KR100801103B1 - Artificial bidirectional promoter for activation of gene expression - Google Patents

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Abstract

양방향들로의 유전자 발현의 활성화 및 전사의 조절을 위한 양방향성 모듈이 개시된다. 양방향성 모듈은 '전사 개시 모듈(Transcription Initiation Module)'로부터 높은 수준의 발현을 달성하는 '전사 활성화 모듈(Transcription Activating Module)'을 제공하기 위해 전략적으로 배열된, 복수 개의 시스 조절적인 DNA 서열 요소들을 포함한다. 후자는 최소 프로모터(minimal promotor)같이 작용한다. 전자는 후자로부터 양방향들로 동시에 전사를 활성화하고 또한 양방향들에서 여러가지 전사 유도, 외부 자극들에 반응한다. 이는 인위적으로 설계된 양방향성 전사 모듈이기 때문에, 식물 게놈에는 대응되는 DNA 서열을 갖지 않는다. 이는 유전자들이 상동성에 기반한 메카니즘들에 의해 사일런싱(silencing)될 수 있는 기회들을 감소시킨다. 이와 같은 양방향성 프로모터 모듈은, 따라서, 식물들에서 유전공학을 위한 효율적인 벡터들을 개발하기 위해 이용될 수 있다.Bidirectional modules for the activation of gene expression in both directions and for the regulation of transcription are disclosed. The bidirectional module includes a plurality of cis-regulatory DNA sequence elements strategically arranged to provide a Transcription Activating Module that achieves a high level of expression from the Transcription Initiation Module. do. The latter acts like a minimal promotor. The former activates transcription simultaneously from the latter in both directions and also responds to various transcription induction, external stimuli in both directions. Since it is an artificially designed bidirectional transcription module, it does not have a corresponding DNA sequence in the plant genome. This reduces the opportunities for genes to be silencing by homology based mechanisms. Such a bidirectional promoter module can thus be used to develop efficient vectors for genetic engineering in plants.

양방향성 프로모터, 식물 형질전환 벡터, 전산 생물학, 인위적으로 설계된 프로모터, 전사 개시 모듈(TIM), 전사 활성화 모듈(TAM) Bidirectional promoter, plant transformation vector, computational biology, artificially designed promoter, transcription initiation module (TIM), transcription activation module (TAM)

Description

유전자 발현의 활성화를 위한 인위적인 양방향성 프로모터{Artificial bidirectional promoter for activation of gene expression}Artificial bidirectional promoter for activation of gene expression

본 발명은 양방향성 프로모터 모듈(bidirectional promotor module)로도 불릴 수 있는 완전히 인위적인 양방향성 발현 모듈을 포함한다. 양방향성 모듈은 '전사 개시 모듈(Transcription Initiation Module)'로부터 높은 수준의 발현을 달성하는 '전사 활성화 모듈(Transcription Activating Module)'을 제공하기 위해 전략적으로 배열된, 복수 개의 시스 조절성 DNA 서열 요소들(cis regulatory DNA sequence elements)을 포함한다. 후자는 최소 프로모터(minimal promotor)같이 기능한다. 전자는 후자로부터 양방향들로 동시에 전사를 활성화하고 또한 양방향들에서 여러가지 전사 유도성 외부 자극들(transcription inducing external stimuli)에 반응한다. 본 발명은 인위적으로 설계된 양방향성 전사 모듈이기 때문에, 식물 게놈에 이에 대응되는(equivalent) DNA 서열을 갖지 않는다. 이는 유전자들이 상동성에 기반한 메카니즘들(homology-based mechanisms)에 의해 사일런싱(silencing)되는 가능성들을 감소시킨다. 이와 같은 양방향성 프로모터 모듈은, 따라서, 식물들에서 유전공학을 위한 효율적인 벡터들을 개발하기 위해 이용될 수 있다.The present invention includes a fully artificial bidirectional expression module, which may also be referred to as a bidirectional promotor module. The bidirectional module comprises a plurality of cis-regulatory DNA sequence elements strategically arranged to provide a Transcription Activating Module that achieves a high level of expression from the Transcription Initiation Module. cis regulatory DNA sequence elements). The latter functions like a minimal promotor. The former activates transcription simultaneously from the latter to both directions and also responds to various transcription inducing external stimuli in both directions. Because the present invention is an artificially designed bidirectional transcription module, it does not have an equivalent DNA sequence in the plant genome. This reduces the likelihood that genes will be silencing by homology-based mechanisms. Such a bidirectional promoter module can thus be used to develop efficient vectors for genetic engineering in plants.

유전자 발현의 과정은 두 개의 구성 단계들, 즉, 전사 및 번역을 포함하며 특정 기능들을 갖는 단백질 또는 폴리펩티드, 또는 일부 경우들에서는 RNA의 형성을 가져온다. 전사의 과정은 유전자 발현 및 그 조절 과정에서 가장 중요한 조절 단계이다. 진핵세포 유전자들에서 전사의 개시 및 유전자 발현의 변조(modulation) 는 프로모터(promoter)라고 불리는 보다 큰 서열 내에 집합적으로 배열된 다양한 DNA 서열 요소들에 의해 지배된다. 프로모터는 5'쪽, 즉, 유전자의 코딩 영역의 개시 전에 존재하는 DNA 서열의 부분이다. 프로모터는 전사를 개시하고 또한 전사의 수준을 조절하는 RNA 중합효소 기구(RNA polymerase machinery)에 대한 신호들을 포함한다. 전형적인 진핵세포 프로모터들은 두 부분으로 구성되며, 하나는 최소 또는 핵심 프로모터(core promoter)이고, 나머지 하나는 상류 조절 서열들(upstream regulatory sequences) 또는 시스 조절 요소들(cis regulatory elements)이다[Odell , J T, Nagy , F, & Chua N.-H Nature 313, 810-812 (1985) and Benfey , P. N. & Chua , N.-H. Science 250, 959-966 (1990)].The process of gene expression involves the formation of two construction steps, namely a protein or polypeptide, or in some cases RNA, which has specific functions, including transcription and translation. The process of transcription is the most important regulatory step in gene expression and its regulation. Initiation of transcription and modulation of gene expression in eukaryotic genes is governed by various DNA sequence elements collectively arranged in larger sequences called promoters. The promoter is the portion of the DNA sequence that is present on the 5 'side, i. The promoter contains signals for RNA polymerase machinery that initiate transcription and also regulate the level of transcription. Typical eukaryotic promoters are composed of two parts, one is the minimum, or core promoter (core promoter), the other is in the upstream regulatory sequences (upstream regulatory sequences) or cis-regulatory elements (cis regulatory elements) [Odell, JT , Nagy , F, & Chua N.-H Nature 313, 810-812 (1985) and Benfey , PN & Chua , N.-H. Science 250, 959-966 (1990) ].

최소 프로모터 또는 핵심 프로모터는 RNA에 의한 전사의 정확한 개시를 지시하기에 충분한 연속된(contiguous) DNA 서열의 최소 범위(stretch)이다[Pol II machinery, Smale , S. T., genes dev 15, 2503-2508 (2001)]. 전형적인 핵심 프로모터는 여러가지 서열 모티브들을 갖는 전사의 개시 부위를 포함하며, 서열 모티브들은 TATA 박스, 개시(Intr) 서열, TFIIB 인식 요소들(BRE) 및 다른 핵심 프로모터 모티브들을 포함한다[Jennifer , E.F. et al ., genes & dev 16:2583-2592 (2002)]. 핵심 프로모터는 복수 개의 서브유닛들로 구성된 효소인 RNA 중합효소 II의 작용 부위에 TFIIA, B, D, E, F 및 H 같은 기본적인 또는 일반적인 전사 인자들을 제공 한다. 이들 인자들은 결집하여 DNA 주형으로부터 RNA의 합성을 촉매하는 전사 프리-개시 복합체(pre initiation complex: PIC)를 형성한다.The minimum promoter or key promoter is the smallest stretch of contiguous DNA sequence sufficient to direct the exact initiation of transcription by RNA [ Pol II machinery, Smale , ST, genes dev 15, 2503-2508 (2001) . Typical core promoters include initiation sites of transcription with various sequence motifs, and sequence motifs include TATA boxes, Intr sequences, TFIIB recognition elements (BRE), and other key promoter motifs [ Jennifer , EF et. al ., genes & dev 16: 2583-2592 (2002) ]. The core promoter provides basic or common transcription factors such as TFIIA, B, D, E, F and H to the site of action of RNA polymerase II, an enzyme composed of a plurality of subunits. These factors aggregate to form a transcriptional pre-initiation complex (PIC) that catalyzes the synthesis of RNA from a DNA template.

핵심 프로모터의 활성화는 유전자 발현을 활성화하기 위해 다양한 단백질들이 결합하고 뒤이어 전사 개시 복합체(transcription initiation complex)와 상호작용하는 조절성 DNA 서열 요소들의 추가적인 서열에 의해 수행된다. 이 조절성 요소들은 개별적으로 및/또는 조합하여 프로모터의 공간적-시간적(spatio-temporal) 발현 양상을 결정하는 DNA 서열들을 포함한다[Benfey , P.N., Ren , L. & Chua , N.-H. EMBO 9: 1685-96(1990)]. 이와 같은 짧은 조절성 요소들은 전사 개시 지점으로부터 다양한 거리에 존재하여, 일부 조절 요소들(근위(proximal) 요소들이라 불림)은 핵심 프로모터에 인접해 존재하고, 다른 요소들은 프로모터의 상류 또는 하류로 수 킬로베이스들 거리에 위치할 수 있다(인핸서들). 두 유형의 프로모터 요소들은 모두 핵심 프로모터로부터 전사의 수준을 변조한다[( Wasylyk , B. CRC . Critical Rev . Biochem, 23:77-120(1988), Johnson & McKinght Ann . Rev . Biochem . 58: 799-839 (1989), Fussler & Gussin , Method in Enzymology 273: 3-29(1996)]. 프로모터들은 통상적으로 해당하는 유전자의 코딩 영역의 전사 개시 부위에 대해 5' 상류에 위치한다.Activation of the core promoter is performed by additional sequences of regulatory DNA sequence elements that various proteins bind to and subsequently interact with the transcription initiation complex to activate gene expression. These regulatory elements individually and / or in combination comprise DNA sequences that determine the pattern of spatio-temporal expression of the promoter [ Benfey , PN, Ren , L. & Chua , N.-H. EMBO 9: 1685-96 (1990) ]. Such short regulatory elements exist at various distances from the point of transcription initiation, so that some regulatory elements (called proximal elements) are adjacent to the core promoter, and others are several kilometers upstream or downstream of the promoter. The bases may be located at distance (enhancers). Both types of promoter elements modulate the level of transcription from the core promoter ( Wasylyk , B. CRC . Critical Rev. Biochem, 23: 77-120 (1988), Johnson & McKinght Ann . Rev. Biochem . 58: 799-839 (1989), Fussler & Gussin , Method in Enzymology 273: 3-29 (1996) ]. Promoters are typically located 5 'upstream of the transcription initiation site of the coding region of the gene of interest.

형질전환 식물체들은 원하는 특성들(예를 들면, 수율, 질병 내성, 식물환경복원(phytoremediation) 등)을 개량하고 그들을 단백질 공장들로서 이용하기 위해 개발된다. 종종, 유전자 공학의 목표들을 달성하기 위해 복수 개의 유전자들을 도입해야 할 필요가 있다. 예를 들면, 거의 항상, 형질전환된 세포들 및 조직들의 선 택을 가능하게 하기 위해 하나의 유전자(예를 들면, 카나마이신과 같은 항생제류에 대한 내성)가 이용되고, 형질전환 식물체의 특성을 개량하기 위한 표적 유전자(target gene)로서 제2 유전자가 이용된다(예를 들면, 수율을 증강시키거나 또는 질병에 대한 내성을 부여하는 유전자 등). 그와 같은 각각의 유전자는 그 자체의 프로모터 서열로부터 정상적으로 발현되어야 한다. 형질전환 식물체들의 개발에서 가장 광범위하게 이용되는 구성적 프로모터(constitutive promotor)들은 콜리플라워 모자이크 바이러스(cauliflower mosaic virus) 35S 트랜스크립트 프로모터 및 노팔린 및 옥타핀 합성효소(synthase)의 프로모터들, 유비퀴틴 프로모터 등이다. 그러나, 동일한 프로모터를 반복적으로 이용하여 복수 개의 유용한 유전자들을 식물체들로 도입하는 것은 유전자 사일런싱(gene silencing)을 초래한다. 유전공학을 통해 복수 개의 유전자들을 도입하기 위해 여러 전략들이 개발되었으며, 상이한 선택 마커들을 갖는 복수 개의 유전자 구조물들(constructs)을 이용한 순차적 형질전환, 복수 개의 구조물들에 의한 동시-형질전환(co-transformation), 상이한 구조체들로 형질전환된 식물들 간의 유전적 교차들(genetic crosses) 등을 포함한다. 식물 형질전환 벡터의 크기 및 필요한 프로모터들의 수를 감소시키는 동시에 복수 개의 유전자들의 발현을 달성하는 하나의 방법은 양방향에서 전사를 개시하고 조절할 수 있는 전사 조절 신호들을 개발하는 것일 것이다.Transgenic plants are developed to improve the desired properties (eg yield, disease resistance, phytoremediation, etc.) and use them as protein plants. Often, it is necessary to introduce a plurality of genes to achieve the goals of genetic engineering. For example, almost always one gene (eg, resistance to antibiotics such as kanamycin) is used to enable the selection of transformed cells and tissues and improve the properties of the transgenic plant. A second gene is used as a target gene to be used (e.g., a gene that enhances yield or confers resistance to a disease). Each such gene must be normally expressed from its own promoter sequence. The constitutive promoters most widely used in the development of transgenic plants are the cauliflower mosaic virus 35S transcript promoter and promoters of nopaline and octapine synthase, ubiquitin promoters, etc. to be. However, the introduction of a plurality of useful genes into plants using the same promoter repeatedly results in gene silencing. Several strategies have been developed to introduce multiple genes through genetic engineering, sequential transformation using multiple gene constructs with different selection markers, and co-transformation by multiple constructs. ), Genetic crosses between plants transformed with different constructs, and the like. One way to achieve the expression of a plurality of genes while at the same time reducing the size of the plant transformation vector and the number of promoters required would be to develop transcriptional regulatory signals that can initiate and regulate transcription in both directions.

양방향성 프로모터의 이용은 두 개의 유전자들에 의한 순차적인 형질전환 및 동시-전환(co-transformation)의 한계를 분명히 극복할 수 있다. [Xie et al ., Nature Biotechnology , 19: 677-679 (2001)]은 천연의 일방향성(unilateral) 또는 극성(polar) 프로모터를 양방향성 프로모터로 전환시키는 방법을 발명했다. 그와 같은 프로모터는 한번에 두 개의 유전자들 또는 유전자 융합들(gene fusions)의 발현을 지배할 수 있다. CaMV 35S 프로모터와 같은 강력한 프로모터들의 일부 종류들만이 보고되었으며 양방향화될 수 있다.The use of bidirectional promoters can clearly overcome the limitations of sequential transformation and co-transformation by two genes. [ Xie et al ., Nature Biotechnology , 19: 677-679 (2001) , invented a method of converting a natural unilateral or polar promoter into a bidirectional promoter. Such promoters may govern the expression of two genes or gene fusions at a time. Only some types of powerful promoters, such as the CaMV 35S promoter, have been reported and can be bidirectional.

본래의(native) 게놈 DNA와 긴 범위의 상동성을 갖지 않을 완전히 인위적으로 설계된 프로모터를 구축하는 것에 대한 종래의 보고는 없다. 게놈과 서열 상동성을 전혀 갖지 않는 인위적인 프로모터들을 설계하는 능력을 개발하는 것은 매우 중요하며, 이는 그와 같은 프로모터들은 상동성 때문에 사일런싱되지 않을 것이기 때문이다.[Davies et al ., The Plant Journal 12, 791-804 (1997)].There is no conventional report on building a fully artificially designed promoter that will not have a long range of homology with native genomic DNA. Developing the ability to design an artificial promoter does not have any sequence homology with the genome is very important, because such are the promoter will not be because the Cylons Singh homology. [Davies et al ., The Plant Journal 12, 791-804 (1997) ].

본 발명자들은 이전에 인위적인 합성 프로모터들을 설계하는 기술을 정립했다[( US Patent application 09/263692; EP 99301419.0-2106, Sawant et al ., 2001, Theor.Appl. Genet . 102, 635-644)]. 그와 같은 종래의 합성 프로모터는 상기 참고문헌들에 상세히 기재되었으며 원용에 의해 본 명세서에 포함된 것으로 간주된다:We have previously established a technique for designing artificial synthetic promoters [ ( US Patent application 09/263692; EP 99301419.0-2106, Sawant et al ., 2001, Theor. Appl. Genet . 102, 635-644) . Such conventional synthetic promoters are described in detail in the above references and are considered to be incorporated herein by reference:

본 발명은 부분적으로는 하기의 서열번호 1:The present invention is partially based on SEQ ID NO: 1.

Figure 112006046408002-pct00001
Figure 112006046408002-pct00001

에 표시된 인위적인 프로모터의 부분이 인핸서 서열(enhancer sequence) 또는 '전사 활성화 모듈'(TAM)로 이용될 수 있다는 발견에 근거한다.It is based on the discovery that a portion of the artificial promoter indicated in can be used as an enhancer sequence or 'transcriptional activation module' (TAM).

서열번호 1의 또 다른 부분은 전사 개시자 또는 전사 개시 모듈(TIM)로서 이용될 수 있다. 본 발명은 TAM은 TIM으로부터 양방향들로 유전자 발현을 활성화하고 조절한다고 교시한다. Another portion of SEQ ID NO: 1 may be used as a transcription initiator or transcription initiation module (TIM). The present invention teaches that TAM activates and regulates gene expression in both directions from the TIM.

강력한 유전자 발현 모듈의 인위적 합성은 다양한 인위적 프로모터들이 설계될 수 있기 때문에, 소위 강력한 프로모터들의 반복적인 사용을 피하기 위한 도구를 제공한다. 또한, 복수 개의 조직-특이적 또는 유도가능한 특징들을 갖는 강력한 양방향성 프로모터를 개발하는 것은 식물체들에서 원하는 작물 특성들의 개량에 있어서 주요한 응용들을 가질 것이다. 소위 양방향성 발현 모듈을 이용하여 유전자 전환용 발현 벡터를 설계하는 것은 형질전환체 개발 및 생물공학 산업을 위해 크게 유용할 것이다. 본 명세서에서 입증되는 바와 같이, 양방향성 프로모터들을 전적으로 전산적 방법들(computational methods)로 설계하는 기술은 유전공학에 상당한 유연성을 제공한다.Artificial synthesis of a powerful gene expression module provides a tool for avoiding the repetitive use of so-called powerful promoters because various artificial promoters can be designed. In addition, developing a powerful bidirectional promoter with a plurality of tissue-specific or inducible features will have major applications in the improvement of desired crop properties in plants. Designing expression vectors for gene conversion using so-called bidirectional expression modules would be of great use for the transformant development and biotechnology industries. As demonstrated herein, the technique of designing bidirectional promoters in entirely computational methods provides considerable flexibility in genetic engineering.

합성적인 유전자 발현 모듈의 구축은 천연 프로모터들에 대한 의존성에 대한 중요한 대안이다. 이는 유전자 사일런싱을 우회할 수 있게 하고 또한 식물체들에서 유용한 단백질들, 또는 특별한 경제적 가치의 화합물들의 발현 수준을 조절하고 개선할 수 있는 능력을 준다.[( Rance , I. et al ., Plant Science 162 : 833-842 (2002), combined three viral promoter sequences to generate highly active promoters that allowed strong transgene expression in plants )].Construction of synthetic gene expression modules is an important alternative to the dependence on natural promoters. This allows you to bypass the gene silencing and also gives the ability to regulate the expression levels of the proteins useful in the plant, or a compound of a special economic value and improvements. [(Rance, I. et al ., Plant Science 162: 833-842 (2002), combined three viral promoter sequences to generate highly active promoters that allowed strong transgene expression in plants ) ].

본 발명의 발명자들은(Sawant S. et al., Theor. Appl. Genet. 102 : 635-644) 식물체들에서 높은 수준의 발현을 위해 설계된 완전히 인위적인 합성 프로모 터를 개발하는 유일한 실시예를 제공했다. 프로모터(미국 특허출원 제09/263692호, EP 출원 제99301419.0-2106호)는 전산적 방법들에 의해 개발되고 다양한 식물체들에서 높은 수준으로 발현되는 것으로 입증되었으며, 따라서, 설계 목적을 달성했다.The inventors of the present invention (Sawant S. et al., Theor. Appl. Genet. 102: 635-644) provided the only example to develop a fully artificial synthetic promoter designed for high levels of expression in plants. The promoter (US Patent Application No. 09/263692, EP Application No. 99301419.0-2106) was developed by computational methods and demonstrated to be expressed at high levels in various plants, thus achieving design goals.

본 발명에 앞서, 이하에 요약된 일부 대표적인 특허들이 있으며, 이들은 양방향성 프로모터들을 기재한다. 미국특허 제5814618호는 복수 개의 tet 오퍼레이터 서열들을 갖는 양방향성 프로모터를 개시한다. 이 특허는 테트라사이클린 인듀서의 존재 하에 두 개의 최소 프로모터들에 의해 둘러싸였을 때(flanked) 자연적으로 발견되는 원핵세포성 tet 리프레서/오퍼레이터/인듀서 서열들의 7회 반복들(7 repeats)이 진핵 세포들에서 두 개의 유전자들의 발현을 지시할 수 있다. 미국특허 제595564호는 식물체들에서 형질전환 유전자들(transgenes)의 발현을 위한 양방향성의 이질적이나 자연적으로 존재하는 구조물을 개시한다. 미국특허 제5,359,142호는 천연 프로모터 서열들을 개시하고, 이들은 유전자 발현의 강화에 있어서의 변이를 허용하기 위해 조작될 수 있다. 미국특허 제5837849호는 식물 발현가능한 유전자(plant expressible gene)의 전사 수준을 강화하는 또 다른 천연 식물 인핸서 요소를 개시한다. 미국특허 제5627046호는 천연적인 양방향성 프로모터를 개시한다. 진핵세포의 극성 프로모터를 양방향성으로 만드는 기술은 미국특허 제6388170호에 개시된다. 그 특허의 발명자들은 CaMV 35S, PCISV, OPR, 및 SAG12와 같은 천연 식물 프로모터들의 특정 군을 양방향화하는 기술을 이용했다.Prior to the present invention, there are some representative patents summarized below, which describe bidirectional promoters. US Pat. No. 58,146,18 discloses a bidirectional promoter having a plurality of tet operator sequences. This patent claims that the seven repeats of prokaryotic tet repressor / operator / inducer sequences found naturally when flanked by two minimal promoters in the presence of a tetracycline inducer are eukaryotic. It can direct the expression of two genes in cells. U.S. Pat.No. 595564 discloses a bidirectional heterogeneous but naturally occurring construct for the expression of transgenes in plants. U. S. Patent No. 5,359, 142 discloses natural promoter sequences, which can be engineered to allow for variations in enhancement of gene expression. US Pat. No. 5837849 discloses another natural plant enhancer element that enhances the level of transcription of a plant expressible gene. U. S. Patent No. 5627046 discloses a natural bidirectional promoter. Techniques for making bipolar promoters of eukaryotic cells bidirectional are disclosed in US Pat. No. 6,388,170. The inventors of the patent used a technique to bi-directionally specific groups of natural plant promoters such as CaMV 35S, PCISV, OPR, and SAG12.

식물체들에서 복수 개의 형질전환 유전자들(transgenes)의 발현 수준을 동시에 변조하는 양방향성 전사 활성화 DNA 모듈을 전산적으로 설계하고 인위적으로 합성하는 방법을 제공하는 것이 본 발명의 중요한 목적이다.It is an important object of the present invention to provide a method for computationally designing and artificially synthesizing a bidirectional transcriptional activation DNA module that modulates the expression level of a plurality of transgenes in plants simultaneously.

본 발명의 또 다른 목적은 전사를 활성화 또는 개시하는 '전사 개시 모듈'을 인위적으로 설계하고 화학적으로 합성하여 임의의 '전사 활성화 모듈'로부터의 발현을 위해 이를 이용하는 것이다.Another object of the present invention is to artificially design and chemically synthesize a 'transcription initiation module' that activates or initiates transcription and use it for expression from any 'transcriptional activation module'.

본 발명의 또 다른 목적은 양방향성 프로모터에서 전사의 방향 및 개시 지점을 결정할 '전사 개시 모듈'을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a 'transcription initiation module' which will determine the direction and initiation point of transcription in a bidirectional promoter.

본 발명의 또 다른 목적은 소위 일 방향 또는 양방향에서 하나 또는 두개의 유전자들 모두의 발현을 변조하기 위해 소위 '전사 활성화 모듈'의 한쪽 또는 양쪽에 소위 전사 개시 모듈을 배치하여 완전히 인위적으로 설계된 '양방향성 발현 모듈'을 제조하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a completely artificially designed 'bidirectional' design by placing a so-called transcription initiation module on one or both sides of a so-called 'transcription activation module' to modulate the expression of one or both genes in one or both directions. Expression module '.

본 발명의 또 다른 목적은 게놈 DNA와 상동성을 갖는 긴 부위(stretch)를 갖지 않아 형질전환 모집단에서 안정적으로 형질전환 유전자를 발현하고 사일런싱을 보이지 않는 전산적으로 설계된 프로모터들을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide computationally designed promoters that do not have a stretch that is homologous to genomic DNA and thus stably express the transgene in the transgenic population and do not exhibit silencing.

본 발명의 또 다른 목적은 식물체들에서 높은 수준으로 발현될 잠재성을 기준으로 선택된 유전자들의 데이터베이스의 핵산 서열 분석에 전적으로 근거하여, 신규한 '양방향성 발현 모듈'을 인위적으로 설계하고 개발하는 것에 의해 본 발명자들이 파악한 서열 특징의 기능적 효력을 검증하는 것이다.Another object of the present invention is to view by artificially designing and developing a novel 'bidirectional expression module' based solely on nucleic acid sequence analysis of a database of genes selected based on the potential to be expressed at high levels in plants. To verify the functional potency of sequence features identified by the inventors.

본 발명의 또 다른 목적은 일 방향으로는 nptII(카나마이신 내성) 또는 hptII(히그로마이신 내성) 또는 하나의 유용한 유전자와 같은 선택 마커를, 다른 방향으로는 GUS A, GFP, 또는 임의의 다른 유용한 단백질 코딩 유전자와 같은 리포터 유전자를 발현하는, 소위 '양방향성 발현 모듈'을 이용하는 식물 형질전환 벡터를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to select markers such as nptII (kanamycin resistance) or hptII (hygromycin resistance) or one useful gene in one direction, and GUS A, GFP, or any other useful protein in the other direction. It is to provide a plant transformation vector using a so-called 'bidirectional expression module' that expresses a reporter gene such as a coding gene.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 설계된 식물 형질전환 벡터를 이용하여 형질전환된 식물체들을 개발하고 식물체들에서 원하는 작물적으로(agronomically) 중요한 특징을 개선하는 데 있어서의 유용성을 입증하는 것이다.Another object of the present invention is to demonstrate the usefulness in developing transformed plants using the designed plant transformation vector and improving the desired agronomically important features in the plants.

발명의 요약Summary of the Invention

본 발명은 앞서 인용된 본 출원인들의 선행 발명에 대한 개량에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 일방향 또는 양방향들로 하나 또는 두개의 유전자들의 발현을 각각 또는 함께 변조할 수 있는 신규한 인위적으로 합성되고 전략적으로 설계된 양방향성 유전자 발현 모듈에 관한 것이다. 이 신규한 양방향성 발현 모듈은 화학적으로 합성되고 이론적으로 설계된 DNA 서열들을 포함하는 선행 발명에서 보고되었던 전체 DNA 서열의 부분으로서 선택되었다. 본 발명은 하기에 서열번호 1으로 표시된 '전사 활성화 모듈'(TAM)이라 불리는, DNA 서열의 일부:The present invention is directed to an improvement on the applicant's prior invention cited above. More specifically, the present invention relates to novel artificially synthesized and strategically designed bidirectional gene expression modules capable of modulating the expression of one or two genes, respectively, together in one or two directions. This novel bidirectional expression module was chosen as part of the entire DNA sequence that has been reported in the prior invention, including chemically synthesized and theoretically designed DNA sequences. The present invention provides a portion of a DNA sequence, called 'transcriptional activation module' (TAM), represented by SEQ ID NO: 1 below:

Figure 112006046408002-pct00002
Figure 112006046408002-pct00002

가 하기에서 서열번호 2로 표시된 '전사 개시 모듈'(TIM)이라 불리는 제2 성분 DNA 서열:Is a second component DNA sequence called 'transcription initiation module' (TIM) represented by SEQ ID NO: 2 below:

Figure 112006046408002-pct00003
Figure 112006046408002-pct00003

이 일방향 또는 양방향들에 배치되면 일방향 또는 양방향들에서 전사를 활성화할 수 있다는 발견에 근거한다. 따라서, '전사 개시 모듈'(TIM)이 전략적으로 배치되면, 제1 부분, 즉, '전사 활성화 모듈'(TAM)은 센스 및 안티센스 방향 모두에서 동시에 유전자들의 발현을 변조할 수 있다. 따라서, TIM은 TAM을 이용하기 위해 필수적이다. 전자는 최소 또는 핵심 프로모터처럼 기능하고 본 명세서에 주어진 실시예들에서, P tim 으로 지칭된다.It is based on the discovery that if placed in one or both directions it can activate transcription in one or both directions. Thus, if the 'transcription initiation module' (TIM) is strategically placed, the first portion, i.e., the 'transcription activation module' (TAM), can modulate the expression of genes simultaneously in both sense and antisense directions. Thus, TIM is essential for using TAM. The former functions as a minimal or key promoter and is referred to as P tim in the embodiments given herein.

본 발명에서 확인된 '전사 활성화 모듈'은 식물들에서 높은 수준으로 발현될 잠재력을 기준으로 선택된 유전자들의 데이터베이스에서 뉴클레오티드 서열들에 근거하여 전적으로 설계된 것이다. 이 활성화 모듈은 고도로 발현가능한 식물 유전자들(highly expressible plant genes)의 전사개시 부위의 좌측으로 또는 5' 방향으로 100 내지 500 bp 상류 영역에서 확인되었던, 복수 개의 시스-조절 인자들을 포함한다.The 'transcriptional activation module' identified in the present invention is designed entirely based on nucleotide sequences in a database of genes selected based on their potential to be expressed at high levels in plants. This activation module contains a plurality of cis-regulatory factors, which have been identified in the region 100 to 500 bp upstream to the left or in the 5 'direction of the transcription initiation site of highly expressible plant genes.

이들 시스-요소들은 형질전환된 식물체들에서 방향(orientation)-비의존적인 방식으로 유전자들의 발현 수준을 증강시킬 수 있는 인위적인 '전사 활성화 모듈'을 설계하기 위해 전산적으로 배열되었다. 따라서, '전사 활성화 모듈'은 양방향성 전사 증강 서열(bidirectional transcription enhancing sequence)같이 기능한다.These cis-elements have been computationally arranged to design an artificial 'transcriptional activation module' that can enhance the expression level of genes in an orientation-independent manner in transformed plants. Thus, the 'transcriptional activation module' functions like a bidirectional transcription enhancing sequence.

본 발명의 또 다른 특성은 선행 발명으로부터 전사 개시 부위의 하류에 배치된 유전자의 전사를 활성화하는 '전사 개시 모듈'을 파악한 것이다. 소위 '전사 개시 모듈'은 데이터베이스에서 높은 수준으로 발현가능한 식물체 유전자들의 TATA 박스, 전사 개시 부위, 비번역 리더(untranslated leader) 및 번역 개시 영역들에 있는 뉴클레오티드 서열의 고유한 특징에 기반하여 설계되었다.Another feature of the invention is the identification of a 'transcription initiation module' which activates the transcription of genes located downstream of the transcription initiation site from the prior invention. The so-called 'transcription initiation module' was designed based on the unique characteristics of the nucleotide sequence in the TATA box, transcription initiation site, untranslated leader and translation initiation regions of plant genes that are highly expressible in the database.

본 발명은 최초로 핵산 서열 데이터베이스로부터 높게 발현되는 식물체 유전자들의 데이터 세트의 전산 분석에 근거하여 '전사 활성화 모듈' 및 '전사 개시 모듈'로 구성된, 완전히 인위적으로 설계된 '양방향성 발현 모듈'을 기재한다. 그와 같은 인위적으로 설계된 서열은 식물체에 실질적으로 대응되거나(equivalent) 또는 상동적인(homologus) 서열을 갖지 않는다. 따라서, 인위적으로 설계된 서열은 상동성에 의한 유전자들의 사일런싱에 의해 사일러싱되지 않기 때문에 발현에 있어서 보다 안정하다[(G. J Davies, M.A. Sheikh, O.J. Ratcliffe , G. Coupland and I.J. Furner , The Plant Journal 12, 791-804 (1997).] 이 양방향성 발현 모듈에 의해 나타난 결과들은 본 발명자들에 의해 이전에 확인되었던 특징들의 추가적이고 매우 유용한 기능을 입증한다. 본 발명은 형질전환 식물체들에서 복수 개의 형질전환 유전자들의 긴밀하게 조절되고(tightly regulated), 조직 특이적이고, 구성적이며(constitutive) 유도가능한 발현을 위한 고도로 발현가능한 양방향성 유전자 발현 카세트들의 설계 및 개발에 있어서 전산 생물학(computational biology)의 잠재력을 보여준다.The present invention describes a fully artificially designed 'bidirectional expression module' consisting of a 'transcription activation module' and a 'transcription initiation module' based on the computational analysis of a data set of plant genes that are highly expressed from a nucleic acid sequence database. Such artificially designed sequences do not have sequences that are substantially equivalent or homologous to the plant. Thus, artificially designed sequences are more stable in expression because they are not silencing by silencing of genes by homology ( G. J Davies, MA Sheikh, OJ Ratcliffe , G. Coupland). and IJ Furner , The Plant Journal 12, 791-804 (1997). The results presented by this bidirectional expression module demonstrate the additional and very useful function of the features previously identified by the inventors. The present invention is directed to the design and development of highly expressive bidirectional gene expression cassettes for tightly regulated, tissue specific, constitutive and inducible expression of a plurality of transgenes in transgenic plants. Demonstrate the potential of computational biology.

본 발명의 또 다른 중요한 측면은 다양한 세포적 및 환경적 제제들에 의한 인위적으로 설계된 합성 '전사 활성화 모듈'의 양방향들에 배치된 유전자들의 발현의 동시 증강(simultaneous enhancement)이다. 예를 들면, 형질전환된 담배에서 살리실산, 인돌 아세트산, 염화나트륨 등에 대응한 유전자 발현의 조절이 본 발명의 일부로서 제시된다. 양방향성 발현 모듈의 이 특성은 본 발명의 전사 활성화 모듈이 또한 화학적으로 유도가능한 양방향성 인핸서 같이 기능한다는 것을 보여준다.Another important aspect of the present invention is the simultaneous enhancement of expression of genes placed in both directions of artificially designed synthetic 'transcriptional activation modules' by various cellular and environmental agents. For example, regulation of gene expression corresponding to salicylic acid, indole acetic acid, sodium chloride, and the like in transformed tobacco is presented as part of the present invention. This property of the bidirectional expression module shows that the transcriptional activation module of the present invention also functions as a chemically inducible bidirectional enhancer.

따라서, 본 발명은 양방향성 프로모터로서:Thus, the present invention provides a bidirectional promoter as:

a) 서열번호 1에 표시된 서열 또는 그에 70%까지 상동성을 보이는 서열을 갖는 화학적으로 합성되고 전략적으로 설계된 인위적인 뉴클레오티드 서열을 포함하고, 식물체들에서 유전자들의 발현 수준을 증강시키도록 설계된 전사 활성화 모듈;a) a transcriptional activation module comprising a chemically synthesized and strategically engineered artificial nucleotide sequence having a sequence as shown in SEQ ID NO: 1 or a sequence showing up to 70% homology therewith, designed to enhance the expression level of genes in plants;

b) 서열번호 2에 표시된 서열 또는 그에 70%까지 상동성을 보이는 서열을 갖는 화학적으로 합성되고 전략적으로 설계된 인위적인 뉴클레오티드 서열을 포함하고 하류에 배치된 유전자의 전사를 개시하는 최소 서열(minimal sequence)로 기능하도록 설계된 전사 개시 모듈;을 포함한다.b) a minimal sequence comprising a chemically synthesized and strategically engineered artificial nucleotide sequence having a sequence as shown in SEQ ID NO: 2 or a sequence showing up to 70% homology therewith that initiates transcription of the gene placed downstream A transcription initiation module designed to function.

바람직하게는, 상기 전사 개시 모듈은 유전적으로 조작된 식물체들을 개발하기 위해 하나 또는 두 개의 유전자들을 한번에 하나씩, 동시에 발현하도록 '전사 활성화 모듈'의 한쪽, 또는 양쪽에 위치한다.Preferably, the transcription initiation module is located on one or both sides of the 'transcriptional activation module' to simultaneously express one or two genes, one at a time, to develop genetically engineered plants.

또 다른 바람직한 구체예에서, 전사 개시 모듈은 전사 활성화 모듈의 한쪽 또는 양쪽에 5'에서 3' 방향으로 배치된다.In another preferred embodiment, the transcription initiation module is disposed in the 5 'to 3' direction on one or both sides of the transcriptional activation module.

바람직하게는, 하나 이상의 중요한 유전자들이 전사 활성화 모듈의 한쪽 또는 양쪽으로부터의 발현 목적으로 전사 활성화 모듈의 하류에 배치된다.Preferably, one or more important genes are disposed downstream of the transcriptional activation module for expression purposes from one or both of the transcriptional activation module.

본 발명의 또 다른 바람직한 특징으로, 상기 전사 활성화 모듈은 식물체들에서 전사 개시 부위의 상류 100 내지 500 뉴클레오티드 위치들 내에 고도로 발현되는 식물체 유전자들에서 흔하게 존재하는 것으로 통계적으로 확인된 지문서열들(signature sequence)의 서열번호 1의 DNA 서열을 포함한다.In another preferred feature of the invention, the transcriptional activation module is a statistically identified fingerprint sequence that is commonly found in plant genes that are highly expressed within 100 to 500 nucleotide positions upstream of the transcription initiation site in plants. DNA sequence of SEQ ID NO: 1).

본 발명의 또 다른 특징으로, 상기 전사 개시 모듈은 식물체들에서 천연 프로모터들의 전사 개시 부위의 상류-100 뉴클레오티드들 내에 존재하는 것으로 통계적으로 확인된 지문 서열들의 서열번호 2의 DNA 서열을 포함한다.In another aspect of the invention, the transcription initiation module comprises the DNA sequence of SEQ ID NO: 2 of the fingerprint sequences statistically identified in plants as being within 100 nucleotides upstream of the transcription initiation site of natural promoters.

본 발명은 또한 농업 또는 산업적으로 중요한 식물 특징들을 개선할 목적으로 전술된 양방향성 프로모터에 의해 안정적으로 형질변환된 후 개발된 형질변환 식물체들에 관한 것이다.The invention also relates to transgenic plants developed after being stably transformed by the bidirectional promoter described above for the purpose of improving agricultural or industrially important plant characteristics.

본 발명은 또한 일 방향으로부터는 nptII , bar, hpt 또는 임의의 다른 그와 같은 유전자와 같은 선택 마커를 발현하고 다른 방향으로부터는 gusA , gfp , luc 등, 또는 그 산물이 편리하게 모니터링될 수 있는 임의의 유전자와 같은 리포터 유전자를 발현하는 전술된 바와 같은 양방향성 프로모터를 포함하는 식물 형질변환 벡터 및 형질전환 식물체들의 개발을 위한 그와 같은 벡터들의 용도에 관한 것이다.The present invention also expresses a selection marker, such as nptII , bar, hpt, etc., or any other such gene from one direction, and gusA , gfp , luc , or the like , from another direction , which can be conveniently monitored. Plant transformation vectors comprising a bidirectional promoter as described above expressing a reporter gene such as any gene and the use of such vectors for the development of transgenic plants.

바람직한 구체예에서, 본 발명은:In a preferred embodiment, the invention is:

a) 서열번호 1에 표시된 서열 또는 그에 대해 70%까지 상동성을 보이는 서열을 갖는 화학적으로 합성되고 전략적으로 설계된 인위적인 뉴클레오티드 서열을 포함하고, 식물체들에서 유전자들의 발현 수준을 증강시키도록 설계된 전사 활성화 모듈;a) a transcriptional activation module comprising a chemically synthesized and strategically engineered artificial nucleotide sequence having a sequence as shown in SEQ ID NO: 1 or a sequence showing up to 70% homology therewith, designed to enhance the expression level of genes in plants ;

b) 서열번호 2에 표시된 서열 또는 그에 대해 70%까지 상동성을 보이는 서열을 갖는 화학적으로 합성되고 전략적으로 설계된 인위적인 뉴클레오티드 서열을 포함하고 하류에 배치된 유전자의 전사를 개시하는 최소 서열(minimal sequence)로 기능하도록 설계된 전사 개시 모듈;을 포함하고,b) a minimal sequence comprising a chemically synthesized and strategically engineered artificial nucleotide sequence having a sequence as shown in SEQ ID NO: 2 or a sequence showing up to 70% homology therewith and initiating transcription of the gene placed downstream A transcription initiation module designed to function as;

c) 유전적으로 조작된 식물체들을 개발하기 위해 하나 또는 두 개의 유전자들을 한번에 하나씩, 또는 동시에 발현하기 위해 상기 전사 개시 모듈은 '전사 활성화 모듈'의 한쪽 또는 양쪽에 위치되는 것인 양방향성 프로모터에 관한 것이다.c) The transcription initiation module is directed to a bidirectional promoter, wherein the transcription initiation module is located on one or both sides of the 'transcriptional activation module' to develop genetically engineered plants one or two genes at a time, or simultaneously.

이하에서, 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따라 제조된 다수의 유전자 구조물들(gene constructs)을 도시한다.1 shows a number of gene constructs made in accordance with the present invention.

본 발명은 고도로 발현가능한 식물체 유전자들의 전사 개시 부위로부터 상류 지역(100-500)에서 파악된, 복수 개의 전사 시스-조절 요소들을 포함하는 '양방향성 전사 활성자 DNA 모듈(bidirectional transcription activator DNA module)'의 인위적 설계 및 화학적 합성을 포함한다. 고도로 발현하는 식물체 프로모터들의 전산적 분석에 기반한 설계에 관한 세부적인 청구항들은 계류 중인 미국 특허출원 제09/263692호 또는 유럽 특허출원 제99301419.0-2106호에서 앞서 제출되었다.The present invention is directed to a 'bidirectional transcription activator DNA module' comprising a plurality of transcriptional cis-regulatory elements identified upstream (100-500) from the transcription initiation site of highly expressible plant genes. Artificial design and chemical synthesis. Detailed claims regarding designs based on computational analysis of highly expressing plant promoters have been previously filed in pending US patent application Ser. No. 09/263692 or European patent application 99301419.0-2106.

이와 같은 소위 시스-조절적인 보존된 서열 요소들은 완전히 신규한 전사 활성화 모듈(서열번호 1)을 형성하기 위해 고도로 발현되는 식물 유전자들의 데이터 세트에서 그들의 백분율 발생율(percentage occurrence), 카피 수 및 가장 흔하게 발생되는 위치를 기준으로 전략적으로 배열되었다. TAM은 그 핵심적인 기능이 전사의 활성화 또는 증강인 312bp 길이의 서열이다.These so-called cis-regulated conserved sequence elements have their percentage occurrence, copy number and most commonly occur in a data set of highly expressed plant genes to form a completely novel transcriptional activation module (SEQ ID NO: 1). It was strategically arranged on the basis of the location. TAM is a 312 bp long sequence whose core function is activation or augmentation of transcription.

본 발명의 이와 같은 소위 '전사 활성화 모듈'은 '전사 개시 모듈'이 '전사 활성화 모듈'의 양방향들에 배치될 때 센스 및 안티센스 방향들로 전사를 증강시킬 수 있는 완전히 신규한 인위적으로 합성된 '양방향성 발현 모듈'을 설계하기 위해 이용되었다.This so-called 'transcription activation module' of the present invention is a completely new artificially synthesized 'composition that can enhance transcription in sense and antisense directions when the' transcription initiation module 'is placed in both directions of the' transcription activation module '. Bidirectional expression modules'.

본 발명에서 사용되는 소위 '전사 개시 모듈'은 또한 이론적으로 설계되고 화학적으로 합성되며, 식물체들에서 일련의 고도로 발현되는 유전자들의 TATA-박스 인접 지역(TATA-box proximal region)의 뉴클레오티드 서열들의 독특한 특징에 기초하여 다시 설계되었다(서열번호 2). TIM은 130 bp의 길이이고 그 핵심적인 기능은 유전자의 하류에 배치될 때, 그 유전자의 전사를 개시하는 것이다.The so-called 'transcription initiation module' used in the present invention is also theoretically designed and chemically synthesized, and is a unique feature of the nucleotide sequences of the TATA-box proximal region of a series of highly expressed genes in plants. Redesigned based on (SEQ ID NO: 2). TIM is 130 bp in length and its key function is to initiate transcription of the gene when placed downstream of the gene.

본 발명자들은 센스 및 안티센스 방향들로부터 유전자의 발현을 변조하는, 완전히 인위적인 '양방향성 발현 모듈'을 제조하기 위해 소위 '전사 활성화 모듈' 및 '전사 개시 모듈'을 이용했다.We used so-called 'transcription activation modules' and 'transcription initiation modules' to produce fully artificial 'bidirectional expression modules' that modulate expression of genes from sense and antisense directions.

서열번호 1은 312 bp의 길이이고 서열번호 2는 130 bp의 길이이다. 실시예들에서 사용된 다수의 유전자 구조물들이 도 1에 도시된다. 실시예들은 본 발명의 양방향성 기능을 보여준다. 본 발명은 최초로 핵산 서열 데이터베이스로부터 고도로 발현되는 식물체 유전자들의 데이터세트의 전산적 분석에 근거한 '전사 활성화 모듈' 및 '전사 개시 모듈'을 포함하는 완전히 인위적으로 설계된 '양방향성 발현 모 듈'을 기술한다. 그와 같은 인위적으로 설계된 서열은 식물체에서 실질적으로 대응되거나 또는 상동적인 서열을 갖지 않는다. 따라서, 인위적으로 설계된 서열은 상동성에 기반한 유전자들의 사일런싱 때문에 사일런싱 되지 않기 때문에 더 안정적이다[(G.J. Davies , M.A. Sheikh , O.J Ratcliffe , G. Coupland and I.J. Furner , The Plant Journal 12, 791-804 (1997)]. 이 양방향성 발현 모듈에 의해 나타난 결과들은 본 발명자들에 의해 이전에 파악되었던 특징들의 추가적이고 매우 유용한 기능을 입증한다. 본 발명은 상기 두 서열들의 형질전환된 식물체들에서 긴밀하게 제어되고, 조직 특이적이며, 구성적이고, 유도가능한 복수 개의 형질전환 유전자들의 동시(at a time) 발현을 위한 고도로 발현가능한 양방향성 유전자 발현 카세트들의 설계 및 개발에 있어서의 전산 생물학의 잠재력을 보여준다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자들에게 공지된 바와 같이, 30%까지의 서열 변이들은 TAM 및 TIM의 기능에 영향을 미치지 않을 수 있다. 또한 선행 특허출원들(미국특허출원 제09/263692호 및 유럽특허출원 제99301419.0-2106호)에서 예시된 바와 같이, 전산적으로 설계된 서열들의 여러 변이들이 자연계에 존재한다.SEQ ID NO: 1 is 312 bp in length and SEQ ID NO: 2 is 130 bp in length. A number of genetic constructs used in the examples are shown in FIG. 1. Embodiments illustrate the bidirectional functionality of the present invention. The present invention describes a fully artificially designed 'bidirectional expression module' comprising a 'transcription activation module' and a 'transcription initiation module' based on the computational analysis of a dataset of highly expressed plant genes from a nucleic acid sequence database. Such artificially designed sequences do not have substantially corresponding or homologous sequences in the plant. Thus, artificially designed sequences are more stable because they are not silenced due to the silencing of homologous genes (GJ Davies , MA Sheikh , OJ Ratcliffe , G. Coupland). and IJ Furner , The Plant Journal 12, 791-804 (1997) ]. The results presented by this bidirectional expression module demonstrate the additional and very useful function of the features previously identified by the inventors. The present invention provides a highly expressible bidirectional gene expression cassette for at a time expression of a plurality of closely controlled, tissue specific, constitutive and inducible transgenes in transformed plants of the two sequences. Demonstrate the potential of computational biology in their design and development. However, as is known to those skilled in the art, up to 30% of sequence variations may not affect the function of TAM and TIM. In addition, as illustrated in the preceding patent applications (US Patent Application Serial No. 09/263692 and European Patent Application No. 99301419.0-2106), there are several variations of naturally designed sequences in nature.

이하에서 본 발명은 비-한정적인 실시예들을 참조하여 설명되며, 실시예들의 목적은 본 발명을 단지 예시하는 것이다.The invention is described below with reference to non-limiting embodiments, the purpose of which is to merely illustrate the invention.

실시예Example 1 One

형질전환된 담배 식물체들에서 '전사 활성화 모듈(TAM)'의 센스 방향으로 배치된 리포터 유전자(gusA)의 발현Expression of Reporter Gene ( gusA ) Placed in the Sense Direction of the Transcription Activation Module (TAM) in Transgenic Tobacco Plants

표 1Table 1

Figure 112006046408002-pct00004
Figure 112006046408002-pct00004

글루쿠로니다제(gusA)에 대한 유전자를 인위적으로 설계된 '전사 개시 모듈'(P tim )의 하류에 배치하고 그후 그와 같은 카세트를 5'에서 3'방향으로 인위적으로 설계된 '전사 활성화 모듈'(TAM)의 우측(센스 방향)에 배치했다. 이 경우, 좌측(안티센스 방향)에는 유전자 카세트를 배치하지 않았다. 유전자 구조물은 도 1에 도시된다. TAM은 좌측에 P tim 또는 유전자가 없는 경우에도 우측으로의 전사를 활성화시킨다는 것을 입증하기 위해 제조했다. 형질전환된 담배 식물체들은 공지되고 구입 가능한(Clontech, USA) 바이너리 벡터 pBI 101에 선택 마커(nptII)로서 카나마이신 내성 유전자 및 클로닝된 상기 구조물 TAM/ P mec gusA를 포함하는 아그로박테리움 투머파시엔스 ( Agrobacterium tumefaciens ) LBA 4404를 이용하여 개발했다. 5개의 형질전환된 식물체들에서의 gusA 발현의 결과들이 표 1에 주어진다. 보는 바와 같이, TAM은 형질전환된 담배 식물체들의 잎들에서 리포터 유전자 gusA를 매우 효율적으로 발현한다. 예상한 바와 같이, 활성은 식물# 527-2의 경우 10.8부터 식물#527.1의 경우 324.2로 변한다. 그와 같은 발현 수준의 변화가 담배 염색체들 상의 상이한 위치들에서 형질전환 유전자(gusA)의 통합(integration)때문인 것으로 예상되며 공지되어 있다.The gene for glucuronidase ( gusA ) is placed downstream of an artificially designed 'transcription initiation module' ( P tim ) and then such cassettes are artificially designed 'transcription activation module' in the 5 'to 3' direction. It was arrange | positioned to the right side (sense direction) of ( TAM ). In this case, the gene cassette was not arranged on the left side (antisense direction). Gene constructs are shown in FIG. 1. TAM is P tim on the left Or to demonstrate that activating transcription to the right even in the absence of the gene. Transformed tobacco plants were kanamycin resistance genes cloned into the known and commercially available (Clontech, USA) binary vector pBI 101 as the selection marker ( nptII ) and the construct TAM / P mec cloned. Agrobacterium tumeo Pacifico Enschede (Agrobacterium containing the gusA tumefaciens ) was developed using LBA 4404. The results of gusA expression in five transformed plants are given in Table 1. As can be seen, TAMs express the reporter gene gusA very efficiently in the leaves of transformed tobacco plants. As expected, the activity varies from 10.8 for plant # 527-2 to 324.2 for plant # 527.1. Such changes in expression levels are expected and known because of the integration of the transgene ( gusA ) at different positions on tobacco chromosomes.

실시예Example 2 2

형질전환된 담배 식물체들에서 '전사 활성화 모듈(TAM)'의 센스 방향으로 배치된 제2의 리포터 유전자(gfp)의 발현 Expression of a Second Reporter Gene ( gfp ) in Transgenic Tobacco Plants Positioned in the Sense Direction of the Transcription Activation Module (TAM)

표 2TABLE 2

Figure 112006046408002-pct00005
Figure 112006046408002-pct00005

이 경우, TAM의 우측으로부터의 높은 수준의 발현이 일반적 현상이고 gusA에 한정되지 않는다는 것을 입증하기 위해 실시예 1에서 취했던 것과는 다른 리포터 유전자를 선택했다. 이 경우, 그린 형광 단백질에 대한 유전자(gfp)를 인위적으로 설계된 전사 개시 모듈(P tim )의 하류에 배치하고 그와 같은 카세트를 5'에서 3'방향으로 인위적으로 설계된 '전사 활성화 모듈'(TAM)의 우측(센스 방향)에 배치했다. 이 경우, TAM이 좌측에 유전자가 없는 경우에도 우측으로의 전사를 활성화시킨다는 것을 입증하기 위해 TAM의 좌측(안티센스 방향)에는 유전자 카세트를 배치하지 않았다. 바이너리 벡터 pBI 101에 적합한 선택 마커(nptII) 및 전술된 구조물 TAM- P tim gfp를 갖는 아그로박테리움 투머파시엔스를 이용하여 개발했다. 유전자 구조물 은 도 1에 도시된다. 보는 바와 같이, TAM은 형질전환된 담배 식물체들의 잎들에서 리포터 유전자 gfp를 매우 효율적으로 발현한다. 예상된 바와 같이, 활성은 식물# 528.32의 경우 165.5부터 식물# 528.12의 경우 881.0으로 변했다. 그와 같은 발현 수준의 변화가 담배 염색체들 상의 상이한 위치들에서 형질전환 유전자(gfp)의 통합(integration)때문인 것으로 예상되며 공지되어 있다.In this case, a reporter gene different from that taken in Example 1 was chosen to demonstrate that high levels of expression from the right side of TAM are a common phenomenon and not limited to gusA . In this case, the gene for the green fluorescent protein ( gfp ) is placed downstream of the artificially designed transcription initiation module ( P tim ) and such cassettes are artificially designed 'transcriptional activation module' ( TAM) in the 5 'to 3' direction. ) To the right side (sense direction). In this case, not place the gene cassette is left (antisense orientation) of the TAM TAM sikindaneun to demonstrate that even in this case there is no gene transcription activation in the right to left. Selection marker ( nptII ) suitable for binary vector pBI 101 and the structure TAM- P tim described above It was developed using Agrobacterium tumeo Pacifico Enschede with gfp. Gene constructs are shown in FIG. 1. As can be seen, TAMs express the reporter gene gfp very efficiently in the leaves of transformed tobacco plants. As expected, the activity varied from 165.5 for plant # 528.32 to 881.0 for plant # 528.12. Such changes in expression levels are expected and known because of the integration of the transgene ( gfp ) at different positions on the tobacco chromosomes.

실시예Example 3 3

형질전환된 담배 식물체들에서 '전사 활성화 모듈'의 양방향성 기능을 입증하기 위해 전사 활성화 모듈의 반대방향들에 배치된 gusAgfp의 발현 Expression of gusA and gfp disposed in opposite directions of the transcriptional activation module to demonstrate the bidirectional function of the 'transcriptional activation module' in transformed tobacco plants

표 3TABLE 3

Figure 112006046408002-pct00006
Figure 112006046408002-pct00006

이 실시예에서, 실시예 1 및 2에서 기재된 두 개의 리포터 유전자들의 발현은 이들이 인위적으로 설계된 양방향성 모듈 TAM의 반대되는 양쪽에 배치되었을 때 활성화된다는 것을 보여주었다. 두 유전자들은 모두 형질전환된 담배의 잎들에서 동시에 발현되었다. 인위적으로 설계된 P tim 와 함께 리포터 유전자 gfp를 센스 방향으로 배치하고(TAM의 우측) Ptim와 함께 gusA는 안티센스 방향(TAM의 좌측)으로 배 치했다. 양자들은 모두 TAM을 따라 5'에서 3' 방향이었다. 전술된 두 실시예들에서와 같이 아그로박테리움 투머파시엔스를 이용하여 형질전환된 담배 식물체들을 개발하고 카나마이신 내성에 기초하여 선택했다. 결과들은 두 개의 리포터 유전자들이 모든 식물체들에서 두 방향들로 동시에 발현되었다는 것을 보여준다. 두 개의 유전자들의 발현 수준은 게놈에서 형질전환 유전자의 통합의 상이한 위치들 때문에 예상되는 바와 같이, 변이를 보였다. 본 실시예는 도 1에 도시된 바와 같은 P tim (안티센스)-TAM-P tim (센스) 포맷으로 사용될 때 모듈 TAM viz., 서열번호 1의 양방향적 속성을 정립한다.In this example, the expression of the two reporter genes described in Examples 1 and 2 showed that they are activated when placed on opposite sides of the artificially designed bidirectional module TAM . Both genes were expressed simultaneously in the leaves of the transformed tobacco. The reporter gene gfp was placed in the sense direction (right side of the TAM ) with artificially designed P tim and gusA was placed in the antisense direction (left side of the TAM ) with Ptim . Both were in the 5 'to 3' direction along the TAM. As in the two examples described above, transformed tobacco plants were developed using Agrobacterium tumerfaciens and selected based on kanamycin resistance. The results show that two reporter genes were simultaneously expressed in both directions in all plants. The expression levels of the two genes showed variations, as expected due to the different positions of integration of the transgene in the genome. This example establishes the bidirectional nature of the module TAM viz., SEQ ID NO: 1 when used in the P tim (antisense) -TAM - P tim (sense) format as shown in FIG. 1.

실시예Example 4  4

형질전환된 담배 식물체들에서 살리실산에 의한 전사의 유도에 대한 반응으로 두 방향들로 배치된 유전자들의 발현의 동시 증강.Simultaneous enhancement of expression of genes arranged in two directions in response to induction of transcription by salicylic acid in transformed tobacco plants.

표 4Table 4

Figure 112006046408002-pct00007
Figure 112006046408002-pct00007

1301-5 78850 3110                        1301-5 78850 3110

이 실시예는 인위적으로 설계된 전사 활성화 모듈(TAM)은 실시예 3에서 보인 바와 같이, 양방향들로 유전자 발현을 활성화할 뿐 아니라 실시예 4에서 보인 바와 같이 외부 자극들에 대응하여 발현의 추가적인 증강을 보인다. 본 실시예에서, 살리실산은 외부 자극으로서 사용되었다. 표 4의 결과들은 TAM은 양방향들로 동시에 살리실산에 의한 수배의 증강을 할 수 있다는 점을 정립한다. 예들 들면, 글루쿠로니다제 활성(gusA)은 형질전환된 식물체# 1301-3에서 약 57배 증강되었다. 동시에, 동일한 식물체에서, 그린 형광 단백질(gfp)은 또한 8배 증강되었다. 도 1에서 유전자 구조물에서 도시된 바와 같이, 전자는 안티센스 방향이고, 후자는 센스 방향이었다. 유사하게, 식물체# 1301-5에서, gusA(안티센스 방향)에 대해 약 788배의 증가가 확인되었고 gfp(센스 방향)에 대해서는 31배의 증가가 확인되었다. 결과들은 TAM이 양방향들 모두로 살리실산에 반응했다는 점을 정립한다. 그러나, 증강의 정도는 두 방향들에서 다를 수 있었다.This example demonstrates that an artificially designed transcriptional activation module ( TAM ) not only activates gene expression in both directions, as shown in Example 3, but also provides additional enhancement of expression in response to external stimuli as shown in Example 4. see. In this example, salicylic acid was used as an external stimulus. The results in Table 4 establish that TAM can be multiplied by salicylic acid simultaneously in both directions. For example, glucuronidase activity ( gusA ) was enhanced about 57-fold in transformed plant # 1301-3. At the same time, in the same plants, green fluorescent protein ( gfp ) was also enhanced 8-fold. As shown in the gene construct in FIG. 1, the former was in the antisense direction and the latter was in the sense direction. Similarly, in plant # 1301-5 an increase of about 788 fold was observed for gusA (antisense direction) and a 31 fold increase for gfp (sense direction). The results establish that TAM responded to salicylic acid in both directions. However, the degree of enhancement could be different in both directions.

실시예Example 5 5

NaCl과 IAA에 의한 전사 개시의 유도에 대응한 두 방향들로 배치된 유전자들의 발현의 동시 증강.Simultaneous enhancement of expression of genes arranged in two directions corresponding to induction of transcription initiation by NaCl and IAA.

표 5Table 5

Figure 112006046408002-pct00008
Figure 112006046408002-pct00008

본 실시예는 실시예 5a에서와 같이 설계된 '양방향성 발현 모듈'이 NaCl(염나트륨) 처리에 대응하여 발현을 증가시켰다는 것을 보여준다. 표 5의 결과는 형질전환된 라인 1301-3에서의 TAM은 안티센스 방향으로 (GUS 활성)의 약 10배 증가를, 센스 방향으로 GFP의 12배 증가를 보였다는 것을 보여준다. 상이한 형질전환된 라인들에서 gusA 및 GFP의 상이한 발현 수준은 변하며, 이는 게놈에서 형질전환 유전자의 통합 위치 때문이다. 유전자 구조물은 도 1에 도시된다. 형질전환 식물체들은 표 4에 기술된 바와 같다.This example shows that the 'bidirectional expression module' designed as in Example 5a increased expression in response to NaCl (sodium chloride) treatment. The results in Table 5 show that TAM in transformed line 1301-3 showed about a 10-fold increase in antisense direction (GUS activity) and a 12-fold increase in GFP in the sense direction. Different expression levels of gusA and GFP in different transformed lines change due to the integration position of the transgene in the genome. Gene constructs are shown in FIG. 1. Transgenic plants are as described in Table 4.

실시예Example 6 6

형질전환된 담배 식물체들에서 인돌 아세트산(IAA)에 의한 전사의 유도에 대응한 두 방향들로 배치된 유전자들의 발현의 증강.Enhancement of expression of genes arranged in two directions corresponding to induction of transcription by indole acetic acid (IAA) in transformed tobacco plants.

표 6Table 6

Figure 112006046408002-pct00009
Figure 112006046408002-pct00009

본 실시예는 형질전환된 담배 잎들에 대한 IAA(인돌 아세트산) 처리시 gusAgfp 활성의 증가를 보여준다. 글루쿠로니다제 활성(gusA)은 형질전환 식물체# 1301-4에서 약 7배 증강되었다. 동일한 식물체에서, gfp는 22배 증강되었다. 식물체# 1301-5(안티센스 방향)에서, gus 활성에는 4배의 증가가 있었고, gfp 활성(센스 방향)에는 8배 증가가 있었다. 실시예들 4, 5 및 6에 나타난 결과들은 양방향들로 발현을 변조하는 합성 '전사 활성화 모듈'의 화학적으로 유도가능한 행동을 보여준다.This example shows an increase in gusA and gfp activity upon IAA (indole acetic acid) treatment on transformed tobacco leaves. Glucuronidase activity ( gusA ) was enhanced about 7-fold in transgenic plant # 1301-4. In the same plant, gfp was enhanced 22-fold. In plant # 1301-5 (antisense direction), there was a 4-fold increase in gus activity and an 8-fold increase in gfp activity (sense direction). The results shown in Examples 4, 5 and 6 show the chemically inducible behavior of the synthetic 'transcriptional activation module' which modulates expression in both directions.

실시예Example 7 7

양방향성 인핸서로부터 살충성 단백질(insecticidal protein)을 발현하는 것에 의한 작물적으로 개량된 담배 식물체들의 개발.Development of crop-enhanced tobacco plants by expressing insecticidal protein from a bidirectional enhancer.

표 7TABLE 7

Figure 112006046408002-pct00010
Figure 112006046408002-pct00010

본 실시예는 인위적으로 설계된 전사 활성화 모듈이 식물체들의 형질전환 및 보다 나은 작물적 성과를 위해 개량된 형질전환 식물체들의 개발을 위한 벡터를 개발하기 위해 이용될 수 있다는 점을 정립한다. 본 실시예에서, 카나마이신에 대한 내성에 기초해 형질전환된 식물체들의 선택을 가능하게 하기 위해 P tim 와 함께 카나마이신 내성에 대한 공지된 선택 마커 유전자(npt1)을 TAM의 좌측에(안티센스 스트랜드) 배치했다. 크리스탈 단백질 유전자(최초에 토양 세균인 바실러 스 투링기엔시스(Bacillus thuringiensis )로부터 크로닝됨)로 불리는 작물적으로 매우 유용한 유전자 cryIAcTAM의 우측에(센스 방향) P tim 와 함께 배치했다. cryIAc는 인시목 곤충류인 헬리코베르파 ( Helicoverpa ) 종 등의 유충에 매우 유독한 단백질을 코드한다. 형질전환된 식물체들은 카나마이신에 대한 내성을 근거로 선택하였다. 5개의 선택된 형질전환 식물체들 모두는 ELISA에 의해 추정된 바와 같이, 전체 가용성 잎 단백질(total soluble leaf protein)의 0.07 내지 0.16%의 범위에서 살충성 단백질 CryIAc의 발현을 보였다. 5개의 식물체들 모두는 유충들에 유독했고 형질전환된 담배 식물체들의 잎들을 먹은 제1령 유충(1st instar larvae)의 89 내지 100%의 사멸율을 가져왔다. 결과들은 P tim 와 조합된 완전히 인위적으로 설계된 서열 TAM은 산업 적으로 높은 가치를 갖는 형질전환된 식물체의 개발의 위해 이용될 수 있는 양방향성 프로모터-기반한 벡터들을 개발하기 위해 이용될 수 있다. 형질전환된 목화 라인들이 개발되었을 때에도 유사한 결과들을 얻었다. 유사한 양방향성 모듈로부터 δ-엔도톡신들을 발현하는 곤충 독성 Coker 목화 라인들을 얻었다. 이들은 헬리코베르파 종 및 스포돕테라 종( Spodoptera sp.)이라 불리는 두 개의 주요한 목화다래벌레(bollworm)을 포함한, 인시목류 해충들에 의한 섭취 손상(feeding damage)에 매우 저항적이다.This example establishes that an artificially designed transcriptional activation module can be used to develop vectors for the transformation of plants and for the development of improved transgenic plants for better crop performance. In this example, a known selection marker gene ( npt1 ) for kanamycin resistance was placed to the left of the TAM (antisense strand) along with P tim to enable selection of transformed plants based on resistance to kanamycin. . Crystal protein gene was placed with a very useful genes to crop cryIAc ever known (from Schiller's Bar turing group N-Sys (Bacillus thuringiensis) bacteria in the soil in the first ningdoem Croix) to the right of the TAM (sense orientation) P tim. cryIAc encodes a protein highly toxic to larvae of insects such as man-hour neck helicase Kobe fail-fast (Helicoverpa) species. Transformed plants were selected based on their resistance to kanamycin. All five selected transgenic plants showed expression of the insecticidal protein CryIAc in the range of 0.07 to 0.16% of total soluble leaf protein, as estimated by ELISA. All five plants were toxic to larvae and resulted in a killing rate of 89 to 100% of the 1 st instar larvae that ate leaves of transformed tobacco plants. The results show that the fully artificially designed sequence TAM in combination with P tim can be used to develop bidirectional promoter-based vectors that can be used for the development of industrially valuable transformed plants. Similar results were obtained when transformed cotton lines were developed. Insect toxicity Coker cotton lines expressing δ-endotoxins were obtained from similar bidirectional modules. They are very resistant to patronize Kobe fail-fast kind of sports and helping Terra species (Spodoptera s p.) As two major boll worm (bollworm), ingestion damage (feeding damage) caused by pests, including the Insignia mokryu called.

결론conclusion

설계된 '양방향성 발현 모듈'의 유용성 및 특징들을 입증하기 위해, 본 발명자들은 발현 모듈의 센스 및 안티센스 방향들(도 1)에 배치된, 리포터 유전자들 글루쿠로니다제 A(gusA 또는 GUS), 그린 형광 단백질(gfp), δ-엔도톡신(cry) 등을 이용하여 다양한 유전자 구조물들을 제작하고 실시예들에서 이용하였다. 리포터 유전자들의 발현 양상들은 동일한 구조물을 유지하는 상이한 라인들 내에서 발현 수준의 예상되는 변이의 정도로 한번에 하나씩(실시예들 1 및 2) 또는 한번에 두개(실시예들 3, 4, 5, 6, 7)가 취해지면, 센스 및 안티센스 방향들 모두에서 유사하고 비견할 만하다. 그와 같은 발현 수준에 있어서의 변이는 표적 식물의 염색체들 상에서 상이한 위치들에서 형질전환 유전자들의 통합이 일어나기 때문인 것으로 예상되며, 공지되어 있다.To demonstrate the usefulness and features of the designed 'bidirectional expression module', the inventors have reported reporter genes glucuronidase A ( gusA or GUS), Green, placed in the sense and antisense directions of the expression module (FIG. 1). Various gene constructs were prepared using fluorescent protein ( gfp ), δ-endotoxin ( cry ), and used in the examples. Expression patterns of reporter genes can be one at a time (Examples 1 and 2) or two at a time (Examples 3, 4, 5, 6, 7) to the extent of expected variation in expression levels within different lines maintaining the same construct. ) Is taken, is similar and comparable in both sense and antisense directions. Variations in such expression levels are expected and are known because of the integration of transgenes at different locations on the chromosomes of the target plant.

본 발명자들이 보여준 또 다른 중요한 특징은 실시예들(4, 5, 및 6)에서 본 바와 같이 유전자 발현을 양방향들로 증강시킬 뿐 아니라 살리실산 처리(실시예 4) 또는 다른 환경적 요소들(실시예 5)에 대한 대응으로 발현의 추가적인 증강을 보이는, 설계된 '전사 활성화 모듈'의 화학적으로 유도 가능한 행동이다. 결과들은 양방향들로 동시에 살리실산에 의한 수배의 증강을 나타낸다. 유사한 결과들이 전사 활성화 모듈의 화학적으로 유도가능한 행동을 보여주는 NaCl(실시예 5) 및 IAA(실시예 6)의 경우에 관찰되었다. 본 발명자들은 식물 유전자 발현 벡터 모듈을 개발하기 위해 양방향성 발현을 더 활용하였다. 그와 같은 벡터는 일 방향으로는 카나마이신 내성(nptII) 같은 선택 마커를 발현하고, 또 다른 방향으로는 살충성 δ-엔도톡신을 코드하는 crylAc 유전자를 발현하는 양방향성 프로모터를 포함한다(실시예 7). 실시예들은 작물적으로 개량된 형질전환된 식물체들을 개발하는 데 있어서 그와 같은 개발된 벡터의 실험적 유용성을 명확하게 입증한다.Another important feature shown by the inventors is that in addition to enhancing gene expression in both directions as seen in Examples 4, 5, and 6, salicylic acid treatment (Example 4) or other environmental factors (Example 5) is a chemically inducible behavior of the designed 'transcriptional activation module', showing further enhancement of expression. The results show an increase in fold by salicylic acid in both directions simultaneously. Similar results were observed for NaCl (Example 5) and IAA (Example 6) showing the chemically inducible behavior of the transcriptional activation module. We further utilized bidirectional expression to develop a plant gene expression vector module. Such vectors include bidirectional promoters expressing a selection marker such as kanamycin resistance ( nptII ) in one direction and crylAc genes encoding insecticidal δ-endotoxin in one direction (Example 7). The examples clearly demonstrate the experimental usefulness of such developed vectors in developing crop-improved transformed plants.

형질전환된 담배에서 설계된 발현 모듈에 의해 나타난 결과들은 이 신규한 '양방향성 유전자 발현 모듈'의 개발을 위해 본 발명자들에 의해 이용된 특징들 및 방법의 기능적 유용성을 정립한다. 본 발명은 식물체들에서 제어되고, 조직-특이적이며, 구성적이고 유도가능한 형질전환 유전자 발현을 위한 인위적인 양방향성 발현 카세트들을 설계하기 위해 이용될 수 있는, 전산 생물학의 잠재적 응용을 명확하게 보여준다. 이들은 생물공학에서 중요한 응용들을 가질 것이다.The results presented by expression modules designed in transformed tobacco establish the functional utility of the features and methods used by the inventors for the development of this novel 'bidirectional gene expression module'. The present invention clearly shows the potential application of computational biology, which can be used to design artificial bidirectional expression cassettes for control, tissue-specific, constitutive and inducible transgene expression in plants. These will have important applications in biotechnology.

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기타 인용 문헌들Other Cited References

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Claims (12)

양방향성 프로모터로서:As a bidirectional promoter: a) 서열번호 1에 표시된 서열을 갖는 화학적으로 합성되고 전략적으로 설계된 인위적인 뉴클레오티드 서열을 포함하고, 식물체들에서 유전자들의 발현 수준을 증강시키도록 설계된 전사 활성화 모듈;a) a transcriptional activation module comprising a chemically synthesized and strategically engineered artificial nucleotide sequence having the sequence set forth in SEQ ID NO: 1 and designed to enhance the expression level of genes in plants; b) 서열번호 2에 표시된 서열을 갖는 화학적으로 합성되고 전략적으로 설계된 인위적인 뉴클레오티드 서열을 포함하고 하류에 배치된 유전자의 전사를 개시하는 최소 서열(minimal sequence)로 기능하도록 설계된 전사 개시 모듈;을 포함하는 양방향성 프로모터.b) a transcription initiation module comprising a chemically synthesized and strategically engineered artificial nucleotide sequence having the sequence set forth in SEQ ID NO: 2 and designed to function as a minimal sequence that initiates transcription of a gene disposed downstream; Bidirectional promoter. 제1항에 있어서, 상기 전사 개시 모듈은 유전적으로 조작된 식물체들을 개발하기 위해 하나 또는 두 개의 유전자들을 한번에 하나씩, 또는 동시에 발현하는 '전사 활성화 모듈'의 한쪽 또는 양쪽에 위치되는 것인 양방향성 프로모터.The bidirectional promoter according to claim 1, wherein the transcription initiation module is located on one or both sides of a 'transcriptional activation module' that expresses one or two genes one at a time, or simultaneously, to develop genetically engineered plants. 제1항에 있어서, 상기 전사 개시 모듈은 전사 활성화 모듈의 한쪽 또는 양쪽에 5'에서 3' 방향으로 배치되는 것인 양방향성 프로모터.The bidirectional promoter of claim 1, wherein the transcription initiation module is disposed in the 5 ′ to 3 ′ direction on one or both sides of the transcriptional activation module. 제2항에 있어서, 상기 전사 개시 모듈은 전사 활성화 모듈의 한쪽 또는 양쪽 에 5'에서 3' 방향으로 배치되는 것인 양방향성 프로모터.The bidirectional promoter of claim 2, wherein the transcription initiation module is disposed in the 5 ′ to 3 ′ direction on one or both sides of the transcriptional activation module. 제2항에 있어서, 하나 이상의 유용한 유전자들은 상기 전사 활성화 모듈의 한쪽 또는 양쪽으로부터 그들을 발현시키기 위해 상기 전사 활성화 모듈의 하류에 배치되는 것인 양방향성 프로모터.The bidirectional promoter of claim 2, wherein one or more useful genes are disposed downstream of the transcriptional activation module to express them from one or both sides of the transcriptional activation module. 삭제delete 삭제delete 농업 또는 산업에 유용한 식물 특징들을 개량하는 것을 목적으로 제1항에서 청구된 양방향성 프로모터에 의한 안정적인 형질전환 후 개발된 형질전환된 식물체.A transformed plant developed after stable transformation by the bidirectional promoter claimed in claim 1 for the purpose of improving plant characteristics useful for agriculture or industry. 일방향으로부터 선택 마커 및 발현 산물이 편리하게 모니터링될 수 있는 리포터 유전자를 발현하는 제1항에 따른 양방향성 프로모터를 포함하는 식물체 형질변환 벡터.A plant transformation vector comprising a bidirectional promoter according to claim 1 expressing a reporter gene from which a selection marker and expression product from one direction can be conveniently monitored. 삭제delete 제9항에 있어서, 상기 선택 마커는 nptII(neomycin phosphotransferase II), bar(bialaphos resistance) 및 hpt(hygromycin phosphotransferase) 유전자로 구성된 군으로부터 선택되는 것인 식물체 형질전환 벡터. 10. The method of claim 9, wherein the selection marker nptII (neomycin phosphotransferase II), bar (bialaphos resistance) and hpt (hygromycin phosphotransferase) vector conversion of the plant transformed is selected from the group consisting of a gene. 제9항에 있어서, 상기 리포터 유전자는 gusA(β-glucuronidase), gfp(green fluorescent protein) 및 luc(luciferase) 유전자로 구성된 군으로부터 선택되는 것인 식물체 형질전환 벡터.The plant transformation vector of claim 9, wherein the reporter gene is selected from the group consisting of gusA (β-glucuronidase), gfp (green fluorescent protein), and luc (luciferase) genes.
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