KR100581318B1 - A novel phytase gene derived from Penicillium oxalicum and a Pichia pastoris transformant producing the phytase - Google Patents

A novel phytase gene derived from Penicillium oxalicum and a Pichia pastoris transformant producing the phytase Download PDF

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Abstract

본 발명은 디제너레이트 프라이머와 PCR(polymerase chain reaction) 방법을 이용하여 다양한 곰팡이로부터 효소 유전자를 탐색하는 방법 및 상기 방법을 이용하여 얻어진 페니실리움 옥살리쿰(Penicillium oxalicum KCTC 6440)의 파이테즈 유전자 및 상기 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 형질전환된 피치아 파스토리스 균주 및 상기 균주가 생산하는 재조합 파이테즈 효소에 관한 것이다. The present invention is a method for searching for enzyme genes from various fungi using degenerate primers and polymerase chain reaction (PCR) methods and the phytze gene of Penicillium oxalicum KCTC 6440 obtained using the above method. And it relates to a Peachia pastoris strain transformed with a recombinant vector comprising the gene and a recombinant phytase enzyme produced by the strain.

본 발명의 형질전환 균주와 그로부터 생산되는 파이테즈 효소는 매우 뛰어난 역가를 나타내므로 사료첨가제로서의 효용가치를 제공한다.The transformed strain of the present invention and the phytease enzyme produced therefrom exhibit very high titers, thus providing a useful value as a feed additive.

파이테즈, phytase, 페니실리움 옥살리쿰, 피치아 파스토리스 GS115Fightz, phytase, penicillium oxalicum, pichia pastoris GS115

Description

페니실리움 옥살리쿰 유래의 신규 파이테즈 유전자 및 파이테즈를 생산하는 형질전환 피치아 파스토리스 균주 {A novel phytase gene derived from Penicillium oxalicum and a Pichia pastoris transformant producing the phytase}A novel phytase gene derived from Penicillium oxalicum and a Pichia pastoris transformant producing the phytase}

도 1은 디제너레이트 프라이머(Py-1/Py-4)로 터치다운 PCR을 수행한 전기영동 사진이다.Figure 1 is an electrophoresis picture of performing a touchdown PCR with a degenerate primer (Py-1 / Py-4).

도 2는 POX 유전자의 인버스 PCR 후 아가로스 겔 전기영동 사진이다.Figure 2 is agarose gel electrophoresis picture after inverse PCR of the POX gene.

도 3은 페니실리움 옥살리쿰 파이테즈 유전자(POX)의 게놈 DNA 염기서열이다.Figure 3 is a genomic DNA sequence of the penicillium oxalicum Fightes gene (POX).

도 4는 파이테즈 발현벡터 pPICZαA-POX의 구축도이다.4 is a schematic diagram of the phytez expression vector pPICZαA-POX.

도 5는 피치아 파스토리스 GS115/pPICZαA-POX에서 발현되는 재조합 파이테즈의 아미노산 서열이다. FIG. 5 is the amino acid sequence of recombinant phytez expressed in Pchia pastoris GS115 / pPICZαA-POX.

도 6a는 형질전환 피치아 파스토리스 GS115/pPICZαA-POX에서 유가식 발효를 통한 재조합 파이테즈의 생산을 나타낸 것이다.FIG. 6A shows the production of recombinant phytes via fed-batch fermentation in transformed Peachia Storris GS115 / pPICZαA-POX.

도 6b는 피치아 파스토리스 KM71/pPICZαA-POX에서 유가식 발효를 통한 재조합 파이테즈의 생산을 나타낸 것이다.FIG. 6B shows the production of recombinant phytes through fed-batch fermentation in Pchia Pastoris KM71 / pPICZαA-POX.

도 7은 형질전환 피치아 파스토리스 GS115/pPICZαA-POX에서 생산된 재조합 파이테즈의 유가식 발효의 시간대 별 단백질 발현양상을 나타낸 것이다.Figure 7 shows the time-phase expression of protein expression of the fed-batch fermentation of recombinant phytze produced in transformed Peachia pastoris GS115 / pPICZαA-POX.

도 8a는 형질전환 피치아 파스토리스 GS115/pPICZαA-POX에서 생산된 재조합 파이테즈의 최적 pH를 나타낸 것이다.FIG. 8A shows the optimal pH of the recombinant phytez produced in the transformed Peachia Pastoris GS115 / pPICZαA-POX.

도 8b는 형질전환 피치아 파스토리스 GS115/pPICZαA-POX에서 생산된 재조합 파이테즈의 최적 온도를 나타낸 것이다.FIG. 8B shows the optimal temperature of recombinant phytez produced in the transformed Peachia Pastoris GS115 / pPICZαA-POX.

본 발명은 디제너레이트 프라이머와 PCR(polymerase chain reaction) 방법을 이용하여 다양한 곰팡이로부터 효소 유전자를 탐색하는 방법 및 상기 방법을 이용하여 얻어진 페니실리움 옥살리쿰(Penicillium oxalicum KCTC 6440)의 파이테즈 유전자 및 상기 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 형질전환된 피치아 파스토리스 균주 및 상기 균주가 생산하는 재조합 파이테즈 효소에 관한 것이다. The present invention is a method for searching for enzyme genes from various fungi using degenerate primers and polymerase chain reaction (PCR) methods and the phytze gene of Penicillium oxalicum KCTC 6440 obtained using the above method. And it relates to a Peachia pastoris strain transformed with a recombinant vector comprising the gene and a recombinant phytase enzyme produced by the strain.

본 발명이 해결하려고 하는 기술분야는 효소 특히 산업용 효소 그 중에서도 축산에서 사용할 수 있는 소화효소류, 특히 신규성이 있는 파이테즈 효소를 다양한 곰팡이로부터 스크리닝하는 기술을 개발하는 것이며 이 방법을 통해 우수한 효소유전자를 확보하고 이를 축산에 이용할 수 있는 형태로 생산하기 위한 생산 시스템을 개발하는 것이다. The technical field to be solved by the present invention is to develop a technique for screening enzymes, especially industrial enzymes, digestive enzymes that can be used in livestock, in particular, phytze enzymes with novel fungi from various molds. It is to develop a production system to secure them and produce them in a form that can be used for livestock raising.

가축사료의 주요 영양원으로 공급되는 곡물류의 주 인(Pi) 저장형태는 파이틱산으로 각종 미네랄(구리, 아연, 마그네슘, 철 및 칼슘)과 결합하거나 단백질-파 이틱산-미네랄 복합체의 형태를 가지는 피틴태로 존재한다.The main storage source of cereals (Pi), which is a major nutrient for livestock feed, is phytic acid, which binds to various minerals (copper, zinc, magnesium, iron and calcium) or forms a protein-phytic acid-mineral complex. It exists in tin form.

단위 동물의 경우 이를 분해하는 파이테즈 효소가 없어 곡물 사료에 존재하는 피틴태 인을 이용하지 못하기 때문에 인의 추가적인 급여는 불가피하며, 인산화 칼슘(Dicalcium phosphate) 등과 같은 무기태 인의 형태로 첨가하고 있다. 이는 사료비용을 높이고 각종 단백질이나 아미노산, 필수 광물질과 결합하고 있어 항 영양인자로 작용하여 사료의 소화율을 감소시키고 인의 분뇨배출로 인한 환경오염의 문제를 제공한다. 이런 문제를 부분적으로 해결하기 위해 미생물 유래의 파이테즈 효소를 사료에 첨가하여 주고 있다. 몇 개의 효소생산 회사에서 곰팡이 유래의 파이테즈를 생산공급하고 있어 시장을 선점하고 있고 많은 연구소 및 회사들이 신규하고 좀더 우수한 효소를 찾기 위해 노력하고 있다. 현재 15종 이상의 곰팡이 파이테즈가 균주은행(Gene Bank)에 등록되어 있고 계속 늘어날 것이다[참조: GeneBank accession numbers : AF218813, LO2421, AB042805, AF537344, U59804, U59805, AX0851913, U59802, U59803, U59806, AJ310696, AJ310697, AJ310698, AJ310699, AJ310700].In the case of a unit animal, since there is no phytase enzyme that breaks down it, it is impossible to use the phytintaine present in grain feed, so additional supplementation of phosphorus is inevitable and added in the form of inorganic phosphorus such as calcium phosphate (Dicalcium phosphate). It raises feed costs and combines with various proteins, amino acids and essential minerals to act as anti-nutrient factors, reducing digestibility of feed and providing environmental pollution due to phosphorus excretion. To partially solve this problem, microbial-derived phytase enzymes are added to the feed. Several enzyme-producing companies produce and supply fungi-derived phytes, which dominate the market and many laboratories and companies are working to find new and better enzymes. More than 15 fungal phytoses are currently registered in the Gene Bank and will continue to grow. AJ310697, AJ310698, AJ310699, AJ310700].

종래의 파이테즈를 포함한 효소 스크리닝 방법은 미생물을 분리해 효소활성을 확인할 수 있는 선발 배지에서 배양 후 효소 활성을 측정하고 단백질의 일부 아미노산 서열을 분석하여 기존의 것과 차이를 구하거나 효소발현이 높은 균주로부터 해당 유전자를 클론하는 것으로, 시간이 많이 소요되고 유전자를 분리해 염기서열 또는 아미노산 서열을 분석하여 유전자 은행의 자료와 비교분석하였을 때 흔히 기존의 것과 상동성이 높아 신규성을 인정받기 어려울 때가 많이 있다. Enzyme screening method including the conventional phytze is obtained by measuring the enzyme activity after culturing in a selection medium that can determine the enzyme activity by separating the microorganisms and by analyzing some amino acid sequence of the protein to obtain a difference from the existing or strains with high enzyme expression Cloning the gene from the gene is time consuming, and when the gene is separated and analyzed for sequencing or amino acid sequence and compared with the data of the gene bank, it is often difficult to be recognized for its novelty due to its high homology with the existing one. .

본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 기존에 알려진 여러 가지 기술을 조합하여 신규성이 인정되는 효소 특히 파이테즈 효소의 스크리닝을 쉽게 할 수 있는 방법을 개발하고자 하였고 이 방법을 이용하여 실제 신규성이 있고 효소활성이 높은 파이테즈를 균주은행에서 구입한 다양한 곰팡이 종으로부터 스크리닝함으로써 우수한 파이테즈 효소를 제공하고자 하였다.In order to solve the problems described above, the present inventors have attempted to develop a method for easily screening an enzyme, in particular, a Pitez enzyme, in which novelty is recognized, by combining various known techniques. The high enzyme activity was screened from various fungal species purchased from strain banks to provide an excellent phytase enzyme.

따라서 본 발명의 목적은 고활성의 파이테즈 효소 유전자를 불특정 다수의 곰팡이 균주로부터 획득하는 방법과 선발된 유전자를 피치아 효모에서 대량 생산하는 방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for obtaining a high activity of the phytase enzyme gene from an unspecified number of fungal strains and a method for mass-producing a selected gene in Peachia yeast.

상기한 바와 같은 본 발명의 기술적 과제는, 디제너레이트 프라이머와 PCR(polymerase chain reaction) 방법을 이용하여 다양한 곰팡이로부터 효소 유전자를 탐색하고, 상기 방법을 이용하여 페니실리움 옥살리쿰(Penicillium oxalicum KCTC 6440)의 파이테즈 유전자(POX)를 선별하고, 상기 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 형질전환된 피치아 파스토리스 GS115/pPICZαA-POX (Pichia pastoris GS115/pPICZαA-POX) KCTC 10386BP 균주를 획득하고, 상기 균주로부터 재조합 파이테즈 효소를 생산함으로써 달성하였다.The technical problem of the present invention as described above, using the degenerate primer and PCR (polymerase chain reaction) method to search for enzyme genes from a variety of fungi, Penicillium oxalicum KCTC using the method 6440) of the pie Handcrafted gene (POX) screening, and transformed with a recombinant vector containing the gene blood Chiapas Laboratories for GS115 / pPICZαA-POX (Pichia pastoris GS115 / pPICZαA-POX) obtaining KCTC 10386BP strain, and the Achievement was achieved by producing a recombinant Pytease enzyme from the strain.

본 발명은 디제너레이트 프라이머와 PCR(polymerase chain reaction) 방법을 이용하여 다양한 곰팡이로부터 효소 유전자를 탐색하는 방법 및 상기 방법을 이용하여 얻어진 페니실리움 옥살리쿰(Penicillium oxalicum KCTC 6440)의 파이테즈 유 전자 및 상기 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 형질전환된 피치아 파스토리스 균주 및 상기 균주가 생산하는 재조합 파이테즈 효소에 관한 것이다. The present invention relates to a method for searching for enzyme genes from various molds by using a degenerate primer and a polymerase chain reaction (PCR) method, and the phytze oil of Penicillium oxalicum KCTC 6440. The present invention relates to a Peachia pastoris strain transformed with a recombinant vector comprising the former and the genes, and to a recombinant phytase enzyme produced by the strain.

본 발명은 다양한 곰팡이 균으로부터 게놈 DNA를 획득하여 이를 주형(template)으로 기존의 곰팡이 유래 파이테즈(phytase)의 염기서열에서 상동성이 높은 부위를 선정함으로써 디제너레이트 프라이머(degenerate primer)를 제작하는 단계; 상기 프라이머를 이용한 피씨알(PCR)을 통해 유전자 단편을 얻고 그 염기서열을 유전자 은행(Gene Bank)에 등록된 염기서열과 비교함으로써 기존 파이테즈와 상이한 유전자를 선발하는 단계; 인버스 피씨알(Inverse-PCR) 방법을 이용하여 상기에서 얻어진 신규한 파이테즈 유전자 단편으로부터 전체 파이테즈 유전자의 염기서열을 획득하는 단계; 상기 효소 유전자를 피치아 발현벡터에 접합시키고 피치아균에 형질전환시켜 파이테즈를 발현시키는 단계; 상기 발현된 파이테즈의 특성을 밝혀 역가가 높은 유전자를 선발하는 방법을 통해 여러 파이테즈 유전자 중 페니실리움 옥살리쿰 KCTC 6440 균주 유래 POX 유전자를 선발하는 단계; 상기 페니실리움 옥살리쿰 유래의 신규 파이테즈 유전자(POX)를 포함하는 재조합 벡터 pPICZα A-POX를 제조하는 단계; 상기 벡터로 피치아 파스토리스 GS115 또는 KM71 균주를 형질전환시키고 그 중 파이테즈 발현능이 우수한 균주로서 피치아 파스토리스 GS115/pPICZαA-POX 균주를 최종 선발하는 단계; 및 상기 균주에서 파이테즈를 발현시키는 단계로 이루어진다.The present invention obtains genomic DNA from various fungi and prepares degenerate primers by selecting regions having high homology from the base sequences of existing fungi derived phytase as templates. step; Selecting a gene different from the existing Pitez by obtaining a gene fragment through PCR (PCR) using the primer and comparing the nucleotide sequence with a nucleotide sequence registered in a Gene Bank; Obtaining the nucleotide sequence of the entire phytez gene from the novel phytez gene fragment obtained above by using an Inverse-PCR method; Conjugating the enzyme gene to a Peachia expression vector and transforming the Pychia bacteria to express Paetez; Selecting a POX gene derived from penicillium oxalicum KCTC 6440 strain among several tetez genes by selecting a gene having a high titer by identifying the characteristics of the expressed tetez; Preparing a recombinant vector pPICZα A-POX comprising the novel Paitez gene (POX) derived from the penicillium oxalicum; Transforming the Peachia Pastoris GS115 or KM71 strain with the vector, and finally selecting the Peachia Pastoris GS115 / pPICZαA-POX strain as a strain having excellent Pitez expression ability; And expressing Fightes in the strain.

이하 본 발명의 구체적인 방법을 실시예를 들어 상세히 설명하고자 하지만 본 발명의 권리범위는 이들 실시예에만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the specific method of the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the scope of the present invention is not limited only to these Examples.

실시예 1 : PCR기법을 이용한 신규한 곰팡이 파이테즈 유전자의 확보방법Example 1 method for securing novel fungal phytez gene using PCR technique

제 1 단계 : 디제너레이트 PCR(degenerate PCR)을 통한 파이테즈 유전자의 탐색First Step: Searching for the Paetez Gene by Degenerate PCR

기존에 알려진 다양한 곰팡이 유래의 파이테즈 유전자 서열을 다중정렬(Multiple Alignment)하여 상동성이 높은 부분의 염기서열을 이용하여 하기 표 1과 같은 올리고뉴클레오타이드 프라이머 쌍을 제작하고, 이를 다수의 곰팡이 유전체(genome)를 대상으로 PCR 하였다. 다중정렬에 사용한 파이테즈 유전자는 기존에 알려진 유전자를 서로 비교하여 중복성이 있는 것은 제외하고 90% 미만의 상동성을 갖는 것만 선택하여 사용하였다[참조: GeneBank Accession Numbers: L02421(Aspergillus niger awamori), M94550 (A. niger), AB042805 (A. oryzae), U59804 (A. fumigatus), U59805 (A. terreus), U59802 (Talaromyces thermophilus), U59803 (Emericella nidulans)].Multiple alignment of known fungi-derived Fetez gene sequences was used to prepare oligonucleotide primer pairs as shown in Table 1 using nucleotide sequences of high homology, and a plurality of fungal genomes (genome) ) Was subjected to PCR. The Paetez gene used for multiple alignment was selected to have a homology of less than 90%, except for overlapping with known genes. GeneBank Accession Numbers: L02421 ( Aspergillus niger awamori ), M94550 (A. niger), AB042805 (A. oryzae), U59804 (A. fumigatus), U59805 (A. terreus), U59802 (Talaromyces thermophilus), U59803 (Emericella nidulans)].

곰팡이 유래의 파이테즈 유전자 탐색에 사용한 디제너레이트 프라이머Degenerate Primers Used to Detect Moldy Genes 염기서열Sequence 전방향 프라이머(Forward primer), Py-1, 서열번호 1Forward primer, Py-1, SEQ ID NO: 1 5'-TGGGGHCAVTAYKCGCCNTWCTTYTC-3' (26 mer)5'-TGGGGHCAVTAYKCGCCNTWCTTYTC-3 '(26 mer) 역방향 프라이머(Reverse primer), Py-4, 서열번호 2Reverse primer, Py-4, SEQ ID 2 5'-GTTDCCBSCRCCRTRGCCGTAGTAYTT-3' (27 mer)5'-GTTDCCBSCRCCRTRGCCGTAGTAYTT-3 '(27 mer) 주) Mixed base code : B(G,T,C); D(G,A,T); H(A,T,C); K(G,T); N(A,C,G,T); R(A,G); S(G,C); Y(C,T); V(A,C,G); W(A,T)Note) Mixed base code: B (G, T, C); D (G, A, T); H (A, T, C); K (G, T); N (A, C, G, T); R (A, G); S (G, C); Y (C, T); V (A, C, G); W (A, T)

PD(Potato dextrose) 배지에 3일 배양한 곰팡이 균체를 미라클로즈 (MiraCloth)를 이용하여 회수, 세척하고 동결건조한 후, Zircornium bead로 파쇄한 후, CTAB 버퍼로 처리하였다. 정제된 곰팡이 유전체의 양을 결정한 후, 적량(50ng)을 PCR 반응에 이용하였다. PCR은 선발 가능성을 최대한 높일 수 있도록 터치다운(touch-down)방식으로 다음과 같은 조건에서 수행되었다. Fungal cells incubated in PD (Potato dextrose) medium for 3 days were recovered, washed and lyophilized using MiraCloth, and then crushed with Zircornium bead and treated with CTAB buffer. After determining the amount of purified fungal genome, an appropriate amount (50 ng) was used for the PCR reaction. PCR was performed under the following conditions by a touch-down method to maximize the selection potential.

I. 95℃에서 2분간 디내츄레이션(denaturation); II. 8회의 사이클 (1회 사이클당 어닐링 온도 2℃ 씩 하강)- (1) 95℃에서 30초간 디내츄레이션 (denaturation), (2) 65℃~50℃에서 45 초간 어닐링(annealing), (3) 72℃에서 1분간 신장(extension); III. 30회의 사이클(cycle)-(1) 95℃에서 30초간 디내츄레이션(denaturation), (2) 50℃에서 45초간 어닐링(annealing), (3) 72℃에서 1분간 신장(extension); IV. 72℃에서 7분간 신장(extension), 4℃에서 보관.I. deaturation at 95 ° C. for 2 minutes; II. 8 cycles (annealing temperature lowered by 2 ° C per cycle)-(1) Denaturation at 95 ° C for 30 seconds, (2) Annealing at 65 ° C to 50 ° C for 45 seconds, (3) Extension at 72 ° C. for 1 minute; III. 30 cycles— (1) denaturation at 95 ° C. for 30 seconds, (2) annealing at 50 ° C. for 45 seconds, (3) extension at 72 ° C. for 1 minute; IV. Store at 4 ° C. for 7 minutes at 72 ° C.

상기의 조건에서 PCR을 수행하고 아가로오스 전기영동을 통해 확인한 결과,페니실리움 옥살리쿰(Penicillium oxalicum KCTC 6440)을 포함한 다양한 곰팡이 유전체에서 대략 785 bp의 PCR 산물이 확인되었다(도 1 참조). 이 PCR 산물을 pGEM-T 벡터에 라이게이션(ligation)한 후 (라이게이션 조건: 1.5uL PCR 산물/0.5uL T-vector/2.5uL 2X ligase buffer/0.5uL T4 DNA ligase [Promega]를 포함하는 ligation mixture를 4도에서 16시간동안 방치), E. coli TOP10F' 균주에 형질전환하였다. 785bp 유전자 단편의 염기서열을 결정하고 이 염기서열을 유전자 은행의 것들과 엔씨비아이의 블라스트 프로그램(NCBI Blast search)을 통해 비교하여 알려진 파이테즈 유전자와 유전자의 상동성이 90% 이하인 것을 신규하다고 규정하고, 10종의 신규한 파이테즈 유전자 단편을 확보하였다. As a result of performing PCR under the above conditions and confirming by agarose electrophoresis, PCR products of approximately 785 bp were identified in various fungal genomes including Penicillium oxalicum KCTC 6440 (see FIG. 1). . After ligation of this PCR product to the pGEM-T vector (Ligation conditions: ligation containing 1.5uL PCR product / 0.5uL T-vector / 2.5uL 2X ligase buffer / 0.5uL T4 DNA ligase [Promega]) The mixture was left at 4 degrees for 16 hours) and transformed into E. coli TOP10F 'strain. Determining the nucleotide sequence of the 785 bp gene fragment and comparing it to that of the GenBank through NCBI Blast search to define a novel homology of 90% or less. Then, 10 novel Fetez gene fragments were obtained.

제 2 단계 : Inverse PCR 기법을 통한 전체 파이테즈 유전자의 염기서열 확보2nd step: Securing the nucleotide sequence of whole phytez gene through Inverse PCR technique

인버스(inverse) PCR은 유전자 단편의 염기서열을 기반으로 간단한 과정과 빠른 시간 안에 전체 유전자의 염기서열을 결정할 수 있는 매우 강력한 PCR 기법이다. 상기 제 1 단계에서 신규한 유전자로 확보한 10종의 파이테즈 유전자 단편 중에 페니실리움 옥살리쿰(Penicillium oxalicum KCTC 6440)의 게놈 DNA를 BamHI, BglII, EcoRI, HindIII, PstI, SalI, XbaI, XhoI 의 제한효소(restriction enzyme)로 각각 자르고 (효소처리조건: 1ug DNA/1X buffer/50uL/최적 온도에서 16시간반응), 정제한 후(PCR purification kit, Qiagen) DNA의 농도를 2 ng/㎕되게 조정하여 라이게이션(self ligation) 하였다. 위의 과정을 거친 DNA 단편들은 선형 DNA 에서 원형 DNA로 변화된다. 라이게이션 혼합물을 PCR purification kit(Qiagen)을 이용하여 정제하여 주형(template)으로 사용하였고, 프라이머는 하기 표 2의 것을 사용하였다.Inverse PCR is a very powerful PCR technique that can determine the sequence of the entire gene in a short time and in a short time based on the sequence of the gene fragment. Genomic DNA of Penicillium oxalicum KCTC 6440 in the 10 phytez gene fragments secured by the novel gene in the first step was BamHI, BglII, EcoRI, HindIII, PstI, SalI, XbaI, XhoI. Each was cut with a restriction enzyme of (enzyme treatment condition: 1ug DNA / 1X buffer / 50uL / reaction for 16 hours at optimal temperature), and purified (PCR purification kit, Qiagen) to make the DNA concentration 2 ng / μl. Self ligation. The above fragments of DNA are converted from linear DNA to circular DNA. The ligation mixture was purified using a PCR purification kit (Qiagen) and used as a template, and primers were used in Table 2 below.

염기서열Sequence 전방향 프라이머(Forward primer), INV-1 서열번호 3Forward primer, INV-1 SEQ ID NO: 3 5'-CAAGACTTGGACAAAGGTGAGCTCGC-3' (26mer)5'-CAAGACTTGGACAAAGGTGAGCTCGC-3 '(26mer) 역방향 프라이머(Reverse primer), INV-2 서열번호 4Reverse primer, INV-2 SEQ ID NO: 4 5'-TTCACCGACACCGAGTGGTCCCAG-3' (24mer)5'-TTCACCGACACCGAGTGGTCCCAG-3 '(24mer)

인버스 PCR의 조건은 다음과 같다 [PCR 반응물 조성: 5uL ligated DNA/0.4uM INV-1 & -2 primer/ 0.4mM dNTP/1X buffer/1.25U Taq polymerase/25uL volume].Conditions for inverse PCR were as follows: PCR reaction composition: 5 uL ligated DNA / 0.4 uM INV-1 & -2 primer / 0.4 mM dNTP / 1X buffer / 1.25 U Taq polymerase / 25 uL volume].

I. 94℃에서 1분간 디내츄레이션(denaturation); II. 10회의 사이클(1회 사이클당 어닐링 온도 1℃ 씩 상승)-94℃에서 15초간 디내츄레이션(denaturation), 60℃에서 30 초간 어닐링(annealing), 68℃에서 4분간 신장(extension); III. 20회의 사이클(1회 사이클당 신장 시간 10초씩 증가)- 95℃에서 15초간 디내츄레이션(denaturation), 60℃에서 30 초간 어닐링(annealing), 68℃에서 4분 간 신장(extension); IV. 68℃에서 20분간 신장(extension).I. deaturation at 94 ° C. for 1 minute; II. 10 cycles (annealing temperature increased by 1 ° C. per cycle) —Dentation at 94 ° C. for 15 seconds, Annealing at 60 ° C. for 30 seconds, Extension at 68 ° C. for 4 minutes; III. 20 cycles (increase elongation time per cycle by 10 seconds)-15 seconds of denaturation at 95 ° C., annealing at 60 ° C. for 30 seconds, extension at 68 ° C. for 4 minutes; IV. Extension at 68 ° C. for 20 minutes.

상기 PCR 과정을 통해 얻은 산물은 아가로오스 전기영동을 통해 확인하였다. 총 8종의 제한 효소 처리군 중에서 BamHI, BglII, PstI, SalI 등의 4종의 제한효소 처리군에서만 인버스 PCR 산물이 나타났다(도 2 참조). 이 4종의 PCR 산물을 pGEM-T(Promega™) 벡터에 클로닝하여 염기서열을 결정하였다. 그 결과로서, 페니실리움 옥살리쿰 유래의 파이테즈 유전자(이하, "POX"라 명명함)의 전체 염기서열을 결정하였다(도 3 참조).The product obtained through the PCR process was confirmed by agarose electrophoresis. Among the eight restriction enzyme treatment groups, inverse PCR products appeared only in four restriction enzyme treatment groups such as BamHI, BglII, PstI, and SalI (see FIG. 2). The four PCR products were cloned into pGEM-T (Promega ™) vector to determine the base sequence. As a result, the entire nucleotide sequence of the Paetis gene (hereinafter referred to as "POX") derived from penicillium oxalicum was determined (see FIG. 3).

상기에서 얻어진 페니실리움 옥살리쿰 유래 파이테즈 유전자의 전체 아미노산 서열을 다른 곰팡이 파이테즈 유전자와 비교한 결과, 가장 상동성이 높은 것이 아스퍼길루스 나이거 PhyA(Aspergillus niger PhyA, Accesion No.M94550)로 동일성(identity)이 58.8%이고 상동성 (homology)이 68.8%이다. 같은 페니실리움 속에 속하는 호다이 파이테즈(P. hordei, Accesion No. AX0851913)가 최근 특허로 공개되었는데 이는 POX 파이테즈와 비교시 52.1% 동일성과 61.5% 상동성을 보여 신규성을 확인하였다. 페니실리움 에스피(Penicillium sp., Accesion No. AE48448)의 파이테즈는 상동성이 35.5%로 더 낮다.As a result of comparing the entire amino acid sequence of the Penicillium oxalicum-derived Paitez gene with other fungal Paetez genes, the most homologous was Aspergillus niger PhyA (Acesion No. M94550). The identity is 58.8% and the homology is 68.8%. As was published as No. die pie Handcrafted a recent patent (P. hordei, Accesion No. AX0851913) belonging to the genus Solarium penny chamber which was confirmed novelty show 52.1% identity and 61.5% homologous when compared POX pie Te jeuwa. Penicillium sp. , Accesion No. AE48448, has a lower homology of 35.5%.

위 방법은 이미 알려진 디제너레이트 프라이머 제작, 터치다운 PCR 수행, PCR 산물의 클론, 염기서열 규명, 염기서열 비교, 인버스 PCR용 프라이머 제작, 인버스 PCR 수행 등 방법들을 조합 응용하여 다양한 곰팡이 균주로부터 신규한 파이테즈 유전자를 검색하고 전체 유전자를 얻는 방법을 새로이 고안한 것으로, 이 방법을 통해 다양한 곰팡이 균주로부터 기존에 알려지지 않았던 신규한 유전자를 찾 을 수 있었으며, 그 실시예의 하나로써 POX 파이테즈 유전자의 염기서열을 제시한다.The above method is a novel application from various fungal strains by using a combination of known methods such as preparing a degenerate primer, performing a touchdown PCR, a clone of a PCR product, sequencing, sequencing, a primer for inverse PCR, and performing an inverse PCR. Invented a new method of searching for the Pietez gene and obtaining the entire gene. Through this method, a novel gene that was previously unknown from various fungal strains was found. To present.

실시예 2 : 파이테즈 발현을 위한 재조합 벡터 및 형질전환 균주의 제조Example 2 Preparation of Recombinant Vectors and Transgenic Strains for Fightetz Expression

제 1단계: 파이테즈 유전자의 PCR 증폭 및 클로닝 Step 1: PCR amplification and cloning of the Paetez gene

상기 실시예 1에서 얻어진 페니실리움 옥살리쿰의 파이테즈 유전자, POX의 염기서열을 토대로 피치아 균주에서 발현을 수행할 성숙 유전자(mature gene) 부분만을 얻어낼 수 있는 프라이머를 하기와 같이 제작하였다.Based on the phytez gene of the penicillium oxalicum obtained in Example 1, the nucleotide sequence of POX, a primer capable of obtaining only a mature gene portion to be expressed in the Pchia strain was prepared as follows. .

POX4 프라이머는 피치아 파스토리스 벡터인 pPICZαA의 클로닝 부위에 존재하는 제한효소, EcoRI 의 인지서열(recognition sequence)을 5' 말단에 만들어 주었고, 또한 POX ORF(open reading frame)에 맞추어 제작하였다. POX5 프라이머 역시 ORF에 맞추어 제작하였으며, 5' 말단에 종료 코돈(stop codon)을 삽입하여 주었다.The POX4 primers produced a recognition sequence of EcoRI, a restriction enzyme present in the cloning site of pPICZαA, a Peachia pastoris vector, at the 5 'end, and was also made in accordance with the POX open reading frame (ORF). POX5 primers were also prepared in accordance with ORF, and a stop codon was inserted at the 5 'end.

페니실리움 옥살리쿰 파이테즈 유전자(POX)의 클로닝에 사용한 프라이머Primer used for cloning penicillium oxalicum phytez gene (POX) 염기서열Sequence 전방향 프라이머(Forward primer), POX4 서열번호 5Forward primer, POX4 SEQ ID NO: 5 5'-TTGAATTCCGTACCTGTGATACCGGTGACGGTGGC-3' EcoR I5'-TT GAATTC CGTACCTGTGATACCGGTGACGGTGGC-3 ' Eco R I 역방향 프라이머(Reverse primer), POX5 서열번호 6Reverse primer, POX5 SEQ ID NO: 6 5'-TTCACTTTGAAGAAACGCCACATT-3' Stop Codon5'-T TCA CTTTGAAGAAACGCCACATT-3 'Stop Codon

상기의 POX4와 POX5를 프라이머로 하고, 페니실리움 옥살리쿰 유전체(genomic DNA)를 주형으로 하여, 어닐링 온도는 55℃, 총 30 사이클 동안 PCR을 수행하여 얻은 산물을 pGEM-T 클로닝 벡터에 삽입하여 재차 염기서열을 확인 하였다.Using the above-described POX4 and POX5 as a primer, the penicillium oxalicum genome (genomic DNA) as a template, the annealing temperature is 55 ℃, the product obtained by performing PCR for a total of 30 cycles is inserted into the pGEM-T cloning vector The sequence was checked again.

제 2단계: 파이테즈 유전자를 벡터 pPICZαA에 삽입(ligation)Step 2: ligation into the vector pPICZαA

pGEM-T 벡터에 클로닝된 성숙 POX 유전자를 제한 효소 EcoRI 과 NotI 으로 절단한 후, 피치아 파스토리스 발현용 벡터인 pPICZαA의 다중클로닝 부위(Multiple Cloning Site)에 존재하는 동일 제한효소 부위에 삽입하였다(도 4 참조). 삽입 산물(ligation product)을 40 ㎕의 E. coli TOP10F' 컴피턴트 세포(competent cell)에 혼합한 후, 0.2cm 큐벳에 넣어 얼음위에서 5분간 반응하였다. Bio-Rad 사의 전기천공기(electroporator)를 이용하여 2.5 KV, 5 ms 의 조건으로 전기천공(electroporation)을 수행하였다. The mature POX gene cloned into the pGEM-T vector was digested with the restriction enzymes EcoRI and NotI, and then inserted into the same restriction enzyme site present in the multiple cloning site of pPICZαA, a vector for the expression of Peachia pastoris ( See FIG. 4). The ligation product was mixed in 40 μl of E. coli TOP10F 'competent cells, and placed in a 0.2 cm cuvette for 5 minutes on ice. Electroporation was performed under the conditions of 2.5 KV and 5 ms using an electroporator manufactured by Bio-Rad.

전기천공 후, 형질전환 세포는 저염 LB 한천배지(Low salt Luria-Bertani Agar Medium ; 배지 1리터 당 10g 트립톤, 5g 염화나트륨, 5g 효모추출물, 15g 한천, 수산화나트륨(NaOH)을 이용하여 pH 7.5로 조정 + 25 ㎍/mL 제오신(Zeocin™))에서 배양하였다. 선별한 형질전환체로부터 플라스미드(plasmid) DNA를 추출한 후, DNA 염기서열을 확인하여 파이테즈를 발현시킬 수 있는 재조합 플라스미드 pPICZα A-POX 벡터를 최종 선발하였다 (도 4 및 도 5 참조).After electroporation, the transformed cells were low pH LB agar medium (Low salt Luria-Bertani Agar Medium; pH 7.5 using 10 g tryptone, 5 g sodium chloride, 5 g yeast extract, 15 g agar, sodium hydroxide (NaOH) per liter of medium). Incubation + 25 μg / mL Zeocin ™ was incubated. After plasmid DNA was extracted from the selected transformants, the recombinant plasmid pPICZα A-POX vector capable of expressing phytez was confirmed by final DNA sequencing (see FIGS. 4 and 5).

제 3 단계: 피치아 파스토리스 GS115 또는 KM71의 형질 전환Third Step: Transformation of Pchia Pastoris GS115 or KM71

16 시간 배양한 E.coli Top10F' / pPICZαA-POX 세포에서 Promeaga 사의 Wizard plasmid purification Kit로 벡터 DNA를 정제하였다. 50 ㎍ 정제 DNA를 형 질전환 효율을 높이기 위해 BglII 제한효소로 처리하여 선형으로(linearized) 만들어 준 후, 제한효소 반응액과 동일한 부피의 페놀:클로로포름:아이소아밀알코올 (25:24:1) 용액 처리과정으로 단백질을 제거하고, 1/10 부피의 3M 초산나트륨(sodium acetate), pH 5.2 용액과 2 배 부피의 에탄올을 처리하여 침전농축하였다.Vector DNA was purified by Promeaga's Wizard plasmid purification Kit from E. coli Top10F '/ pPICZαA-POX cells incubated for 16 hours. 50 ㎍ purified DNA was linearized by treatment with BglII restriction enzyme to increase the conversion efficiency, and then the same volume of phenol: chloroform: isoamyl alcohol (25: 24: 1) solution as the restriction enzyme reaction solution. The protein was removed by treatment, and precipitated by treatment with 1/10 volume of 3M sodium acetate, pH 5.2 solution and 2 times volume of ethanol.

숙주균주인 피치아 파스토리스 GS115(인비트로젠(INVITROGEN)사 제품, 카달로그 번호 C181-00) 또는 KM71(인비트로젠사 제품, 카달로그 번호 C183-00) 효모는 YPD 배지(배지 1 리터 당 10 g 효모추출물(Yeast extract), 20g 펩톤(Peptone), 20g 포도당(Dextrose), pH 5.8) 50mL에 접종하여 대략 20 시간동안 30 ℃에서 200 rpm으로 진탕 배양한 다음 0.5mL을 500mL의 YPD 배지 (2L 플라스크)에 접종하고 600nm에서 흡광도(OD600)가 1.3 에 도달할 때까지 30 ℃에서 200 rpm으로 진탕 배양하였다. 배양액을 4 ℃에서 1,500 x g 로 5분간 원심분리한 후, 500mL의 냉각된 멸균 증류수로 펠렛(pellet)을 현탁하여 동일 조건으로 원심분리하고 재차 250mL의 냉각된 멸균 증류수로 동일 과정을 반복한다. 최종 부피가 1.5mL이 되게 냉각된 멸균 증류수로 최종 세포를 현탁하여 컴피턴트 세포(competent cell)를 만들었다. 이 컴피턴트 세포 80 ㎕과 선형 DNA 10 ㎍을 섞어 0.2 cm 전기천공용 큐벳(electroporation cuvette)에 넣고 얼음에서 5분간 정치 후 1500 volt, 200 Ω 에서 전기천공을(electroporation)하여 형질전환시켰다. 전기천공 후, 즉시 1 mL의 1 M 솔비톨(sorbitol)을 붓고 멸균된 15 mL 코니컬 튜브(conical tube)에 옮긴 후 30℃ 배양기에서 대략 150 rpm으로 1시간동안 진탕배양한다. 배양을 마치면 YPDS-zeocin 한천배지(YPD + 1M Sorbitol + 100 ㎍/mL Zeocine, pH 6.5)에 100 ~ 300 ㎕ 씩 형질전환 세포를 도말하여 30 ℃에서 대략 2 ~ 4일, 콜로니(colony)가 형성될 때까지 배양하였다. Host strain Pychia Pastoris GS115 (Invitrogen, catalog No. C181-00) or KM71 (Invitrogen, catalog No. C183-00) yeast is 10 g per 1 liter of medium Inoculated into 50 mL of yeast extract, 20 g peptone, 20 g glucose (Dextrose), pH 5.8, shake incubated at 200 rpm for 30 hours at 30 ° C., and 0.5 mL of 500 mL YPD medium (2 L flask). ) Was inoculated and shaken at 300 nm at 200 rpm until absorbance (OD600) reached 1.3. After centrifugation of the culture solution at 1,500 × g for 5 minutes at 4 ° C., the pellets are suspended with 500 mL of cooled sterile distilled water, centrifuged under the same conditions, and the same process is repeated with 250 mL of cooled sterile distilled water. Competent cells were prepared by suspending the final cells with sterile distilled water cooled to a final volume of 1.5 mL. 80 μl of the competent cells and 10 μg of linear DNA were mixed, placed in a 0.2 cm electroporation cuvette, and allowed to stand on ice for 5 minutes, followed by transformation by electroporation at 1500 volts and 200 μs. Immediately after electroporation, 1 mL of 1 M sorbitol is poured and transferred to a sterile 15 mL conical tube and shaken for 1 hour at approximately 150 rpm in a 30 ° C. incubator. At the end of the culture, transformed cells were transformed into YPDS-zeocin agar medium (YPD + 1M Sorbitol + 100 ㎍ / mL Zeocine, pH 6.5) at 100 to 300 μl and colonies were formed at 30 ° C. for about 2 to 4 days. Incubate until

제 4 단계 : 피치아 파스토리스 형질전환체의 선발(screening)Step 4: Screening of Pchia Pastoris Transformants

제오신 저항성 균주 중에서 재조합 파이테즈 발현 균주의 선발은 MMH-Phytate 한천배지를 이용하여 수행하였다. 본 발명에서 사용한 MMH-Phytate 한천배지의 조성과 제법(배지 1 리터 당)은 하기와 같다.Selection of recombinant phytez expressing strains among the zeocin resistant strains was performed using MMH-Phytate agar medium. The composition and preparation method (per 1 liter of medium) of the MMH-Phytate agar medium used in the present invention are as follows.

20 g 의 한천(Bacto Agar)을 750 mL 의 증류수에 녹이고 증기멸균 (Autoclave)한다. 멸균이 끝나면 항온수조에서 60℃로 냉각한다. 5 mL의 2 % 미오이노시톨(myo-Inositol) 증기멸균 용액, 15 mL의 20 % 염화 칼슘(CaCl2) 증기멸균 용액, 30 mL의 20 % 나트륨 파이틱산(Na-Phytate), pH 6.0 여과멸균 용액을 교반하면서 순차적으로 첨가하여 반응시킨다. 나트륨 파이틱산이 첨가됨에 따라 흰색 침전물이 발생한다. 침전물의 크기가 미세하고 균일하도록 용액을 천천히 일정하게 첨가하도록 한다. 100 mL의 10X YNB (13.4% Yeast Nitrogen Base with amino acids), 2 mL의 500X Biotin (0.02% Biotin), 100 mL의 10X Methanol (5% Methanol) 용액을 교반하면서 첨가한다. YPD-zeocin 한천배지에서 형성된 콜로니를 0.2mL 파이펫 팁(pipette tip)으로 MMH-Phytate 한천배지에 옮겨 배양하였다. 그 결과 파이테즈의 작용으로 인해 투명환이 발생하며, 이 투명환의 크기로서 파이테즈 발현능이 우수한 균주를 선발하였다. 20 g of agar (Bacto Agar) is dissolved in 750 mL of distilled water and autoclaved. After sterilization, cool to 60 ℃ in a constant temperature water bath. 5 mL of 2% myo-Inositol steam sterilization solution, 15 mL of 20% calcium chloride (CaCl 2 ) steam sterilization solution, 30 mL of 20% sodium phytic acid (Na-Phytate), pH 6.0 filtered sterilization solution Are added sequentially while stirring to react. As sodium phytic acid is added, a white precipitate develops. The solution is slowly and consistently added so that the precipitate is fine and uniform in size. 100 mL of 10X YNB (13.4% Yeast Nitrogen Base with amino acids), 2 mL of 500X Biotin (0.02% Biotin), and 100 mL of 10X Methanol (5% Methanol) solution are added with stirring. Colonies formed in YPD-zeocin agar medium were transferred to MMH-Phytate agar medium with 0.2 mL pipette tips. As a result, a clear ring occurs due to the action of the phytées, and as a size of the clear ring, a strain having excellent phytez expression ability was selected.

제 5 단계 : 피치아 파스토리스 pPICZαA-POX의 파이테즈 발현 여부 조사Step 5: Investigate whether Pyte Pastoris pPICZαA-POX expresses phytez expression

상기 제 4 단계에서 선발된 균주들을 플라스크 액체 배양을 통해 파이테즈 정량 분석 실험(phytase assay)을 실시하였다. 50 mL의 GMMY 배지(Invitrogen)가 들어있는 500 mL 배플 플라스크(baffle flask)에 선발 균주를 접종하고, 24시간 동안 배양하였다. 1 mL의 배양액을 시료로 취하고, 50X 메탄올을 최종 0.5%농도가 되게 첨가하여 파이테즈의 발현을 유도하였다. 첫 메탄올 발현 유도 이후, 72시간 까지 매 24시간 마다 메탄올 첨가를 반복하였다. 시료는 12,000 x g에서 5분간 원심분리하여 취한 상층액(supernatant)으로 파이테즈 효소 역가 분석, 단백질 정량을 수행하고, 펠렛(pellet)으로 세포중량(wet cell weight)을 측정하였다.The strains selected in the fourth step were subjected to a phytase assay through a flask liquid culture. A selection strain was inoculated into a 500 mL baffle flask containing 50 mL of GMMY medium (Invitrogen) and incubated for 24 hours. 1 mL of the culture was taken as a sample and 50X methanol was added to a final 0.5% concentration to induce the expression of Paitez. After the first induction of methanol expression, methanol addition was repeated every 24 hours until 72 hours. Samples were subjected to Pitez enzyme titer analysis and protein quantification with a supernatant taken by centrifugation at 12,000 x g for 5 minutes, and the cell weight was measured by pellets.

파이테즈 효소 역가 분석은 배양 시료의 상층액을 0.1 M 구연산 나트륨(Sodium citrate), pH 5.5 완충액에 0.25% 나트륨 파이틱산(Sigma)가 용해된 기질용액에 넣어 1 mL이 되게 하고, 이 용액을 37℃에서 30분간 반응시킨 후, 1mL의 5% 삼염화초산(trichloroacetic acid) 용액을 첨가하여 반응을 종료하였다. 종료된 시료에서 100㎕를 취하여 900㎕의 증류수에 희석한 후, 1 mL의 발색시약 (0.5% 암모늄 몰리브데이트 : 0.6M 황산 : 2% 아스코르빈산)을 첨가하여 50 ℃에서 10분간 발색반응을 수행하고, 820 nm에서의 흡광도로 유리된 무기인(inorganic phosphate)을 정량하였다. 파이테즈 효소 역가 1 Unit 는 상기 조건하에서 1분 동안 1 mole 의 무기인산을 유리하는 효소의 양으로 정의하였다.The Pitez enzyme titer assay was performed by adding the supernatant of the culture sample to a substrate solution in which 0.25% sodium phytic acid (Sigma) was dissolved in 0.1 M sodium citrate, pH 5.5 buffer, and adding this solution to 37 mL. After reacting for 30 minutes at 1 ° C., 1 mL of 5% trichloroacetic acid solution was added to terminate the reaction. 100 μl of the finished sample was diluted in 900 μl of distilled water, and then, 1 mL of color developing reagent (0.5% ammonium molybdate: 0.6M sulfuric acid: 2% ascorbic acid) was added and the color reaction was performed at 50 ° C. for 10 minutes. Was performed, and the inorganic phosphate liberated by absorbance at 820 nm was quantified. 1 unit of Fightez enzyme titer was defined as the amount of enzyme that liberates 1 mole of inorganic phosphoric acid for 1 minute under the above conditions.

단백질은 Bio-Rad 사의 Protein Assay Kit를 이용하여 595nm에서 흡광도로 정량하였다. 1mL 의 배양액(broth)을 12,000 x g에서 10분간 원심분리하고, 펠렛을 회수하여 80℃에서 2시간 동안 건조한 후, 건조세포중량을 측정하였다.Protein was quantified by absorbance at 595nm using the Protein Assay Kit of Bio-Rad. 1 mL broth was centrifuged at 12,000 x g for 10 minutes, the pellets were collected and dried at 80 ° C. for 2 hours, and then dried cell weight was measured.

실시예 3 : 재조합 파이테즈의 생산 및 특성 조사Example 3 Production and Characterization of Recombinant Fightz

제 1 단계 : 7 리터 발효조에서 재조합 파이테즈의 생산 First step: production of recombinant phytez in a 7 liter fermenter

플라스크 실험을 거쳐 파이테즈 발현능이 우수한 균주로서, 피치아 파스토리스 GS115/pPICZαA-POX 균주를 최종 선발하였다. 상기 형질전환 균주 피치아 파스토리스 GS115/pPICZαA-POX (Pichia pastoris GS115/pPICZαA-POX)는 한국생명공학연구원 유전자원센터(KCTC)에 2002년 11월 27일자로 기탁하여 기탁번호 KCTC-10386BP를 부여받았다.As a strain having excellent phytez expression ability through a flask experiment, a Peachia pastoris GS115 / pPICZαA-POX strain was finally selected. The transformed strain blood Chiapas pastoris GS115 / pPICZαA-POX (Pichia pastoris GS115 / pPICZαA-POX) is a Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology Genetic Resources Center (KCTC) to give the KCTC-10386BP accession number and deposit on November 27, 2002 received.

상기 균주를 실험실 수준의 발효조에서 배양하여 그 특성을 살펴보았다. 본 발명에서 사용한 발효실험은 Invitrogen™ 사의 피치아 발효지침에 따라 수행하였다. 선발 균주를 MGY 배지 100ml에 접종하여 30℃에서 20시간 진탕배양 후, 2 L 발효 배지에 접종한다. 24시간 글리세롤 회분발효 후, 4시간 정도 글리세롤로 유가배양하고, 70시간 정도의 메탄올 유가배양을 수행하였다. 유가배양시 배지의 첨가는 용존산소량(DO)을 기준으로 결정하였다. 대략 12시간 간격으로 시료를 취하고, 파이테즈 효소역가, 단백질 농도, 세포중량등을 분석하였다. The strains were cultured in a laboratory fermenter and examined for their properties. Fermentation experiments used in the present invention were carried out according to the Peachia fermentation guidelines of Invitrogen ™. Selected strains were inoculated in 100 ml of MGY medium, shaken at 30 ° C. for 20 hours, and then inoculated in 2 L fermentation medium. After 24 hours of glycerol batch fermentation, oil culture was carried out with glycerol for about 4 hours, and methanol oil culture for about 70 hours was performed. The medium was added on the basis of dissolved oxygen (DO). Samples were taken at approximately 12 hour intervals, and analyzed for Paitez enzyme titers, protein concentrations, and cell weights.

발효가 종료된 후, 파이테즈 효소역가는 470 U/mL, 단백질 농도는 1.1 g/L, 건조전세포중량 (WCW, wet cell weight)은 350g/L, 건조세포 중량(DCW, dry cell weight)은 90 g/L 수준으로 분석되었다(도 6 참조). 또한 음이온 세제인 SDS를 포함하는 폴리아크릴아마이드 겔 전기영동(SDS-PAGE)을 통해 발효 배양액을 분석한 결과, 64.6 KDa의 분자량을 갖고 있음을 확인하였다(도 7 참조).After fermentation is complete, phytase enzyme titer is 470 U / mL, protein concentration is 1.1 g / L, dry cell weight (WCW) is 350g / L, dry cell weight (DCW) Was analyzed at the 90 g / L level (see FIG. 6). In addition, as a result of analyzing the fermentation broth by polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) containing an SDS as an anionic detergent, it was confirmed that it has a molecular weight of 64.6 KDa (see Fig. 7).

PSS 용액(0.2% α-naphtyl phosphate, 0.1% Fast Garnet GBC, 50 mM 초산나트륨 용액, pH 5.2)으로 전기영동을 수행한 겔을 반응시켜서 효소활성을 확인하는 자이모그램(Zymogram) 실험을 수행한 결과, SDS-PAGE에서 예상한 동일한 위치에서 포스파타아제 활성이 확인되었다(도 7 참조). 파이테즈 역시 포스파타아제의 일종이므로 상기의 자이모그램 실험은 파이테즈의 활성에 의한 것이라고 보는 것이 타당하다.Zymogram experiment was performed to confirm the enzymatic activity by reacting gels subjected to electrophoresis with PSS solution (0.2% α-naphtyl phosphate, 0.1% Fast Garnet GBC, 50 mM sodium acetate solution, pH 5.2). As a result, phosphatase activity was confirmed at the same position expected in SDS-PAGE (see FIG. 7). Since phytase is also a kind of phosphatase, it is reasonable to assume that the zymogram experiment is due to the activity of phytase.

제 2 단계 : 재조합 파이테즈의 N-말단 아미노산 서열분석 Second Step: N-terminal Amino Acid Sequencing of Recombinant Fightz

SDS-PAGE 분석에서 파이테즈이외의 단백질 밴드가 거의 보이지 않아 SDS-PAGE 후에 단백질을 PVDF 막에 전기영동방법으로 옮긴 후 파이테즈 밴드 부분만 절단하여 N-말단 아미노산의 서열을 분석하였다.In the SDS-PAGE analysis, almost no protein band other than Paitez was seen. After SDS-PAGE, the protein was transferred to the PVDF membrane by electrophoresis, and only the Paitez band was cut to analyze the N-terminal amino acid sequence.

재조합 POX 파이테즈 효소의 분자량과 N- 말단 아미노산 서열Molecular Weight and N-terminal Amino Acid Sequence of the Recombinant POX Fightase Enzyme 분자량Molecular Weight N- 말단 아미노산 서열N-terminal amino acid sequence DNA 분석 이론 예상치DNA Analysis Theory Estimates 49 kDa49 kDa Glu-Ala-Glu-Ala-Glu-Phe-Arg-Thr-Cys-AspGlu-Ala-Glu-Ala-Glu-Phe-Arg-Thr-Cys-Asp 실험결과Experiment result 64.6 kDa64.6 kDa Glu-Ala-Glu-Ala-Glu-Phe-Arg-Thr-X*-AspGlu-Ala-Glu-Ala-Glu-Phe-Arg-Thr-X * -Asp 주)* 시스테인(Cysteine) 이거나 변형된 아미노산(Modified amino acid)일 가능성이 큼* Likely to be cysteine or modified amino acid

상기 결과에 따르면, 피치아 파스토리스 GS115/pPICZαA-POX 균주에서 생산된 유전자 재조합 파이테즈는 정상적으로 발현되었고, 예상했던 Kex 2 시그널 절단부위(Glu-Lys-Arg * Glu-Ala-Glu-Ala ; *는 절단부위를 표시)에서 정확히 절단되어 세포외로 분비되었다(도 5 및 도 7 참조). 이론분자량 (49kDa)과 실제측정한 분자 량 (64.6 kDa)의 차이는 약 25%의 당쇄가 부가(glycosylation) 되었음을 의미한다. 피치아 파스토리스 GS115/pPICZαA-POX 균주에서 발현되는 재조합 파이테즈의 아미노산 서열은 도 5와 같다. 밑줄 친 부분은 pPICZαA 벡터에 내재된 알파 메이팅팩터의 분비시그널이며 Kex2에 의해 이 부분이 잘라져 성숙한 POX 단백질이 분비된다.According to the results, the recombinant Pytease produced in the Pchia pastoris GS115 / pPICZαA-POX strain was normally expressed, and the expected Kex 2 signal cleavage site (Glu-Lys-Arg * Glu-Ala-Glu-Ala; * Was cleaved accurately and secreted extracellularly (see FIGS. 5 and 7). The difference between the theoretical molecular weight (49 kDa) and the actual molecular weight (64.6 kDa) means that about 25% of the sugar chains were glycosylated. The amino acid sequence of the recombinant Paitez expressed in the Pchia pastoris GS115 / pPICZαA-POX strain is shown in FIG. 5. The underlined portion is the secretion signal of the alpha mating factor inherent in the pPICZαA vector, which is cleaved by Kex2 to secrete the mature POX protein.

제 3 단계 : 재조합 파이테즈의 효소특성 분석 Step 3: Enzymatic Characterization of Recombinant Fightz

재조합 파이테즈의 pH가 효소역가에 미치는 영향을 글리신산염(pH 2.0 ~ 3.5), 구연산나트륨(pH 4.0 ~ 6.5), 트리스산염(pH 7.0 ~ 8.5) 완충액등을 0.2 M 농도로 조제하여 조사하였다. 실험결과 피치아 파스토리스에서 생산한 재조합 파이테즈는 pH 5.5에서 최적 pH(optimum pH)를 가지며, pH 4.5에서 pH 6.6 까지 이르는 범위에서는 총활성의 60% 정도의 활성을 보여준다. The effect of the pH of the recombinant Paitez on the enzyme activity was investigated by preparing glycine (pH 2.0 to 3.5), sodium citrate (pH 4.0 to 6.5), trisate (pH 7.0 to 8.5) buffers at 0.2 M concentration. As a result of the experiment, Pytha Pastoris produced Recombinant Paitez had an optimal pH at pH 5.5 and showed 60% of the total activity in the range of pH 4.5 to pH 6.6.

재조합 파이테즈의 최적 온도는 4℃에서부터 80℃까지의 범위에서 조사하였다. 실험결과 피치아 파스토리스에서 생산한 재조합 파이테즈는 50℃에서 최적 온도를 나타내며, 대략 30℃ 에서 60℃ 까지 50%의 활성을 보여준다. 상기 실험은 실시예 2의 제 5단계에서 기술한 방법으로 파이테즈 효소 역가를 측정하였다.The optimum temperature of the recombinant Fightez was investigated in the range from 4 ° C to 80 ° C. As a result of the experiment, the recombinant Paitez produced by Pchia Pastoris showed the optimum temperature at 50 ° C and showed 50% of the activity from about 30 ° C to 60 ° C. The experiment measured the Pytease enzyme titer by the method described in the fifth step of Example 2.

P. pastoris pPICZαA-POX에서 발현된 재조합 파이테즈의 효소활성Enzyme Activity of Recombinant Phytez Expressed in P. pastoris pPICZαA-POX 구분division 단백질 농도(mg/ml)Protein concentration (mg / ml) 효소 역가(U/ml)Enzyme Titer (U / ml) 특이적 활성도(U/mg)Specific activity (U / mg) 상층액Supernatant 1.11.1 470470 427427 주) pH 5.5, 37℃에서 30분간 반응 시켰으며 1unit은 무기인을 1분에 1 μmol 분리해 낼 수 있는 효소의 양으로 정의한다.Note) The reaction was performed at pH 5.5 and 37 ℃ for 30 minutes, and 1 unit is defined as the amount of enzyme capable of separating 1 μmol of inorganic phosphorus per minute.

조효소액의 효소역가가 427unit/mg 으로 기존에 알려진 곰팡이 파이테즈와 비교하여 매우 높았다. 현재까지 알려진 효소역가가 가장 높은 것은 담자균류에 속하는 곰팡이 4종 (Peniophora lycii, Agrocybe pediades, Ceriporia sp., Trametes pubescens)으로부터 분리한 파이테즈로 400-1200 Unit/mg 이었다[참조: Appl Environ Microbiol 67:4701-7 (2001)]. 파이테즈 시장을 선점하여 시장점유율이 가장 높은 Natuphos(네덜란드 BASF사) 는 아스퍼길루스 나이거로부터 유래한 파이테즈인데 효소활성이 100 unit/mg 으로 낮다. 다른 곰팡이 파이테즈의 역가는 8-190 unit/mg 정도로 다양하다. 따라서 본 발명에 의한 POX 파이테즈는 상기한 담자균류의 효소활성과 비슷할 정도로 높은 활성을 지닌 신규한 파이테즈로 분류할 수 있다.The enzyme titer of the crude enzyme solution was 427 units / mg, which was very high compared to the known fungi Fightez. The highest enzyme titer known to date was 400-1200 Unit / mg of phytze isolated from four fungal fungi ( Peniophora lycii, Agrocybe pediades, Ceriporia sp., Trametes pubescens ) belonging to basidiomycetes . Appl Environ Microbiol 67 : 4701-7 (2001). Natuphos (Netherlands BASF Co., Ltd.), which has the highest market share in the phytez market, is a phytze derived from Aspergillus Niger and has low enzymatic activity of 100 units / mg. Other fungal Fighters titers vary from 8-190 units / mg. Therefore, the POX fightes according to the present invention can be classified into novel fightes having a high activity similar to the enzyme activity of the basidiomycete described above.

이상의 실시예를 통하여 기술한 바와 같이 본 발명은 매우 효율적으로 신규 파이테즈 효소 유전자를 다수의 곰팡이 균주로부터 검색하는 방법을 고안하여 실증하였고 이렇게 얻어진 파이테즈 유전자 중 하나인 페니실리움 옥살리쿰 POX 파이테즈 유전자를 다량으로 발현하는 벡터시스템, pPICZαA-POX을 구축하여 피치아 파스토리스(Pichia pastoris) 효모균주에 도입하여 형질전환시킴으로써 다량의 역가가 뛰어난 재조합 파이테즈 효소를 생산하는 균주를 선발하였다. 본 발명에서 상기한 신규 유전자를 찾는 방법은 파이테즈 뿐만 아니라 기타 효소류의 선발에도 유용하게 적용될 수 있는 방법이며 또한 이 재조합 파이테즈는 사료 첨가물로 사용시 단위 동물의 분뇨 내 인의 배설량을 감소시키고 곡물류의 소화율을 개선하는 효과가 있을 것으로 기대되어 본 발명은 축산업 및 환경보전 산업상 매우 유용한 발명인 것이다. As described through the above examples, the present invention was designed and demonstrated very efficiently to search for a novel Pytease enzyme gene from a number of fungal strains. A vector system expressing a large amount of Tez gene, pPICZαA-POX, was constructed and transformed into a Pichia pastoris yeast strain, thereby selecting a strain that produces a recombinant phytase enzyme having a high titer. In the present invention, the method for finding the new gene may be usefully applied to the selection of other enzymes as well as phytez. The recombinant phytez also reduces the amount of phosphorus excretion in the manure of the unit animal when used as a feed additive. The present invention is expected to have an effect of improving the digestibility is a very useful invention in the livestock industry and environmental conservation industry.

<110> Choongan Co.,Ltd <120> A novel phytase gene derived from Penicillium oxalicum and a Pichia pastoris transformant producing the phytase <160> 7 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer for degenerate PCR <400> 1 tgggghcavt aykcgccntw cttytc 26 <210> 2 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer for degenerate PCR <400> 2 gttdccbscr ccrtrgccgt agtaytt 27 <210> 3 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer for Inverse PCR <400> 3 caagacttgg acaaaggtga gctcgc 26 <210> 4 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer for Inverse PCR <400> 4 ttcaccgaca ccgagtggtc ccag 24 <210> 5 <211> 35 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer for POX cloning <400> 5 ttgaattccg tacctgtgat accggtgacg gtggc 35 <210> 6 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer for POX cloning <400> 6 ttcactttga agaaacgcca catt 24 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Claims (4)

삭제delete 서열목록 서열번호 1과 2의 프라이머 세트를 이용하여 PCR 기법을 통해 얻은 서열목록 서열번호 7로 표시되는 페니실리움 옥살리쿰(Penicillium oxalicum) KCTC6440 유래의 파이테즈 유전자(POX).The phytze gene (POX) derived from Penicillium oxalicum KCTC6440 represented by SEQ ID NO: 7 obtained by PCR technique using a primer set of SEQ ID NOs: 1 and 2. 제2항의 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 형질전환된 피치아 파스토리스 GS115/pPICZαA-POX (Pichia pastoris GS115/pPICZαA-POX) KCTC 10386BP.Claim 2 of the transformed blood with a recombinant vector containing the gene Chiapas pastoris GS115 / pPICZαA-POX (Pichia pastoris GS115 / pPICZαA-POX) KCTC 10386BP. 제3항의 균주로부터 발현되는 것을 특징으로 하는 재조합 파이테즈 효소.Recombinant phytase enzyme, characterized in that expressed from the strain of claim 3.
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