KR100254285B1 - Process for creating the plant - Google Patents

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토구리토시히로
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사토 야스히로
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Abstract

지질에 결합한 지방산의 Δ9위를 불포화화하는 활성을 갖는 단백질을 코드하는 유전자가 도입된 식물세포 : 상기 식물세포를 분화시켜서 식물체를 재생시키는 것을 특징으로 하는 식물의 작출방법.A plant cell into which a gene encoding a protein having an activity of desaturating the Δ9 position of a fatty acid bound to a lipid is introduced: A plant harvesting method characterized by regenerating the plant by differentiating the plant cell.

Description

식물 작출 방법{PROCESS FOR CREATING THE PLANT}Plant cropping method {PROCESS FOR CREATING THE PLANT}

본 발명은 지질에 결합한 지방산의 Δ9위를 불포화화하는활성을 갖는 단백질(이하 Δ9위 불포화화효소라 한다)을 코드하는 유전자, 그 유전자를 함유한 벡터, 그 유전자가 도입된 식물 및 그 작출방법에 관한 것이다.The present invention provides a gene encoding a protein having an activity of desaturating the Δ9 position of a fatty acid bound to a lipid (hereinafter referred to as the Δ9 position desaturase), a vector containing the gene, a plant into which the gene is introduced, and a method of producing the same. It is about.

생물의 생체막을 구성하는 지질인 막지질은 외계온도의 저하에 수반하여 액정상태로부터 고체상태로 변화(상분리)한다. 이와 같은 상분리에 수반하여 생체막의 성질이 변화한다. 즉 막지질이 고체상태에서는 물질투과의 선택성이 없어지기 때문에 생체막이 본래의 기능을 수행할 수 없게 되어, 그 결과 세포에 상해(저온상해)가 생기는 것으로 생각되고 있다.Membrane lipids, which are lipids constituting biological membranes of living organisms, change (phase separation) from a liquid crystal state to a solid state with a decrease in external temperature. With this phase separation, the properties of the biofilm change. In other words, it is thought that the membrane is unable to perform its original function because the selectivity of the substance permeation disappears in the solid state, and as a result, the injury (low temperature injury) is caused to the cells.

액정상태로부터 고체상태 또는 그 반대로 변화하는 온도인 막지질의 상 전이온도는 주로 지질에 결합하고 있는 지방산 아실기의 불포화도(탄소쇄중의 2중결합의 수)에 따라 결정된다. 즉 결합하고 있는 지방산 아실기의 2개가 다 포화지방산일 경우에는, 이 지질분자종의 상 전이온도는 실온보다 높으나, 결합한 지방산 아실기에 2중결합을 적어도 1개 갖는 지질분자종의 상 전이온도는 거의 0℃ 이하이다(Santaren, J. F. et al., Biochem. Biophys. Acta, 687:231, 1982).The phase transition temperature of the membrane lipid, which is the temperature that changes from the liquid crystal state to the solid state or vice versa, is mainly determined by the degree of unsaturation (the number of double bonds in the carbon chain) of the fatty acid acyl group bound to the lipid. That is, when two of the fatty acid acyl groups bound are polysaturated fatty acids, the phase transition temperature of the lipid molecular species is higher than room temperature, but the phase transition temperature of the lipid molecular species having at least one double bond to the bound fatty acid acyl group is Near 0 ° C. (Santaren, JF et al., Biochem. Biophys. Acta, 687: 231, 1982).

또한 일반적으로 지방산의 2중결합의 위치는 그 카르복실기 말단으로부터 2중결합이 있는 탄소까지의 탄소수를 Δ(델타)에 뒤이어 나타낸다. 또 2중결합의 총수는 전 탄소수의 뒤에 콜론에 이어서 기재한다. 예를들면 리놀산은 18:2Δ9,12로 기술되고, 그 구조는In general, the position of the double bond of a fatty acid indicates the number of carbons from the carboxyl terminal to the carbon having a double bond, followed by Δ (delta). The total number of double bonds is described after the colon after the total carbon number. For example linoleic acid is described as 18: 2Δ9,12, and its structure is

CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOHCH 3 (CH 2 ) 4 CH = CHCH 2 CH = CH (CH 2 ) 7 COOH

이다. 또 2중결합의 위치를 ω(오메가)에 이어서 기재하는 경우가 있으나, 이것은 지방산의 메틸기 말단으로부터 2중결합이 있는 탄소까지의 탄소수를 나타내고 있다.to be. In addition, although the position of a double bond may be described next to (omega), this shows the carbon number from the methyl group terminal of a fatty acid to the carbon with a double bond.

고등식물의 막지질중에서 포화분자종이 비교적 많은 것은 포스파티딜글리세롤(PG)뿐이며, 식물의 저온상해의 기인이 PG의 상 전이에 의함과(Murata, N. et al., Plant Cell Physiol., 23:1071, 1982; Roughan, P. G., Plant Physiol., 77:740, 1985), 또 PG의 분자종 조성이 엽록체에 존재하는 글리세롤-3-인산아실트란스페라제(이하 ATase)의 기질 선택성에 의해 결정됨(Frentzen, M. et al., Eur. J. Biochem., 129:629, 1983; Murata, N., Plant Cell Physiol., 24:81, 1983; Frentzen, M. et al., Plant Cell Physiol., 28:1195, 1988)이 강하게 시사되어 있었다.Among the membrane lipids of higher plants, only saturated phosphatidylglycerol (PG) is relatively high, and the low-temperature injury of plants is due to the phase transition of PG (Murata, N. et al., Plant Cell Physiol., 23: 1071). , 1982; Roughan, PG, Plant Physiol., 77: 740, 1985), and the molecular species composition of PG is determined by the substrate selectivity of glycerol-3-acyltransferase (ATase) present in the chloroplasts (Frentzen). , M. et al., Eur. J. Biochem., 129: 629, 1983; Murata, N., Plant Cell Physiol., 24:81, 1983; Frentzen, M. et al., Plant Cell Physiol., 28 : 1195, 1988).

이들 가정에 의거해서 니시자와등은 저온에 강한 식물인 애기장대로부터 취득한 ATase 유전자를 담배에 도입·발현함으로써 PG의 포화분자종 함량을 낮추어 담배를 야생주보다 저온에 강하게 할 수가 있음을 제시하였다(PCT 특허출원 : PCT/JP92/00024, 1992). 그러나 ATase는 원래의 식물중에도 존재하며, 가령 외래의 ATase를 식물중에 대량 발현시켰다 하드라도 내재성의 ATase와 경합하는 것은 피할 수가 없으므로, 외래의 ATase의 효과가 희석될 가능성은 부정할 수가 없다. 예를 들어 작성한 형질전환 담배중 애기장대의 ATase를 가장 대량으로 발현하고 있는 클론(clone)의 잎의 PG의 포화분자종 함량은 약 28%이어서 담배 야생주보다는 약 8% 적으나, 애기장대 야생주보다도 약 8% 많았다(PCT 특허출원 : PCT/JP92/00024, 1992).Based on these assumptions, Nishizawa et al. Proposed that ATase genes obtained from Arabidopsis, a plant resistant to low temperatures, could be introduced and expressed in tobacco to lower the saturated molecular species content of PG and to make tobacco stronger than wild strains (PCT). Patent application: PCT / JP92 / 00024, 1992). However, ATase is also present in the original plants. For example, even if a large amount of foreign ATase is expressed in the plant, competition with endogenous ATase is unavoidable. Therefore, the possibility of diluting the effect of foreign ATase cannot be denied. For example, the content of saturated molecular species of PG in the leaves of clones expressing the largest amount of ATase in Arabidopsis transgenic tobacco was about 28%, which is about 8% less than tobacco wild wine. About 8% more than the state (PCT patent application: PCT / JP92 / 00024, 1992).

또한 일반적으로 플라스티드로 만들어진 아실-ACP는 주로 16:0-ACP와 18:1-ACP이며, 또 그들의 비율은 거의 등량이라고 생각되나, 조직에 따라서는 16:0-ACP나 18:0-ACP의 비율이 18:1-ACP보다 높을 수 있다는 것도 생각할 수 있다(Toriyama, S. et al., Plant Cell Physiol., 29:615, 1988). 이와 같은 조직에서는 외래의 ATase에 의해 포화분자종 함량을 충분히 감소시키기가 곤란하다는 것도 생각할 수 있다.In general, the acyl-ACPs made of plastids are mainly 16: 0-ACP and 18: 1-ACP, and their ratio is almost equivalent, but depending on the tissue, 16: 0-ACP or 18: 0-ACP It is also conceivable that the ratio may be higher than 18: 1-ACP (Toriyama, S. et al., Plant Cell Physiol., 29: 615, 1988). In such a tissue, it may be considered that it is difficult to sufficiently reduce the saturated molecular species content by the foreign ATase.

그런데, 광합성세균인 시아노박테리아(남조)의 막지질의 조성은 고등식물의 엽록체를 구성하고 있는 막계의 지질조성과 유사하다(Murata, N. et al., in 'The Biochemistry of Plants', Academic Press, 1987). 또 남조에서는 막지질에 결합한 지방산의 불포화도는 지질에 결합한 지방산을 불포화화하는효소에 의해 제어되고 있다. 그리고 지질에 결합한 지방산에 2중결합을 1개밖에 넣을 수 없는 Anacystis nidulans(별명 Synechococcus PCC 7942)는 저온 감수성이지만(Ono, T. et al., Plant Phy Siol., 67;176, 1981) 2개 이상 넣을 수 있는 Synechocystis PCC6803은 저온내성임이 알려져 있다(Wada, H. et al., Plant Cell Physiol., 30:971, 1989).However, the composition of membrane lipids of photosynthetic bacteria cyanobacteria (namzo) is similar to the lipid composition of membrane systems that make up chloroplasts of higher plants (Murata, N. et al., In 'The Biochemistry of Plants', Academic Press). , 1987). In South Korea, the degree of unsaturation of fatty acids bound to membrane lipids is controlled by an enzyme that desaturates fatty acids bound to lipids. And Anacystis nidulans (aka Synechococcus PCC 7942), which can only have one double bond to fatty acids bound to lipids, are cold-sensitive (Ono, T. et al., Plant Phy Siol., 67; 176, 1981). It is known that Synechocystis PCC6803 can be put at low temperature (Wada, H. et al., Plant Cell Physiol., 30: 971, 1989).

또 남조에서의 지방산의 불포화화효소는 모두 지질을 기질로 하고, 지질에 결합한 지방산에 2중결합을 도입한다. 따라서 남조는 16:0/16:0- 및 18:0/16:0-의 포화분자종으로 된 막지질인 PG, SQDG, MGDG 및 DGDG의 지방산에 cis-형의 2중결합을 도입할 수가 있다(Murata, N. et al., in 'The Biochemistry of Plants' Academic Press, 1987). 이와 같은 점은 지방산 불포화화효소로서 스테아로일-ACP(18:0-ACP)의 Δ9위에 2중결합을 도입하는 효소를 가지며, 일단 16:0/16:0-(및 약간 존재하는 18:0/16:0-)의 포화분자종으로 된 PG 및 SQDG가 합성되면, 그들의 지방산에 결코 cis-형의 2중결합을 도입하지 않는 고등식물과 크게 다른 점이다.In addition, all fatty acid desaturating enzymes in the southern tank use lipids as substrates and introduce double bonds into fatty acids bound to lipids. Therefore, South Korea can introduce cis-type double bonds into fatty acids of PG, SQDG, MGDG and DGDG, which are membrane lipids of 16: 0/16: 0- and 18: 0/16: 0- saturated molecular species. (Murata, N. et al., In 'The Biochemistry of Plants' Academic Press, 1987). This is an fatty acid desaturase that has an enzyme that introduces a double bond at the Δ9 position of stearoyl-ACP (18: 0-ACP), once it is 16: 0/16: 0- (and slightly present 18: Synthesis of PG and SQDG with 0/16: 0-) saturated molecular species is very different from higher plants that never introduce cis-type double bonds to their fatty acids.

현재 Synechocystis PCC6803의 Δ12위 불포화화효소 유전자를 Anacystis nidulans에 도입·발현시킴으로써 본래 Anacystis nidulans에 존재하지 않는 16:2Δ9,12 및 18:2Δ9,12를 생산할 수가 있으며, 결과적으로 본래 저온 감수성인 Anacystis nidulans를 저온내성으로 전환이 가능하다는 것을 나타내고 있다(Wada, H. et al., Nature, 347:200, 1990).By introducing and expressing the Δ12 position desaturase gene of Synechocystis PCC6803 into Anacystis nidulans, it is possible to produce 16: 2Δ9,12 and 18: 2Δ9,12, which are not present in the original Anacystis nidulans, and consequently the low temperature susceptibility Anacystis nidulans It is shown that the conversion to cold resistance is possible (Wada, H. et al., Nature, 347: 200, 1990).

또한 지금까지는 남조의 불포화화효소중 Δ6위(Reddy, A. S. et al., Plant Mol. Biol., 27:293, 1993) 및 Δ12위(Wada, H. et al., Nature, 347:200, 1990) 불포화화효소의 유전자가 취득되어 있다. 그러나 Δ9위에 2중결합이 도입되어 있지 않으면 Δ6위 및 Δ12위 불포화화효소는 각각 Δ6위와 Δ12위를 불포화할 수가 없다. 또 Δ9위와 Δ12위가 다 같이 불포화화 되어 있지 않으면 Δ15위 불포화화효소는 Δ15위를 불포화화 할 수가 없다. 따라서 지방산의 Δ9위를 불포화화하는효소의 유전자를 고등식물에 도입하여 발현시키면 고등식물의 포화분자종 함량을 저하시켜서, 결과적으로 이 고등식물을 저온내성으로 할 수가 있을 것이다. 그러나 현재까지 지방산의 Δ9위를 불포화화하는효소의 유전자를 얻은 일은 없었다.In addition, Δ6 position (Reddy, AS et al., Plant Mol. Biol., 27: 293, 1993) and Δ12 position (Wada, H. et al., Nature, 347: 200, 1990) ) The desaturase gene has been obtained. However, if a double bond is not introduced at the Δ9 position, the Δ6 position and the Δ12 position desaturase cannot unsaturate the Δ6 position and the Δ12 position, respectively. If the Δ9 and Δ12 positions are not desaturated together, the Δ15 position desaturase cannot desaturate the Δ15 position. Therefore, introducing and expressing genes of enzymes that desaturate the Δ9 position of fatty acids into higher plants will lower the saturated molecular species content of higher plants and consequently make the higher plants resistant to low temperatures. However, until now, no enzyme has been obtained that desaturates the Δ9 position of fatty acids.

따라서 본 발명은 지방산의 Δ9위를 불포화화하는효소의 유전자 및 그 일부를 포함한 폴리누클레오티드를 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a polynucleotide comprising a gene of an enzyme that desaturates the Δ9 position of a fatty acid and a part thereof.

또 본 발명은 지방산의 Δ9위를 불포화화하는효소의 유전자 또는 그 일부를 포함한 폴리누클레오티드를 함유한 벡터를 제공하는 것도 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a vector containing a polynucleotide containing a gene or part of an enzyme that desaturates the Δ9 position of a fatty acid.

또한 본 발명은 지방산의 Δ9위를 불포화화하는효소의 유전자 또는 그 일부를 포함한 폴리누클레오티드가 도입된 식물세포 및 식물을 제공하는 것도 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a plant cell and a plant into which a polynucleotide containing a gene or a part of an enzyme that desaturates the Δ9 position of a fatty acid is introduced.

도 1은 des 9 var 단편이 코드하는 아미노산 배열과 마우스의 스테아로일-Co A 불포화화효소(MSCD2)의 아미노산 배열의 비교를 나타낸다. 도면중에서 양자가 동일한 아미노산의 경우에는 : 성질이 유사한 아미노산의 경우에는 ·을 붙여서 비교하였다. X는 그 사이에서의 상동성(相同性)이 높은 범위를 나타낸다.Figure 1 shows a comparison of the amino acid sequence encoded by the des 9 var fragment with the amino acid sequence of stearoyl-Co A desaturase (MSCD2) in mice. In the figure, in the case of amino acids of the same amino acid: in the case of amino acids having similar properties, the comparison was made with s. X shows the range with high homology between them.

도 2는 des 9 var 단편을 프로브로 하여 Anacystis nidulans의 게놈DNA을 서던분석(southern analysis)한 오토래디오그램을 나타낸 전기영도사진이다.FIG. 2 is an electrophoresis photograph showing an autoradiogram of Southern analysis of genomic DNA of Anacystis nidulans using a des 9 var fragment as a probe.

도 3은 λ5, λ15 및 p15X의 인서트DNA 단편의 상호관계를 나타낸다. 굵은 화살표는 단백질을 코드하고 있는 부분과 방향을, 가는 화살표는 시켄스를 결정한 부위와 그 방향을 나타낸다.Figure 3 shows the interrelationship of insert DNA fragments of λ5, λ15 and p15X. The thick arrows indicate the part and direction that encodes the protein, and the thin arrows indicate the site and direction that determined the sequence.

도 4는 des 9 var와 마우스의 스테아로일-CoA 불포화화효소(MSCD2)의 아미노산 배열의 비교를 나타낸다. 아미노산 배열의 비교는 제1도와 마찬가지로 하였다.Figure 4 shows a comparison of the amino acid sequence of des 9 var and stearoyl-CoA desaturase (MSCD2) in mice. Comparison of amino acid sequence was performed similarly to FIG.

도 5는 식물체 레벨에서의 형질전환 담배에 대한 저온처리의 영향을 나타낸 생물의 형태의 사진이다. 좌측은 불포화화효소 유전자를 도입한 담배를 저온처리한 결과를, 우측은 대조로서 pBI121을 도입한 담배를 저온처리한 결과를 나타낸다.Figure 5 is a photograph of the form of the organism showing the effect of cold treatment on transgenic tobacco at the plant level. The left side shows the result of the low temperature treatment of the tobacco into which the desaturase gene was introduced, and the right side shows the result of the low temperature treatment of the tobacco into which pBI121 was introduced.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명자는 Anacystis속에 속하는 남조의 게놈(genome)DNA로부터 Δ9위 불포화화효소를 코드하는 유전자를 클로닝하여, 이 유전자를 내포한 벡터DNA을 얻은 후에, 이 벡터 DNA로 식물세포를 형질전환하고, 이것을 분화시켜서 식물체를 재생시킴으로써 식물에 저온내성을 부여함에 성공하여, 본 발명을 완성히기에 이르렀다. 즉 본 발명은 하기와 같은 사항을 요지로 하는 것이다.In order to achieve the above object, the present inventors cloned a gene encoding the Δ9 desaturase from a genome DNA of a South Korean genus belonging to the genus Anacystis, and obtained a vector DNA containing the gene, and then, plant cell was used as the vector DNA. It was successful to give low temperature resistance to plants by transforming and differentiating them to regenerate plants, thus completing the present invention. That is, this invention makes the following matter a summary.

(1) 지질에 결합한 지방산의 Δ9위를 불포화화하는활성을 갖는 단백질을 코드하는 유전자.(1) A gene encoding a protein having an activity of desaturating the Δ9 position of a fatty acid bound to a lipid.

(2) 지질에 결합한 지방산의 Δ9위를 불포화화하는활성을 갖는 단백질이 실질적으로 배열번호 4에 기재된 아미노산 배열을 갖는 것인 (1)에 기재한 유전자 또는 그 유전자의 일부를 포함한 폴리누클레오티드.(2) A polynucleotide comprising the gene according to (1), or a part of the gene, wherein the protein having an activity of desaturating the Δ9 position of the fatty acid bound to the lipid has substantially the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4.

(3) 지질에 결합한 지방산의 Δ9위를 불포화화하는활성을 갖는 단백질을 코드하는 유전자가 배열번호 3에 기재된 염기배열을 포함한 DNA쇄인 (1)에 기재한 유전자 또는 그 유전자의 일부를 포함한 폴리누클레오티드.(3) The polynucleotide containing the gene as described in (1) whose gene which codes the protein which has the activity which desaturates the Δ9 position of a fatty acid bound to a lipid is a DNA chain containing the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3, or a part of the gene. .

(4) (1)∼(3)의 어느것에 기재한 유전자 또는 그 유전자의 일부를 포함한 폴리누클레오티드를 함유한 벡터.(4) The vector containing the polynucleotide containing the gene as described in any one of (1)-(3), or a part of the gene.

(5) (1)∼(3)의 어느것에 기재한 유전자 또는 그 유전자의 일부를 포함한 폴리누클레오티드가 도입된 식물세포.(5) The plant cell into which the polynucleotide containing the gene as described in any one of (1)-(3) or a part of the gene was introduce | transduced.

(6) (5)에 기재한 식물세포를 분화시켜서 식물체를 재생시키는 것을 특징으로 하는 식물의 작출방법.(6) A plant harvesting method characterized by regenerating a plant by differentiating the plant cells described in (5).

(7) (1)∼(3)의 어느 것에 기재한 유전자 또는 그 유전자의 일부를 포함한 폴리누클레오티드가 도입된 식물.(7) Plant into which the polynucleotide containing the gene as described in any one of (1)-(3) or a part of the gene was introduce | transduced.

발명의 실시를 위한 최량의 형태Best Mode for Carrying Out the Invention

본 발명에서 말하는 Δ9위 불포화화효소는 상기 '종래의 기술'등에 기재한 바와 같이 본래 남조에 존재하는 효소이다. Δ9위 불포화화효소의 화학구조는 마우스(Kaestner, K. H. et al., J. Biol., Chem., 264:14755, 1989), 래트(Mihara, K. J. Biochem., 108:1022, 1990) 및 효모(Stukey, J. E. et al., J. Biol. Chem., 265: 20144, 1990)의 스테아로일-CoA 불포화화효소의 화학구조와 국부적으로 유사하나, 전체적으로는 크게 다르다. 또 기지의 남조의 지질에 결합한 지방산의 Δ6위 및 Δ12위의 불포화화효소 및 고등식물의 지질에 결합한 지방산의 ω3위의 불포화화효소(Yadav, N. S. et al., Plant Physiol., 103:467, 1993)의 화학구조와는 전혀 유사하지 않다. 본 발명 유전자를 천연소재로부터 제조하는 경우에는 남조를 원재료로 하여 사용하면 좋다. 여기서 사용되는 남조는 특히 한정되지 않으며, 예를 들어 Anacystis속, Synechocysits 속, Anabaena속 등에 속하는 람조를 들 수 있다. 또 이하의 이유에 의하여 고등식물의 포화분자종을 불포화함에는 Anacystis형(Murata, N. et al., Plant Cell Physiol., 33:933, 1992. 이 문헌에서 말하는 그룹 1형의 남조)의 Δ9위 불포화화효소쪽이 Anabaena형 및 Synechocystis형의 효소보다 바람직하다.The Δ9 position desaturating enzyme referred to in the present invention is an enzyme originally present in the bath as described in the above-mentioned 'conventional technique'. The chemical structure of the Δ9 position desaturase is shown in mice (Kaestner, KH et al., J. Biol., Chem., 264: 14755, 1989), rats (Mihara, KJ Biochem., 108: 1022, 1990) and yeast ( Stukey, JE et al., J. Biol. Chem., 265: 20144, 1990), which are locally similar to the chemical structure of stearoyl-CoA desaturase, but differ greatly in overall. In addition, the Δ6 and Δ12 desaturating enzymes of fatty acids bound to known Namzo lipids and the ω3 desaturating enzymes of fatty acids bound to lipids of higher plants (Yadav, NS et al., Plant Physiol., 103: 467, It is not at all similar to the chemical structure of 1993). In the case where the gene of the present invention is produced from natural materials, it may be used as a raw material. The south bath used herein is not particularly limited, and for example, a ramzo belonging to the genus Anacystis, Synechocysits, Anabaena, and the like. In addition, Δ9 of Anacystis type (Murata, N. et al., Plant Cell Physiol., 33: 933, 1992. Group 1 type algae referred to in this document) may be used to desaturate saturated species of higher plants for the following reasons. Gastric desaturating enzymes are preferred over enzymes of Anabaena and Synechocystis types.

즉 Synechocystis PCC6803과 Anabaena variabilis에서는 그 막지질의 거의 모두가 sn-1과 sn-2에 각각 탄소수 18의 지방산(C18)과 탄소수 16의 지방산(C16)을 결합하고 있음(Sato, N. et al., Biochem, Biophys. Acta, 710: 279, 1982; Wada, H. et al., Plant Cell Physiol., 30:971, 1989)에 대해, Anacystis nidulans에서는 거의가 sn-1과 sn-2 다 같이 C16을 결합하고 있다(Bishop, D. G. et al., Plant Cell Physiol., 27:1593, 1986). 따라서 Anabaena와 Synechocystis의 Δ9위 불포화화효소는 주로 18:0/16:0-의 분자종을 기질로 하여 sn-1의 18:0을 18:1Δ9에 불포화화하는활성을 갖는 것으로 생각된다. 이에 대하여 Anacystis의 Δ9위 불포화화효소는 주로 16:0/16:0-의 분자종을 기질로하여 Sn-1의 16:0을 16:1△9에 불포화화하는활성을 갖는 것으로 생각된다. 또한 고등식물에 많이 볼 수 있는 포화분자종이 16:0/16:0-이므로 고등식물의 포화분자종을 불포화하기 위해서는 Anacystis형의 Δ9위 불포화화효소쪽이 Anabaena 및 Synechocystis형의 효소보다 적합하다.That is, in Synechocystis PCC6803 and Anabaena variabilis, almost all of the membrane lipids bind sn-1 and sn-2 with 18 carbon atoms (C18) and 16 carbon atoms (C16), respectively (Sato, N. et al., For Biochem, Biophys.Acta, 710: 279, 1982; Wada, H. et al., Plant Cell Physiol., 30: 971, 1989), in Anacystis nidulans, almost all of sn-1 and sn-2 use C16. (Bishop, DG et al., Plant Cell Physiol., 27: 1593, 1986). Therefore, Δ9 position desaturase of Anabaena and Synechocystis is considered to have the activity of desaturating 18: 1 to 18: 1Δ9 of sn-1, mainly based on the molecular species of 18: 0/16: 0-. On the other hand, Anacystis Δ9 position desaturase is presumed to have the activity of desaturating 16: 1 of Sn-1 to 16: 1Δ9, mainly based on the molecular species of 16: 0/16: 0-. In addition, saturated molecular species found in higher plants are 16: 0/16: 0-, so the Δ9 position desaturating enzyme of Anacystis type is more suitable than the enzymes of Anabaena and Synechocystis type to desaturate saturated species.

본 발명 유전자는 후술하는 실시예에 나타낸 바와 같이 실질적으로 배열번호 4에 기재된 아미노산 배열을 갖는 Δ9위 불포화화효소를 코드하는 것을 포함하며, 축중 코돈(degeneracy codon)에서만 다르게 되어 있어, 동일한 폴리펩티드를 코드할 수 있는 축중이성체를 포함한다. 본 발명 유전자는 주로 DNA쇄로서의 구체적 형태를 갖는다. 또한 '실질적으로 배열번호 4에 기재된 아미노산 배열'이라 함은 배열번호 4에 기재된 아미노산 배열에 더하여 Δ9위 불포화화효소 활성을 가질 수 있고, 배열번호 4에 기재된 아미노산 배열의 일부에 결실, 치환, 부가등이 있어도 좋은 아미노산 배열을 포함하는 것이다.The gene of the present invention includes encoding a Δ9 position desaturase having substantially the amino acid sequence as set forth in SEQ ID NO: 4, as shown in the examples below, and differs only in the degeneracy codon, thereby encoding the same polypeptide. It includes decondensation agents that can be used. The gene of the present invention mainly has a specific form as a DNA chain. In addition, the term "substantially the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4" may have a Δ9 position desaturase activity in addition to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4, and may be deleted, substituted or added to a part of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4. The amino acid sequence which may be etc. may be included.

본 발명 유전자는 상기 남조세포로부터 통상 공지의 방법을 사용하여 제조할 수가 있다.The gene of the present invention can be produced from the cells of the haematozoa using a conventionally known method.

즉 남조세포를 배양하여 집적하고, 이 남조세포로부터 에타놀 침전법등의 통상 공지의 방법에 의해 게놈DNA를 제조하고, 이 게놈DNA을 기초로 한 유전자 라이브러리를 제조하고, 이 라이브러리로부터 소망하는 유전자를 함유한 클론을 선발하여, 이것을 증폭함으로써 제조할 수가 있다.In other words, culturing and accumulating cyanobacteria cells, genomic DNA is produced from the hematopoietic cells by a conventionally known method such as ethanol precipitation, a gene library based on the genomic DNA is prepared, and the desired gene is contained from this library. One clone can be selected and produced by amplifying it.

여기서 사용되는 유전자 라이브러리 작성용 벡터로서는 이 벡터로서 통상 사용되고 있는 것을 들 수가 있다. 구체적으로는 λ DASH II(Stratagene)등의 파지(phage) ; pWE15(Stratagene)등의 코스미드(cosmid) ; pBluescript II(Stratagene)등의 파지미드등을 들 수가 있다. 상기 벡터에 대한 구체적인 유전자 도입방법은 각각의 벡터에 따라서 통상 공지의 방법을 사용할 수가 있다.As a vector for gene library preparation used here, what is normally used as this vector is mentioned. Specifically, phage, such as lambda DASH II (Stratagene); cosmids such as pWE15 (Stratagene); and phagemids such as pBluescript II (Stratagene). As a specific gene introduction method for the vector, a conventionally known method can be used according to each vector.

이렇게 하여 제조한 유전자 라이브러리로부터 본 발명 유전자가 도입된 클론을 선발한다.The clone into which the gene of this invention was introduced is selected from the gene library thus prepared.

그 선발방법으로서는 통상 공지의 선발방법, 예를 들어 항체에 의한 플랙 하이브리다이제이션법(plaque hybridization method) 또는 콜로니 하이브리다이제이션법(colony hybridization method)등의 면역학적 방법 또는 누클레오티드 프로브에 의한 플랙 하이브리다이제이션법 또는 콜로니 하이브리다이제이션법등을 사용할 수가 있다. 또한 상기 누클레오티드 프로브의 선택기준으로서 본 발명 유전자에 유사하다고 추측되는 염기배열의 일부(예를 들어 제1도의 MSCD2의 아미노산 배열번호 260∼295의 일부를 염기배열로 판독변경한 것)를 프로브로서 사용하는 것이 바람직하다.As the selection method, a known selection method is usually known, for example, an immunological method such as a flag hybridization method or a hybrid hybridization method using an antibody or a flag hybridization method using a nucleotide probe. Or the colonization hybridization method can be used. In addition, a part of the base sequence (for example, a part of amino acid sequence numbers 260 to 295 of MSCD2 shown in FIG. 1) changed to the base sequence was used as a probe as a selection criterion for the nucleotide probe. It is desirable to.

이렇게 하여 선발한 클론에서의 본 발명 유전자의 염기배열의 결정 및 확인은 통상 공지의 방법을 사용하여 할 수가 있다. 예를 들어 막삼 길버트법(Maxam-Gilbert, Methods Enzymol., 65:499, 1980)이나 M13 파지를 사용하는 디데옥시 누클레오티드쇄 종결법(Messing, J. et al., Gene, 19:269, 1982)등에 의해 할 수가 있다.In this way, the determination and confirmation of the nucleotide sequence of the gene of the present invention in the selected clone can be carried out using a known method. For example, Maxam-Gilbert, Methods Enzymol., 65: 499, 1980 or dideoxy nucleotide chain termination using M13 phage (Messing, J. et al., Gene, 19: 269, 1982) Or the like.

또한 Δ9위 불포화화효소가 실제로 발현하고 있는가의 여부의 확인은, 예를 들어 와다등의 방법(J. Bacteriol., 175:6056, 1993)에 따라 할 수가 있다.In addition, confirmation of whether or not the Δ9 position desaturase is actually expressed can be performed, for example, by a method such as Wada et al. (J. Bacteriol., 175: 6056, 1993).

상기와 같이 하여 염기배열이 결정된 본 발명 유전자는 통상 공지의 수단, 예를 들어 포스파이트법을 사용한 시판의 DNA 신세사이저로 합성할 수도 있다.The gene of the present invention having the base sequence determined as described above can also be synthesized by a commercially available DNA synthesizer using a known means, for example, the phosphite method.

본 발명 유전자 또는 본 발명 유전자의 일부를 함유하고 Δ9위 불포화 활성을 갖는 폴리펩티드를 코드하는 폴리누클레오티드를 상기 클론으로부터 분리하고, 이것을 식물체 유전자 도입용 벡터에 조입, 이 벡터를 식물세포에 도입하여 Δ9위 불포화화효소를 식물체중에서 발현시킴으로써 소망하는 식물에 저온내성을 부여할 수가 있다.Polynucleotides encoding the gene of the present invention or a polypeptide containing a part of the gene of the present invention and having a Δ9 position unsaturated activity are isolated from the clone, incorporated into a vector for plant gene introduction, and the vector is introduced into a plant cell to place the Δ9 position. By expressing unsaturated enzymes in a plant, low temperature resistance can be imparted to a desired plant.

그리고 상기의 유전자 도입이 가능한 식물의 종류에 대한 특별한 제한은 없다.And there is no particular limitation on the kind of plant that can be introduced into the gene.

여기서 말하는 유전자 도입용 벡터는 Δ9위 불포화화효소 유전자가 식물체중에서 안정하게 발현할 수 있도록 구성함이 필요하다. 구체적으로는 프로모터, 번역조절영역을 코드하는 DNA쇄, 엽록체로의 전이 펩티드를 코드하는 DNA쇄, 본 발명 유전자 또는 본 발명 유전자의 일부를 함유하고 Δ9위 불포화 활성을 갖는 폴리펩티드를 코드하는 폴리누클레오티드, 번역종지 코돈을 코드하는 DNA쇄 및 터미네이터가 적절한 위치관계로 조입되어 있을 것이 필요하다. 또한 본 발명 유전자 이외의 유전자 도입용 벡터의 구성요소로서는 통상 공지의 것을 사용할 수가 있다. 상기 엽록체로의 전이 펩티드를 코드하는 DNA쇄로서는, 예를 들어 엔도의 리불로스-1, 5-2인산 카르복실라제의 소 서브유닛 유전자를 그 전이 펩티드를 코드하는 DNA쇄로서 적절히 사용할 수가 있다. 프로모터로서는, 예를 들어 콜리플라우워 모자익 바이러스의 35S 프로모터를, 또 터미네이터로서는, 예를 들어 노파린 합성효소의 터미네이터를 사용할 수가 있다.Here, the gene for introduction vector is necessary to be configured so that the Δ9 desaturase gene can be stably expressed in the plant. Specifically, a polynucleotide encoding a polypeptide having a Δ9 position unsaturated activity containing a promoter, a DNA chain encoding a translational regulatory region, a DNA chain encoding a transfer peptide to chloroplast, a gene of the present invention or a part of the gene of the present invention, The DNA strands and terminators encoding the translation end codons need to be incorporated in the appropriate positional relationship. Moreover, a well-known thing can be used normally as a component of the vector for gene introduction other than the gene of this invention. As the DNA chain encoding the transfer peptide to the chloroplast, for example, the bovine subunit genes of the ribolos-1, 5-2 phosphate carboxylase of endo can be suitably used as the DNA chain encoding the transfer peptide. As a promoter, for example, the 35S promoter of cauliflower mosaic virus can be used, and as a terminator, for example, a terminator of noparin synthase can be used.

식물세포에 대한 유전자 도입방법으로서는 통상 공지의 방법, 예를 들어 「'Plant genetic transformation and gene expression: a laboratory manual' Draper, J. et al., Blackwell Scientific Publications, 1988」기재의 방법을 사용하여 실시할 수가 있다. 그 예로서는 생물학적 방법인 바이러스를 사용하는 방법, 아그로박테륨을 사용하는 방법등, 물리·화학적 방법인 일렉트로포레이션법, 폴리에틸렌글리콜법, 마이크로인젝션등을 들 수 있다. 이들중에서 담배를 비롯한 쌍자엽식물에 대해서는 안정한 형질전환을 확실히 할 수 있는 점에서 아그로박테륨을 사용하는 방법이 바람직하다. 아그로박테륨을 사용하는 방법에는 야생형 종양 플라스미드를 사용하는 중간 벡터법(Nature, 287 (1980), p.654; Cell, 32 (1983) p.1033; EMBO J., 3 (1984) p.1525), TDNA상의 종양형성 유전자영역을 결손시킨 벡터를 이용하는 중간 벡터법(EMBO J., 2 (1983) p.2143; Bio/Technology, 3 (1985) p.629), 바이너리 벡터법(Bio/Technology, 1 (1983) p.262; Nature, 303 (1983) p.179; Nucl. Acids Res., 12 (1984) p.8711)등이 있으며, 이들중 어느 방법을 사용하여도 좋다. 아그로박테륨을 식물에 감염시키는 방법으로서는 배양세포의 직접접종법, 프로토플라스트 공존배양법, 리프디스크법등을 들 수 있으나, 직접적이고 용이하게 다수의 형질전환 식물체를 작성할 수 있는 점에서 리프디스크법을 사용하는 것이 바람직하다.As a gene introduction method into a plant cell, it is usually carried out using a known method, for example, the method described in 'Plant genetic transformation and gene expression: a laboratory manual' Draper, J. et al., Blackwell Scientific Publications, 1988. You can do it. Examples thereof include a method of using a virus, which is a biological method, a method of using Agrobacterium, an electroporation method, a polyethylene glycol method, a microinjection method, and the like that are physical and chemical methods. Among them, a method of using agrobacterium is preferable since it is possible to reliably transform the dicotyledons including tobacco. Methods using Agrobacterium include intermediate vector methods using wild-type tumor plasmids (Nature, 287 (1980), p.654; Cell, 32 (1983) p.1033; EMBO J., 3 (1984) p.1525 ), Intermediate vector method using a vector lacking a tumorigenic gene region on TDNA (EMBO J., 2 (1983) p.2143; Bio / Technology, 3 (1985) p.629), binary vector method (Bio / Technology , 1 (1983) p.262; Nature, 303 (1983) p.179; Nucl.Acids Res., 12 (1984) p.8711), and any of these methods may be used. Examples of methods for infecting plants with Agrobacterium include direct inoculation of cultured cells, protoplasm co-culture, and leaf disk method. It is desirable to.

또한 식물체를 재분화시키기 위해서는 MS-HF 배지등의 공지의 배지에 선택용의 항생물질이나 식물생장 호르몬등을 첨가한 배지에서 배양하면 된다. 발근한 어린 식물체를 토양에 이식하여 재배하면 완전한 식물체로까지 성장시킬 수가 있다.In addition, in order to regenerate a plant, it is cultured in the medium which added antibiotics for selection, a plant growth hormone, etc. to well-known medium, such as MS-HF medium. Rooted young plants can be transplanted to the soil and grown to complete plants.

완전한 식물체로까지 성장시킨 형질전환식물이 저온내성을 가지고 있는가의 여부에 대해서는 하기와 같이 해서 검토할 수가 있다.Whether or not the transformed plants grown to complete plants have low temperature resistance can be examined as follows.

저온상해를 받지않는 온도(예컨대 25℃)에서 검정식물을 재배한 후, 일시적으로(예컨대 1주간) 저온하(예컨대 4℃)에서 재배하고 식물의 상해, 예를 들어 잎의 백화(chlorosis)나 인성의 저하를 측정하거나, 저온하에서의 생장량을 대조식물과 비교함으로써 검토할 수 있다.After cultivation of the black plants at temperatures not affected by cold injury (eg 25 ° C), they are grown temporarily (eg 1 week) at low temperatures (eg 4 ° C) and injured by plants, e.g. chlorosis or leaves. The decrease in toughness can be measured or the growth rate under low temperature can be examined by comparison with the control plant.

이하 실시예를 들어 본 발명을 상세히 설명하거니와, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

[실시예 1]Example 1

Anabaena variabilis의 Δ12위 불포화화효소 유전자(des A)의 상류에 인접하고 있는 오픈 리딩 프레임의 DNA 단편의 클로닝Cloning of a DNA fragment in an open reading frame adjacent upstream of the Δ12 desaturase gene (des A) of Anabaena variabilis

Anabaena variabilis IAM M-3(일본국 도꾜대학 분자세포 생물학 연구소로부터 분양)를 약 100ml의 BG-11 배지('Plant Molecular Biology', Shaw, C. H. ed., p.279, IRL PRESS, 1988)에서 배양하였다. 25℃, 1,000lux의 형광등하에서 매분 120회 진탕하여 충분히 생육시켰다. 배양액을 실온에서 5,000g로 하여 10분간 원심분리함으로써 균체를 침전물로서 회수하였다.Incubated with Anabaena variabilis IAM M-3 (from the Institute of Molecular and Cellular Biology, University of Tokyo, Japan) in approximately 100 ml of BG-11 medium ('Plant Molecular Biology', Shaw, CH ed., P.279, IRL PRESS, 1988) It was. The mixture was shaken 120 times per minute under a fluorescent lamp of 25 ° C. and 1,000 lux to sufficiently grow. The cells were recovered as a precipitate by centrifugation for 10 minutes at 5,000 g at room temperature.

게놈DNA를 제조하기 위해서 균체를 50ml의 A액(50mM Tris-HCl, 1mM EDTA, pH8.0)에 현탁하여 세정하고, 원심분리함으로써 균체를 침전물로서 회수하였다. 다음에 15ml의 B액(50mM Tris-HCl, 20mM EDTA, 50mM NaCl, 0.25 M sucrose, pH8.0)에 현탁하고, B액으로 용해한 40mg의 리조짐(Sigma)을 가하여 37℃에서 1시간 진탕하였다. 다음에 프로테나제 K 15mg와 SDS를 마지막 농도가 1%가 되도록 가하여 37℃에서 하루밤 진탕하였다. 그 후에 NaClO4를 마지막 농도가 1M이 되도록 가하고, 다시 20ml의 클로로포름/이소아밀알콜(24:1)을 가하여 10분간 진탕한 후, 원심분리에 의해 수층을 회수하였다. 클로로포름/이소아밀알콜(24:1)로 재추출한 후, 수층에 50ml의 에타놀을 가하여 게놈DNA 제조물을 유리봉에 감아서 회수하였다. 이 DNA 제조물을 20ml의 A액에 녹여서, NaCl을 마지막 농도가 0.1M가 되도록 하고, 다시 RNase를 마지막 농도가 50mg/ml가 되도록 가하고, 37℃에서 1시간 인큐베이트하였다. 다음에 A액으로 포화된 등량의 페놀로 2회 추출한 후, 수층중의 게놈DNA를 에타놀을 가함으로써 침전물로서 회수하고, 70% 에타놀로 세정후, 1ml의 A액에 녹여서 Anabaena variabilis의 게놈DNA 용액으로 하였다.In order to prepare genomic DNA, the cells were suspended, washed with 50 ml of A solution (50 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA, pH 8.0), and the cells were recovered as a precipitate by centrifugation. Next, it was suspended in 15 ml of B liquid (50 mM Tris-HCl, 20 mM EDTA, 50 mM NaCl, 0.25 M sucrose, pH8.0), 40 mg of rizzo (Sigma) dissolved in B liquid was added and shaken at 37 ° C for 1 hour. . Then 15 mg of proteinase K and SDS were added to a final concentration of 1% and shaken overnight at 37 ° C. Thereafter, NaClO 4 was added so as to have a final concentration of 1 M, and 20 ml of chloroform / isoamyl alcohol (24: 1) was added thereto, followed by shaking for 10 minutes, and the aqueous layer was recovered by centrifugation. After re-extraction with chloroform / isoamyl alcohol (24: 1), 50 ml of ethanol was added to the aqueous layer to recover the genomic DNA preparations by winding them on a glass rod. This DNA preparation was dissolved in 20 ml of A solution, NaCl was added to a final concentration of 0.1 M, RNase was added to a final concentration of 50 mg / ml, and incubated at 37 ° C for 1 hour. Next, the mixture was extracted twice with an equivalent amount of phenol saturated with A solution. The genomic DNA in the aqueous layer was recovered as a precipitate by adding ethanol, washed with 70% ethanol, and then dissolved in 1 ml of A solution, followed by a genomic DNA solution of Anabaena variabilis. It was made.

사까모도등은 Anabaena variabilis 유래의 막지질에 결합한 지방산의 Δ12위 불포화화효소 유전자의 클로닝에 대해 발표(1993년 일본식물생리학회 연회, 강연요지집, No.3aF04)하였을 때, Δ12위 불포화화효소 유전자의 상류에 인접하여 오픈 리딩 프레임(ORF)이 존재하고, 이것이 불포화화효소와 어떠한 관계를 갖는 가능성을 보고하였으나, 그 기능은 동정되어 있지 않았다. 본 발명자등은 그 ORF 및 기능에 관심을 가지고, 그 ORF의 DNA쇄중의 3개소의 염기배열에 주목하여, 4개의 프라이머(배열번호 5∼배열번호 8)를 합성하여 Anabaena variabilis의 게놈DNA를 주형으로서 PCR을 하였다.Sagamodo et al. Announced the cloning of the Δ12 position desaturase gene of fatty acids bound to membrane lipids derived from Anabaena variabilis (1993 Japanese Society of Plant Physiology, Lecture Summary, No.3aF04). There was an open reading frame (ORF) upstream of the gene, and it was reported that this had some relationship with desaturase, but its function was not identified. The present inventors are interested in the ORF and function, paying attention to three base sequences in the DNA chain of the ORF, and synthesizing four primers (SEQ ID NO: 5 to SEQ ID NO: 8) to form a genome DNA of Anabaena variabilis PCR was carried out as.

상기 4개의 프라이머중에서 배열번호 5와 6으로 나타낸 염기배열을 갖는 프라이머가 센스쇄, 배열번호 7과 8에 나타낸 염기배열을 갖는 프라이머가 안티센스쇄를 코드하고, 배열번호 6과 7에 나타낸 염기배열은 동일한 아미노산 배열에 유래하고 있다. 센스쇄 및 안티센스쇄로부터 각각 임의로 1종류씩의 프라이머를 선택하여, 계 4종류의 프라이머의 조합으로 PCR를 하였다. 반응은 100μl의 반응액중에 프라이머를 각 20μM, Anabaena variabilis의 게놈 DNA를 1μg 넣고, GeneAmp PCR Kit(다까라 슈조)를 사용하여 실시하였다. 반응의 온도제어는 95℃(1분), 45℃(1분), 72℃(2분)을 1사이클로 하여 35사이클 실시하였다. 단 1사이클째의 95℃는 3분간으로 하였다. 반응 종료후, 반응액 10μl를 2% 아가로스 겔에서 전기영동하여 합성된 DNA를 분리하여 분석하였다. 그 결과, 배열번호 6과 8에 나타낸 염기배열을 갖는 프라이머의 조합으로 합성된 DNA중에 예상되는 크기(약 190bp)의 DNA 단편이 주요한 밴드로서 검출되었다. 이 DNA(이하 des 9 var라 한다) 단편의 양 말단을 Klenow 프래그먼트로 평활화한 후, 플라스미드 pTZ18R(Pharmacia)의 sma I 부위에 클로닝하고, 형광 DNA 시켄서(Applied Biosystems)를 사용하여 염기배열을 결정하였다. 얻어진 염기배열을 배열번호 1로 나타낸다. 이 염기배열로부터 추정되는 아미노산 배열(배열번호 2)은 마우스의 스테아로일-CoA 불포화화효소와 유의한 상동성을 나타내었다[제1도 : des 9 var 단편이 코드하는 아미노산 배열과 마우스의 스테아로일-CoA 불포화화효소(MSCD2)의 아미노산 배열의 비교를 나타낸다].Among the four primers, a primer having a nucleotide sequence shown in SEQ ID NOs: 5 and 6 has a sense chain, and a primer having a nucleotide sequence shown in SEQ ID NOs: 7 and 8 codes an antisense chain, and a base sequence shown in SEQ ID NOs: 6 and 7 It is derived from the same amino acid sequence. One kind of primer was arbitrarily selected from a sense chain and an antisense chain, respectively, and PCR was performed by combining four types of primers. The reaction was carried out using a GeneAmp PCR Kit (Takara Shuzo) with 20 μM of primers and 1 μg of genomic DNA of Anabaena variabilis in 100 μl of reaction solution. The temperature control of the reaction was carried out for 35 cycles at 95 ° C (1 minute), 45 ° C (1 minute) and 72 ° C (2 minutes) as one cycle. However, 95 degreeC of the 1st cycle was made into 3 minutes. After completion of the reaction, 10 μl of the reaction solution was electrophoresed on a 2% agarose gel to separate and synthesize the synthesized DNA. As a result, DNA fragments of the expected size (about 190 bp) were detected as major bands in the DNA synthesized by the combination of the primers having the nucleotide sequences shown in SEQ ID NOs: 6 and 8. Both ends of this DNA (hereinafter referred to as des 9 var) fragments were blunted with Klenow fragments, cloned into the sma I site of plasmid pTZ18R (Pharmacia), and nucleotide sequences were determined using fluorescent DNA sequencers (Applied Biosystems). It was. The obtained nucleotide sequence is shown in SEQ ID NO: 1. The amino acid sequence estimated from this nucleotide sequence (SEQ ID NO: 2) showed significant homology with mouse stearoyl-CoA desaturase [FIG. 1: Amino acid sequence encoded by des 9 var fragment and mouse stearate. A comparison of the amino acid sequence of loyl-CoA desaturase (MSCD2) is shown.

다음에 des 9 var 단편을 프로브로 하여 Anacystis nidulans의 게놈DNA를 서던분석하였다. 제한효소 Xho I, Pst I 및 BamH I의 각각을 단독으로 사용하여 약 0.1μg의 Anacystis nidulans의 게놈DNA를 절단하고, 0.8% 아가로스 겔 전기영동으로 DNA 단편을 분리후, 나일론 멤브레인(Hybond-N+; Amersham)에 브로팅하였다. 프로브DNA는 Multiprime DNA labelling Kit(Amersham)를 사용하여 [α-32P] dCTP로 표지하였다. 6×SSPE[1×SSPE는 10mM 인산완충액(pH7.0), 1mM EDTA, 0.15 NaCl], 0.2% SDS 및 100μg/ml 청어정자 DNA로 된 액중에서 55℃, 16시간 인큐베이션하여 프로브DNA와 멤브레인을 반응시켰다. 그 후에 멤브레인을 2×SSC[1×SSC는 0.15M NaCl, 15mM 구연산 나트륨]중에서 실온, 15분을 2회, 이어서 0.1×SSC중에서 40℃, 15분을 2회 진탕하여 씻고 오토래디오그래피를 하였다. 그 결과, 어떠한 제한효소로 절단한 경우에도 1개의 DNA 단편만이 검출되었다(제2도 : 도면중에서 Non은 게놈DNA를 제한효소로 절단하고 있지 않음을 나타낸다)Next, the genomic DNA of Anacystis nidulans was analyzed by des 9 var fragment as a probe. Each of the restriction enzymes Xho I, Pst I and BamH I alone was used to cleave about 0.1 μg of genomic DNA of Anacystis nidulans, and DNA fragments were isolated by 0.8% agarose gel electrophoresis, followed by nylon membrane (Hybond-N). + ; Amersham). Probe DNA was labeled with [α- 32 P] dCTP using Multiprime DNA labeling Kit (Amersham). Incubate probe DNA and membrane at 55 ° C for 16 hours in 6 x SSPE [1 x SSPE in 10 mM phosphate buffer (pH7.0), 1 mM EDTA, 0.15 NaCl], 0.2% SDS and 100 μg / ml herring sperm DNA. Reacted. The membrane was then washed by shaking twice at room temperature for 15 minutes in 2 × SSC [1 × SSC for 0.15M NaCl, 15 mM sodium citrate], followed by 40 ° C. for 15 minutes in 0.1 × SSC and autoradiography. . As a result, only one DNA fragment was detected even when cleaved by any restriction enzyme (Fig. 2: Non indicates that the genomic DNA was not cleaved with restriction enzyme).

[실시예 2]Example 2

des 9 var 단편과 상동성이 높은 Anacystis nidulans 게놈중의 DNA쇄의 클로닝Cloning of the DNA Chain in the Anacystis nidulans Genome with High Homology to the des 9 var Fragment

Anacystis nidulans R2-SPc(도꾜대학 분자세포 생물학 연구소로부터 분양)의 배양 및 게놈DNA의 제조는 Anabaena variabilis의 경우와 마찬가지로 하였다. 약 100μg의 게놈DNA를 Sau3AI로 부분 소화한 후, Molecular Cloning 2nd edition, pp.2.85-2.87(Sambrook, J. et al. eds., Cold Spring Harbor Laboratory, 1989)의 방법에 따라 자당밀도 구배하에서의 초원심분리에 의해 약 9∼23kbp의 DNA 단편을 회수하였다. 이것을 BamH I와 HindIII로 절단한 람다파지 벡터 λDASH II(Stratagene)으로 클로닝한 후, 파지입자로 패키징하여 Anacystis nidulans의 게놈DNA 라이브러리를 얻었다. 이 파지 라이브러리를 대장균 P2392에 감염시켜서, NZYM 배지를 넣은 직경 약 15cm의 페트리 디쉬에 도말하여 총수 약 10만개의 플랙을 형성시킨 후, 나일론 멤브레인(Hybond-N+; Amersham)에 블로팅하였다. 상기의 서던분석과 마찬가지로 [α-32P] dCTP로 표지한 des 9 var 단편을 이 멤브레인과 반응시켜서 오토래디오그래피에 의해 검출한 양성 파지를 재차 마찬가지로 스크링함으로써 시그널강도가 다른 약 30개의 파지클론을 얻었다. 이중에서 임의로 12클론을 선택하여 상법에 따라 파지DNA를 얻었다. 얻어진 파지DNA를 수종류의 제한효소로 절단하여 0.8% 아가로스 겔 전기영동으로 분리후, 나일론 멤브레인에 블로팅하였다. 이 멤브레인을 상기의 스크리닝과 마찬가지 조건으로 서던분석하여 프로브DNA와 하이브리다이즈하는 DNA 단편의 길이와 그 시그널강도를 비교하였다. 그 결과, λ5와 λ15의 2클론이 가장 강한 시그널을 나타내고, 또 인서트DNA 단편의 길이도 각각 11 및 15kbp이었기 때문에 목적하는 ORF 전체를 포함하기에 충분하다고 판단하고, 이 2클론의 인서트 DNA에 대해 다시 몇개의 제한효소로 절단하여 서던분석을 하였다. 그 결과, Xho I로 절단하여 하이브리다이즈하면 2클론이 다같이 약 5kbp의 DNA 단편이 검출되었으므로, 이것을 pBluescript SK-(Stratagene)의 Xho I 사이트로 서브클로닝하여 λ5와 λ15 유래의 DNA 단편을 각각 함유한 플라스미드 p5X와 p15X를 얻었다. p5X와 p15X의 상세한 제한효소지도를 만들어 비교하였던 바, 다같이 동일한 게놈DNA 단편을 포함한다고 판단되었다[제3도 : λ5, λ15 및 p15X의 인서트DNA 단편의 상호관계를 나타낸다. 그물을 친 장방형은 스크리닝의 과정에서 프로브의 des 9 var 단편이 하이브리다이즈한 DNA 단편을 나타낸다. 굵근 화살표는 des 9 nid(후술)의 영역과 센스쇄의 방향을 나타낸다. 가는 화살표는 des 9 nid를 포함한 영역의 시켄스의 방향을 나타낸다. 5, 1.25 및 0.5kbp의 각 바는 좌측의 각 도면에서의 사이즈 마커를 나타낸다. 제한효소의 약호는 B, BamHI; H, HindII; N, NotI; Hp, HpaI,; RI, EcoRI; RV, Eco V; S, Sa1I; P, PstI; X, XhoI를 나타낸다].Culture of Anacystis nidulans R2-SPc (prepared from the Institute of Molecular Cell Biology) and preparation of genomic DNA were performed as in the case of Anabaena variabilis. After partial digestion of about 100 μg of genomic DNA with Sau3AI, seconds under sucrose density gradient according to the method of Molecular Cloning 2nd edition, pp.2.85-2.87 (Sambrook, J. et al. Eds., Cold Spring Harbor Laboratory, 1989). The DNA fragment of about 9-23 kbp was recovered by centrifugation. This was cloned into lambda phage vector λDASH II (Stratagene) digested with BamH I and HindIII, and then packaged with phage particles to obtain a genomic DNA library of Anacystis nidulans. The phage library was infected with E. coli P2392, plated in a Petri dish of about 15 cm in diameter with NZYM medium to form a total of about 100,000 flags, and blotted onto a nylon membrane (Hybond-N + ; Amersham). Similar to the Southern analysis above, about 30 phage clones with different signal intensities were reacted with a des 9 var fragment labeled with [α- 32 P] dCTP and reacted with this membrane to again screen positive phage detected by autoradiography. Got. Among them, 12 clones were randomly selected to obtain phage DNA according to the conventional method. The obtained phage DNA was digested with several kinds of restriction enzymes, separated by 0.8% agarose gel electrophoresis, and blotted onto a nylon membrane. The membrane was Southern-analyzed under the same conditions as those of the above screening, and the length and signal intensity of the DNA fragment hybridized with the probe DNA were compared. As a result, since 2 clones of λ5 and λ15 showed the strongest signal and the length of the insert DNA fragment was 11 and 15 kbp, respectively, it was judged that it was sufficient to cover the entire ORF of interest. Again, several restriction enzymes were cut and Southern analysis was performed. As a result, DNA fragments of about 5kbp were detected when both clones were cut and hybridized with Xho I. Subcloning these into the Xho I site of pBluescript SK- (Stratagene) resulted in DNA fragments derived from λ5 and λ15, respectively. Plasmids p5X and p15X were obtained. A detailed restriction map of p5X and p15X was made and compared, and it was judged that they contained the same genomic DNA fragment. [FIG. 3: Correlation of insert DNA fragments of λ5, λ15 and p15X. The meshed rectangles represent DNA fragments hybridized with des 9 var fragments of the probe during screening. The thick arrows indicate the region of des 9 nid (described below) and the direction of the sense chain. Thin arrows indicate the direction of the sequence of the region containing des 9 nid. Each bar of 5, 1.25 and 0.5 kbp represents a size marker in each figure on the left. Abbreviations for restriction enzymes include B, BamHI; H, HindII; N, NotI; Hp, HpaI ,; RI, EcoRI; RV, Eco V; S, Sa1I; P, PstI; X, XhoI].

따라서 제한효소 또는 ExoIII에 의한 딜리션 플라스미드를 p15X로부터 작성하여 des 9 var 단편이 하이브리다이스하는 영역을 포함한 약 2kbp의 DNA 단편의 염기배열을 형광DNA 시켄서를 사용하여 결정하였다(제3도). 그 결과, 그 DNA 단편중에는 834bp로 된 ORF(des 9 nid)가 존재하고(배열번호 3), 278잔기의 아미노산이 코드되어 있는 것으로 추정되었다(배열번호 4). 먼저 클로닝한 Anabaena variabilis 유래의 des 9 var 단편이 코드하고 있는 아미노산 배열(배열번호 2)과의 상동성은 약 80%이었다. 또한 핵산 및 아미노산 배열의 해석 소프트웨어(GENETYX : 소프트웨어 개발)와 핵산 및 아미노산 배열의 데이터베이스(EMBL 및 DDBJ)를 사용하여 상동성이 높은 아미노산 배열의 검색을 하였던 바, 마우스의 스테아로일-CoA 불포화화효소와의 상동성이 전체로는 약 30%이나 국소적으로 대단히 높기[제4도 : des 9 nid와 마우스의 스테아로일-CoA 불포화화효소(MSCD2)의 아미노산 배열의 비교] 때문에, 취득한 des 9 nid는 지방산을 불포화화하는효소를 코드함이 강하게 시사되었다.Thus, a restriction enzyme or ExoIII digestion plasmid was prepared from p15X, and the base sequence of the DNA fragment of about 2 kbp including the region where the des 9 var fragment hybridized was determined using a fluorescent DNA sequencer (Figure 3). As a result, an ORF (des 9 nid) of 834 bp was present in the DNA fragment (SEQ ID NO: 3), and 278 residues of amino acid were encoded (SEQ ID NO: 4). The homology with the amino acid sequence (SEQ ID NO: 2) encoded by the des 9 var fragment derived from Anabaena variabilis, which was first cloned, was about 80%. In addition, we searched homologous amino acid sequences using nucleic acid and amino acid sequence analysis software (GENETYX: software development) and nucleic acid and amino acid sequence databases (EMBL and DDBJ). The homology with the enzyme is about 30% in total, but is very high locally (Fig. 4: Comparison of amino acid sequence of des 9 nid and mouse stearoyl-CoA desaturase (MSCD2)]. 9 nid was strongly suggested to encode an enzyme that desaturates fatty acids.

[실시예 3]Example 3

des 9 nid 유전자의 대장균에서의 발현에 의한 활성 측정Activity measurement by expression of des 9 nid gene in Escherichia coli

Anacystis nidulans는 불포화화효소로서 지질에 결합한 포화지방산의 9위를 불포화화하는Δ9위 불포화화효소 활성밖에 갖지 않기(Bishop, D. G. et al., Plant Cell Physiol., 27:1593, 1986) 때문에, des 9 nid가 코드하는 폴리펩티드를 대장균에서 발현시켜서 활성 측정함을 시도하였다.Anacystis nidulans has only Δ9 position desaturase activity that desaturates the 9th position of saturated fatty acids bound to lipids as desaturase (Bishop, DG et al., Plant Cell Physiol., 27: 1593, 1986). An attempt was made to measure activity by expressing the polypeptide encoded by 9 nid in E. coli.

p15X로부터 직접 발현시키기는 곤란하므로 대장균에서의 발현용의 벡터를 작성하였다. 즉 벡터로서 pET3a(Novagen)를 사용하고, 그 NdeI와 BamHI 사이에 des 9 nid를 아미노 말단에 여분의 아미노산을 붙이지 않도록 하여 클로닝을 하기와 같이 하였다. des 9 nid가 코드하는 단백질의 C말단측 직후에 BamHI 사이트를 넣기 위하여 C말단을 끼우는 2개소의 염기배열을 사용하여 PCR 반응을 시켰다.Since it is difficult to express directly from p15X, a vector for expression in E. coli was prepared. That is, pET3a (Novagen) was used as a vector, and cloning was carried out so that des 9 nid was not attached to the amino terminus between the NdeI and BamHI so as not to attach an extra amino acid to the amino terminus. Immediately after the C-terminal side of the protein encoded by des 9 nid, PCR was performed using two nucleotide sequences with the C-terminal inserted into the BamHI site.

즉 센스 프라이머; 5'-ACGTCATGGCCTGCAGT(밑줄은 PstI 사이트)(배열번호 9)Sense primer; 5'-ACGTCATGGC CTGCAGT (underline is PstI site) (SEQ ID NO: 9)

안타센스 프라이머;(1중선은 BamHI 사이트, 2중선은 스톱 코돈)(배열번호 10).Anthense primers; (Single line is BamHI site, double line is stop codon) (SEQ ID NO: 10).

p15X를 주형으로 하여 상기 2개의 프라이머를 사용하여 PCR 반응을 시키면 약 140bp의 산물이 얻어지고, 이것을 pUC19의 SmtI 부위에 서브클로닝하여 염기배열에 틀림이 없다는 것을 확인하였다. 이 결과 얻어진 플라스미드의 BamHI의 하류에는 EcoRI 부위가 생겼다. 이 EcoRI와 PstI로 순차로 절단하고, 한편 p15X도 같은 제한효소로 절단함으로써 스톱 코돈의 직후에 BamHI 부위를 도입하였다. 이 플라스미드를 Sa1I로 절단한 후, 4종의 dNTP 존재하에서 DNA 폴리머라제 Klenow 단편을 사용하여 Fi111 in 반응을 하고, 이어서 HindIII로 절단하였다. 이것에다 하기 2종의 합성DNA으로 된 어댑터를 도입함으로써 아미노산 말단측에 NdeI 부위를 도입하였다. 즉PCR reaction using the two primers using p15X as a template yielded a product of about 140 bp, which was subcloned into the SmtI site of pUC19 to confirm that the sequence was correct. An EcoRI site was generated downstream of BamHI of the resulting plasmid. The BAMHI site was introduced immediately after the stop codon by sequentially cleaving with EcoRI and PstI, and cutting with p15X with the same restriction enzyme. This plasmid was digested with Sa1I, followed by Fi111 in reaction using DNA polymerase Klenow fragment in the presence of four dNTPs, followed by cleavage with HindIII. In addition, the NdeI site | region was introduce | transduced into the amino acid terminal side by introducing the adapter which consists of the following 2 types of synthetic DNA. In other words

5'-CATATGACCCTTGCTATCCGACCCA(밑줄은 NdeI)(배열번호 11) 및5'- CATATG ACCCTTGCTATCCGACCCA (underline NdeI) (array number 11) and

(1중선은 NdeI 사이트 2중선은 HindIII의 일부)(배열번호 12) (Singlet is NdeI site doublet is part of HindIII) (SEQ ID NO: 12)

를 등 몰량 혼합하여 어댑터로 하였다. 이상과 같이 하여 생긴 플라스미드(pDes9Nde)를 상법(Molecular cloning pp.250∼251; 1982)에 따라 조정한 대장균주 BL21(DE3)(Novagen)의 콤피턴트 셀에 도입하여 암피실린 내성에 의한 선별로 형질전환주 BLDES1를 얻었다.Was mixed in an equimolar amount to obtain an adapter. The resulting plasmid (pDes9Nde) was introduced into the competent cell of Escherichia coli BL21 (DE3) (Novagen) adjusted according to the conventional method (Molecular cloning pp. 250 to 251; 1982) and transformed by selection by ampicillin resistance. Obtained the week BLDES1.

BLDES1 및 pET3a만을 갖는 BL21주(BL1)를 100ml의 M9 배지(200μg/ml의 암피실린, 4mg/ml 글루코스, 10μM FeCl3, 0.5μg/ml 비타민 B1, 1mg/ml 가자미노산을 함유한다)에 접종하고, 37℃에서 배양하였다. 배양액의 탁도가 파장 600nm에서 0.5 O.D.가 될 때까지 배양을 계속한 후에, 이소프로필티오가락시드(IPTG)를 최종농도 1mM가 되도록 가하였다. 다시 1시간 배양하여, Δ9위 불포화화효소 유전자의 발현을 유도하였다. 회수한 대장균 펠릿을 1.2% NaCl로 씻은 후, 지질을 추출하였다. 지질은 Bligh와 Dyer의 방법(Can J. Biochem. Physiol., 37:911, 1959)에 따라 추출하고, 2.5ml의 5% 염산 메타놀로 완전 밀봉화하여 85℃, 2시간반 반응시켜서 지방산을 메틸화하였다. 생성된 지방산메틸 에스테르를 2.5ml의 헥산으로 4회 추출하고, 질소가스로 용매를 제거하여 농축하였다. 지방산메틸 에스테르의 분석에는 가스크로마토그래피를 사용하였다. 지방산의 동정은 표준지방산 메틸과의 보존시간을 비교하여 실시하였다. 정량에는 크로마토 팩 C-R7A plus(시마즈 세이사꾸쇼)를 사용하였다. 결과를 하기 제1표에 나타낸다.BL21 strain (BL1) with BLDES1 and pET3a only was inoculated in 100 ml of M9 medium (containing 200 μg / ml ampicillin, 4 mg / ml glucose, 10 μM FeCl 3 , 0.5 μg / ml vitamin B1, 1 mg / ml gazamino acid) , And incubated at 37 ℃. After culturing was continued until the turbidity of the culture solution became 0.5 OD at a wavelength of 600 nm, isopropylthiogarakside (IPTG) was added to a final concentration of 1 mM. Incubation was again carried out for 1 hour to induce expression of the Δ9 position desaturase gene. The recovered E. coli pellets were washed with 1.2% NaCl, and then lipids were extracted. Lipids were extracted according to Bligh and Dyer's method (Can J. Biochem. Physiol., 37: 911, 1959), completely sealed with 2.5 ml of 5% hydrochloric acid methanol, and reacted at 85 ° C. for 2 hours to methylate fatty acids. It was. The resulting fatty acid methyl ester was extracted four times with 2.5 ml of hexane, and concentrated by removing the solvent with nitrogen gas. Gas chromatography was used for the analysis of fatty acid methyl esters. Identification of fatty acids was carried out by comparing the retention time with methyl standard fatty acid. Chromatography pack C-R7A plus (Shimazu Seisakusho) was used for quantification. The results are shown in the first table below.

여기에서 시간은 IPTG에 의한 단백의 유도시간을 나타낸다.Here, time represents the induction time of the protein by IPTG.

BLDES1에서는 16 : 1이 증가하고 있는 것이 명백하다. 즉 본 유전자는 16 : 0으로의 불포화 활성을 가짐을 나타내었다.Obviously, 16: 1 is increasing in BLDES1. In other words, this gene has an unsaturated activity of 16: 0.

또 이들 균주를 0.1mM의 스테아린산을 함유한 M9 배지에서 배양해서 마찬가지로 비교하였던 바, BL1주에 비해 BLDES1에서는 16 : 1뿐만 아니라 18 : 1(9)도 생성하여 des 9 nid가 코드하는 폴리펩티드는 16 : 0 뿐만 아니라 18 : 0도 기질로서 불포화지방산을 만듬을 나타내었다.These strains were also cultured in M9 medium containing 0.1 mM stearic acid and compared in the same manner.BlDES1 produced not only 16: 1 but also 18: 1 (9) compared to BL1 strain, and the polypeptide encoded by des 9 nid was 16. Not only: 0 but also 18: 0 showed unsaturated fatty acid as substrate.

[실시예 4]Example 4

des 9 nid 유전자의 담배 식물체에 도입Introduction of the des 9 nid Gene into Tobacco Plants

Anacystis nidulans 유래의 des 9 nid 유전자를 다음과 같이 해서 담배에 도입하였다.The des 9 nid gene derived from Anacystis nidulans was introduced into tobacco as follows.

(1) 식물 발현용 벡터 플라스미드의 구축(1) Construction of vector plasmid for plant expression

pDes9Nde를 SacI와 SaII로 절단함으로써 양 효소의 절단부위에 끼워진 des 9 nid 유전자 단편이 얻어진다. 한편 엔도의 RuBisCO 유전자를 함유한 클론 pSNIP9(Schreicher등, EMBO J. 4,25(1985))으로부터 엽록체로의 transit 배열을 HindIII와 SphI로 절단하고, 그것과 동일한 제한효소로 절단한 pUC118로 클로닝함으로써 transit 배열의 하류에 멀티클로닝 사이트를 갖는 플라스미드(pTRA3)를 얻었다. 이 HindIII 사이트를 절단후, Klenow 효소로 Fill in하여 XbaI 링커를 넣었다(pTRA3X). 이 플라스미드 pTRA3X를 Sal I와 Sac I로 절단하고, 먼저 동일한 제한효소로 절단하여 얻은 des 9 nid 유전자 단편을 삽입하였다(pTRA3Xdes9). 이 플라스미드에서는 RuBisCO의 tranit 배열에 뒤이어, 그것과 동일한 판독틀로 des 9 nid 유전자가 번역된다. 이것을 Sac I와 Xba I로 절단하고 다음에 설명하는 식물용의 벡터에 삽입한다. 식물 발현형 바이너리 플라스미드 pBI121(Clonetech)를 제한효소 Sac I와 Xba I로 절단하여 얻은 플라스미드 pBI(-GUS)는 β-Glucuronidase 유전자(GUS 유전자)를 함유하고 있지 않으며, 이것에 콜리플라우워 모자익 바이러스의 35S 프로모터와 노팔린 합성효소(NOS) 터미네이터 사이에 상술한 도입유전자를 삽입함으로써 식물 도입용 벡터(pBI121(-GUS)Rbsc-des9)를 얻었다.By cleaving pDes9Nde with SacI and SaII, a des 9 nid gene fragment inserted at the cleavage site of both enzymes is obtained. Meanwhile, the transit sequence from the clone pSNIP9 (Schreicher et al., EMBO J. 4,25 (1985)) containing the endo RuBisCO gene to chloroplast was cleaved with HindIII and SphI and cloned into pUC118 digested with the same restriction enzyme. Plasmids with multicloning sites (pTRA3) were obtained downstream of the transit array. After cleaving this HindIII site, it was filled in with Klenow enzyme and put into XbaI linker (pTRA3X). The plasmid pTRA3X was digested with Sal I and Sac I, and the des 9 nid gene fragment obtained by cleavage with the same restriction enzyme was inserted first (pTRA3Xdes9). In this plasmid, following the RuBisCO tranit sequence, the des 9 nid gene is translated into the same reading frame. This is cut into Sac I and Xba I and inserted into the plant vectors described below. Plasmid pBI (-GUS) obtained by cleaving the plant-expression binary plasmid pBI121 (Clonetech) with restriction enzymes Sac I and Xba I does not contain the β-Glucuronidase gene (GUS gene), which contains the cauliflower mosaic virus. A plant introduction vector (pBI121 (-GUS) Rbsc-des9) was obtained by inserting the above-mentioned transgene between the 35S promoter and the nopaline synthase (NOS) terminator.

(2) pBI121(-GUS)Rbsc-des9의 아그로박테륨에 도입(2) introduction into Agrobacterium of pBI121 (-GUS) Rbsc-des9

Agrobacterium tumefaciens LBA4404(Clonetech)를 50ml의 YEB 배지(1ℓ당 비프엑기스 5, 효모엑기스 1g, 펩톤 1g, 자당 5g, 2mM MgS04(pH7.4))에 접종하고, 28℃에서 24시간 배양후, 배양액을 3,000rpm, 4℃, 20분의 원심분리로 집균하였다. 균체를 10ml의 1mM Hepes-KOH(pH7.4)로 3회 씻은 후, 3ml의 10% 글리세롤로 1회 씻고, 최종적으로 3ml의 10% 글리세롤에 현탁하여 DNA 도입용의 아그로박테륨으로 하였다.Agrobacterium tumefaciens LBA4404 (Clonetech) was inoculated in 50 ml of YEB medium (5 beef extracts per 1 liter, 1 g yeast extract, 1 g peptone, 5 g sucrose, 2 mM MgS04 (pH 7.4)), and cultured at 28 ° C. for 24 hours. The cells were collected by centrifugation at 3,000 rpm, 4 ° C. for 20 minutes. The cells were washed three times with 10 ml of 1 mM Hepes-KOH (pH 7.4), then washed once with 3 ml of 10% glycerol, and finally suspended in 3 ml of 10% glycerol to prepare Agrobacterium for DNA introduction.

이렇게 하여 얻은 균액 10μl 및 상기의 플라스미드 pBI121(-GUS)Rbsc-des9 1μg을 큐벳에 넣고, 일렉트로포레이션장치(Gene Pulser; BioRad)를 사용하여 25μF, 2500V, 200Ω의 조건으로 전기 펄스를 걸어서, 플라스미드 DNA를 아그로박테륨에 도입하였다. 이 균액을 에펜도르프 튜브에 옮기고, 800μl의 SOC 배지(1ℓ당 트립톤 20g, 효모엑기스 5g, NaCl 0.5g, 2.5mM KCl, 10mM MgSO4, 10mM MgCl2, 20mM 글루코스, pH7.0)를 가하여, 28℃에서 1.5시간 정치 배양하였다. 이 배양액 50μl를 100ppm의 카나마이신을 함유한 YEB 한천배지(한천 1.2%)상에 뿌리고, 28℃에서 2일간 배양하였다.10 μl of the obtained bacterial solution and 1 μg of the above-mentioned plasmid pBI121 (-GUS) Rbsc-des9 were put into a cuvette, and an electric pulse was applied under conditions of 25 μF, 2500 V, and 200 Ω using an electroporation device (Gene Pulser; BioRad). DNA was introduced into Agrobacterium. Transfer this bacteria solution to an Eppendorf tube and add 800 μl of SOC medium (20 g of tryptone per liter, 5 g of yeast extract, 0.5 g of NaCl, 2.5 mM KCl, 10 mM MgSO 4 , 10 mM MgCl 2 , 20 mM glucose, pH7.0) It was incubated for 1.5 hours at 28 degreeC. 50 µl of this culture solution was sprayed on YEB agar medium (1.2% agar) containing 100 ppm of kanamycin and incubated at 28 ° C for 2 days.

얻어진 콜로니로부터 싱글 콜로니를 선택하고, 이 콜로니로부터 알칼리법으로 플라스미드 DNA를 조정하였다. 이 플라스미드 DNA를 적당한 제한효소로 소화후, 1% 아가로스 겔 전기영동에 의해 DNA 단편을 분리하고, 32P로 라벨한 des 9 nid 유전자 단편을 프로브한 서던분석에 의해, 플라스미드 pBI121(-GUS)Rbsc-des9를 함유하고 있음을 확인하였다. 이 Agrobacterium tumefaciens를 ALBBSDES라 부른다.Single colonies were selected from the obtained colonies, and plasmid DNA was adjusted from the colonies by the alkali method. After digesting this plasmid DNA with an appropriate restriction enzyme, DNA fragments were isolated by 1% agarose gel electrophoresis, and plasmid pBI121 (-GUS) Rbsc by Southern analysis probed for the des 9 nid gene fragment labeled with 32P. It was confirmed that it contained -des9. This Agrobacterium tumefaciens is called ALBBSDES.

(3) 담배의 형질전환(3) transformation of tobacco

상기의 균주 ALBBSDES를 50ppm의 카나마이신을 함유한 LB 액체배지로 28℃, 2일간 진탕 배양하였다. 배양액 1.5ml를 10,000rpm, 3분간 원심분리하여 집균후, 카나마이신을 제거하기 위해 1ml의 LB 배지로 세정하였다. 다시 10,000rpm, 3분간 원심분리하여 집균후, 1.5ml의 LB 배지에 재현탁하여 감염용 균액으로 하였다.The strain ALBBSDES was shaken for 2 days at 28 ° C. in an LB liquid medium containing 50 ppm of kanamycin. 1.5 ml of the culture solution was collected by centrifugation at 10,000 rpm for 3 minutes, and then washed with 1 ml of LB medium to remove kanamycin. After centrifugation for 3 minutes at 10,000 rpm, the cells were collected and resuspended in 1.5 ml of LB medium to obtain bacterial cells for infection.

담배로의 감염시에는 어린 잎을 채취하여 0.5% 차아염소산 나트륨 수용액에 10분간 침지시킨 후, 멸균수로 3회 씻어서, 멸균이 끝난 여지상에서 물을 닦아서 감염용의 잎으로 하였다. 이 잎을 1편이 1cm2가 되도록 메스로 무균적으로 절단해서 상기 아그로박테륨의 균액상에 잎의 배면을 위로 해서 놓고, 2분간 조용히 진탕한 후, 멸균이 끝난 여지상에 잎을 놓고 과잉의 아그로박테륨을 제거하였다. 페트리 디쉬내의 MS-B5 배지(벤질아데닌 1.0ppm, 나프탈렌초산 0.1ppm, 및 한천 0.8%를 함유한다)(Murashige, T. and Skoog, F. Plant Physiol., 15:473, (1962)상에 와트만 No. 1 여지(φ7.0)를 놓고, 이 여지에 배면을 위로 해서 잎을 놓았다. 페트리 디쉬를 파라필름으로 밀봉하고, 16시간 밝고, 8시간 어두운 주기로 25℃, 2일간 배양하였다. 이어서 클라포란 250ppm을 함유한 MS-B5 배지에 옮기고, 마찬가지로 10일간 배양하여 아그로박테륨을 제거하였다. 다시 클라포란 250ppm을 카나마이신 100ppm을 함유한 MS-B5 배지상에 치상하고, 마찬가지로 7일간 배양하였다. 그 동안에 옆편의 주위가 칼루스화하고, 새싹(shoot) 원기가 생겼다. 다시 10일간 배양후, 신장한 새싹을 클라포란 250ppm 및 카나마이신 100ppm을 함유한 MS-HF 배지(벤질아데닌 및 나프탈렌초산을 함유하지 않는 MS-B5 배지)에 치상하였다. 10일간 배양후, 발근한 새싹을 카나마이신 내성의 형질전환체로 하여, 플랜트 박스내의 클라포란 250ppm을 함유한 MS-HF 배지에 이식하였다.When infected with tobacco, young leaves were taken, immersed in 0.5% sodium hypochlorite aqueous solution for 10 minutes, washed three times with sterile water, and wiped with water on a sterile space to obtain leaves for infection. One leaf is cut aseptically with a scalpel so that one piece is 1 cm 2 , the back side of the leaf is placed on the Agrobacterium fungus solution, shaken quietly for 2 minutes, and then the leaf is placed on the sterilized place. Agrobacterium was removed. Watts on MS-B5 medium (containing 1.0 ppm benzyladenin, 0.1 ppm naphthalene acetate, and 0.8% agar) in Petri dishes (Murashige, T. and Skoog, F. Plant Physiol., 15: 473, (1962) Bay No. 1 (φ 7.0) was placed, and the leaves were placed with the rear face up, and the Petri dishes were sealed with parafilm, and incubated for 16 hours at 25 ° C. for 2 hours with a bright 8 hour dark cycle. It was transferred to MS-B5 medium containing 250 ppm of claporan and incubated for 10 days as well to remove Agrobacterium, and 250 ppm of clapola was then placed on MS-B5 medium containing 100 ppm of kanamycin and cultured for 7 days as well. In the meantime, the periphery of the flanks was callusized, shoots emerged, and after 10 days of incubation, the elongated shoots contained MS-HF medium containing 250 ppm of claphoran and 100 ppm of kanamycin (benzyladenin and naphthalene acetate). MS-B5 medium) . 10 days, to as transformants of kanamycin for rooting the shoots resistant, were transferred to a MS-HF medium containing 250ppm Cloud sulfolane in the plant box after culture.

[실시예 5]Example 5

형질전환 담배의 게놈 서던(Southern) 및 노던(Northern)분석Genomic Southern and Northern Analysis of Transgenic Tobacco

목적 유전자의 도입을 확인하기 위하여 카나마이신 내성의 담배로부터 DNA를 추출하여, 서던 및 노던(northern)분석을 하였다. 게놈DNA의 추출법은 CTAB법으로 성서(Rogers, S. O. & Bendich, A. J. ; Plant Molecular Biology Manual A6; 1(1988)에 따라 실시하였다. 즉 2g의 담배 잎을 액체질소내에서 분쇄하여, CTAB추출 완충액으로 게놈DNA를 얻었다. 10μg의 DNA를 제한효소 EcoRI와 XbaI로 절단후 0.7% 아가로스 겔로 전기영동하고, 그 후 나일론막(Hybond N+; Amersham)에 0.4 N NaOH로 전사하였다. 이 막에 pTRA3Xdes9으로부터 transit 부착의 불포화화효소 유전자를 프로브로 하여, 65℃에서 16시간 하이브리다이제이션함으로써 목적 유전자가 담배게놈에 내포되어 있는 것을 확인하였다.In order to confirm the introduction of the gene of interest, DNA was extracted from kanamycin-resistant tobacco and Southern and northern analysis was performed. Genomic DNA extraction was performed by CTAB method according to the Bible (Rogers, SO & Bendich, AJ; Plant Molecular Biology Manual A6; 1 (1988)), ie, 2 g of tobacco leaves were pulverized in liquid nitrogen and used as CTAB extraction buffer. Genomic DNA was obtained: 10 μg of DNA was digested with restriction enzymes EcoRI and XbaI and electrophoresed with 0.7% agarose gel, which was then transcribed into 0.4 N NaOH on a nylon membrane (Hybond N + ; Amersham) from pTRA3Xdes9. Using the transit desaturated gene as a probe, hybridization at 65 ° C. for 16 hours confirmed that the target gene was contained in the tobacco genome.

또 도입 유전자의 발현을 조사하기 위하여 담배 잎 약 2g로부터 RNA을 분석하였다. 방법은 구아니듐티오시안산에 의한 추출을 하여(Nagy, F.등: Plant Molecular Biology Manual B4; 1 (1988)), ploy(A)+RNA를 포름알데히드가 들어있는 아가로스 겔로 전기영동후, 나일론막(Hybond N; Amersham)에 전사하고, 서던법과 마찬가지의 하이브리다이제이션에 의해 분석하였다. 여러가지 양의 RNA를 발현하고 있는 개체가 있었으나, 그 중에서 발현량이 많은 개체에 대해 실시예 6에서 지질분석을 하였다.In addition, RNA was analyzed from about 2 g of tobacco leaves to investigate the expression of the transgene. The method was extracted with guanidium thiocyanic acid (Nagy, F. et al .: Plant Molecular Biology Manual B4; 1 (1988)), followed by electrophoresis of ploy (A) + RNA with an agarose gel containing formaldehyde. It was transferred to a nylon membrane (Hybond N; Amersham) and analyzed by hybridization similar to that of the Southern method. Although there were individuals expressing various amounts of RNA, lipid analysis was performed in Example 6 with respect to the individuals with a large amount of expression.

[실시예 6]Example 6

형질전환 담배의 지질의 지방산분석Fatty Acid Analysis of Lipids in Transgenic Tobacco

실시예 5에서 RNA의 고 발현이 확인된 담배 형질전환체, 및 대조로서 pBI121로 형질전환한 담배 잎으로부터 하기의 방법에 의해 포스퍼타딜 글리세롤(PG), 설포키노보실디아실 글리세롤(SQDG)등의 지질을 조정하고, 그 지방산 조성을 분석하였다. 또한 일부의 개체로부터는 뿌리의 지질도 분석하였다.From the tobacco transformants in which high expression of RNA was confirmed in Example 5, and tobacco leaves transformed with pBI121 as a control, phosphotadyl glycerol (PG), sulfokinobosildiacyl glycerol (SQDG), etc. by the following method Lipid was adjusted and the fatty acid composition was analyzed. Some individuals also analyzed lipids in roots.

(1) 전 지질의 추출(1) Extraction of Whole Lipids

지질의 추출은 Bligh-Dyer법(Can J. Biochem. Physiol., 37:911, 1959)으로 하였다. 습중량 2g의 잎(일부의 뿌리를 시료로 할 때는 1g)을 메스로 세단하고, 이것에 20ml의 클로로포픔 : 메타놀(1 : 2, 체적비)을 가하여, 호모지나이저로 잎을 파쇄후, 15분간 정치하였다. 이것에 클로로포름 12ml 및 증류수 12ml를 가하여 과격하게 혼합한 후, 3000rpm, 4℃, 30분간의 원심으로 수층과 유기층의 2층으로 나누어, 유기층(하층)을 회수하였다. 이것에 적당량의 에타놀을 가하고, 회전식 증발기를 사용하여 30℃, 감압하에서 용매를 제거하였다. 이것을 2ml의 클로로포름 : 메타놀(1 : 4, 체적비)에 녹여서 전 지질 추출물로 하였다. 이 일불를 5% 메타놀성 염산을 사용하여 후술하는 방법에 의해 처리함으로써 메틸화 지방산을 얻었다.Lipid extraction was performed using the Bligh-Dyer method (Can J. Biochem. Physiol., 37: 911, 1959). 2 g of wet weight leaves (1 g when using some roots as a sample) are shredded with a scalpel, and 20 ml of chloroformum: methanol (1: 2, volume ratio) is added thereto, and the leaves are shredded with a homogenizer. Let stand for a minute. 12 ml of chloroform and 12 ml of distilled water were added thereto, and the mixture was mixed vigorously, followed by centrifugation at 3000 rpm, 4 ° C for 30 minutes, and divided into two layers, an aqueous layer and an organic layer, to recover an organic layer (lower layer). An appropriate amount of ethanol was added thereto, and the solvent was removed at 30 ° C. under reduced pressure using a rotary evaporator. This was dissolved in 2 ml of chloroform: methanol (1: 4, volume ratio) to obtain a whole lipid extract. Methylated fatty acid was obtained by treating this one volume by the method mentioned later using 5% methanolic hydrochloric acid.

(2) 지질의 분획(2) fraction of lipids

DEAE-Toyopearl 650C(도소)의 현탁액 2.5ml를 1M 초산나트륨 수용액(pH7.0) 25ml와 섞어서 초산형으로 하였다. 이것을 증류수, 메타놀로 순차로 세정하고, 마지막으로 메타놀에 현탁하여, 내경 2cm의 컬럼에 높이 1.5cm까지 채워 넣고, 다시 50ml의 클로로포름 : 메타놀(1 : 4, 체적비)로 세정하였다.2.5 ml of a suspension of DEAE-Toyopearl 650C (Doso) was mixed with 25 ml of an aqueous 1 M sodium acetate solution (pH 7.0) to obtain acetic acid. This was successively washed with distilled water and methanol, and finally suspended in methanol, and filled into a column of 2 cm in diameter up to 1.5 cm in height, and then washed with 50 ml of chloroform: methanol (1: 4, volume ratio).

다음에 전 지질 추출물을 커럼에 걸어 50ml의 클로로포름 : 메타놀(1 : 4, 체적비)로 모노가락토실디아실글리세롤(MGDG), 디가락토실디아실글리세롤(DGDG), 포스파티딜에타놀아민(PE), 포스파티딜콜린(PC)을 용출하여, 중성 지질(MGDG, DGDG, PE, PC) 획분으로 하였다. 다음에 5ml의 초산으로 포스파티딜세린(PS)을 용출하여 제거하고, 20ml의 클로로포름 : 메타놀(1 : 4, 체적비)로 초산을 세정한 후, 50ml의 클로로포름 : 메타놀 : 10M 초산암모늄 수용액(20 : 80 : 0.2, 체적비)로 PG, SQDG, 포스파티딜이노시톨(PI)을 함유한 획분을 얻었다. 이 획분에 15ml의 에타놀을 가하고, 감압하에서 용매를 제거하였다. 이것을 0.2ml의 클로로포름 : 메타놀(2 : 1, 체적비)에 녹여서 산성 지질(PG, SQDG, PI) 획분으로 하였다.Next, the whole lipid extract was added to a column with 50 ml of chloroform: methanol (1: 4, volume ratio), monogalactosyldiacylglycerol (MGDG), digaractosyldiacylglycerol (DGDG), phosphatidylethanolamine (PE), and phosphatidylcholine (PC) was eluted to a neutral lipid (MGDG, DGDG, PE, PC) fraction. Next, phosphatidylserine (PS) was eluted and removed with 5 ml of acetic acid, and acetic acid was washed with 20 ml of chloroform: methanol (1: 4, volume ratio), and then 50 ml of chloroform: methanol: 10M aqueous ammonium acetate solution (20: 80). : 0.2, volume ratio) to obtain a fraction containing PG, SQDG, and phosphatidylinositol (PI). 15 ml of ethanol were added to this fraction, and the solvent was removed under reduced pressure. This was dissolved in 0.2 ml of chloroform: methol (2: 1, volume ratio) to obtain an acidic lipid (PG, SQDG, PI) fraction.

MGDG, DGDG, PE, PC 획분은 규산컬럼 크로마토그래피(이아트로비즈, 야트론사)에 의해 다시 분획하였다. 즉 클로로포름 1ml에 녹인 시료를 클로로포름으로 평형화한 컬럼에 걸어 클로로포름 : 아세톤(4 : 1), 아세톤, 메타놀순으로 용출하면, 당지질(MGDG, DGDG)은 아세톤으로, 인지질(PC, PE)은 메타놀로 용출되었다.MGDG, DGDG, PE, and PC fractions were re-fractionated by silicate column chromatography (Itorobis, Yatron). In other words, a sample dissolved in 1 ml of chloroform is eluted in a column equilibrated with chloroform in the order of chloroform: acetone (4: 1), acetone, and methanol, and glycolipid (MGDG, DGDG) is acetone, and phospholipid (PC, PE) is methanol. Eluted.

(3) 박층 크로마토그래피(TLC)에 의한 PG의 단리정제와 지방산 분석(3) Isolation and Fatty Acid Analysis of PG by Thin Layer Chromatography (TLC)

(2)에서 얻은 획분을 실리카겔-TLC 플레이트 #5721(Merck)로 분리하였다. 전개용매로서는 산성 지질의 경우에는 클로로포름 : 아세톤 : 메타놀 : 초산 : 물(50 : 20 : 10 : 15 : 5, 체적비)을, 중성 지질의 경우에는 클로로포름:메타놀:물(70:21:3, 체적비)을 사용하였다. TLC로 분리후, 프림인(80% 아세톤 용액)을 분무하여 자외선광하에서 형광발색시켜서, 표준이 되는 지질과 이동도를 비교함으로써 각 클래스의 지질의 획분을 추정하고, 발색한 지질을 실리카겔과 함께 갉아내어 나사꼭지 부착 시험관에 넣었다. 이 지방산 조성을 추정할 경우에는, 이 시험관에 3ml의 메타놀성 5% 염산을 가하고 완전 밀봉하, 85℃에서 2시간반 반응시켜서 지방산 메틸화하였다. 한편 sn-1, 2마다의 지방산 조성을 결정하기 위해서 갉아낸 실리카겔로부터 5ml의 클로로포름 : 메타놀(2 : 1) 혼액으로 지질을 회수하여 건고한 후, 1ml의 50mM TrisCl(pH7.2) 및 0.05% Triton X-100을 가하여 과격하게 교반하여 지질을 분산시키고, 리조퍼스 델레마(Rhizopus delemar) 유래의 리파제(2500U; 베링거사)를 가하여 37℃에서 30분간 보온함으로써 선택적으로 sn-1위의 지방산을 분해시켰다. 이 반응산물을 농축후, TLC(클로로포름 : 아세톤 : 메타놀 : 초산 : 물=10 : 4 : 2 : 3 : 1)에 의해 미반응의 지질, 리조체, 및 지방산으로 분리하였다. 이것들도 겔로부터 회수하여 상술한 바와 같이 메타놀성 염산으로 메틸화 지방산을 얻었다. 생성한 지방산 메틸 에스테르를 3ml의 헥산으로 4회 추출하고, 감압하에서 용매를 제거하여 농축하였다. 지방산 메틸의 분석에는 가스 크로마토그래피를 사용하였다. 지방산의 동정은 표준지방산 메틸과의 보존시간을 비교하여 실시하였다. 정량에는 크로마토 팩 C-R7A plus(시마즈세이사꾸쇼)를 사용하였다. 전 지질의 결과를 제2표에, PG에 대해서 제3표에, 기타의 대표적인 지질의 분석결과를 제4표에 나타낸다. 표는 대조 식물체에 대해서는 2개체, 형질전환체에 대해서는 독립한 2 또는 3개체의 분석치의 평균치를 나타내고 있다.The fraction obtained in (2) was separated by silica gel-TLC plate # 5721 (Merck). As the developing solvent, chloroform: acetone: methanol: acetic acid: water (50: 20: 10: 15: 5, volume ratio) for acidic lipids, and chloroform: ethanol: water (70: 21: 3, volume ratio for neutral lipids) ) Was used. After separation by TLC, priming phosphorus (80% acetone solution) was sprayed to fluoresce under ultraviolet light, and the fraction of lipids of each class was estimated by comparing the mobility with standard lipids. It was removed and placed in a test tube with a screw head. In estimating this fatty acid composition, 3 ml of methanolic 5% hydrochloric acid was added to the test tube, and the mixture was completely sealed and reacted for 2 and a half hours at 85 ° C. for fatty acid methylation. Meanwhile, 5 ml of chloroform: methanol (2: 1) mixture was collected and dried from silica gel sieved to determine the fatty acid composition of every sn-1, 2, and then dried, and then 1 ml of 50 mM TrisCl (pH 7.2) and 0.05% Triton. Lipids are dispersed by vigorous stirring with X-100, and lipase (2500U; Boehringer) derived from Rhizopus delemar is added to insulate for 30 minutes at 37 ° C. to selectively decompose the fatty acid of sn-1. I was. The reaction product was concentrated and separated into unreacted lipids, lysates, and fatty acids by TLC (chloroform: acetone: methanol: acetic acid: water = 10: 4: 2: 3: 1). These were also recovered from the gel to obtain methylated fatty acids with methalen hydrochloric acid as described above. The resulting fatty acid methyl ester was extracted four times with 3 ml of hexane, and the solvent was concentrated under reduced pressure. Gas chromatography was used for the analysis of fatty acid methyl. Identification of fatty acids was carried out by comparing the retention time with methyl standard fatty acid. Chromatography pack C-R7A plus (Shimazu Seisakusho) was used for quantification. The results of all lipids are shown in Table 2, PG in Table 3, and other representative lipid analysis results in Table 4. The table shows the average value of the analysis values of two or three individuals for control plants and independent two or three for transformants.

PG에 결합한 지방산분석의 결과로부터 Anacystis nidulans 유래의 지방산 불포화화효소를 발현하고 있는 형질전환 담배에서는 16 : 0(팔미틴산)이 대폭적으로 감소하고, 그 대신에 16:1 cis가 증가하고 있으며, 또한 소량 있었던 18:0도 거의 없어지고, 반대로 18 : 1이 증가하고 있는 것이 판명되었다. 그 결과, 포화지방산(16 : 0 + 16 : 1trans + 18 : 0(스테아린산)) 함량은 대조의 담배에서는 70%인 데 비하여 불포화화효소의 유전자를 형질전환한 담배에서는 55%가 되어 현저히 낮게 되어 있다. PG의 sn-1, 2위별의 분석결과로부터 sn-2는 98% 이상 불포화지방산(16 : 0 또는 16 : 1trans)으로 점유되어 있으며, 새로 유전자 도입에 의해 생성한 16 : 1은 모두 sn-1에 있는 것이 판명되었다. 따라서 이 불포화화효소 유전자를 형질전환한 담배의 PG의 sn-1위의 포화지방산은 극히 적어져 있는 것이 명백하다. 따라서 sn-1, 2 양위가 다 같이 포화지방산으로 된, 소위 포화분자종의 양도 대폭적으로 감소하여, 지질의 분자종의 조성상, 현저히 저온에 내성인 형으로 변화한 것을 알 수 있다.From the results of fatty acid analysis bound to PG, the transgenic tobacco expressing fatty acid desaturase derived from Anacystis nidulans significantly reduced 16: 0 (palmitic acid), and instead increased 16: 1 cis and a small amount 18: 0, which was also almost gone, turned out to be 18: 1 increasing. As a result, the saturated fatty acid (16: 0 + 16: 1 trans + 18: 0 (stearic acid)) content was significantly lower, compared to 70% in the control tobacco, 55% in tobacco transfected with the desaturase gene. have. From the analysis results of sn-1 and 2nd place of PG, sn-2 is occupied by more than 98% unsaturated fatty acids (16: 0 or 16: 1trans), and all of the 16: 1 produced by the introduction of new genes are sn-1. It turned out to be. Therefore, it is clear that the saturated fatty acid on sn-1 of PG of the tobacco transformed with this desaturase gene is extremely small. Therefore, it can be seen that the amounts of so-called saturated molecular species, both of which are both saturated fatty acids and both of sn-1 and 2, are greatly reduced, so that the composition of the molecular species of lipids is changed to a form that is significantly resistant to low temperatures.

한편 기타의 지질의 MGDG, DGDG, SQDG, PC. PE, PI에서도 16 : 0의 감소와, 그것에 호응한 16 : 1의 10% 전후의 증가가 명백하며, 또 18 : 0의 불포화도 진행되어 있었다. 이들중에서 MGDG와 DGDG에 대해서는 16 : 1의 생성은 주로 sn-1위에 있었으나, sn-2위로부터도 소량 검출되었다. MGDG, DGDG, SQDG 및 PG는 주로 엽록체에 존재하는 지질이며, 남조인 Anacystis nidulans의 불포화화효소를 고등식물의 엽록체로 발현시킴으로써 놀랄만 하게 불포화가 진전됨을 알 수 있다. 더욱이 이들 4종의 지질은 Anacystis nidulans의 막에도 존재하는 것으로서, 불포화의 기질이 될 가능성이 높았지만, 그 이외의 PC, PE 및 PI는 Anacystis nidulans의 막에는 존재하지 않은 지질이며, 또한 고등식물에는 주로 엽록체외에 존재하는 지질이므로, 그것들에서도 팔미틴산, 및 스테아린산이 불포화된 것은 놀랄만 한 일이다.Meanwhile other lipids MGDG, DGDG, SQDG, PC. In PE and PI, the decrease of 16: 0 and the increase of about 10% of 16: 1 corresponding to it were obvious, and the unsaturation of 18: 0 also advanced. Among them, the production of 16: 1 was mainly found in sn-1 for MGDG and DGDG, but a small amount was detected from sn-2. MGDG, DGDG, SQDG and PG are lipids present mainly in the chloroplasts, and it can be seen that the desaturation progresses surprisingly by expressing desaturation enzymes of Anacystis nidulans, which is a male alga, into chloroplasts of higher plants. Moreover, these four lipids are also present in the membranes of Anacystis nidulans, and are likely to be unsaturated substrates, but other PCs, PEs, and PIs are lipids that do not exist in the membranes of Anacystis nidulans, and also in higher plants. It is surprising that palmitic acid and stearic acid are unsaturated in them because they are lipids which are mainly present outside chloroplasts.

이와 같이 형질전환 담배의 지질분석 결과로부터 Anacystis nidulans 유래의 지방산 불포화화효소가 고등식물인 담배의 형질전환체에서 거의 모두의 지질의 16 : 0와 18 : 0를 극히 좋은 효율로 불포화할 수 있는 것을 본 실시예는 증명하였다.As a result of the lipid analysis of transgenic tobacco, it was found that fatty acid desaturase derived from Anacystis nidulans can desaturate almost all of the lipids 16: 0 and 18: 0 with extremely good efficiency in the transformants of tobacco which is a higher plant. This example proved.

그리고 뿌리의 전 지질에 대해 지방산 분석을 한 결과를 제5표에 나타낸다.The results of fatty acid analysis on all lipids in the roots are shown in Table 5.

이 결과로부터 Anacystis nidulans 유래의 지방산 불포화화효소는 놀랄만 하게 잎뿐만 아니라 뿌리에서도 16 : 0과 18 : 0의 불포화화를 촉매한 것을 알 수 있었다. 이는 본 발명의 지방산 불포화화효소 유전자가 식물의 저온내성을 변화시키는 가능성뿐 아니라, 불포화지방산 함량을 증가시키는 가능성을 가지며, 식물을 기름의 원료로 하는 산업에서도 유용하다는 것을 나타낸다.From these results, it was found that fatty acid desaturase derived from Anacystis nidulans catalyzed 16: 0 and 18: 0 desaturation not only in the leaves but also in the roots. This indicates that the fatty acid desaturase gene of the present invention has not only the possibility of changing the cold resistance of plants, but also the possibility of increasing the content of unsaturated fatty acids, and is also useful in industries in which plants are used as oil.

[실시예 7]Example 7

형질전환 담배의 저온내성시험Cold Resistance Test of Transgenic Tobacco

상기의 RNA의 발현해석 및 지질분석에서 유망하다고 생각된 개체에 대해서는 자식(自殖)함으로써 차세대의 종자를 채취하였다. 그 일부를 카나마이신 800ppm을 함유한 MS-HF 배지에 심고, 25℃, 하루에 16시간 밝게, 8시간 어둡게 하여 2주간 재배후에 카나마이신 내성의 실생을 선발하였다. 이 실생을 플랜트 박스에 이식하고, 다시 4주간 재배하였다. 또 대조로서 pBI121에 의해 형질전환한 개체에 대해서도 상기의 조작을 하였다.The next generation of seeds was collected by the offspring of individuals considered promising in the expression analysis and lipid analysis of the above RNA. Some of them were planted in MS-HF medium containing 800 ppm of kanamycin, and brightened at 25 ° C., 16 hours a day, and darkened for 8 hours, followed by cultivation of kanamycin resistance after 2 weeks of cultivation. This seedling was transplanted to the plant box and grown again for 4 weeks. In addition, the above-mentioned operation was performed also about the individual transformed with pBI121.

다음에 4℃ 연속광 아래서 11일간 저온처리한 후, 25℃에서 2일간 재배하였다. 그 결과, 대조식물(pBI121에 의해 형질전환한 식물)에서는 잎에서 대폭적인 위축증상 및 클로로시스가 관찰되었던 것에 비해, 형질전환 식물에서는 거의 상해가 관찰되지 않았다. 따라서 불포화화효소 유전자의 도입에 의해 저온내성이 향상된 것으로 추정되었다.After 11 days of low temperature treatment under continuous light at 4 ° C, the cells were grown at 25 ° C for 2 days. As a result, injuries were hardly observed in the transgenic plants, while the atrophy and chlorosis were observed in the leaves in the control plants (plants transformed with pBI121). Therefore, it was assumed that low temperature resistance was improved by introduction of desaturase gene.

본 발명의 Δ9위 불포화화효소를 코드하는 유전자를 식물에 도입함으로써, 식물에 저온내성을 부여하고, 또한 식물중의 불포화지방산 함량을 증가시키는 것이 가능해졌다.By introducing the gene encoding the Δ9 position desaturase of the present invention into the plant, it has become possible to impart low temperature resistance to the plant and to increase the unsaturated fatty acid content in the plant.

Claims (4)

실질적으로 서열 번호 4에 기재된 아미노산 서열을 갖는 단백질이며, 지질에 결합된 지방산의 Δ9위를 불포화화 하는 활성을 갖는 단백질을 코드하는 유전자가 도입된 식물세포를 분화시켜 식물체를 재생시킴을 특징으로 하는 식물의 작출 방법.It is a protein substantially having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 4, characterized in that the plant cells are regenerated by differentiating plant cells into which a gene encoding a protein having an activity of desaturating the Δ9 position of a fatty acid bound to lipids is introduced. How to harvest plants. 서열번호 3에 기재된 염기서열을 포함하는 DNA쇄인 유전자이며, 지질에 결합된 지방산의 Δ9위를 불포화화하는 활성을 갖는 단백질을 코드하는 유전자가 도입된 식물세포를 분화시켜 식물체를 재생시킴을 특징으로 하는 식물의 작출 방법.It is a DNA chain gene comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3, characterized in that to regenerate the plant by differentiating plant cells into which a gene encoding a protein having an activity of desaturating the Δ9 position of a fatty acid bound to lipids is introduced. How to harvest plants. 실질적으로 서열 번호 4에 기재된 아미노산 서열을 갖는 단백질이며, 지질에 결합된 지방산의 Δ9위를 불포화화 하는 활성을 갖는 단백질을 코드하는 유전자가 도입된 쌍자엽 식물의 식물세포를 분화시켜 식물체를 재생시킴을 특징으로 하는 식물의 작출 방법.It is a protein substantially having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 4, and regenerating plants by differentiating plant cells of a dicotyledonous plant into which a gene encoding a protein having an activity of desaturating the Δ9 position of a fatty acid bound to lipids is introduced. A plant harvesting method characterized by the above-mentioned. 서열번호 3에 기재된 염기서열을 포함하는 DNA쇄인 유전자이며, 지질에 결합된 지방산의 Δ9위를 불포화화하는 활성을 갖는 단백질을 코드하는 유전자가 도입된 쌍자엽 식물의 식물세포를 분화시켜 식물체를 재생시킴을 특징으로 하는 식물의 작출 방법.Regenerates plants by differentiating plant cells of dicotyledonous plants in which a gene is a DNA chain comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 3, and a gene encoding a protein having an activity of desaturating the Δ9 position of a fatty acid bound to lipids is introduced. Plant harvesting method characterized in that.
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