナズナ植物体を培養して培養細胞を増殖させ、増殖した細胞から増殖速度の速い細胞を繰り返し選択することによっても入手され得る。これらの細胞については上記のとおりである。  Examples of such cultured cells with a high growth rate include tobacco BY-2 cells, but are not limited thereto. A cell line having a high growth rate has been established even in cultured cells derived from Arabidopsis thaliana. Examples of such cell lines include James A. et al. H. Examples include cell lines established by Dr. Murray, Institute of Biotechnology, University of Cambridge, Tennis Court Road, Cambridge CB2 1QT, and United Kingdom. Of course, a cell line having a high growth rate can also be obtained by culturing an Arabidopsis plant to grow cultured cells, and repeatedly selecting cells having a high growth rate from the grown cells. These cells are as described above.

本発明の細胞は、これらの細胞を用いて、上記「3.細胞」に記載のように、当該分野で周知の形質転換方法を用いて形質転換され得る。あるいは、この形質転換細胞は、当該分野で周知の形質転換方法に従って作出された細胞を再分化させ、形質転換個体を得て、その個体を交配することによって得た子孫から得られる細胞であり得る。  The cells of the present invention can be transformed with these cells using transformation methods well known in the art as described in “3. Cells” above. Alternatively, the transformed cell may be a cell obtained from a progeny obtained by redifferentiating a cell produced according to a transformation method well known in the art, obtaining a transformed individual, and mating the individual. .

細胞を形質転換するために用いられる核酸分子は、さらにシグナルペプチドコード配列を含み得る。シグナルペプチドコード配列については、上記の1に記載したとおりである。  The nucleic acid molecule used to transform the cell can further include a signal peptide coding sequence. The signal peptide coding sequence is as described in 1 above.

次いで、この形質転換細胞は、そのまま、糖の非存在下で培養して、該タンパク質を分泌させてもよい。あるいは、この形質転換細胞を、まず、糖の存在下で増殖させてから、糖の非存在下に移して培養してもよい。  Then, the transformed cell may be cultured as it is in the absence of sugar to secrete the protein. Alternatively, the transformed cells may be first grown in the presence of sugar and then transferred to the absence of sugar and cultured.

本明細書中で用いられる「糖」は、任意の糖であり得るが、好ましくは代謝可能な解糖系糖または代謝されるとこの解糖系糖になり得る糖である。解糖系糖とは、代謝可能な糖をいう。代謝可能な糖は、上記「1.核酸分子」に記載のとおりである。代謝可能な糖は好ましくは、グルコース、フルクトース、キシロース、ガラクトース、スクロース、マルトースおよびアラビノースであり、より好ましくはスクロースである。スクロースは、他の単糖と比較して、安価でかつ入手が容易であるからである。  As used herein, a “sugar” can be any sugar, but is preferably a metabolizable glycolytic sugar or a sugar that can become a glycolytic sugar when metabolized. A glycolytic sugar refers to a sugar that can be metabolized. Metabolizable sugars are as described in “1. Nucleic acid molecules” above. The metabolizable sugar is preferably glucose, fructose, xylose, galactose, sucrose, maltose and arabinose, more preferably sucrose. This is because sucrose is inexpensive and easily available compared to other monosaccharides.

形質転換体を培養するときの糖の濃度は、当該分野で公知の方法によって容易に決定され得る。目的の細胞に適切な培地組成は、当該分野で公知である。培地は、液体であっても固体であってもよいが、液体であることが好ましい。液体培地中で振盪培養することが好ましい。液体中で振盪培養すると、細胞の増殖が早いからである。  The sugar concentration when the transformant is cultured can be easily determined by a method known in the art. Appropriate medium compositions for the cells of interest are known in the art. The medium may be liquid or solid, but is preferably liquid. It is preferable to perform shaking culture in a liquid medium. This is because the cells grow rapidly when shake-cultured in a liquid.

形質転換細胞を糖の非存在下で培養する前に、形質転換細胞を糖の存在下で培養する場合、この条件での糖の濃度は、好ましくは約10mM以上であり、より好ましくは約15mM以上であり、さらに好ましくは約20mM以上である。糖濃度に特に上限はないが、必要に応じて約特に下限はないが、必要に応じて約200mM以下、約150mM以下、約100mM以下または約90mM以下の濃度とすることができる。糖の存在下で形質転換細胞を培養すると、糖欠乏応答性プロモーターは応答せず、その細胞が通常有する通常の代謝が生じる。糖の存在下では、形質転換細胞は、好ましくは、迅速に増殖する。  When the transformed cells are cultured in the presence of sugar before the transformed cells are cultured in the absence of sugar, the sugar concentration under these conditions is preferably about 10 mM or more, more preferably about 15 mM. Or more, more preferably about 20 mM or more. There is no particular upper limit on the sugar concentration, but there is no particular lower limit if necessary, but the concentration can be about 200 mM or less, about 150 mM or less, about 100 mM or less, or about 90 mM or less as necessary. When transformed cells are cultured in the presence of sugar, the sugar deficiency responsive promoter does not respond, and normal metabolism that the cell normally has occurs. In the presence of sugar, transformed cells preferably grow rapidly.

形質転換細胞を糖の存在下で培養した後、糖の非存在下に移すことは、例えば、ある特定の濃度の糖の存在下で形質転換細胞を培養し始め、ある期間にわたって培養することによって、この形質転換細胞の増殖により、培地中から糖が消費されることによって移されてもよい。しかし、好ましくは、形質転換細胞をある期間にわたって糖の存在下で培養した後、当該分野で公知の方法に従って形質転換細胞を回収し、そして糖を含まない新たな培地にこの形質転換細胞を置くことによって達成され得る。細胞を液体培地中で培養した場合、例えば、その細胞を通過させない適切なメッシュサイズのメッシュ(例えば、20μmメッシュ)を通すことによって回収することが好ましい。メッシュは、任意の素材から製造され得る。例えば、ナイロンメッシュが用いられ得る。培養細胞はまた、1,000g×5分間の遠心分離によって回収することも可能である。細胞を固体培地上で培養した場合、細胞の塊を、ピンセットなどで摘まんで新たな培地上に置き換え得る。  Transfected cells are cultured in the presence of sugar and then transferred to the absence of sugar, for example, by starting to culture the transformed cells in the presence of a certain concentration of sugar and culturing for a period of time. By the growth of the transformed cells, sugar may be transferred from the medium. Preferably, however, after the transformed cells have been cultured in the presence of sugar for a period of time, the transformed cells are recovered according to methods known in the art and placed in a new medium without sugar. Can be achieved. When cells are cultured in a liquid medium, for example, it is preferable to collect the cells by passing them through a mesh having an appropriate mesh size that does not allow the cells to pass through (for example, a 20 μm mesh). The mesh can be manufactured from any material. For example, a nylon mesh can be used. Cultured cells can also be collected by centrifugation at 1,000 g × 5 minutes. When cells are cultured on a solid medium, the cell mass can be picked with tweezers or the like and replaced with a new medium.

「糖の非存在下」とは、主に、糖が実質的に存在しない条件をいう。糖が実質的に存在しない条件とは、糖欠乏応答性プロモーターが発現を促進する条件をいう。糖が実質的に存在しない条件下での糖の濃度は、好ましくは焼く15mM未満であり、より好ましくは約10mM未満であり、さらに好ましくは約5mM未満であり、なお好ましくは約3mM未満であり、なおさらに好ましくは約1mM未満であり、特に好ましくは約0.1mM未満である。糖が実質的に存在しない条件は、糖が全く存在しない条件を包含する。  “In the absence of sugar” mainly refers to conditions in which sugar is substantially absent. The condition in which sugar is substantially absent refers to a condition in which a sugar deficiency responsive promoter promotes expression. The concentration of sugar under conditions substantially free of sugar is preferably less than 15 mM to bake, more preferably less than about 10 mM, even more preferably less than about 5 mM, still more preferably less than about 3 mM. Even more preferably less than about 1 mM, particularly preferably less than about 0.1 mM. Conditions that are substantially free of sugar include conditions where no sugar is present.

適切な濃度の糖を含む培地の調製方法は、当業者に周知である。  Methods for preparing media containing appropriate concentrations of sugar are well known to those skilled in the art.

糖の非存在下で形質転換細胞を培養すると、形質転換細胞内の糖欠乏誘導性プロモーターが応答し、この糖欠乏誘導性プロモーターに作動可能に連結された異種遺伝子配列の発現が生じる。さらに、この異種遺伝子配列にシグナルペプチドコード配列が、作動可能に連結されていると、この異種遺伝子配列によってコードされる遺伝子産物の分泌がもたらされる。  When a transformed cell is cultured in the absence of sugar, a sugar deficiency inducible promoter in the transformed cell responds and expression of a heterologous gene sequence operably linked to the sugar deficiency inducible promoter occurs. Furthermore, operably linked to the heterologous gene sequence is a signal peptide coding sequence that results in secretion of the gene product encoded by the heterologous gene sequence.

次いで、分泌されたタンパク質は、回収される。タンパク質は、当該分野で周知の方法を用いて回収され得る。  The secreted protein is then recovered. The protein can be recovered using methods well known in the art.

タンパク質の分離技術は当該分野において周知であり、タンパク質を分離することができる技術であれば、どのような技術を用いてもよい。本発明の形質転換細胞の培養物から、タンパク質コード配列によってコードされるタンパク質(例えば、有用タンパク質)を単離または精製するためには、当該分野で周知慣用の通常のタンパク質の単離または精製法を用いることができる。例えば、本発明のポリペプチドが本発明の形質転換体の細胞外に本発明のポリペプチドが分泌される場合には、その培養物を遠心分離等の手法により処理し、可溶性画分を取得する。その可溶性画分から、溶媒抽出法、硫安等による塩析法脱塩法、有機溶媒による沈澱法、ジエチルアミノエチル(DEAE)−セファロース、DIAION HPA−75(三菱化学)等レジンを用いた陰イオン交換クロマトグラフィー法、S−Sepharose FF(Pharmacia)等のレジンを用いた陽イオン交換クロマトグラフィー法、ブチルセファロース、フェニルセファロース等のレジンを用いた疎水性クロマトグラフィー法、分子篩を用いたゲルろ過法、アフィニティークロマトグラフィー法、クロマトフォーカシング法、等電点電気泳動等の電気泳動法等の手法を用い、精製標品を得ることができる。  Protein separation techniques are well known in the art, and any technique that can separate proteins may be used. In order to isolate or purify a protein (for example, a useful protein) encoded by a protein coding sequence from the culture of the transformed cell of the present invention, a commonly used conventional protein isolation or purification method well known in the art Can be used. For example, when the polypeptide of the present invention is secreted outside the transformant of the present invention, the culture is treated by a method such as centrifugation to obtain a soluble fraction. . From the soluble fraction, anion exchange chromatography using a resin such as a solvent extraction method, a salting out method using ammonium sulfate, a precipitation method using an organic solvent, diethylaminoethyl (DEAE) -Sepharose, DIAION HPA-75 (Mitsubishi Chemical), etc. Chromatography method, cation exchange chromatography method using resin such as S-Sepharose FF (Pharmacia), hydrophobic chromatography method using resin such as butyl sepharose and phenyl sepharose, gel filtration method using molecular sieve, affinity chromatography A purified sample can be obtained by using a technique such as a chromatography method, a chromatofocusing method, an electrophoresis method such as isoelectric focusing.

本明細書において「単離された」ポリペプチドとは、そのポリペプチドが天然に存在する生物体の細胞内の他の生物学的因子(例えば、ポリペプチド以外の因子および目的とするポリペプチド以外のポリペプチドなど)から実質的に分離または精製されたものをいう。「単離された」ポリペプチドには、標準的な精製方法によって精製されたポリペプチドが含まれる。したがって、単離されたポリペプチドは、化学的に合成したポリペプチドを包含する。また、標準的な精製方法によって精製した後に、他の物質と混合したポリペプチドおよび緩衝液中に溶解したポリペプチドなども、本明細書でいう単離されたポリペプチドに該当する。  As used herein, an “isolated” polypeptide refers to other biological factors within the cells of the organism in which the polypeptide naturally occurs (eg, other than a polypeptide and a polypeptide of interest). Or substantially isolated from or purified from such a polypeptide. An “isolated” polypeptide includes a polypeptide purified by standard purification methods. Thus, an isolated polypeptide includes a chemically synthesized polypeptide. In addition, a polypeptide mixed with other substances after being purified by a standard purification method, a polypeptide dissolved in a buffer solution, and the like also correspond to the isolated polypeptide referred to in this specification.

本明細書において「精製された」ポリペプチドとは、そのポリペプチドに天然に随伴する因子の少なくとも一部が除去されたものをいう。したがって、通常、精製されたポリペプチドにおけるそのポリペプチドの純度は、そのポリペプチドが通常存在する状態よりも高い(すなわち濃縮されている)。  As used herein, a “purified” polypeptide refers to a polypeptide from which at least a part of factors naturally associated with the polypeptide has been removed. Thus, typically, the purity of the polypeptide in a purified polypeptide is higher (ie, enriched) than the state in which the polypeptide is normally present.

目的のタンパク質が本発明の形質転換体の細胞内に溶解状態で蓄積する場合には、培養物を遠心分離することにより、培養物中の細胞を集め、その細胞を洗浄した後に、超音波破砕機、フレンチプレス、マントンガウリンホモジナイザー、ダイノミル等により細胞を破砕し、無細胞抽出液を得る。その無細胞抽出液を遠心分離することにより得られた上清から、溶媒抽出法、硫安等による塩析法脱塩法、有機溶媒による沈澱法、ジエチルアミノエチル(DEAE)−セファロース(Sepharose)、DIAION HPA−75(三菱化学)等レジンを用いた陰イオン交換クロマトグラフィー法、S−Sepharose FF(Pharmacia)等のレジンを用いた陽イオン交換クロマトグラフィー法、ブチルセファロース、フェニルセファロース等のレジンを用いた疎水性クロマトグラフィー法、分子篩を用いたゲルろ過法、アフィニティークロマトグラフィー法、クロマトフォーカシング法、等電点電気泳動等の電気泳動法等の手法を用いることによって、精製標品を得ることができる。  When the protein of interest accumulates in a dissolved state in the cells of the transformant of the present invention, the cells in the culture are collected by centrifuging the culture, washed, and then ultrasonically disrupted. A cell-free extract is obtained by crushing cells with a machine, French press, Manton Gaurin homogenizer, Dynomill or the like. From the supernatant obtained by centrifuging the cell-free extract, a solvent extraction method, a salting-out method using ammonium sulfate, a desalting method, a precipitation method using an organic solvent, diethylaminoethyl (DEAE) -Sepharose, DIAION Anion exchange chromatography using a resin such as HPA-75 (Mitsubishi Chemical), cation exchange chromatography using a resin such as S-Sepharose FF (Pharmacia), and a resin such as butyl sepharose and phenyl sepharose were used. By using a method such as hydrophobic chromatography, gel filtration using a molecular sieve, affinity chromatography, chromatography focusing, electrophoresis such as isoelectric focusing, etc., a purified preparation can be obtained.

目的のタンパク質が細胞内に不溶体を形成して発現した場合は、同様に細胞を回収後破砕し、遠心分離を行うことにより得られた沈澱画分より、通常の方法によりそのタンパク質を回収後、そのタンパク質の不溶体をタンパク質変性剤で可溶化する。この可溶化液を、タンパク質変性剤を含まないか、あるいはタンパク質が変性しない程度にタンパク質変性剤濃度が希薄な溶液になるように希釈あるいは透析し、目的のタンパク質を正常な立体構造に構成させた後、上記と同様の単離精製法により精製標品を得ることができる。また、細胞内の特定のオルガネラ、例えば、プロテインボディに蓄積され得る場合には、そのオルガネラを分離後、目的のタンパク質を精製することもできる。  If the target protein is expressed in an insoluble form in the cells, the cells are similarly recovered and then disrupted, and the protein is recovered from the precipitate fraction obtained by centrifuging. The protein insoluble material is solubilized with a protein denaturant. This solubilized solution was diluted or dialyzed so that the protein denaturant concentration did not contain protein denaturant or the protein denaturant concentration was so dilute that protein was not denatured, and the target protein was constituted into a normal three-dimensional structure. Thereafter, a purified preparation can be obtained by the same isolation and purification method as described above. Moreover, when it can accumulate | store in the specific organelle in a cell, for example, a protein body, the target protein can also be refine | purified after isolate | separating the organelle.

通常のタンパク質の精製方法(J.Evan.Sadlerら:Methods in Enzymology,83,458)に準じて精製できる。例えば、目的のタン質を他のタンパク質との融合タンパク質として生産し、融合したタンパク質に親和性をもつ物質を用いたアフィニティークロマトグラフィーを利用して精製することもできる[山川彰夫,実験医学(Experimental Medicine),13,469−474(1995)]。例えば、Loweらの方法(Larsenら,Proc.Natl.Acad.Sci.,USA,86,8227(1989)、Kukowska−Latallo JF、Genes Dev.,4,1288(1990))に記載の方法に準じて、目的のタンパク質をプロテインAとの融合タンパク質として生産し、イムノグロブリンGを用いるアフィニティークロマトグラフィーにより精製することができる。  The protein can be purified according to a conventional protein purification method (J. Evan. Sadler et al .: Methods in Enzymology, 83, 458). For example, the target protein can be produced as a fusion protein with other proteins and purified using affinity chromatography using a substance having affinity for the fused protein [Akio Yamakawa, Experimental Medicine (Experimental Medicine, 13, 469-474 (1995)]. For example, according to the method described by Lowe et al. (Larsen et al., Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 86, 8227 (1989), Kukouska-Latallo JF, Genes Dev., 4, 1288 (1990)). Thus, the target protein can be produced as a fusion protein with protein A and purified by affinity chromatography using immunoglobulin G.

例えば、目的のタンパク質と精製用のタグ(例えば、Hisタグ(例えば、6つのHis残基からなる6×Hisタグ)、HAタグ、プロテインA、IgGドメイン、またはマルトース結合タンパク質)とを融合し、目的のタンパク質と精製用のタグとの間に、例えばプロテアーゼによる切断部位を付加するように設計した融合タンパク質を生産すれば、精製用のタグに対するアフィニティークロマトグラフィーを用いて融合タンパク質を精製し、その後、例えばプロテアーゼを用いて目的のタンパク質を融合タンパク質から切断することによって、目的のタンパク質の精製を容易に行うことができる。  For example, a target protein and a purification tag (for example, a His tag (for example, a 6 × His tag composed of 6 His residues), an HA tag, a protein A, an IgG domain, or a maltose-binding protein) are fused, For example, if a fusion protein designed to add a cleavage site by a protease is produced between the target protein and the purification tag, the fusion protein is purified using affinity chromatography on the purification tag, and then purified. For example, the target protein can be easily purified by cleaving the target protein from the fusion protein using a protease.

例えば、6×Hisタグを用いる場合、融合タンパク質を発現する細胞を遠心分離(例えば、約6000×gで20分間)によって収集し、細胞ペレットを、カオトロピック剤である6MグアニジンHCl中に、4℃で3〜4時間攪拌することによって可溶化させる。次いで、細胞細片を遠心分離によって取り除き、そしてポリペプチドを含む上清を、ニッケル−ニトリロ三酢酸(「Ni−NTA」)アフィニティー樹脂カラム(QIAGEN,Inc.前出より入手可能)にロードする。6×Hisタグを有するタンパク質は、Ni−NTA樹脂に高い親和性で結合し、そして単純な1工程手順で精製され得る(詳細には、The QIA expressionist(1995)QIAGEN,Inc.,前出を参照のこと)。手短に言えば、上清を、6Mグアニジン−HCl、pH8のカラムにローディングし、カラムを、最初に10容量の6Mグアニジン−HCl、pH8で洗浄し、次いで10容量の6Mグアニジン−HCl、pH6で洗浄し、最後にポリペプチドを、6Mグアニジン−HCl、pH5で溶出する。次いで、精製したタンパク質を、リン酸緩衝化生理食塩水(PBS)または50mM 酢酸ナトリウム、pH6の緩衝液および200mM NaClに対して透析することにより再生させる。あるいは、タンパク質はNi−NTAカラムに固定化している間に、首尾よく再折畳みされ得る。推奨条件は以下の通りである:プロテアーゼインヒビターを含む、500mM NaCl、20%グリセロール、20mM Tris/HCl pH7.4中の6M〜1M尿素の直線勾配を使用する再生。再生は1.5時間以上の時間をかけて行うことが好ましい。再生後、タンパク質を250mMイミダゾールの添加によって溶出させる。イミダゾールを、PBSまたは50mM酢酸ナトリウムpH6の緩衝液および200mM NaClに対する最終の透析工程によって除去する。このようにして、精製したタンパク質が得られる。  For example, when using a 6 × His tag, cells expressing the fusion protein are collected by centrifugation (eg, about 6000 × g for 20 minutes) and the cell pellet is placed in a chaotropic agent 6M guanidine HCl at 4 ° C. Solubilize by stirring for 3-4 hours. Cell debris is then removed by centrifugation and the supernatant containing the polypeptide is loaded onto a nickel-nitrilotriacetic acid (“Ni-NTA”) affinity resin column (available from QIAGEN, Inc. supra). Proteins with a 6 × His tag bind with high affinity to Ni-NTA resin and can be purified in a simple one-step procedure (for details see The QIA expressionist (1995) QIAGEN, Inc., supra. See Briefly, the supernatant is loaded onto a 6M guanidine-HCl, pH 8 column and the column is first washed with 10 volumes of 6M guanidine-HCl, pH 8, and then with 10 volumes of 6M guanidine-HCl, pH 6. Wash and finally elute the polypeptide with 6M guanidine-HCl, pH 5. The purified protein is then regenerated by dialysis against phosphate buffered saline (PBS) or 50 mM sodium acetate, pH 6 buffer and 200 mM NaCl. Alternatively, the protein can be successfully refolded while immobilized on a Ni-NTA column. The recommended conditions are as follows: regeneration using a linear gradient of 6M-1M urea in 500 mM NaCl, 20% glycerol, 20 mM Tris / HCl pH 7.4 with protease inhibitors. Regeneration is preferably performed over 1.5 hours or more. After regeneration, the protein is eluted by the addition of 250 mM imidazole. Imidazole is removed by a final dialysis step against PBS or 50 mM sodium acetate pH 6 buffer and 200 mM NaCl. In this way, a purified protein is obtained.

また、目的のタンパク質をFLAGペプチドとの融合タンパク質として生産し、抗FLAG抗体を用いるアフィニティークロマトグラフィーにより精製することができる(Larsenら,Proc.Natl.Acad.Sci.,USA,86,8227(1989)、Kukowska−Latallo JF、Genes Dev.,4,1288(1990))。  Alternatively, the target protein can be produced as a fusion protein with a FLAG peptide and purified by affinity chromatography using an anti-FLAG antibody (Larsen et al., Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 86, 8227 (1989). ), Kukouska-Latallo JF, Genes Dev., 4, 1288 (1990)).

さらに、目的のポリペプチド自身に対する抗体を用いたアフィニティークロマトグラフィーで精製することもできる。本発明のタンパク質は、公知の方法[J.Biomolecular NMR,6,129−134、Science,242,1162−1164、J.Biochem.,110,166−168(1991)]に準じて、in vitro転写・翻訳系を用いて生産することができる。  Furthermore, it can also be purified by affinity chromatography using an antibody against the polypeptide of interest itself. The protein of the present invention can be obtained by known methods [J. Biomolecular NMR, 6,129-134, Science, 242, 1162-1164, J. Biol. Biochem. 110, 166-168 (1991)], it can be produced using an in vitro transcription / translation system.

本発明は、本発明の方法によって生産された、目的のヌクレオチドの翻訳産物を含む組成物を提供する。そのような組成物が含む翻訳産物は、使用される目的のヌクレオチドに応じて変動するが、好ましくはタンパク質であり得る。  The present invention provides a composition comprising the translation product of the nucleotide of interest produced by the method of the present invention. The translation product contained in such a composition will vary depending on the nucleotide of interest used, but may preferably be a protein.

以下に、本発明の好ましい実施形態である実施例に基づいて本発明を説明するが、以下の実施例は、例示の目的のみに提供される。従って、本発明の範囲は、上記発明の詳細な説明にも下記実施例にも限定されるものではなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。  In the following, the present invention will be described based on examples which are preferred embodiments of the present invention. However, the following examples are provided for illustrative purposes only. Accordingly, the scope of the present invention is not limited to the detailed description of the invention nor the following examples, but is limited only by the scope of the claims. Patents, patent applications, and documents cited herein should be incorporated by reference in their entirety, as if the contents themselves were specifically described herein. Understood.

(実施例1:糖欠乏応答性遺伝子の単離)
(実施例1の概略)
糖応答性遺伝子を同定するために、シロイヌナズナcDNAマクロアレイを、スクロースの存在下または非存在下で培養した芽生えから調製したプローブとハイブリダイズした。最初のスクリーニングによって、影響を受ける36個のcDNAが同定された。これらのcDNAのうちの12個を、糖欠乏条件下で誘導されると同定した。これらのうちの9個は、既知の糖応答に関して新規であった。コードされるタンパク質の特性に基づいて、これらを、アミノ酸代謝、糖質代謝および未知に関与する3つの群に分類した。続いて、これらの発現プロファイルと糖レベルとの間の相関を、植物を用いて分析した。離脱葉を36時間にわたるスクロース欠乏に供した場合、グルコースの顕著な減少が生じたが、スクロースの減少は生じず、そして付随して、12個全ての遺伝子が誘導された。しかし、これらの転写産物は、サンプルにスクロースを再供給したところ、7時間以内に迅速に低下した。誘導および抑制の同様のパターンが、植物体全体の暗所処理によって観察されたが、成熟葉の自然老化の間には観察されなかった。グルコースアナログを用いた阻害分析は、これらの遺伝子のうちの9個が、ヘキソキナーゼシグナル伝達経路に関連し得ることを示した。本観察は、植物が、糖欠乏の間、物質の再利用に関与する1セットの遺伝子を活性化することおよびこれらの遺伝子が、機能的に多様であるにもかかわらず、同時にそして協調して調節されることを示唆する。
(Example 1: Isolation of a sugar deficiency responsive gene)
(Outline of Example 1)
To identify sugar-responsive genes, Arabidopsis cDNA macroarrays were hybridized with probes prepared from seedlings cultured in the presence or absence of sucrose. Initial screening identified 36 affected cDNAs. Twelve of these cDNAs were identified as being induced under sugar-deficient conditions. Nine of these were novel with respect to known sugar responses. Based on the properties of the encoded proteins, they were classified into three groups involved in amino acid metabolism, carbohydrate metabolism and unknown. Subsequently, the correlation between these expression profiles and sugar levels was analyzed using plants. When the detached leaves were subjected to sucrose deficiency for 36 hours, there was a significant decrease in glucose but no sucrose reduction and concomitantly all 12 genes were induced. However, these transcripts declined rapidly within 7 hours when the sample was re-fed with sucrose. A similar pattern of induction and suppression was observed by dark treatment of the entire plant, but not during natural senescence of mature leaves. Inhibition analysis with glucose analogs showed that nine of these genes could be associated with the hexokinase signaling pathway. This observation indicates that plants activate a set of genes involved in substance recycling during sugar deficiency and that these genes are functionally diverse, but simultaneously and coordinated Suggests to be regulated.

この方法および結果の詳細を以下に記載する。  Details of this method and results are described below.

(1.1 材料および方法)
(1.1.1 植物材料および成長条件)
シロイヌナズナ(エコタイプColumbia)を、2%スクロース(w/v)を含む0.5×MS液体培地(MurashigeおよびSkoog基本塩、pH5.8)中で、16時間明期/8時間暗期の光周期で21℃で成長させた。播種3週間後、芽生えを、スクロース非含有培地に移植することによって糖を欠乏させ、そして暗所にて79時間までさらに培養した。スクロース非含有培地での72時間の培養後、芽生えを、2%スクロース(w/v)を補充した培地に7時間にわたって移植することによって、芽生えにスクロースを再度供給した。
(1.1 Materials and methods)
(1.1.1 Plant material and growth conditions)
Arabidopsis (ecotype Columbia) was lighted in 0.5 × MS liquid medium (Murashige and Skoog basic salt, pH 5.8) containing 2% sucrose (w / v) for 16 hours light period / 8 hours dark period Grown at 21 ° C. in cycles. Three weeks after sowing, the seedlings were depleted of sugar by transplanting to sucrose-free medium and further cultured in the dark for up to 79 hours. After 72 hours of culture in sucrose-free medium, the seedlings were re-fed with sucrose by transplanting the seedlings in a medium supplemented with 2% sucrose (w / v) for 7 hours.

(1.1.2 cDNAマクロアレイの調製)
シロイヌナズナcDNAマクロアレイは、かずさDNA研究所から供給された。フィルター(8×12cm)は、4つの異なる組織(地上部器官、花芽、根および緑色の長角果)から調製された約13,000個のPCR増幅cDNAフラグメントを含んでいた。アンプリコン作製およびアレイ作製を、Asamizuら、DNA Research 7,2000,pp.175−180およびSasakiら、DNA Research 8,2001,pp.153−161に記載されるとおりに行った。
(1.1.2 Preparation of cDNA Macroarray)
The Arabidopsis cDNA macroarray was supplied by Kazusa DNA Laboratory. The filter (8 × 12 cm) contained approximately 13,000 PCR amplified cDNA fragments prepared from four different tissues (above-ground organs, flower buds, roots and green longhorn). Amplicon and array fabrication are described in Asamizu et al., DNA Research 7, 2000, pp. 175-180 and Sasaki et al., DNA Research 8, 2001, pp. 153-161.

(1.1.3 RNA抽出およびマクロアレイハイブリダイゼーション)
総RNAを、AGPC(酸性グアニジニウム−フェノール−クロロホルム)法(Suzukiら、Plant Cell and Environment 24、2001、pp.1177−1188)を用いて芽生えから単離した。ポリ(A)RNAを、PolyATract mRNA Isolation System(Promega)を用いて、600μgの総RNAから精製した。12μl溶液中の0.3μgのポリ(A)RNAおよび1μgのオリゴ(dT)を、70℃で10分間変性させ、そして氷上で3分間冷却し、そして28μlの総容積(3μlの緩衝液、3μlの25mM MgCl、1.5μlの各10mMのdNTP、1μlの0.1M DTT、6μlの[α−33P]dCTPおよび1.5μlの逆転写酵素)で、37℃で90分間逆転写に供した。得られた33P標識cDNAプローブを、QuantTM G−50 Microカラム(Amersham Pharmacia Biotech)によって精製した。10μlのオリゴ(dA)を補充したChurch−リン酸緩衝液(pH7.2)(0.5M NaHPO、1mM EDTAおよび7% SDS)中での65℃で1時間にわたるプレハイブリダイゼーション後、マイクロアレイフィルターを、65℃で16〜20時間にわたる、10mlの総容積でのプローブを用いたハイブリダイゼーションに供した。フィルターを、それぞれ65℃で30分間にわたって、0.1% SDSを含む2×SSCで1回洗浄し、そして0.1% SDSを含む0.5×SSC中で2回洗浄した。各マイクロアレイフィルターを、処理した植物材料および未処理の植物材料から調製した33P標識cDNAプローブでの代替ハイブリダイゼーションのために順次用いた。
(1.1.3 RNA extraction and macroarray hybridization)
Total RNA was isolated from the sprout using the AGPC (acid guanidinium-phenol-chloroform) method (Suzuki et al., Plant Cell and Environment 24, 2001, pp. 1177-1188). Poly (A) + RNA was purified from 600 μg of total RNA using the PolyATract mRNA Isolation System (Promega). 0.3 μg poly (A) + RNA and 1 μg oligo (dT) in 12 μl solution were denatured at 70 ° C. for 10 minutes and cooled on ice for 3 minutes and 28 μl total volume (3 μl buffer, 3 μl 25 mM MgCl 2 , 1.5 μl each 10 mM dNTP, 1 μl 0.1 M DTT, 6 μl [α- 33 P] dCTP and 1.5 μl reverse transcriptase) for reverse transcription at 37 ° C. for 90 minutes Provided. The resulting 33 P-labeled cDNA probe was purified by a Quant G-50 Micro column (Amersham Pharmacia Biotech). After prehybridization at 65 ° C. for 1 hour in Church-phosphate buffer (pH 7.2) (0.5 M Na 2 HPO 4 , 1 mM EDTA and 7% SDS) supplemented with 10 μl oligo (dA) The microarray filter was subjected to hybridization with the probe in a total volume of 10 ml for 16-20 hours at 65 ° C. The filters were washed once with 2 × SSC containing 0.1% SDS and twice in 0.5 × SSC containing 0.1% SDS for 30 minutes each at 65 ° C. Each microarray filter was used sequentially for alternative hybridization with 33 P-labeled cDNA probes prepared from treated and untreated plant material.

(1.1.4 データ分析)
フィルターを、BAS 5000を用いてスキャンし、そしてシグナル強度を、バックグラウンドを差し引きして、Array Vision(Amersham Pharmacia Biotech)によって分析した。バックグラウンドよりも低い値を示すスポットを、さらなる分析から除外した。異なるハイブリダイゼーション間の比較を改善するために、定量したシグナル強度を、フィルターあたりの積分値に関して標準化した。誘導または抑制された糖応答遺伝子を、未処理レベルの3倍を超えるかまたは未処理レベルの0.3倍を下回るという基準を用いて同定した。
(1.1.4 Data analysis)
Filters were scanned using BAS 5000 and signal intensity was analyzed by Array Vision (Amersham Pharmacia Biotech) with background subtraction. Spots showing values below background were excluded from further analysis. To improve the comparison between different hybridizations, the quantified signal intensity was normalized with respect to the integrated value per filter. Induced or repressed sugar responsive genes were identified using the criteria of greater than 3 times the untreated level or less than 0.3 times the untreated level.

(1.1.5 サブアレイ作製、ハイブリダイゼーションおよびデータ分析)
最初のアレイスクリーニングによって同定された遺伝子間で矛盾したクローンを排除するために、184個の遺伝子および8個のコントロールを用いてサブアレイを構築し、これらの隣接する重複する遺伝子は、合計384個のエレメントのcDNAサブアレイを生じる(Gene−Lab Co.Ltd.)。cDNAマクロアレイ分析のために用いたプロトコルに従って、ハイブリダイゼーションを行った。ハイブリダイゼーションシグナルの再現性を、三連の実験の平均値から評価した。
(1.1.5 Subarray production, hybridization and data analysis)
In order to eliminate inconsistent clones among the genes identified by the initial array screening, a subarray was constructed with 184 genes and 8 controls, and these adjacent overlapping genes totaled 384 A cDNA subarray of elements is generated (Gene-Lab Co. Ltd.). Hybridization was performed according to the protocol used for cDNA macroarray analysis. The reproducibility of the hybridization signal was evaluated from the average of triplicate experiments.

(1.1.6 RNAゲルブロット分析)
総RNAを、Suzukiら、Plant Cell and Environment 24、2001、pp.1177−1188に記載されるとおりに総芽生えまたは離脱葉組織から抽出した。10μgの各RNAサンプルを、1.2%ホルムアルデヒド−アガロースゲル電気泳動によってサイズ分画し、ナイロンメンブレンにトランスファーし、そしてUV照射によって架橋した。このメンブレンを、42℃で16時間にわたるハイブリダイゼーションに供し、0.1% SDSを含む0.5×SSC中で65℃で2回洗浄し、そしてSuzukiら、Plant Cell and Environment 24、2001、pp.1177−1188に記載されるとおりにX線フィルムに接触させた。
(1.1.6 RNA gel blot analysis)
Total RNA was obtained from Suzuki et al., Plant Cell and Environment 24, 2001, pp. Extracted from total seedlings or detached leaf tissue as described in 1177-1188. 10 μg of each RNA sample was size fractionated by 1.2% formaldehyde-agarose gel electrophoresis, transferred to a nylon membrane, and crosslinked by UV irradiation. The membrane was subjected to hybridization at 42 ° C. for 16 hours, washed twice at 65 ° C. in 0.5 × SSC containing 0.1% SDS, and Suzuki et al., Plant Cell and Environment 24, 2001, pp. . X-ray film was contacted as described in 1177-1188.

(1.1.7 可溶性の糖の決定)
可溶性の糖を、4mLの80%(v/v)のエタノールおよび1mLの50%エタノールで順次抽出した。2つの層をプールし、そして80℃にて30分間インキュベートした。溶液を9,000rpmで10分間遠心分離し、そして上清をSpeed Vac Concentrator中で乾燥した。乾燥した残渣を、400μlの80%エタノール中に再懸濁し、400μlのクロロホルムと混合し、そして7,500rpmで10分間遠心分離した。上清を、酵素法(Sigma Diagnostics Glucose試薬,USA)によって可溶性の糖について分析した。
(1.1.7 Determination of soluble sugar)
Soluble sugar was extracted sequentially with 4 mL 80% (v / v) ethanol and 1 mL 50% ethanol. The two layers were pooled and incubated at 80 ° C. for 30 minutes. The solution was centrifuged at 9,000 rpm for 10 minutes and the supernatant was dried in a Speed Vac Concentrator. The dried residue was resuspended in 400 μl of 80% ethanol, mixed with 400 μl of chloroform, and centrifuged at 7,500 rpm for 10 minutes. The supernatant was analyzed for soluble sugars by the enzymatic method (Sigma Diagnostics Glucose reagent, USA).

(1.2 結果)
(1.2.1 糖応答性遺伝子の同定)
約13.000個のシロイヌナズナ遺伝子についてのcDNAマクロアレイを用いて、本発明者らは、糖の欠乏に応答して転写産物レベルが変化したcDNAをスクリーニングした。プローブのcDNAを、79時間の糖欠乏に供した水耕栽培芽生え、または72時間のスクロース欠乏後にスクロースを豊富に含む培地に7時間にわたって戻した後の水耕栽培芽生えから調製した。ハイブリダイゼーションを、各サンプルについて二連で行って、高い再現性を得た。Array Visionでのスケーリング後、シグナル強度を正規化して、2つのプローブの間の強度の比を算出した。最初のスクリーニングによって、シグナルの比が3倍を超えて変化したか、または0.3倍未満で変化した184個の遺伝子が得られた(図1a)。続いて、二連のサブアレイ(各々192遺伝子を含む)を調製した。このうち、184個が最初に同定された遺伝子であり、そして8個がポジティブコントロール遺伝子であった。常に暗所で1%スクロースの非存在下または存在下で培養した、播種後3週間目の芽生えから調製したプローブでのサブアレイのディファレンシャルハイブリダイゼーションによって、73個の遺伝子の転写産物レベルがコントロールと比較して1.5倍の増加または減少を示すことを示した(図1b)。
(1.2 Results)
(1.2.1 Identification of sugar-responsive genes)
Using a cDNA macroarray for about 13.000 Arabidopsis genes, we screened for cDNAs that had altered transcript levels in response to sugar deficiency. Probe cDNA was prepared from hydroponically grown seedlings that had been subjected to sugar deprivation for 79 hours, or hydroponically grown seedlings that had been returned to a sucrose-rich medium after 72 hours of sucrose depletion for 7 hours. Hybridization was performed in duplicate for each sample to obtain high reproducibility. After scaling with the Array Vision, the signal intensity was normalized and the ratio of the intensities between the two probes was calculated. Initial screening resulted in 184 genes whose signal ratio changed by more than 3 fold or less than 0.3 fold (FIG. 1a). Subsequently, duplicate subarrays (each containing 192 genes) were prepared. Of these, 184 were the first identified genes and 8 were positive control genes. Differential hybridization of subarrays with probes prepared from seedlings 3 weeks after seeding, always cultured in the absence or presence of 1% sucrose in the dark, compared transcript levels of 73 genes to controls Showed a 1.5-fold increase or decrease (FIG. 1b).

(1.2.2 転写産物の蓄積)
1%スクロースを含む培養培地で成長させた芽生えを、スクロースを含まない新鮮な培地に移植し、そして12時間、36時間および79時間にわたってインキュベートし、そしてサブアレイで同定された73個の遺伝子についてRNAゲルブロット分析を行った(図2)。糖の欠乏によって誘導された9個の遺伝子の発現パターンを、RNAブロットハイブリダイゼーションによって分析した(図2)。9個全ての遺伝子について、RNAゲルブロットアッセイデータは、サブアレイプロファイルと一貫しており、そして本発明者らは、これらのアレイについての定量的結果に妥当性があると結論し、そしてこの単離した遺伝子を、AtSUG(rabidopsis haliana ugar p−regulated)1〜9と命名した。
(1.2.2 Accumulation of transcripts)
Seedlings grown in culture medium containing 1% sucrose were transferred to fresh medium without sucrose and incubated for 12 hours, 36 hours and 79 hours and RNA for 73 genes identified in the subarray Gel blot analysis was performed (Figure 2). The expression pattern of 9 genes induced by sugar deficiency was analyzed by RNA blot hybridization (FIG. 2). For all nine genes, RNA gel blot assay data is consistent with the subarray profile, and we conclude that the quantitative results for these arrays are valid and this isolation the gene was designated AtSUG (a rabidopsis t haliana s ugar u p-regulated) 1~9.

(1.2.3 離脱葉の応答)
播種後25日目の植物から脱離した展開した葉のサンプルにスクロースを供給したところ、スクロースおよびグルコースのレベルが比較的一定に維持されることが見出された(図3a)。対照的に、サンプルからスクロースを欠乏させると、スクロースのレベルは徐々に低下し、そしてグルコースのレベルは迅速に低下した(図3a)。特に、グルコースは、79時間後には、開始レベルの10%未満まで減少した(図3a)。サンプルからスクロースを72時間にわたって欠乏させ、次いで7時間にわたって30mMスクロースを供給した場合、スクロースおよびグルコースは両方とも、糖が供給されたサンプルにおけるレベルと等しいレベルを示した(図3a)。
(1.2.3 Response of detached leaves)
When sucrose was fed to a sample of developed leaves detached from the plant 25 days after sowing, it was found that the levels of sucrose and glucose remained relatively constant (FIG. 3a). In contrast, when sucrose was depleted from the sample, the sucrose level gradually decreased and the glucose level rapidly decreased (FIG. 3a). In particular, glucose decreased to less than 10% of the starting level after 79 hours (FIG. 3a). When the sample was depleted of sucrose for 72 hours and then fed 30 mM sucrose for 7 hours, both sucrose and glucose showed a level equal to that in the sample fed with sugar (Figure 3a).

転写産物の蓄積プロファイルを、RNAブロットハイブリダイゼーションによって糖結合に応答することが同定された73個の遺伝子について、脱離葉サンプルを用いて調べた
場合、12個の遺伝子が誘導された。次いで、誘導された12個の遺伝子の転写産物蓄積の時間経過を、スクロースが供給された脱離葉およびスクロースが欠乏した脱離葉において調べた(図3b)。これらの転写産物は全て、スクロースを供給したサンプルにおいて存在しなかったが、これらは、スクロースが欠乏したら迅速に蓄積した。顕著なことに、スクロース誘導性転写産物は、スクロースを再供給してから7時間以内に減少した(図3b)。これらのパターンは、一般に共有されているようであるが、2つ(AtSUG4およびAtSUG10)は、いくらかの相違を示した。コードされるタンパク質の推定機能に基づいて、誘導された12個の遺伝子を、3つの群(アミノ酸代謝、糖質代謝および未知)に分類した(表1)。
When the transcript accumulation profile was examined for 73 genes identified to respond to sugar binding by RNA blot hybridization, 12 genes were induced. Subsequently, the time course of accumulation of the induced 12 gene transcripts was examined in the detached leaves fed with sucrose and the detached leaves deficient in sucrose (FIG. 3b). None of these transcripts were present in the sample fed sucrose, but they accumulated rapidly when sucrose was depleted. Remarkably, sucrose-inducible transcripts were reduced within 7 hours after refeeding sucrose (FIG. 3b). These patterns seem to be shared in general, but the two (AtSUG4 and AtSUG10) showed some differences. Based on the putative function of the encoded protein, the 12 genes induced were classified into three groups (amino acid metabolism, carbohydrate metabolism and unknown) (Table 1).

[表1]

Figure 2005001088
[Table 1]
Figure 2005001088

(1.2.4 暗所の影響)
植物全体を遮光した場合、ロゼット葉におけるスクロース含量およびグルコース含量は両方とも、3日後、最初のレベルの25%まで有意に減少した(図4a)。この低下は、グルコースに関して、スクロースよりも明確であり、1日の処置後に70%の減少を示した(図4a)。脱離葉における全てのAtSUGの転写産物は、暗所へ移して1日以内に非常に誘導され、そしてこのレベルは、3日間まで維持された(図4b)。
(1.2.4 Effects of dark places)
When the whole plant was shaded, both sucrose and glucose content in rosette leaves were significantly reduced to 25% of the initial level after 3 days (FIG. 4a). This decrease was more pronounced for glucose than sucrose and showed a 70% decrease after 1 day of treatment (FIG. 4a). All AtSUG transcripts in detached leaves were highly induced within 1 day after being transferred to the dark and this level was maintained for up to 3 days (FIG. 4b).

(1.2.5 老化の影響)
脱離葉は、老化することが公知であり、目に見えて黄化する(図5a)。脱離したロゼット葉(これを老化させた)を用いて、糖含量の変動およびAtSUGの転写レベルを調べた。実験系を、Columbiaエコタイプで設定した。この実験系では、ロゼット葉は、発芽約25日後に充分に広がり、そして花序および花は、35日目に現れる。50日目に、ロゼット葉は、クロロフィルを失い、そして70日目の植物は、成熟して老化状態に到達する。スクロースおよびグルコース(これは、25日目まで蓄積した)は、その次の10日間の間に迅速に減少した(図5a)。しかし、これらの両方の糖の量は、その後増加し、70日目には25日目とほぼ同じレベルに到達した。これは、蓄積した澱粉または細胞化合物の分解を示し得る(図5a)。
(1.2.5 Effects of aging)
The detached leaves are known to age and are visibly yellowed (FIG. 5a). Detached rosette leaves (which were aged) were used to examine changes in sugar content and AtSUG transcription levels. The experimental system was set up with a Columbia ecotype. In this experimental system, rosette leaves spread well after about 25 days of germination and inflorescence and flowers appear on day 35. On day 50, rosette leaves lose chlorophyll, and day 70 plants mature and reach an aging state. Sucrose and glucose (which accumulated until day 25) decreased rapidly during the next 10 days (FIG. 5a). However, the amounts of both these sugars subsequently increased and reached about the same level on day 70 as on day 25. This may indicate degradation of accumulated starch or cellular compounds (Figure 5a).

驚くべきことに、AtSUGの応答は、変動性であった(図5b)。全ての転写産物が誘導されたわけではなく、次いで50日目より後に誘導が明確になることを初めて示す。AtSUG3およびAtSUG5の転写産物は、25日目に非老化葉において存在し、そして老化期間の間、比較的一定のレベルで持続した(図5b)。これらの結果は、AtSUGの発現系が、暗所および糖の欠乏によって誘導される人工老化と、加齡に関連する天然の老化とは異なることを示唆する。  Surprisingly, the response of AtSUG was variable (Figure 5b). It is the first time that not all transcripts have been induced and then induction becomes evident after day 50. AtSUG3 and AtSUG5 transcripts were present in non-senescent leaves on day 25 and persisted at a relatively constant level during the senescence period (FIG. 5b). These results suggest that the AtSUG expression system is different from artificial aging induced by darkness and sugar deficiency, and natural aging associated with addiction.

(1.2.6 グルコースアナログの影響)
ヘキソキナーゼによってリン酸化されるが、その後、グルコース−6−リン酸には代謝されない、2−デオキシグルコースの影響は、ヘキソキナーゼシグナル伝達経路の関与を示すと考えられる。3−O−メチルグルコースは、ヘキソキナーゼの基質ではなく、そしてその影響は、ヘキソキナーゼ依存性シグナル伝達を示す。離脱葉からスクロースを48時間欠乏させ、次いで糖またはアナログを24時間にわたって供給した場合、全てのAtSUGは、欠乏によって最初に抑制解除された(図6)。スクロースおよびグルコースの再供給は、これらの発現を抑制したが、後者は、いくつかの遺伝子に関しては有効であるには不充分であった。2−デオキシグルコースもまた、大多数のAtSUGの発現を抑制したが、全てを抑制したわけではなく、AtSUG5、AtSUG7およびAtSUG10を抑制しなかった。3−O−メチルグルコースは、AtSUGに対して何の影響も示さなかった。これらの結果は、12個のAtSUGのうちの9個が、おそらく、ヘキソキナーゼシグナル伝達経路の制御下にあり、一方、3個は明らかに独立していることを指摘する。
(1.2.6 Effects of glucose analog)
The effect of 2-deoxyglucose, which is phosphorylated by hexokinase but not subsequently metabolized to glucose-6-phosphate, is thought to indicate involvement of the hexokinase signaling pathway. 3-O-methylglucose is not a substrate for hexokinase, and its effect indicates hexokinase-dependent signaling. All AtSUG was first derepressed by depletion when sucrose was depleted from detached leaves for 48 hours and then sugar or analog was fed for 24 hours (FIG. 6). Refeeding of sucrose and glucose suppressed their expression, but the latter was insufficient to be effective for some genes. 2-Deoxyglucose also suppressed the expression of the majority of AtSUG, but not all, and did not suppress AtSUG5, AtSUG7 and AtSUG10. 3-O-methylglucose did not show any effect on AtSUG. These results indicate that 9 out of 12 AtSUG are probably under the control of the hexokinase signaling pathway, while 3 are clearly independent.

(実施例2:β−ガラクトシダーゼ、β−キシロシダーゼおよびβ−グルコシダーゼの、植物体での糖欠乏応答性発現の確認)
実施例1で単離したAtSUG1から12の、スクロース存在下およびスクロース非存在下での発現を、スクロース存在下の条件ではスクロースを1%含む条件で成長させたこと以外は上記1.2.2に記載と同様の方法で、RNAゲルブロット分析によって調べた。結果を図7に示す。この結果、AtSUG6およびAtSUG7が、糖欠乏に特に敏感に応答して、顕著に誘導されることがわかった。それゆえ、AtSUG6およびAtSUG7の配列を、DNAシークエンサー(モデル373、PE Biosystems,Foster City,CA)を用いて配列決定した。決定された配列を他の配列との相同性について検索した結果、AtSUG6は、β−ガラクトシダーゼをコードし、そしてAtSUG7はβ−キシロシダーゼをコードすることがわかった。
(Example 2: Confirmation of sugar deficiency responsive expression in plants of β-galactosidase, β-xylosidase and β-glucosidase)
The above-mentioned 1.2.2 except that AtSUG1 to 12 isolated in Example 1 were grown in the presence of sucrose and in the absence of sucrose under the condition containing 1% sucrose in the presence of sucrose. Was examined by RNA gel blot analysis in the same manner as described in. The results are shown in FIG. As a result, it was found that AtSUG6 and AtSUG7 were significantly induced in response to sugar deficiency. Therefore, the sequences of AtSUG6 and AtSUG7 were sequenced using a DNA sequencer (Model 373, PE Biosystems, Foster City, CA). As a result of searching the determined sequence for homology with other sequences, it was found that AtSUG6 encodes β-galactosidase and AtSUG7 encodes β-xylosidase.

得られた配列を用いて、日本DNAデータバンクのWebサイト(http:www.ddbj.nig.ac.jp/Welcome−j.html)のClustalWという解析ソフトで配列分析を行うことによって、β−ガラクトシダーゼ(Galとも記載する)およびβ−キシロキダーゼ(Xylとも記載する)のファミリーの系統樹を作成した。結果を図8に示す。β−ガラクトシダーゼファミリーには、Gal−1〜Gal−6が存在する。β−キシロシダーゼファミリーには、Xyl−1〜Xyl−3が存在する。  By using the obtained sequence, sequence analysis is performed with analysis software called ClustalW on the website of Japan DNA Data Bank (http: www. A phylogenetic tree of the family of (also described as Gal) and β-xyloxase (also described as Xyl) was generated. The results are shown in FIG. In the β-galactosidase family, Gal-1 to Gal-6 exist. There are Xyl-1 to Xyl-3 in the β-xylosidase family.

これらの類似の遺伝子の発現パターンを見るために、Gal−1〜Gal−6およびXyl−1〜Xyl−3のスクロース存在下およびスクロース非存在下での発現を、プローブとしてそれぞれの遺伝子を用いることおよびスクロース存在下の条件ではスクロースを1%含む条件で成長させたこと以外は、上記1.2.2に記載と同様の方法で、RNAゲルブロット分析によって調べた。結果を図9に示す。この結果、Gal−1およびXyl−1が、糖欠乏に敏感に応答し、糖欠乏によって顕著に発現が誘導されることがわかった。Xyl−3は、糖欠乏によって発現が促進された。  To see the expression patterns of these similar genes, use the respective genes as probes for the expression of Gal-1 to Gal-6 and Xyl-1 to Xyl-3 in the presence and absence of sucrose. In the presence of sucrose, RNA gel blot analysis was performed in the same manner as described in 1.2.2 above, except that growth was performed under conditions containing 1% sucrose. The results are shown in FIG. As a result, it was found that Gal-1 and Xyl-1 respond sensitively to sugar deficiency and that expression is significantly induced by sugar deficiency. Expression of Xyl-3 was promoted by sugar deficiency.

これらの糖分解関連遺伝子が糖欠乏に敏感に応答することから、他の糖分解関連遺伝子も同様に応答するのではないかと考え、β−グルコシダーゼ(Glc−1)についてプローブとしてGlc−1を用いることおよびスクロース存在下の条件ではスクロースを1%含む条件で成長させたこと以外は、上記1.2.2に記載と同様の方法で、RNAゲルブロット分析によって調べた。結果を図10に示す。この結果、β−グルコシダーゼもまた、糖欠乏に応答して発現が顕著に誘導されることがわかった。  Since these glycolysis-related genes respond sensitively to sugar deficiency, it is thought that other glycolysis-related genes may respond similarly, and Glc-1 is used as a probe for β-glucosidase (Glc-1). In the presence of sucrose, it was examined by RNA gel blot analysis in the same manner as described in 1.2.2 above, except that growth was performed under the condition containing 1% sucrose. The results are shown in FIG. As a result, it was found that expression of β-glucosidase was also significantly induced in response to sugar deficiency.

Gal−1の遺伝子産物(724アミノ酸)、Xyl−1の遺伝子産物(774アミノ酸)およびGlc−1の遺伝子産物(531アミノ酸)の構造を比較したところ、いずれも、N末端にシグナルペプチドを有することがわかった(図11)。それゆえ、これらの遺伝子産物は、細胞外へ分泌されると予想される。また、これらは全て糖鎖付加シグナルを持ち、糖タンパク質であると考えられた。他の部分についてはこれらの3つの遺伝子産物間での相同性は低かった。  When the structures of the Gal-1 gene product (724 amino acids), Xyl-1 gene product (774 amino acids) and Glc-1 gene product (531 amino acids) were compared, all had a signal peptide at the N-terminus. (Fig. 11). Therefore, these gene products are expected to be secreted extracellularly. All of these have glycosylation signals and were considered to be glycoproteins. For the other parts, the homology between these three gene products was low.

(実施例3:β−ガラクトシダーゼ、β−キシロシダーゼおよびβ−グルコシダーゼの、培養細胞での糖欠乏応答性発現の確認)
培養細胞は、容易に糖源を調整し得、かつ細胞壁タンパク質が培養液中に分泌されるという特徴を有する(図12を参照)。β−ガラクトシダーゼ、β−キシロシダーゼおよびβ−グルコシダーゼの発現が培養細胞中でも同様に糖欠乏によって誘導されるのであれば、これらの遺伝子の有するプロモーターを用いて糖欠乏誘導性発現系を構築することが可能である。そこで、シロイヌナズナ(エコタイプColumbia)を、2%スクロース(w/v)を含む0.5×MS液体培地(MurashigeおよびSkoog基本塩、pH5.8)中で、16時間明期/8時間暗期の光周期で21℃で成長させた。播種1週間後のシロイヌナズナの胚軸の部分を切り出し、この部分を、3%スクロースおよび1mg/L 2,4−ジクロロフェノキシ酢酸、1×B5ビタミン(0.4mg/L ミオイノシトール、0.004mg/L ニコチンアミド、0.004mg/L ピリドキシンHCl、0.04mg/L チアミンHCl)および0.8%アガロースを含む1×MS固形培地上にのせて暗所で21℃で1ヶ月間にわたって培養することによってカルスを誘導した。1ヵ月後、誘導されたカルスを、アガロースを含まない3%スクロースおよび1mg/L 2,4−ジクロロフェノキシ酢酸、1×B5ビタミン(0.4mg/L ミオイノシトール、0.004mg/L ニコチンアミド、0.004mg/L ピリドキシンHCl、0.04mg/L チアミンHCl)を含む1×MS培地に植えて、暗黒下で21℃で100rpmで振盪しながら1週間にわたって懸濁培養した。1週間の懸濁培養後、このシロイヌナズナ培養細胞を、0、10、30または90mMのスクロースおよび1mg/L 2,4−ジクロロフェノキシ酢酸、1×B5ビタミン(0.4mg/L ミオイノシトール、0.004mg/L ニコチンアミド、0.004mg/L ピリドキシンHCl、0.04mg/L チアミンHCl)を含む1×MS培地中で21℃で36時間にわたって継代培養した。継代培養開始時(0時間)、継代培養12時間後、24時間後および36時間後に培養細胞の一部を取り出し、この細胞中でのGal−1、Xyl−1およびGlc−1の発現を、各遺伝子についてプローブとしてそれぞれの遺伝子を用いること以外は、上記1.2.2に記載と同様の方法で、RNAゲルブロット分析によって調べた。結果を図13に示す。この結果、Gal−1、Xyl−1およびGlc−1が、培養細胞中でも糖欠乏による顕著にmRNA発現が誘導され、そしてスクロースが存在するとこれらの遺伝子のmRNAの発現はほぼ完全に抑制されることがわかった。
(Example 3: Confirmation of glucose deficiency responsive expression in cultured cells of β-galactosidase, β-xylosidase and β-glucosidase)
Cultured cells are characterized in that the sugar source can be easily adjusted and cell wall proteins are secreted into the culture medium (see FIG. 12). If the expression of β-galactosidase, β-xylosidase and β-glucosidase is also induced in cultured cells by sugar deficiency, it is possible to construct a glucose deficiency inducible expression system using the promoters of these genes It is. Therefore, Arabidopsis thaliana (ecotype Columbia) was prepared in 0.5 × MS liquid medium (Murashige and Skog basic salt, pH 5.8) containing 2% sucrose (w / v) for 16 hours light period / 8 hours dark period. And grown at 21 ° C. One week after sowing, the hypocotyl part of Arabidopsis thaliana was excised, and this part was cut into 3% sucrose and 1 mg / L 2,4-dichlorophenoxyacetic acid, 1 × B5 vitamin (0.4 mg / L myo-inositol, 0.004 mg / L nicotinamide, 0.004 mg / L pyridoxine HCl, 0.04 mg / L thiamine HCl) and 0.8% agarose and incubate at 21 ° C. for 1 month in the dark Induced callus. After 1 month, induced callus was treated with 3% sucrose without agarose and 1 mg / L 2,4-dichlorophenoxyacetic acid, 1 × B5 vitamin (0.4 mg / L myo-inositol, 0.004 mg / L nicotinamide, Planted in 1 × MS medium containing 0.004 mg / L pyridoxine HCl, 0.04 mg / L thiamine HCl) and suspended in the dark at 21 ° C. with shaking at 100 rpm for 1 week. After 1 week of suspension culture, the Arabidopsis cultured cells were transformed into 0, 10, 30 or 90 mM sucrose and 1 mg / L 2,4-dichlorophenoxyacetic acid, 1 × B5 vitamin (0.4 mg / L myo-inositol, 0. 004 mg / L nicotinamide, 0.004 mg / L pyridoxine HCl, 0.04 mg / L thiamine HCl) was subcultured at 21 ° C. for 36 hours. At the beginning of subculture (0 hour), 12 hours, 24 hours and 36 hours after subculture, a part of the cultured cells was taken out, and expression of Gal-1, Xyl-1 and Glc-1 in these cells Were examined by RNA gel blot analysis in the same manner as described in 1.2.2 above, except that each gene was used as a probe for each gene. The results are shown in FIG. As a result, Gal-1, Xyl-1, and Glc-1 are remarkably induced to express mRNA in cultured cells due to sugar deficiency, and in the presence of sucrose, mRNA expression of these genes is almost completely suppressed. I understood.

培養液中のGal−1、Xyl−1およびGlc−1の実際の酵素活性も同様に糖欠乏誘導性で増加するか否かを決定するために、3%スクロースおよび1mg/L 2,4−ジクロロフェノキシ酢酸、1×B5ビタミン(0.4mg/L ミオイノシトール、0.004mg/L ニコチンアミド、0.004mg/L ピリドキシンHCl、0.04mg/L チアミンHCl)を含む1×MS培地で前培養し、次いで、培養細胞を、3%スクロースを含むかまたはスクロースを含まない同じ培地に移植して継代培養した後、10時間後、20時間後、30時間後または40時間後に培養上清を0.1ml採取し、人工基質(それぞれ、メチルウンベリフェロン−Gal、メチルウンベリフェロン−Xylおよびメチルウンベリフェロン−Glu)を用い、365nmの励起波長および455nmの吸収波長で蛍光顕微鏡を用いて、この上清中の遊離した4−メチルウンベリフェロン(4−MU)の蛍光を測定することによって、この上清中のβ−ガラクトシダーゼ活性、β−キシロシダーゼ活性およびβ−グルコシダーゼ活性を測定した。結果を図14に示す。この結果、β−ガラクトシダーゼ、β−キシロシダーゼおよびβ−グルコシダーゼのいずれも、糖欠乏によって、タンパク質レベルで発現が顕著に誘導されて培養液中に分泌されることが確認された。  In order to determine whether the actual enzyme activities of Gal-1, Xyl-1 and Glc-1 in the culture are also increased in a glucose deficiency-inducing manner, 3% sucrose and 1 mg / L 2,4- Pre-culture in 1 × MS medium containing dichlorophenoxyacetic acid, 1 × B5 vitamin (0.4 mg / L myo-inositol, 0.004 mg / L nicotinamide, 0.004 mg / L pyridoxine HCl, 0.04 mg / L thiamine HCl) Then, the cultured cells are transferred to the same medium containing 3% sucrose or without sucrose and subcultured, and then the culture supernatant is obtained after 10 hours, 20 hours, 30 hours or 40 hours. 0.1 ml was collected and artificial substrates (methylumbelliferone-Gal, methylumbelliferone-Xyl and methylumbelliferone-G, respectively) were collected. This supernatant was measured by measuring the fluorescence of free 4-methylumbelliferone (4-MU) in the supernatant using a fluorescence microscope with an excitation wavelength of 365 nm and an absorption wavelength of 455 nm. Β-galactosidase activity, β-xylosidase activity and β-glucosidase activity were measured. The results are shown in FIG. As a result, it was confirmed that expression of β-galactosidase, β-xylosidase and β-glucosidase was significantly induced at the protein level and secreted into the culture medium due to sugar deficiency.

これらの結果から、糖欠乏(糖飢餓)時には、糖飢餓によって細胞壁分解酵素遺伝子の発現が誘導され、細胞壁分解酵素が分泌され、この細胞壁分解酵素によって細胞壁に存在する糖鎖が分解されて、ガラクトース、キシロース、グルコースといった単糖が遊離され、この遊離した糖を植物が炭素源として利用していると考えられる(図15)。つまり、植物は光合成阻害などにより、糖飢餓状態に陥ると細胞壁多糖を分解し、エネルギー源として利用すると考えられる。  From these results, at the time of sugar deficiency (sugar starvation), the expression of the cell wall degrading enzyme gene is induced by the sugar starvation, the cell wall degrading enzyme is secreted, and the sugar chain present in the cell wall is degraded by this cell wall degrading enzyme. Monosaccharides such as xylose and glucose are liberated, and it is considered that the liberated sugar is used as a carbon source by the plant (FIG. 15). In other words, if a plant falls into a sugar-starved state due to photosynthesis inhibition or the like, it is considered that the cell wall polysaccharide is decomposed and used as an energy source.

Gal−1、Xyl−1およびGlc−1が、どのような糖によって糖欠乏誘導性発現の制御を受けているかを確認するために、上記のシロイヌナズナ培養細胞を、3%スクロースおよび1mg/L 2,4−ジクロロフェノキシ酢酸、1×B5ビタミン(0.4mg/L ミオイノシトール、0.004mg/L ニコチンアミド、0.004mg/L ピリドキシンHCl、0.04mg/L チアミンHCl)を含む1×MS培地で前培養し、次いで、3%スクロースの代わりにそれぞれ、炭素源としてスクロース、グルコース、ガラクトース、フルクトース、キシロース、マンノース、マンニトール、またはグルコースアナログである2−デオキシ−グルコース(2−d−gluc)もしくは3−O−メチルグルコース(3−oM−gluc)を3%含む同じ培地中で、暗黒下で21℃で24時間培養した。24時間培養後、培養細胞を採取し、mRNAを単離し、RNAゲルブロット分析によって調べた。結果を図16に示す。この結果、スクロース、グルコース、ガラクトース、フルクトースおよびキシロースという代謝可能な糖によってGal−1、Xyl−1およびGlc−1のmRNA発現は抑制され、一方、2−デオキシ−グルコース、マンノース、3−O−メチルグルコースおよびマンニトールという植物によって代謝されない(解糖系に入らない)糖によっては、Gal−1、Xyl−1およびGlc−1のmRNA発現が抑制されないことがわかった。このことから、Gal−1、Xyl−1およびGlc−1のmRNA発現は、代謝可能な糖の存在の有無によって制御されていることがわかった(図15)。これにより、糖による発現制御は、解糖系以降の物質により制御されていると予想される。  In order to confirm what kind of sugars Gal-1, Xyl-1 and Glc-1 are under control of glucose deficiency-inducible expression, the above Arabidopsis cultured cells were treated with 3% sucrose and 1 mg / L 2. , 4-dichlorophenoxyacetic acid, 1 × B5 vitamin (0.4 mg / L myo-inositol, 0.004 mg / L nicotinamide, 0.004 mg / L pyridoxine HCl, 0.04 mg / L thiamine HCl) 1 × MS medium Then sucrose, glucose, galactose, fructose, xylose, mannose, mannitol, or the glucose analog 2-deoxy-glucose (2-d-gluc) or 3% sucrose, respectively. 3-O-methylglucose (3-oM-gl The c) in the same medium containing 3% were incubated for 24 hours at 21 ° C. in the dark. After culturing for 24 hours, cultured cells were collected, mRNA was isolated, and examined by RNA gel blot analysis. The results are shown in FIG. As a result, mRNA expression of Gal-1, Xyl-1 and Glc-1 is suppressed by metabolizable sugars such as sucrose, glucose, galactose, fructose and xylose, while 2-deoxy-glucose, mannose, 3-O- It was found that the expression of Gal-1, Xyl-1 and Glc-1 mRNAs was not suppressed by sugars that were not metabolized by plants (methylglucose and mannitol) (that did not enter the glycolytic system). From this, it was found that mRNA expression of Gal-1, Xyl-1 and Glc-1 was controlled by the presence or absence of metabolizable sugars (FIG. 15). As a result, expression control by sugar is expected to be controlled by substances after glycolysis.

(実施例4:タバコBY−2細胞におけるβ−ガラクトシダーゼプロモーターまたはβ−キシロシダーゼプロモーターによる異種遺伝子配列の発現)
目的タンパク質の遺伝子の発現量および発現させるタイミングを制御することは、効率的なタンパク質生産を目指す場合に重要なファクターである。また、培養細胞の増殖性もタンパク質の高生産のためには重要である。例えば、タバコBY−2細胞(Kato,A.ら、”Fermentation Technology Today”、1972、pp.689−695に記載の方法に従って作製され得る;東京大学大学院新領域創成科学研究科の馳澤盛一郎先生より分与され得る)は、1週間で約100倍に増殖する、非常に増殖の速い培養細胞株である。このような増殖の速い培養細胞を用いれば、糖欠乏誘導性プロモーターを用いた有用タンパク質生産がより効率的に行われると考えられる。そこで、シロイヌナズナから単離した糖欠乏誘導性遺伝子のプロモーターが、異種植物であるタバコにおいても糖欠乏誘導性に発現可能であるか否かを調べた。
(Example 4: Expression of heterologous gene sequence by β-galactosidase promoter or β-xylosidase promoter in tobacco BY-2 cells)
Controlling the expression level and expression timing of the target protein gene is an important factor when aiming at efficient protein production. In addition, the proliferation of cultured cells is also important for high protein production. For example, tobacco BY-2 cells (Kato, A. et al., “Fermentation Technology Today”, 1972, pp. 689-695 can be prepared; Moriichiro Serizawa, Graduate School of Frontier Sciences, University of Tokyo; Is a very fast growing cell line that grows about 100 times in a week. It is considered that useful protein production using a sugar deficiency-inducible promoter can be performed more efficiently if such rapidly cultured cells are used. Therefore, it was investigated whether the promoter of a sugar deficiency-inducing gene isolated from Arabidopsis thaliana can be expressed in a sugar deficiency-inducing manner in tobacco, which is a heterologous plant.

(4.1 β−ガラクトシダーゼ遺伝子のプロモーターに異種遺伝子配列を連結した構築物の作製)
プロモーターおよびシグナルペプチドとしてβ−ガラクトシダーゼ(Gal−1)遺伝子(MIPのID#:At5g56870)由来の1418bpのプロモーター(Gal−P)および27アミノ酸配列のシグナルペプチド(SP)コード配列を含む領域(Gal−P−SP)を用い、異種遺伝子配列としてGFPコード配列を用いる。Gal−1のプロモーター領域としては、Gal−1の開始コドンより1418bp上流のDNA配列を用いた。もちろん、当業者に公知のように、プロモーター配列としてこれほど長い領域が必須というわけではなく、より短い配列を用いても同様の結果が獲得され得る。
(4.1 Preparation of a structure in which a heterologous gene sequence is linked to the promoter of β-galactosidase gene)
A 1418-bp promoter (Gal-P) derived from the β-galactosidase (Gal-1) gene (MIP ID #: At5g56870) as a promoter and a signal peptide and a region containing a 27 amino acid sequence signal peptide (SP) coding sequence (Gal- P-SP) and a GFP coding sequence as a heterologous gene sequence. As the promoter region of Gal-1, a DNA sequence 1418 bp upstream from the start codon of Gal-1 was used. Of course, as is known to those skilled in the art, such a long region is not essential as a promoter sequence, and similar results can be obtained using shorter sequences.

詳細には、シロイヌナズナ(エコタイプ:コロンビア)のゲノムDNAを、臭化セチルトリメチルアンモニウム沈澱法(MurrayおよびThompson,Nucleic Acids Res 8、1980、pp.4321−4325)によって調製した。調製されたゲノムDNAをテンプレートとし、プライマー1(Gal−P−Hind)(AAGCTTATATGGACTAGCTAGACGTAAGC;配列番号7)およびプライマー2(Gal−SP−Bam)(GGATCCATAAGAGACTGATGCTTTTACTATACAAC;配列番号8)を用い、タカラバイオのパイロベストポリメラーゼを用いてPCRを行うことによって、β−ガラクトシダーゼのプロモーター配列およびその後ろのシグナルペプチドコード配列(Gal−P−SP)を増幅した。プライマー1は、HindIII配列とgalプロモーターの上流の配列とからなる配列を有する。プライマー2は、galのシグナルペプチドの推定切断部位から5アミノ酸下流のアミノ酸までとBamHI部位の配列とからなる配列を有する。このときのPCR反応条件は、反応条件は添付の使用説明書に則っており、以下のとおりであった:
94℃で30秒間、55℃で30秒間、72℃で1分間を1サイクルとして、30サイクル行った後、72℃で5分間のPCR反応条件。
Specifically, Arabidopsis thaliana (ecotype: Colombia) genomic DNA was prepared by the cetyltrimethylammonium bromide precipitation method (Murray and Thompson, Nucleic Acids Res 8, 1980, pp. 4321-4325). Takara Bio's pyrobest using Primer 1 (Gal-P-Hind) (AAGCTTATATGGACTAGTAGGACGTAAGC; SEQ ID NO: 7) and Primer 2 (Gal-SP-Bam) (GGATCCATAAGAGACTGATGGCTTTTACTATACAAC; SEQ ID NO: 8) using the prepared genomic DNA as a template By performing PCR using polymerase, the promoter sequence of β-galactosidase and the signal peptide coding sequence (Gal-P-SP) following it were amplified. Primer 1 has a sequence consisting of a HindIII sequence and a sequence upstream of the gal promoter. Primer 2 has a sequence consisting of a sequence from the predicted cleavage site of the gal signal peptide to 5 amino acids downstream and the sequence of the BamHI site. The PCR reaction conditions at this time were as follows according to the attached instruction manual:
PCR reaction conditions of 30 cycles at 94 ° C. for 30 seconds, 55 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 1 minute, followed by 30 cycles followed by 72 ° C. for 5 minutes

PCR産物の増幅を電気泳動で確認した後、増幅されたDNAフラグメント1を、pGEM−T(登録商標)Easyベクター(Promegaより入手)に連結し、E.coliにクローニングした。クローニングされた塩基配列の決定をおこない、目的のDNA断片がクローン化されていることを確認した。このE.coliを大量培養した後、このE.coliからベクターを抽出し、抽出されたベクターを制限酵素HindIIIおよびBamHIで切断し、電気泳動し、ゲルから回収して精製することにより、β−ガラクトシダーゼをコードする遺伝子のプロモーター配列およびその後ろのシグナルペプチドコード配列を含むDNAフラグメント1(Gal−P−SP;Gal−P−Gal−SPとも記載する)を得た(図17aを参照のこと)。  After confirming amplification of the PCR product by electrophoresis, the amplified DNA fragment 1 was ligated to a pGEM-T (registered trademark) Easy vector (obtained from Promega). cloned into E. coli. The cloned base sequence was determined, and it was confirmed that the target DNA fragment was cloned. This E.I. After large-scale culture of E. coli, the E. coli The vector is extracted from E. coli, and the extracted vector is cleaved with restriction enzymes HindIII and BamHI, electrophoresed, recovered from the gel and purified to obtain the promoter sequence of the gene encoding β-galactosidase and the signal following it. DNA fragment 1 containing the peptide coding sequence (Gal-P-SP; also referred to as Gal-P-Gal-SP) was obtained (see FIG. 17a).

一方、pBI121(Clontechより入手)を制限酵素EcoRIおよびHindIIIで切断して、CaMV 35Sプロモーター、GUS遺伝子およびNosターミネーターを有さないベクターフラグメント2を得た。また、CaMV35S−sGFP(S65T)−NOS3’(福田裕穂、西村幹夫、中村研三監修、「植物の細胞を観る 実験プロトコール 遺伝子発現から細胞内構造・機能まで」、秀潤社、1997、pp.196−199に記載される;丹羽康夫氏より分与された)を制限酵素EcoRIおよびHindIIIで切断し、電気泳動し、ゲルから回収して精製することによって、CaMV35Sプロモーター、sGFP遺伝子およびNOSターミネーターを含むフラグメント2を得た。ベクターフラグメント2とフラグメント2とを連結して、カナマイシン抵抗性遺伝子の下流にCaMV35Sプロモーター、sGFP遺伝子およびNOSターミネーターを含むベクター4を得た。このベクターをE.coli中にクローニングし、このE.coliを大量培養した後、このE.coliからベクター4を抽出し、抽出されたベクター4をHindIIIおよびBamHIで切断して、カナマイシン抵抗性遺伝子の下流にプロモーター挿入用部位、sGFP遺伝子およびNOSターミネーターを含むベクターフラグメント5を得た(図17bを参照のこと)。  On the other hand, pBI121 (obtained from Clontech) was cleaved with restriction enzymes EcoRI and HindIII to obtain vector fragment 2 having no CaMV 35S promoter, GUS gene and Nos terminator. In addition, CaMV35S-sGFP (S65T) -NOS3 ′ (Fukuda Hiroho, Nishimura Mikio, Nakamura Kenzo supervision, “Experimental protocol for observing plant cells, from gene expression to intracellular structure / function”, Shujunsha, 1997, pp. 196-228. 196-199 (provided by Yasuo Niwa) was cleaved with restriction enzymes EcoRI and HindIII, electrophoresed, recovered from the gel and purified to obtain the CaMV35S promoter, sGFP gene and NOS terminator. Fragment 2 containing was obtained. Vector fragment 2 and fragment 2 were ligated to obtain vector 4 containing a CaMV35S promoter, sGFP gene and NOS terminator downstream of the kanamycin resistance gene. This vector is designated as E. coli. cloned into E. coli and this E. coli. After large-scale culture of E. coli, the E. coli Vector 4 was extracted from E. coli, and the extracted vector 4 was cleaved with HindIII and BamHI to obtain a vector fragment 5 containing a promoter insertion site, sGFP gene and NOS terminator downstream of the kanamycin resistance gene (FIG. 17b). checking).

次いで、上記で調製したDNAフラグメント1とベクターフラグメント5とを連結して、カナマイシン抵抗性遺伝子の下流にGalプロモーター、Galシグナルペプチドコード配列、Galの成熟ポリペプチド配列の最初の5アミノ酸をコードする配列、GFP遺伝子配列およびNosターミネーター配列が連結されたプラスミド6(植物導入用構築物;pBI−Gal−P−SP−GFP)を得た。  Next, the DNA fragment 1 prepared above and the vector fragment 5 are ligated, and a sequence encoding the first 5 amino acids of the Gal promoter, Gal signal peptide coding sequence, and Gal mature polypeptide sequence downstream of the kanamycin resistance gene. Then, plasmid 6 (construct for introduction into plant; pBI-Gal-P-SP-GFP) in which the GFP gene sequence and the Nos terminator sequence were linked was obtained.

(4.2 形質転換BY2細胞の確立)
この植物導入用構築物(pBI−Gal−P−SP−GFP)を、福田裕穂、西村幹夫、中村研三監修、「植物の細胞を観る 実験プロトコール 遺伝子発現から細胞内構造・機能まで」、秀潤社、1997、pp.125−129に記載のアグロバクテリウム法に従ってAgrobacterium tumefaciens(EHA105株)に導入し、pBI−Gal−P−SP−GFPが導入されたAgrobacterium tumefaciensをタバコ培養細胞BY−2株に感染させ、感染後のBY−2細胞を、200μg/mLカナマイシンおよび500μg/mLカルベニシリンを含むBY−2固形培地(福田裕穂、西村幹夫、中村研三監修、「植物の細胞を観る 実験プロトコール 遺伝子発現から細胞内構造・機能まで」、秀潤社、1997、pp.187〜191に記載)で選択して、形質転換BY−2細胞を得た。得られた形質転換BY−2細胞をカナマイシン存在下(50mg/L)で3%スクロースを含む液体BY−2培地(福田裕穂、西村幹夫、中村研三監修、「植物の細胞を観る 実験プロトコール 遺伝子発現から細胞内構造・機能まで」、秀潤社、1997、pp.187〜191に記載)中で27℃で振盪しながら液体培養した。1週間ごとに、0.5mlの細胞を50mlの新しい培地に継代培養して、細胞株を維持した。継代培養に用いた培地中のスクロース濃度は3%であり、糖は充分に存在していた。
(4.2 Establishment of transformed BY2 cells)
This plant introduction construct (pBI-Gal-P-SP-GFP) was supervised by Hiroho Fukuda, Mikio Nishimura, Kenzo Nakamura, "Experimental protocol for watching plant cells, from gene expression to intracellular structure / function", Hidejun 1997, pp. Introduced into Agrobacterium tumefaciens (EHA105 strain) according to the Agrobacterium method described in 125-129, and infected with Agrobacterium tumefaciens into which pBI-Gal-P-SP-GFP was introduced into the tobacco cultured cell BY-2 strain. BY-2 cells were prepared from BY-2 solid medium containing 200 μg / mL kanamycin and 500 μg / mL carbenicillin (supervised by Hiroho Fukuda, Mikio Nishimura, Kenzo Nakamura, “Experimental protocol for plant cells. “To function”, described in Shujunsha, 1997, pp. 187-191), transformed BY-2 cells were obtained. The obtained transformed BY-2 cells were prepared in a liquid BY-2 medium containing 3% sucrose in the presence of kanamycin (50 mg / L) (supervised by Hiroho Fukuda, Mikio Nishimura, Kenzo Nakamura) From expression to intracellular structure / function ", described in Shujunsha, 1997, pp. 187-191), liquid culture was performed while shaking at 27 ° C. Every week, 0.5 ml of cells was subcultured in 50 ml of fresh medium to maintain the cell line. The sucrose concentration in the medium used for subculture was 3%, and sugar was sufficiently present.

(4.3 GFPの分泌誘導および分泌の確認)
この形質転換BY−2細胞を、継代4日目に、ナイロンメッシュを通して培地を除去することによって取り出した。取り出された形質転換BY−2細胞を、スクロースを含まないこと以外は組成が同じである液体BY−2培地に移し、27℃で振盪培養した。スクロースを含まない培地に移植してから3日目および4日目の培地からタンパク質を抽出し、SDS−PAGEによりタンパク質を分画した。その後、GFPに特異的な抗体である、抗GFP抗体(ロシュ・ダイアグノスティック社)を用い、中村研三ら監修、秀潤社、細胞工学別冊、「植物のタンパク質実験プロトコール 遺伝子と組織から迫るタンパク質の機能と構造」、164〜172頁に記載の方法に従ってウェスタンブロッティングをおこなった。結果を図18に示す。本実施例においては、形質転換BY−2細胞の増殖を、600nmでの光学密度(OD600)によって測定した。図18のグラフにおいては、OD600を縦軸に示し、スクロース含有培地での継代時点を0日目とした培養日数を横軸に示す。スクロース含有培地での培養を続けた場合、細胞は7日目まで増殖し続けた。培養4日目にスクロースを含まない培地に継代した場合、細胞はほとんど増殖しなかったが、GFPタンパク質を分泌した。図18のグラフ中の挿入図は、ウェスタンブロッティングによる、GFPタンパク質の検出を示す。スクロースを含まない培地に移植してから3日目の培地から検出されたGFPタンパク質を左側の矢印で示す。スクロースを含まない培地に移植してから4日目の培地から検出されたGFPタンパク質を右側の矢印で示す。この結果、糖欠乏により培地にGFPタンパク質が分泌され、分泌されたGFPは培地中で蓄積されることが確認された。
(4.3 Confirmation of secretion induction and secretion of GFP)
The transformed BY-2 cells were removed on day 4 of passage by removing the media through a nylon mesh. The removed transformed BY-2 cells were transferred to a liquid BY-2 medium having the same composition except that sucrose was not included, and cultured at 27 ° C. with shaking. Proteins were extracted from the media on the 3rd and 4th days after transplantation to a medium containing no sucrose, and the proteins were fractionated by SDS-PAGE. Later, using an anti-GFP antibody (Roche Diagnostics), an antibody specific to GFP, supervised by Kenzo Nakamura et al., Shujunsha, Cell Engineering Separate Volume, "Protein Protein Experiment Protocol Approaching Genes and Tissues" Protein Blotting and Structure ”Western blotting was performed according to the method described on pages 164-172. The results are shown in FIG. In this example, the growth of transformed BY-2 cells was measured by optical density (OD 600 ) at 600 nm. In the graph of FIG. 18, OD 600 is shown on the vertical axis, and the number of days of culture with the passage time in the sucrose-containing medium as day 0 is shown on the horizontal axis. When continuing to culture in sucrose-containing medium, the cells continued to grow until day 7. When passaged to medium without sucrose on day 4 of culture, cells hardly proliferated but secreted GFP protein. The inset in the graph of FIG. 18 shows the detection of GFP protein by Western blotting. The GFP protein detected from the medium on the third day after transplantation to a medium not containing sucrose is indicated by an arrow on the left side. The GFP protein detected from the medium on the fourth day after transplantation to a medium containing no sucrose is indicated by an arrow on the right side. As a result, it was confirmed that GFP protein was secreted into the medium due to sugar deficiency, and the secreted GFP was accumulated in the medium.

それゆえ、シロイヌナズナとは異種であるタバコ細胞においても、Gal−1が糖欠乏性で誘導され、そしてGFPが培養液中に分泌されることがわかる。このことから、糖欠乏誘導性プロモーターおよびシグナルペプチド配列を用いることによって、異種遺伝子配列を制御可能に、効率的に発現させ、分泌させ得ることがわかる。  Therefore, it can be seen that, even in tobacco cells that are different from Arabidopsis thaliana, Gal-1 is induced in a glucose deficiency and GFP is secreted into the culture medium. From this, it can be seen that by using a sugar deficiency inducible promoter and a signal peptide sequence, a heterologous gene sequence can be efficiently expressed and secreted.

(実施例5 β−キシロシダーゼ遺伝子のプロモーターによる異種遺伝子配列の発現)
分泌型β−キシロシダーゼ遺伝子のプロモーターを単離し、レポーター遺伝子としてβ−グルクロニダーゼ(GUS)に連結したベクターを作製した。このベクターを、上記3.1と同様にして、Agrobacterium媒介形質転換法によって、上記で作製したシロイヌナズナ培養細胞および横浜国立大学平塚和之教授から分与されたタバコBY−2培養細胞に導入した。
(Example 5 Expression of heterologous gene sequence by promoter of β-xylosidase gene)
A secretory β-xylosidase gene promoter was isolated and a vector linked to β-glucuronidase (GUS) as a reporter gene was prepared. This vector was introduced into the Arabidopsis cultured cells prepared above and the tobacco BY-2 cultured cells distributed by Professor Kazuyuki Hiratsuka, Yokohama National University, by the Agrobacterium-mediated transformation method in the same manner as in 3.1 above.

その結果、GUSタンパク質は本来のβ−キシロシダーゼ同様、糖欠乏により顕著に誘導された。つまり、β−キシロシダーゼプロモーターを用いることにより、目的タンパク質を植物培養細胞において糖欠乏により発現誘導させることが可能であった。  As a result, GUS protein was remarkably induced by sugar deficiency like the original β-xylosidase. That is, by using the β-xylosidase promoter, it was possible to induce the expression of the target protein in plant cultured cells by sugar deficiency.

この発現系を用いることで、効率的な有用タンパク質の植物細胞での分泌生産が可能となる。  By using this expression system, efficient production of useful proteins in plant cells becomes possible.

(実施例6:シロイヌナズナβ−ガラクトシダーゼプロモーター(Gal−P)およびシグナルペプチド(SP)の制御により、シロイヌナズナ細胞の細胞外(培地)にGFPを分泌させる実験)
上記実施例4で作製した構築物(植物導入用構築物;pBI−Gal−P−SP−GFP)を、秀潤社、細胞工学別冊、「モデル植物の実験プロトコール」、109〜113ページ)に従って、シロイヌナズナ植物体に導入して、形質転換シロイヌナズナ種子を得た。この種子を発芽させ、成長させ、充分に成長した形質転換植物体から葉を切り取り、水(糖欠乏条件)または1%スクロース水溶液(糖存在条件)に浮かべ、暗所に一晩置いた。この葉を磨り潰してタンパク質を抽出し、実施例4と同様にウェスタンブロッティングを行った。その結果、水に浮かべた葉についてのみ、GFP遺伝子の発現およびGFPタンパク質の蓄積が確認された。このことから、この形質転換シロイヌナズナ植物の葉では、GFP遺伝子の発現およびGFPタンパク質の蓄積が糖欠乏特異的に起こることが確認された。
(Example 6: Experiment to secrete GFP outside of Arabidopsis cells (medium) by control of Arabidopsis β-galactosidase promoter (Gal-P) and signal peptide (SP))
The construct prepared in Example 4 (construct for plant introduction; pBI-Gal-P-SP-GFP) was prepared in accordance with Shujunsha, Cell Engineering Supplement, “Experiment Protocol for Model Plants”, pages 109 to 113). It was introduced into a plant body to obtain transformed Arabidopsis seeds. The seeds were germinated, grown, and leaves were cut from fully grown transformed plants, floated in water (sugar-deficient conditions) or 1% sucrose aqueous solution (sugar-existing conditions), and placed in the dark overnight. The leaves were ground and protein was extracted, and Western blotting was performed in the same manner as in Example 4. As a result, GFP gene expression and GFP protein accumulation were confirmed only for leaves floating in water. From this, it was confirmed that the expression of the GFP gene and the accumulation of the GFP protein occur specifically in sugar deficiency in the leaves of this transformed Arabidopsis plant.

(実施例7:シロイヌナズナβ−ガラクトシダーゼプロモーター(Gal−P)およびシグナルペプチド(SP)の制御により、シロイヌナズナ細胞の細胞外(培地)にマウス抗体を分泌させる実験)
GFP遺伝子の代わりにマウス抗体遺伝子を用いること以外は実施例4と同様にして、マウス抗体用発現構築物を作製する。この発現構築物を、実施例6と同様にしてシロイヌナズナ培養細胞に導入して、形質転換シロイヌナズナ細胞を得る。実施例4と同様にウェスタンブロッティングにより確認することにより、この形質転換シロイヌナズナ細胞では、マウス抗体遺伝子の発現およびタンパク質の蓄積が糖欠乏特異的に起こることが確認される。また、培地中に発現されたマウス抗体を精製し、抗体特異性試験を行うことにより、発現されたマウス抗体が抗体として機能することを確認し得る。
(Example 7: Experiment to secrete mouse antibody outside of Arabidopsis cells (medium) by control of Arabidopsis β-galactosidase promoter (Gal-P) and signal peptide (SP))
A mouse antibody expression construct is prepared in the same manner as in Example 4 except that the mouse antibody gene is used instead of the GFP gene. This expression construct is introduced into Arabidopsis cultured cells in the same manner as in Example 6 to obtain transformed Arabidopsis cells. By confirming by Western blotting in the same manner as in Example 4, it is confirmed that in this transformed Arabidopsis cell, the expression of the mouse antibody gene and the accumulation of the protein occur specifically in glucose deficiency. It is also possible to confirm that the expressed mouse antibody functions as an antibody by purifying the mouse antibody expressed in the medium and conducting an antibody specificity test.

(実施例8:シロイヌナズナβ−ガラクトシダーゼプロモーター(Gal−P)およびシグナルペプチド(SP)の制御により、シロイヌナズナ細胞の細胞外(培地)にインターフェロンを分泌させる実験)
GFP遺伝子の代わりにインターフェロンα遺伝子を用いること以外は実施例4と同様にして、インターフェロンα用発現構築物を作製する。この発現構築物を、実施例6と同様にしてシロイヌナズナ培養細胞に導入して、形質転換シロイヌナズナ細胞を得る。実施例4と同様にウェスタンブロッティングにより確認することにより、この形質転換シロイヌナズナ細胞では、インターフェロンα遺伝子の発現およびタンパク質の蓄積が糖欠乏特異的に起こることが確認される。また、培地中に発現されたインターフェロンαを精製し、マウスに投与することにより、植物中で発現されたタンパク質(インターフェロンα)が目的の機能を有することを確認し得る。
(Example 8: Experiment to secrete interferon outside of Arabidopsis cells (medium) by controlling Arabidopsis β-galactosidase promoter (Gal-P) and signal peptide (SP))
An expression construct for interferon α is prepared in the same manner as in Example 4 except that the interferon α gene is used instead of the GFP gene. This expression construct is introduced into cultured Arabidopsis thaliana cells in the same manner as in Example 6 to obtain transformed Arabidopsis cells. By confirming by Western blotting in the same manner as in Example 4, it is confirmed that the expression of interferon α gene and the accumulation of protein occur specifically in glucose deficiency in the transformed Arabidopsis cells. Further, by purifying interferon α expressed in the medium and administering it to mice, it can be confirmed that the protein expressed in the plant (interferon α) has the desired function.

以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。  As mentioned above, although this invention has been illustrated using preferable embodiment of this invention, this invention should not be limited and limited to this embodiment. It is understood that the scope of the present invention should be construed only by the claims. It is understood that those skilled in the art can implement an equivalent range based on the description of the present invention and the common general technical knowledge from the description of specific preferred embodiments of the present invention. Patents, patent applications, and documents cited herein should be incorporated by reference in their entirety, as if the contents themselves were specifically described herein. Understood.

本発明により、糖欠乏を制御することによって容易に発現を制御し得る、発現系が提供される。  The present invention provides an expression system that can easily control expression by controlling sugar deficiency.

本発明を用いることにより、生産性が低いことから開発研究が進展してないインターフェロン、抗体、ワクチンなどの医薬品の植物細胞による生産に関連する産業の活性化が期待できる。  By using the present invention, activation of industries related to the production of pharmaceuticals such as interferons, antibodies, vaccines and the like that have not been developed due to low productivity due to plant cells can be expected.

(配列表の説明)
配列番号1:シロイヌナズナのβ−ガラクトシダーゼをコードするヌクレオチド配列(プロモーター領域およびシグナルコード領域を含む);
配列番号2:シロイヌナズナのβ−ガラクトシダーゼのアミノ酸配列;
配列番号3:シロイヌナズナのβ−キシロシダーゼをコードするヌクレオチド配列(プロモーター領域およびシグナルコード領域を含む);
配列番号4:シロイヌナズナのβ−キシロシダーゼのアミノ酸配列;
配列番号5:シロイヌナズナのβ−グルコシダーゼをコードするヌクレオチド配列(プロモーター領域およびシグナルコード領域を含む);
配列番号6:シロイヌナズナのβ−グルコシダーゼのアミノ酸配列;
配列番号7:プライマー1のヌクレオチド配列;
配列番号8:プライマー2のヌクレオチド配列。
(Explanation of sequence listing)
SEQ ID NO: 1: nucleotide sequence encoding Arabidopsis thaliana β-galactosidase (including promoter region and signal coding region);
SEQ ID NO: 2: amino acid sequence of Arabidopsis β-galactosidase;
SEQ ID NO: 3: nucleotide sequence encoding Arabidopsis β-xylosidase (including promoter region and signal coding region);
SEQ ID NO: 4: amino acid sequence of Arabidopsis β-xylosidase;
SEQ ID NO: 5: nucleotide sequence encoding Arabidopsis β-glucosidase (including promoter region and signal coding region);
SEQ ID NO: 6: amino acid sequence of Arabidopsis β-glucosidase;
SEQ ID NO: 7: nucleotide sequence of primer 1;
SEQ ID NO: 8: nucleotide sequence of primer 2.

Claims (67)

糖欠乏誘導性プロモーター配列と、該糖欠乏誘導性プロモーター配列に作動可能に連結された異種遺伝子配列とを含む、核酸分子。A nucleic acid molecule comprising a sugar deficiency inducible promoter sequence and a heterologous gene sequence operably linked to the sugar deficiency inducible promoter sequence. 前記糖欠乏誘導性プロモーター配列が、β−ガラクトシダーゼをコードする遺伝子のプロモーター配列、β−キシロシダーゼをコードする遺伝子のプロモーター配列およびβ−グルコシダーゼをコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群より選択される、請求項1に記載の核酸分子。The sugar deficiency inducible promoter sequence is selected from the group consisting of a promoter sequence of a gene encoding β-galactosidase, a promoter sequence of a gene encoding β-xylosidase, and a promoter sequence of a gene encoding β-glucosidase. Item 2. The nucleic acid molecule according to Item 1. 前記糖欠乏誘導性プロモーター配列が、
(a)配列番号1の643位〜1799位、配列番号3の1位〜1763位または配列番号5の1位〜2058位に示されるヌクレオチド配列;
(b)(a)のヌクレオチド配列と比較して、1もしくは数個のヌクレオチドの置換、欠失または付加を含むヌクレオチド配列であって、糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列;
(c)(a)または(b)のヌクレオチド配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列;
(d)(a)のヌクレオチド配列に対して少なくとも70%の同一性を有するヌクレオチド配列であって、かつ糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列;ならびに
(e)(a)〜(d)のいずれかのヌクレオチド配列の短縮配列であって、糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列
からなる群より選択され、
該ヌクレオチド配列に作動可能に前記異種遺伝子配列が連結されると、該異種遺伝子の糖欠乏誘導性発現を促進する活性を有する、請求項1に記載の核酸分子。
The sugar deficiency inducible promoter sequence is
(A) a nucleotide sequence represented by positions 643 to 1799 of SEQ ID NO: 1, positions 1 to 1763 of SEQ ID NO: 3, or positions 1 to 2058 of SEQ ID NO: 5;
(B) a nucleotide sequence comprising one or several nucleotide substitutions, deletions or additions compared to the nucleotide sequence of (a), having a sugar deficiency-inducing promoter activity;
(C) a nucleotide sequence that hybridizes with the nucleotide sequence of (a) or (b) under stringent conditions and has sugar deficiency-inducible promoter activity;
(D) a nucleotide sequence having at least 70% identity to the nucleotide sequence of (a) and having a sugar deficiency-inducing promoter activity; and (e) (a) to (d) A shortened sequence of any nucleotide sequence, selected from the group consisting of nucleotide sequences having sugar deficiency inducible promoter activity;
The nucleic acid molecule according to claim 1, which has an activity of promoting sugar deficiency-induced expression of the heterologous gene when the heterologous gene sequence is operably linked to the nucleotide sequence.
さらにシグナルペプチドコード配列を含む、請求項1に記載の核酸分子。The nucleic acid molecule of claim 1 further comprising a signal peptide coding sequence. 前記シグナルペプチドコード配列が、β−ガラクトシダーゼをコードする遺伝子のシグナルペプチドコード配列、β−キシロシダーゼをコードする遺伝子のシグナルペプチドコード配列およびβ−グルコシダーゼをコードする遺伝子のシグナルペプチドコード配列からなる群より選択される、請求項4に記載の核酸分子。The signal peptide coding sequence is selected from the group consisting of a signal peptide coding sequence of a gene encoding β-galactosidase, a signal peptide coding sequence of a gene encoding β-xylosidase, and a signal peptide coding sequence of a gene encoding β-glucosidase The nucleic acid molecule according to claim 4, wherein 前記シグナルペプチドコード配列が、
(i)配列番号2の1位〜27位、配列番号4の1位〜28位または配列番号6の1位〜28位に示されるアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列;
(ii)(i)のヌクレオチド配列と比較して、1もしくは数個のヌクレオチドの置換、欠失または付加を含むヌクレオチド配列であって、細胞外分泌活性を有するペプチドをコードするヌクレオチド配列;
(iii)(i)または(ii)のヌクレオチド配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ細胞外分泌活性を有するペプチドをコードするヌクレオチド配列;ならびに
(iv)(i)のヌクレオチド配列に対して少なくとも70%の同一性を有するヌクレオチド配列であって、かつ細胞外分泌活性を有するペプチドをコードするヌクレオチド配列;
からなる群より選択され、
該ヌクレオチド配列に作動可能に前記異種遺伝子配列が連結されると、該異種遺伝子の産物の細胞外分泌がもたらされる、請求項4に記載の核酸分子。
The signal peptide coding sequence is
(I) a nucleotide sequence encoding the amino acid sequence represented by positions 1 to 27 of SEQ ID NO: 2, positions 1 to 28 of SEQ ID NO: 4, or positions 1 to 28 of SEQ ID NO: 6;
(Ii) a nucleotide sequence comprising a substitution, deletion or addition of one or several nucleotides compared to the nucleotide sequence of (i), encoding a peptide having extracellular secretion activity;
(Iii) a nucleotide sequence that hybridizes with the nucleotide sequence of (i) or (ii) under stringent conditions and encodes a peptide having extracellular secretion activity; and (iv) against the nucleotide sequence of (i) A nucleotide sequence encoding a peptide having at least 70% identity and having extracellular secretion activity;
Selected from the group consisting of
5. The nucleic acid molecule of claim 4, wherein said heterologous gene sequence operably linked to said nucleotide sequence results in extracellular secretion of the product of said heterologous gene.
前記異種遺伝子配列が、サイトカインまたはホルモンの遺伝子配列である、請求項1に記載の核酸分子。2. The nucleic acid molecule of claim 1, wherein the heterologous gene sequence is a cytokine or hormone gene sequence. 前記異種遺伝子配列が、植物中で発現された場合に目的の機能を有するタンパク質をコードする、請求項1に記載の核酸分子。The nucleic acid molecule according to claim 1, wherein the heterologous gene sequence encodes a protein having a target function when expressed in a plant. 前記異種遺伝子配列が、インターフェロン、抗体、ヒトα−アンチトリプシンまたは緑色蛍光タンパク質の遺伝子配列である、請求項1に記載の核酸分子。The nucleic acid molecule according to claim 1, wherein the heterologous gene sequence is a gene sequence of interferon, antibody, human α-antitrypsin or green fluorescent protein. 前記異種遺伝子配列が、マーカー遺伝子配列である、請求項1に記載の核酸分子。2. The nucleic acid molecule according to claim 1, wherein the heterologous gene sequence is a marker gene sequence. 調節エレメントをさらに含む、請求項1に記載の核酸分子。2. The nucleic acid molecule of claim 1 further comprising a regulatory element. 前記調節エレメントが、イントロン、ターミネーターおよびエンハンサーからなる群より選択される少なくとも1つのエレメントを含む、請求項11に記載の核酸分子。12. The nucleic acid molecule of claim 11, wherein the regulatory element comprises at least one element selected from the group consisting of introns, terminators, and enhancers. エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列と、該プロモーター配列に作動可能に連結された異種遺伝子配列とを含む、核酸分子。A nucleic acid molecule comprising a promoter sequence of a gene encoding an exo-type glycolytic enzyme and a heterologous gene sequence operably linked to the promoter sequence. 前記プロモーター配列が、β−ガラクトシダーゼをコードする遺伝子のプロモーター配列、β−キシロシダーゼをコードする遺伝子のプロモーター配列およびβ−グルコシダーゼをコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群より選択される、請求項13に記載の核酸分子。The promoter sequence is selected from the group consisting of a promoter sequence of a gene encoding β-galactosidase, a promoter sequence of a gene encoding β-xylosidase, and a promoter sequence of a gene encoding β-glucosidase. Nucleic acid molecules. 前記プロモーター配列が、
(a)配列番号1の643位〜1799位、配列番号3の1位〜1763位または配列番号5の1位〜2058位に示されるヌクレオチド配列;
(b)(a)のヌクレオチド配列と比較して、1もしくは数個のヌクレオチドの置換、欠失または付加を含むヌクレオチド配列であって、糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列;
(c)(a)または(b)のヌクレオチド配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列;
(d)(a)のヌクレオチド配列に対して少なくとも70%の同一性を有するヌクレオチド配列であって、かつ糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列;ならびに
(e)(a)〜(d)のいずれかのヌクレオチド配列の短縮配列であって、糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列
からなる群より選択され、
該ヌクレオチド配列に作動可能に前記異種遺伝子配列が連結されると、該異種遺伝子の糖欠乏誘導性発現を促進する活性を有する、請求項13に記載の核酸分子。
The promoter sequence is
(A) a nucleotide sequence represented by positions 643 to 1799 of SEQ ID NO: 1, positions 1 to 1763 of SEQ ID NO: 3, or positions 1 to 2058 of SEQ ID NO: 5;
(B) a nucleotide sequence comprising one or several nucleotide substitutions, deletions or additions compared to the nucleotide sequence of (a), having a sugar deficiency-inducing promoter activity;
(C) a nucleotide sequence that hybridizes with the nucleotide sequence of (a) or (b) under stringent conditions and has sugar deficiency-inducible promoter activity;
(D) a nucleotide sequence having at least 70% identity to the nucleotide sequence of (a) and having a sugar deficiency-inducing promoter activity; and (e) (a) to (d) A shortened sequence of any nucleotide sequence, selected from the group consisting of nucleotide sequences having sugar deficiency inducible promoter activity;
14. The nucleic acid molecule according to claim 13, which has an activity of promoting sugar deficiency-induced expression of the heterologous gene when the heterologous gene sequence is operably linked to the nucleotide sequence.
さらにシグナルペプチドコード配列を含む、請求項13に記載の核酸分子。14. The nucleic acid molecule of claim 13, further comprising a signal peptide coding sequence. 前記シグナルペプチドコード配列が、β−ガラクトシダーゼをコードする遺伝子のシグナルペプチドコード配列、β−キシロシダーゼをコードする遺伝子のシグナルペプチドコード配列およびβ−グルコシダーゼをコードする遺伝子のシグナルペプチドコード配列からなる群より選択される、請求項16に記載の核酸分子。The signal peptide coding sequence is selected from the group consisting of a signal peptide coding sequence of a gene encoding β-galactosidase, a signal peptide coding sequence of a gene encoding β-xylosidase, and a signal peptide coding sequence of a gene encoding β-glucosidase 17. The nucleic acid molecule of claim 16, wherein 前記シグナルペプチドコード配列が、
(i)配列番号2の1位〜27位、配列番号4の1位〜28位または配列番号6の1位〜28位に示されるアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列;
(ii)(i)のヌクレオチド配列と比較して、1もしくは数個のヌクレオチドの置換、欠失または付加を含むヌクレオチド配列であって、細胞外分泌活性を有するペプチドをコードするヌクレオチド配列;
(iii)(i)または(ii)のヌクレオチド配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ細胞外分泌活性を有するペプチドをコードするヌクレオチド配列;ならびに
(iv)(i)のヌクレオチド配列に対して少なくとも70%の同一性を有するヌクレオチド配列であって、かつ細胞外分泌活性を有するペプチドをコードするヌクレオチド配列;
からなる群より選択され、
該ヌクレオチド配列に作動可能に前記異種遺伝子配列が連結されると、該異種遺伝子の産物の細胞外分泌がもたらされる、請求項16に記載の核酸分子。
The signal peptide coding sequence is
(I) a nucleotide sequence encoding the amino acid sequence represented by positions 1 to 27 of SEQ ID NO: 2, positions 1 to 28 of SEQ ID NO: 4, or positions 1 to 28 of SEQ ID NO: 6;
(Ii) a nucleotide sequence comprising a substitution, deletion or addition of one or several nucleotides compared to the nucleotide sequence of (i), encoding a peptide having extracellular secretion activity;
(Iii) a nucleotide sequence that hybridizes with the nucleotide sequence of (i) or (ii) under stringent conditions and encodes a peptide having extracellular secretion activity; and (iv) against the nucleotide sequence of (i) A nucleotide sequence encoding a peptide having at least 70% identity and having extracellular secretion activity;
Selected from the group consisting of
17. A nucleic acid molecule according to claim 16, wherein said heterologous gene sequence operably linked to said nucleotide sequence results in extracellular secretion of the product of said heterologous gene.
前記異種遺伝子配列が、サイトカインまたはホルモンの遺伝子配列である、請求項13に記載の核酸分子。14. The nucleic acid molecule of claim 13, wherein the heterologous gene sequence is a cytokine or hormone gene sequence. 前記異種遺伝子配列が、植物中で発現された場合に目的の機能を有するタンパク質をコードする、請求項13に記載の核酸分子。The nucleic acid molecule according to claim 13, wherein the heterologous gene sequence encodes a protein having a target function when expressed in a plant. 前記異種遺伝子配列が、インターフェロン、抗体、ヒトα−アンチトリプシンまたは緑色蛍光タンパク質の遺伝子配列である、請求項13に記載の核酸分子。The nucleic acid molecule according to claim 13, wherein the heterologous gene sequence is a gene sequence of interferon, antibody, human α-antitrypsin or green fluorescent protein. 前記異種遺伝子配列が、マーカー遺伝子配列である、請求項13に記載の核酸分子。14. The nucleic acid molecule according to claim 13, wherein the heterologous gene sequence is a marker gene sequence. 調節エレメントをさらに含む、請求項13に記載の核酸分子。14. The nucleic acid molecule of claim 13, further comprising a regulatory element. 前記調節エレメントが、イントロン、ターミネーターおよびエンハンサーからなる群より選択される少なくとも1つのエレメントを含む、請求項23に記載の核酸分子。24. The nucleic acid molecule of claim 23, wherein the regulatory element comprises at least one element selected from the group consisting of introns, terminators, and enhancers. 代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列と、該プロモーター配列に作動可能に連結された異種遺伝子配列とを含む、核酸分子。A nucleic acid molecule comprising a promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading a metabolizable sugar, and a heterologous gene sequence operably linked to the promoter sequence. 前記代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列が、β−ガラクトシダーゼをコードする遺伝子のプロモーター配列、β−キシロシダーゼをコードする遺伝子のプロモーター配列およびβ−グルコシダーゼをコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群より選択される、請求項25に記載の核酸分子。The promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading metabolizable sugars is a promoter sequence of a gene encoding β-galactosidase, a promoter sequence of a gene encoding β-xylosidase, and a promoter of a gene encoding β-glucosidase 26. The nucleic acid molecule of claim 25, selected from the group consisting of sequences. 前記代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列が、
(a)配列番号1の643位〜1799位、配列番号3の1位〜1763位または配列番号5の1位〜2058位に示されるヌクレオチド配列;
(b)(a)のヌクレオチド配列と比較して、1もしくは数個のヌクレオチドの置換、欠失または付加を含むヌクレオチド配列であって、糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列;
(c)(a)または(b)のヌクレオチド配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列;
(d)(a)のヌクレオチド配列に対して少なくとも70%の同一性を有するヌクレオチド配列であって、かつ糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列;ならびに
(e)(a)〜(d)のいずれかのヌクレオチド配列の短縮配列であって、糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列
からなる群より選択され、
該ヌクレオチド配列に作動可能に前記異種遺伝子配列が連結されると、該異種遺伝子の糖欠乏誘導性発現を促進する活性を有する、請求項25に記載の核酸分子。
A promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading the metabolizable sugar,
(A) a nucleotide sequence represented by positions 643 to 1799 of SEQ ID NO: 1, positions 1 to 1763 of SEQ ID NO: 3, or positions 1 to 2058 of SEQ ID NO: 5;
(B) a nucleotide sequence comprising one or several nucleotide substitutions, deletions or additions compared to the nucleotide sequence of (a), having a sugar deficiency-inducing promoter activity;
(C) a nucleotide sequence that hybridizes with the nucleotide sequence of (a) or (b) under stringent conditions and has sugar deficiency-inducible promoter activity;
(D) a nucleotide sequence having at least 70% identity to the nucleotide sequence of (a) and having a sugar deficiency-inducing promoter activity; and (e) (a) to (d) A shortened sequence of any nucleotide sequence, selected from the group consisting of nucleotide sequences having sugar deficiency inducible promoter activity;
26. The nucleic acid molecule of claim 25, having an activity of promoting sugar deficiency-induced expression of the heterologous gene when the heterologous gene sequence is operably linked to the nucleotide sequence.
さらにシグナルペプチドコード配列を含む、請求項25に記載の核酸分子。26. The nucleic acid molecule of claim 25, further comprising a signal peptide coding sequence. 前記シグナルペプチドコード配列が、β−ガラクトシダーゼをコードする遺伝子のシグナルペプチドコード配列、β−キシロシダーゼをコードする遺伝子のシグナルペプチドコード配列およびβ−グルコシダーゼをコードする遺伝子のシグナルペプチドコード配列からなる群より選択される、請求項28に記載の核酸分子。The signal peptide coding sequence is selected from the group consisting of a signal peptide coding sequence of a gene encoding β-galactosidase, a signal peptide coding sequence of a gene encoding β-xylosidase, and a signal peptide coding sequence of a gene encoding β-glucosidase 30. The nucleic acid molecule of claim 28, wherein 前記シグナルペプチドコード配列が、
(i)配列番号2の1位〜27位、配列番号4の1位〜28位または配列番号6の1位〜28位に示されるアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列;
(ii)(i)のヌクレオチド配列と比較して、1もしくは数個のヌクレオチドの置換、欠失または付加を含むヌクレオチド配列であって、細胞外分泌活性を有するペプチドをコードするヌクレオチド配列;
(iii)(i)または(ii)のヌクレオチド配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ細胞外分泌活性を有するペプチドをコードするヌクレオチド配列;ならびに
(iv)(i)のヌクレオチド配列に対して少なくとも70%の同一性を有するヌクレオチド配列であって、かつ細胞外分泌活性を有するペプチドをコードするヌクレオチド配列;
からなる群より選択され、
該ヌクレオチド配列に作動可能に前記異種遺伝子配列が連結されると、該異種遺伝子の産物の細胞外分泌がもたらされる、請求項28に記載の核酸分子。
The signal peptide coding sequence is
(I) a nucleotide sequence encoding the amino acid sequence represented by positions 1 to 27 of SEQ ID NO: 2, positions 1 to 28 of SEQ ID NO: 4, or positions 1 to 28 of SEQ ID NO: 6;
(Ii) a nucleotide sequence comprising a substitution, deletion or addition of one or several nucleotides compared to the nucleotide sequence of (i), encoding a peptide having extracellular secretion activity;
(Iii) a nucleotide sequence that hybridizes with the nucleotide sequence of (i) or (ii) under stringent conditions and encodes a peptide having extracellular secretion activity; and (iv) against the nucleotide sequence of (i) A nucleotide sequence encoding a peptide having at least 70% identity and having extracellular secretion activity;
Selected from the group consisting of
30. The nucleic acid molecule of claim 28, wherein operably linked to the nucleotide sequence results in extracellular secretion of the product of the heterologous gene.
前記異種遺伝子配列が、サイトカインまたはホルモンの遺伝子配列である、請求項25に記載の核酸分子。26. The nucleic acid molecule of claim 25, wherein the heterologous gene sequence is a cytokine or hormone gene sequence. 前記異種遺伝子配列が、植物中で発現された場合に目的の機能を有するタンパク質をコードする、請求項25に記載の核酸分子。26. The nucleic acid molecule of claim 25, wherein the heterologous gene sequence encodes a protein having a desired function when expressed in a plant. 前記異種遺伝子配列が、インターフェロン、抗体、ヒトα−アンチトリプシンまたは緑色蛍光タンパク質の遺伝子配列である、請求項25に記載の核酸分子。26. The nucleic acid molecule of claim 25, wherein the heterologous gene sequence is a gene sequence of interferon, antibody, human α-antitrypsin or green fluorescent protein. 前記異種遺伝子配列が、マーカー遺伝子配列である、請求項25に記載の核酸分子。26. The nucleic acid molecule of claim 25, wherein the heterologous gene sequence is a marker gene sequence. 調節エレメントをさらに含む、請求項25に記載の核酸分子。26. The nucleic acid molecule of claim 25 further comprising a regulatory element. 前記調節エレメントが、イントロン、ターミネーターおよびエンハンサーからなる群より選択される少なくとも1つのエレメントを含む、請求項35に記載の核酸分子。36. The nucleic acid molecule of claim 35, wherein the regulatory element comprises at least one element selected from the group consisting of an intron, a terminator, and an enhancer. プロモーター配列と、該プロモーター配列に作動可能に連結された異種遺伝子配列とを含む、核酸分子であって、該プロモーター配列は、
(a)配列番号1の643位〜1799位、配列番号3の1位〜1763位または配列番号5の1位〜2058位に示されるヌクレオチド配列;
(b)(a)のヌクレオチド配列と比較して、1もしくは数個のヌクレオチドの置換、欠失または付加を含むヌクレオチド配列であって、糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列;
(c)(a)または(b)のヌクレオチド配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列;
(d)(a)のヌクレオチド配列に対して少なくとも70%の同一性を有するヌクレオチド配列であって、かつ糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列;ならびに
(e)(a)〜(d)のいずれかのヌクレオチド配列の短縮配列であって、糖欠乏誘導性プロモーター活性を有するヌクレオチド配列
からなる群より選択され、
該ヌクレオチド配列に作動可能に前記異種遺伝子配列が連結されると、該異種遺伝子の発現を促進する活性を有する、核酸分子。
A nucleic acid molecule comprising a promoter sequence and a heterologous gene sequence operably linked to the promoter sequence, the promoter sequence comprising:
(A) a nucleotide sequence represented by positions 643 to 1799 of SEQ ID NO: 1, positions 1 to 1763 of SEQ ID NO: 3, or positions 1 to 2058 of SEQ ID NO: 5;
(B) a nucleotide sequence comprising one or several nucleotide substitutions, deletions or additions compared to the nucleotide sequence of (a), having a sugar deficiency-inducing promoter activity;
(C) a nucleotide sequence that hybridizes with the nucleotide sequence of (a) or (b) under stringent conditions and has sugar deficiency-inducible promoter activity;
(D) a nucleotide sequence having at least 70% identity to the nucleotide sequence of (a) and having a sugar deficiency-inducing promoter activity; and (e) (a) to (d) A shortened sequence of any nucleotide sequence, selected from the group consisting of nucleotide sequences having sugar deficiency inducible promoter activity;
A nucleic acid molecule having an activity of promoting expression of a heterologous gene when the heterologous gene sequence is operably linked to the nucleotide sequence.
さらにシグナルペプチドコード配列を含む、請求項37に記載の核酸分子。38. The nucleic acid molecule of claim 37, further comprising a signal peptide coding sequence. 前記シグナルペプチドコード配列が、β−ガラクトシダーゼをコードする遺伝子のシグナルペプチドコード配列、β−キシロシダーゼをコードする遺伝子のシグナルペプチドコード配列およびβ−グルコシダーゼをコードする遺伝子のシグナルペプチドコード配列からなる群より選択される、請求項38に記載の核酸分子。The signal peptide coding sequence is selected from the group consisting of a signal peptide coding sequence of a gene encoding β-galactosidase, a signal peptide coding sequence of a gene encoding β-xylosidase, and a signal peptide coding sequence of a gene encoding β-glucosidase 40. The nucleic acid molecule of claim 38, wherein 前記シグナルペプチドコード配列が、
(i)配列番号2の1位〜27位、配列番号4の1位〜28位または配列番号6の1位〜28位に示されるアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列;
(ii)(i)のヌクレオチド配列と比較して、1もしくは数個のヌクレオチドの置換、欠失または付加を含むヌクレオチド配列であって、細胞外分泌活性を有するペプチドをコードするヌクレオチド配列;
(iii)(i)または(ii)のヌクレオチド配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ細胞外分泌活性を有するペプチドをコードするヌクレオチド配列;ならびに
(iv)(i)のヌクレオチド配列に対して少なくとも70%の同一性を有するヌクレオチド配列であって、かつ細胞外分泌活性を有するペプチドをコードするヌクレオチド配列;
からなる群より選択され、
該ヌクレオチド配列に作動可能に前記異種遺伝子配列が連結されると、該異種遺伝子の産物の細胞外分泌がもたらされる、請求項38に記載の核酸分子。
The signal peptide coding sequence is
(I) a nucleotide sequence encoding the amino acid sequence represented by positions 1 to 27 of SEQ ID NO: 2, positions 1 to 28 of SEQ ID NO: 4, or positions 1 to 28 of SEQ ID NO: 6;
(Ii) a nucleotide sequence comprising a substitution, deletion or addition of one or several nucleotides compared to the nucleotide sequence of (i), encoding a peptide having extracellular secretion activity;
(Iii) a nucleotide sequence that hybridizes with the nucleotide sequence of (i) or (ii) under stringent conditions and encodes a peptide having extracellular secretion activity; and (iv) against the nucleotide sequence of (i) A nucleotide sequence encoding a peptide having at least 70% identity and having extracellular secretion activity;
Selected from the group consisting of
39. The nucleic acid molecule of claim 38, wherein the heterologous gene sequence is operably linked to the nucleotide sequence, resulting in extracellular secretion of the product of the heterologous gene.
前記異種遺伝子配列が、サイトカインまたはホルモンの遺伝子配列である、請求項37に記載の核酸分子。38. The nucleic acid molecule of claim 37, wherein the heterologous gene sequence is a cytokine or hormone gene sequence. 前記異種遺伝子配列が、植物中で発現された場合に目的の機能を有するタンパク質をコードする、請求項37に記載の核酸分子。38. The nucleic acid molecule of claim 37, wherein the heterologous gene sequence encodes a protein having a desired function when expressed in a plant. 前記異種遺伝子配列が、インターフェロン、抗体、ヒトα−アンチトリプシンまたは緑色蛍光タンパク質の遺伝子配列である、請求項37に記載の核酸分子。38. The nucleic acid molecule of claim 37, wherein the heterologous gene sequence is a gene sequence of interferon, antibody, human α-antitrypsin or green fluorescent protein. 前記異種遺伝子配列が、マーカー遺伝子配列である、請求項37に記載の核酸分子。38. The nucleic acid molecule of claim 37, wherein the heterologous gene sequence is a marker gene sequence. 調節エレメントをさらに含む、請求項37に記載の核酸分子。38. The nucleic acid molecule of claim 37, further comprising a regulatory element. 前記調節エレメントが、イントロン、ターミネーターおよびエンハンサーからなる群より選択される少なくとも1つのエレメントを含む、請求項45に記載の核酸分子。46. The nucleic acid molecule of claim 45, wherein the regulatory element comprises at least one element selected from the group consisting of introns, terminators, and enhancers. 糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列および代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群から選択される少なくとも1つのプロモーター配列と、
該選択されたプロモーター配列に作動可能に連結された異種遺伝子配列
とを含む、ベクター。
At least one promoter sequence selected from the group consisting of a sugar deficiency inducible promoter sequence, a promoter sequence of a gene encoding an exo-type glycolytic enzyme, and a promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading a metabolizable sugar;
A vector comprising a heterologous gene sequence operably linked to the selected promoter sequence.
糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列および代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群から選択される少なくとも1つのプロモーター配列と、
該選択されたプロモーター配列に作動可能に連結された異種遺伝子配列
とを含む、植物細胞。
At least one promoter sequence selected from the group consisting of a sugar deficiency inducible promoter sequence, a promoter sequence of a gene encoding an exo-type glycolytic enzyme, and a promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading a metabolizable sugar;
A plant cell comprising a heterologous gene sequence operably linked to the selected promoter sequence.
双子葉植物細胞である、請求項48に記載の植物細胞。49. The plant cell of claim 48, which is a dicotyledonous plant cell. 培養細胞である、請求項48に記載の植物細胞。49. The plant cell according to claim 48, which is a cultured cell. 1週間で50倍以上増殖し得る細胞である、請求項50に記載の植物細胞。The plant cell according to claim 50, which is a cell that can proliferate 50 times or more in one week. タンパク質の生産方法であって、該方法は、以下の工程:
糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列および代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群から選択される少なくとも1つのプロモーター配列と、
該選択されたプロモーター配列に作動可能に連結された該タンパク質コード配列とを含む核酸分子を、細胞に導入して、形質転換細胞を得る工程;
該形質転換細胞を糖の非存在下で培養して、該タンパク質を分泌させる工程;および
該タンパク質を回収する工程
を包含する、方法。
A method for producing a protein comprising the following steps:
At least one promoter sequence selected from the group consisting of a sugar deficiency inducible promoter sequence, a promoter sequence of a gene encoding an exo-type glycolytic enzyme, and a promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading a metabolizable sugar;
Introducing a nucleic acid molecule comprising said protein coding sequence operably linked to said selected promoter sequence into a cell to obtain a transformed cell;
Culturing the transformed cell in the absence of sugar to secrete the protein; and recovering the protein.
前記細胞が、植物細胞である、請求項52に記載の方法。53. The method of claim 52, wherein the cell is a plant cell. 前記細胞が、双子葉植物細胞である、請求項52に記載の方法。53. The method of claim 52, wherein the cell is a dicot plant cell. 前記細胞が、培養細胞である、請求項52に記載の方法。53. The method of claim 52, wherein the cell is a cultured cell. 前記細胞が、1週間で50倍以上増殖し得る細胞である、請求項55に記載の方法。56. The method of claim 55, wherein the cell is a cell that can proliferate 50 times or more in one week. 前記核酸分子が、さらにシグナルペプチドコード配列を含む、請求項52に記載の方法。53. The method of claim 52, wherein the nucleic acid molecule further comprises a signal peptide coding sequence. 前記シグナルペプチドコード配列が、β−ガラクトシダーゼをコードする遺伝子のシグナルペプチドコード配列、β−キシロシダーゼをコードする遺伝子のシグナルペプチドコード配列およびβ−グルコシダーゼをコードする遺伝子のシグナルペプチドコード配列からなる群より選択される、請求項57に記載の方法。The signal peptide coding sequence is selected from the group consisting of a signal peptide coding sequence of a gene encoding β-galactosidase, a signal peptide coding sequence of a gene encoding β-xylosidase, and a signal peptide coding sequence of a gene encoding β-glucosidase 58. The method of claim 57, wherein: 前記シグナルペプチドコード配列が、
(i)配列番号2の1位〜27位、配列番号4の1位〜28位または配列番号6の1位〜28位に示されるアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列;
(ii)(i)のヌクレオチド配列と比較して、1もしくは数個のヌクレオチドの置換、欠失または付加を含むヌクレオチド配列であって、細胞外分泌活性を有するペプチドをコードするヌクレオチド配列;
(iii)(i)または(ii)のヌクレオチド配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ細胞外分泌活性を有するペプチドをコードするヌクレオチド配列;ならびに
(iv)(i)のヌクレオチド配列に対して少なくとも70%の同一性を有するヌクレオチド配列であって、かつ細胞外分泌活性を有するペプチドをコードするヌクレオチド配列;
からなる群より選択され、
該ヌクレオチド配列に作動可能に前記異種遺伝子配列が連結されると、該異種遺伝子の産物の細胞外分泌がもたらされる、請求項57に記載の方法。
The signal peptide coding sequence is
(I) a nucleotide sequence encoding the amino acid sequence represented by positions 1 to 27 of SEQ ID NO: 2, positions 1 to 28 of SEQ ID NO: 4, or positions 1 to 28 of SEQ ID NO: 6;
(Ii) a nucleotide sequence comprising a substitution, deletion or addition of one or several nucleotides compared to the nucleotide sequence of (i), encoding a peptide having extracellular secretion activity;
(Iii) a nucleotide sequence that hybridizes with the nucleotide sequence of (i) or (ii) under stringent conditions and encodes a peptide having extracellular secretion activity; and (iv) against the nucleotide sequence of (i) A nucleotide sequence encoding a peptide having at least 70% identity and having extracellular secretion activity;
Selected from the group consisting of
58. The method of claim 57, wherein the heterologous gene sequence is operably linked to the nucleotide sequence, resulting in extracellular secretion of the product of the heterologous gene.
前記タンパク質が、サイトカインまたはホルモンである、請求項52に記載の方法。53. The method of claim 52, wherein the protein is a cytokine or a hormone. 前記タンパク質が、植物中で発現された場合に目的の機能を有するタンパク質である、請求項52に記載の方法。53. The method according to claim 52, wherein the protein is a protein having a target function when expressed in a plant. 前記タンパク質が、インターフェロン、抗体、ヒトα−アンチトリプシンまたは緑色蛍光タンパク質である、請求項52に記載の方法。53. The method of claim 52, wherein the protein is an interferon, antibody, human α-antitrypsin or green fluorescent protein. 前記糖が、代謝可能な解糖系糖または代謝されると該解糖系糖になり得る糖である、請求項52に記載の方法。53. The method of claim 52, wherein the sugar is a metabolizable glycolytic sugar or a sugar that can become a glycolytic sugar when metabolized. 前記糖が、グルコース、ガラクトース、フルクトース、スクロースおよびキシロースからなる群より選択される、請求項52に記載の方法。53. The method of claim 52, wherein the sugar is selected from the group consisting of glucose, galactose, fructose, sucrose and xylose. タンパク質の生産方法であって、該方法は、以下の工程:
糖欠乏誘導性プロモーター配列、エキソ型糖分解酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列および代謝可能な糖を分解し得る酵素をコードする遺伝子のプロモーター配列からなる群から選択される少なくとも1つのプロモーター配列と、
該選択されたプロモーター配列に作動可能に連結された該タンパク質コード配列とを含む核酸分子を、細胞に導入して、形質転換細胞を得る工程;
該形質転換細胞を糖の存在下で培養する工程;
該形質転換細胞を糖の非存在下で培養して、該タンパク質を分泌させる工程;および
該タンパク質を回収する工程
を包含する、方法。
A method for producing a protein comprising the following steps:
At least one promoter sequence selected from the group consisting of a sugar deficiency inducible promoter sequence, a promoter sequence of a gene encoding an exo-type glycolytic enzyme, and a promoter sequence of a gene encoding an enzyme capable of degrading a metabolizable sugar;
Introducing a nucleic acid molecule comprising said protein coding sequence operably linked to said selected promoter sequence into a cell to obtain a transformed cell;
Culturing the transformed cell in the presence of sugar;
Culturing the transformed cell in the absence of sugar to secrete the protein; and recovering the protein.
請求項52に記載の方法によって得られるタンパク質。53. A protein obtained by the method of claim 52. 異種遺伝子の糖欠乏誘導性発現のための、請求項1に記載の核酸分子の使用。Use of the nucleic acid molecule according to claim 1 for sugar deficiency inducible expression of heterologous genes.
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