KR101883832B1 - Delta-7 desaturase gene from Phaeodactylum tricornutum, and uses thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파에오닥틸룸 트리코르누툼 (Phaeodactylum tricornutum) 유래 델타-7 불포화효소 (Delta-7 Desaturase, D7DES) 유전자 및 이를 이용하여 시스-7-헥사데센산(cis-7-hexadecenoic acid) 또는 트랜스-9-옥타데센산(trans-9-octadecenoic acid)을 생산하는 방법에 관한 것이다. 상기 델타-7 불포화효소 (D7DES)를 형질전환 벡터에 삽입하여 발현을 유도한 결과 7번 탄소에 이중결합이 도입된 불포화지방산이 생성되었으므로, 대사공학적인 방법으로 미생물 또는 식물의 지방산 조성을 변화시키는 데 유용하게 이용할 수 있다.The present invention relates to the use of phaeodactylum tricornutum) derived delta -7 unsaturated enzyme (Delta-7 Desaturase, D7DES) gene, and by using this, cis-hexahydro-7-de sensan (cis-7-hexadecenoic acid) or trans-9-octadecyl sensan (trans-9-octadecenoic acid. < / RTI > As a result of inserting the above-mentioned delta-7 unsaturated enzyme (D7DES) into a transformation vector, an unsaturated fatty acid having a double bond introduced into the 7th carbon was produced. Therefore, the fatty acid composition of the microorganism or plant was changed by metabolic engineering Can be usefully used.

Description

파에오닥틸룸 트리코르누툼 유래 델타-7 불포화효소 유전자 및 이의 이용 {Delta-7 desaturase gene from Phaeodactylum tricornutum, and uses thereof}Delta-7 desaturase gene and its use (Delta-7 desaturase gene from Phaeodactylum tricornutum, and uses thereof)

본 발명은 파에오닥틸룸 트리코르누툼 (Phaeodactylum tricornutum) 유래 델타-7 불포화효소 (Delta-7 Desaturase, D7DES) 유전자 및 이를 이용하여 시스-7-헥사데센산(cis-7-hexadecenoic acid) 또는 트랜스-9-옥타데센산(trans-9-octadecenoic acid)을 생산하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to the use of phaeodactylum tricornutum) derived delta -7 unsaturated enzyme (Delta-7 Desaturase, D7DES) gene, and by using this, cis-hexahydro-7-de sensan (cis-7-hexadecenoic acid) or trans-9-octadecyl sensan (trans-9-octadecenoic acid. < / RTI >

불포화지방산(Unsaturated fatty acid)은 한 분자 속에 하나 이상의 이중결합을 가지는 사슬 모양 화합물로 동식물 속에 널리 분포하며, 일반적으로 탄소수 12 내지 20개 정도의 짝수 개로 구성되어 있다. 지방산 분자가 단 하나의 이중결합을 갖고 있으면 단일불포화지방산이라고 하며, 두 개 이상의 이중결합을 있으며 다가 불포화지방산이라고 부른다. 불포화지방산은 이중결합 바로 다음의 수소 원자가 결합된 형태에 따라 시스 형(cis configuration)과 트랜스 형(trans configuration)으로 나뉜다. 시스 형은 인접한 수소 원자가 이중결합과 같은 방향에 있는 것을 말하며, 트랜스 형은 다음 2개의 수소 원자가 이중결합과 반대의 방향으로 결합한 것을 말한다. 지방산 사슬에서 이중결합이 형성되면 수소 원자가 제거 되어야 하는데, 이 때문에 포화지방산에서 '포화'라는 용어는 수소 원자가 포화하였다는 것을 의미한다. 세포 내 대사에서 수소-탄소 결합은 에너지 생산을 위해 결합이 깨지거나 산화된다. 따라서 불포화지방산은 같은 크기의 포화지방산에 비해 에너지를 더 적게 함유한다. 또한, 불포화지방산은 더 낮은 녹는점이 있어서 세포막의 유동성을 증가시키는 작용도 하는 것으로 알려졌다.Unsaturated fatty acids are chain-like compounds having one or more double bonds in a molecule and are widely distributed in plants and animals, and are generally composed of even numbers of about 12 to 20 carbon atoms. When a fatty acid molecule has only one double bond, it is called a monounsaturated fatty acid and has at least two double bonds and is called a polyunsaturated fatty acid. Unsaturated fatty acids are divided into a cis configuration and a trans configuration depending on the type of double bond followed by the hydrogen atom. The cis type means that the adjacent hydrogen atom is in the same direction as the double bond, and the trans type means that the next two hydrogen atoms are bonded in the opposite direction to the double bond. When a double bond is formed in a fatty acid chain, the hydrogen atom has to be removed, so the term 'saturated' in saturated fatty acids means that the hydrogen atom is saturated. In intracellular metabolism, hydrogen-carbon bonds are broken or oxidized for energy production. Thus, unsaturated fatty acids contain less energy than saturated fatty acids of the same size. Unsaturated fatty acids are also known to have lower melting points and to increase the fluidity of cell membranes.

식물체 내의 지방산들은 세포막과 종자 내 저장 오일을 이루는 중요한 구성 성분이다. 불포화 지방산의 일종인 리놀레산(linolenic acid; 18:3)은 식물체의 플라스티드(plastid)와 소포체(endoplasmic reticulum)에서 서로 다른 기질과 효소에 의해 합성된다(비특허문헌 1). 마이크로좀 리놀레산 불포화효소(이하,'FAD3'라 약칭)는 세포 내 소포체 막에 존재하여 포스파티딜콜린(phosphatidylcholine)의 sn-1과 sn-2 위치에 존재하는 이중 불포화 지방산인 리놀레산(18:2)이 삼중 불포화 지방산인 리놀레산(18:3)으로 전환되는 반응을 촉매하는 효소이다.Fatty acids in plants are an important constituent of cell membranes and storage oils in seeds. Linolenic acid (18: 3), a type of unsaturated fatty acid, is synthesized by different substrates and enzymes in plant plastids and endoplasmic reticulum (Non-Patent Document 1). The microsomal linoleic acid unsaturated enzyme (hereinafter abbreviated as 'FAD3') exists in the intracellular endoplasmic reticulum and linolenic acid (18: 2), a double unsaturated fatty acid present at the sn-1 and sn-2 positions of phosphatidylcholine, It is an enzyme that catalyzes the conversion of linoleic acid (18: 3), an unsaturated fatty acid.

식물체의 종자에서 생성되는 오일은 식물성 오일, 마가린과 같은 식용으로 사용되고 있을 뿐만 아니라, 비누, 페인트, 계면활성제, 바이오디젤과 같은 다양한 산업 원료로 사용되고 있다(비특허문헌 2). 특히 식물성 오일에서 지방산의 불포화 정도는 식물성 오일을 산업적으로 활용하는데 중요한 지표로 사용된다. 예를 들면, 올레산(oleic acid, 18:1) 함량이 높은 대두유는 리놀레산 함량이 높은 대두유에 비해 산화적 안정도가 크기 때문에 건강에 더 좋은 식물성 오일로 알려져 있다. 반면, 리놀레산 함량이 높은 대두유는 공기 중에서 빨리 건조하는 성질을 이용하여 페인트나 잉크 등에서 건조 오일로 이용된다. 이러한 식물성 오일에서의 지방산의 불포화도는 다양한 불포화효소 유전자들의 효소 활성에 의해 결정된다(비특허문헌 3).Oil produced from seeds of plants is used not only for edible use such as vegetable oil and margarine but also for various industrial raw materials such as soap, paint, surfactant, and biodiesel (Non-Patent Document 2). In particular, the degree of unsaturation of fatty acids in vegetable oils is an important indicator for the industrial application of vegetable oils. For example, soybean oil having a high content of oleic acid (18: 1) is known as a vegetable oil that is healthier than soybean oil having high linoleic acid content because of its high oxidative stability. On the other hand, soybean oil having a high content of linoleic acid is used as a drying oil in paints, inks and the like, by using the property of drying quickly in the air. The unsaturation of fatty acids in such vegetable oils is determined by the enzymatic activity of various unsaturated enzyme genes (Non-Patent Document 3).

한편 파에오닥틸룸 트리코르누툼 (Phaeodactylum tricornutum)은 해양 규조류의 일종으로, 불포화지방산인 EPA (Eicosapentaenoic acid) 등의 함량이 높은 것으로 알려져 있다 (특허문헌 1). 그러나 파에오닥틸룸 트리코르누툼 (Phaeodactylum tricornutum) 유래 불포화지방산 합성효소에 대한 연구는 현재까지 많이 이루어지지 않은 상태이다.On the other hand, phaeodactylum tricornutum ) is a kind of marine diatom, and it is known that EPA (Eicosapentaenoic acid), which is an unsaturated fatty acid, has a high content (Patent Document 1). However, studies on unsaturated fatty acid synthetase derived from Phaeodactylum tricornutum have not been performed so far.

이에 본 발명자들은 파에오닥틸룸 트리코르누툼 (Phaeodactylum tricornutum)으로부터 신규한 지방산 불포화효소 유전자를 분리하고, 이의 불포화지방산 합성 기능을 확인하여 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors have isolated a novel fatty acid unsaturated enzyme gene from Phaeodactylum tricornutum and confirmed its unsaturated fatty acid synthesis function, thereby completing the present invention.

대한민국 공개특허공보 제2014-0132226호Korean Patent Laid-Open Publication No. 2014-0132226

Somerville C, Browse J, Jaworski JG, Ohlrogge J. Lipids. In B Buchanan, W Gruissem, R Jones, eds., Biochemistry & Molecular Biology of Plants. 2000, pp. 456-527, American Society of Plant Physiologists, Rockville. Somerville C, Browse J, Jaworski JG, Ohlrogge J. Lipids. In B Buchanan, W Gruissem, R Jones, eds., Biochemistry & Molecular Biology of Plants. 2000, pp. 456-527, American Society of Plant Physiologists, Rockville. Ohlrogge JB. Design of new plant products: engineering of fatty acid metabolism. Plant Physiol., 1994, 104: 821-826. Ohlrogge JB. Design of new plant products: engineering of fatty acid metabolism. Plant Physiol., 1994, 104: 821-826. Kinney AJ, Cahoon EB, Hitz WD. Manupulating desaturase acrivities in transgenic crop plants. Biochem Soc Trans., 2002, 30: 1099-1103. Kinney AJ, Cahoon EB, Hitz WD. Manupulating desaturase acrivities in transgenic crop plants. Biochem Soc Trans., 2002, 30: 1099-1103.

본 발명의 목적은 서열번호 1의 염기서열로 이루어지는 델타-7 불포화효소 (Delta 7-Desaturase, D7DES) 유전자를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a Delta-7 desaturase (D7DES) gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1.

본 발명의 다른 목적은 상기 유전자로부터 암호화되는 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어진 델타-7 불포화효소 단백질을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a delta-7 unsaturated protein protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 which is encoded from the gene.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a recombinant vector containing the gene.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 재조합 벡터로 형질전환된 숙주세포를 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a host cell transformed with the recombinant vector.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 유전자를 이용하여 숙주세포에서 시스-7-헥사데센산(cis-7-hexadecenoic acid) 또는 트랜스-9-옥타데센산(trans-9-octadecenoic acid)을 생산하는 방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a method for producing cis-7-hexadecenoic acid or trans-9-octadecenoic acid in a host cell using the gene .

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 구체예는 서열번호 1의 염기서열로 이루어지는 델타-7 불포화효소 (Delta-7 Desaturase, D7DES) 유전자를 제공한다.In order to achieve the above object, one embodiment of the present invention provides a Delta-7 Desaturase (D7DES) gene comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1.

상기 유전자는 파에오닥틸룸 트리코르누툼 (Phaeodactylum tricornutum)로부터 분리된 것일 수 있다. 상기 "파에오닥틸룸 트리코르누툼 (Phaeodactylum tricornutum)"은 해양 미세조류 중 규조류(diatom)의 일종으로, 건조세포중량의 약 20~30%의 중량으로 다양한 지질을 함유하고 있다. The gene is expressed in phaeodactylum tricornutum ). The above-mentioned " Phaeodactylum tricornutum "is a kind of diatom of marine microalgae, and contains various lipids at a weight of about 20-30% of dry cell weight.

본 명세서에서 사용된 용어, "델타-7 불포화효소 (Delta-7 Desaturase, D7DES)"란 포화지방산의 7번 탄소 위치에 이중결합을 도입하여 불포화지방산을 생산하는 효소를 의미한다.As used herein, the term " Delta-7 Desaturase (D7DES) "refers to an enzyme that produces unsaturated fatty acids by introducing a double bond at the carbon position 7 of the saturated fatty acid.

상기 서열번호 1의 염기서열로 이루어지는 유전자는 1,362bp의 염기서열로 이루어진다.The gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 has a nucleotide sequence of 1,362 bp.

상기 델타-7 불포화효소 유전자는 서열번호 1의 염기서열로 이루어지는 유전자와 상동성을 갖는 상동 유전자를 포함한다.The delta-7 desaturase gene includes a homologous gene having homology with the gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1.

상기 "상동 유전자"란 서열번호 1의 염기서열과 바람직하게는 80% 이상, 더욱 바람직하게는 90% 이상, 더욱더 바람직하게는, 95% 이상, 가장 바람직하게는 99% 이상의 서열 상동성을 갖는 유전자로서 본 발명의 델타-7 불포화효소 유전자와 실질적으로 동질의 기능을 나타내는 유전자를 말한다. 서열 상동성은 당업계에 공지된 방법으로 분석될 수 있다. The "homologous gene" is a gene having a sequence homology of preferably 80% or more, more preferably 90% or more, still more preferably 95% or more, and most preferably 99% or more, with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: Quot; refers to a gene that exhibits a function substantially equivalent to the delta-7 unsaturated enzyme gene of the present invention. Sequence homology can be analyzed by methods known in the art.

본 명세서에서 사용된 용어, "실질적으로 동질의 기능"이란 포화지방산의 7번 탄소 위치에 이중결합을 도입하여 불포화지방산을 생산하는 것을 의미한다. 상기 기능적 동등물에는, 예를 들어, 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열의 아미노산 중 일부가 치환되거나, 결실 또는 부가된 아미노산 서열 변형체가 포함된다. 아미노산의 치환은 바람직하게는 보존적 치환이다. 천연에 존재하는 아미노산의 보존적 치환의 예는 다음과 같다; 지방족 아미노산(Gly, Ala, Pro), 소수성 아미노산(Ile, Leu, Val), 방향족 아미노산(Phe, Tyr, Trp), 산성 아미노산(Asp, Glu), 염기성 아미노산 (His, Lys, Arg, Gln, Asn) 및 황함유 아미노산(Cys, Met). 아미노산의 결실은 바람직하게는 본 발명의 델타-7 불포화효소의 활성에 직접관여하지 않는 부분에 위치한다. 또한 상기 기능적 동등물의 범위에는 델타-7 불포화효소의 기본 골격 및 이의 생리 활성을 유지하면서 단백질의 일부 화학 구조가 변형된 단백질 유도체도 포함된다. 예를 들어, 본 발명의 단백질의 안정성, 저장성, 휘발성 또는 용해도 등을 변경시키기 위한 구조변경 및 생리활성을 유지하면서 GFP와 같은 다른 단백질과의 융합으로 만들어진 융합단백질 등이 이에 포함된다.As used herein, the term "substantially homogenous function" refers to the production of an unsaturated fatty acid by introducing a double bond at the carbon position 7 of the saturated fatty acid. Such functional equivalents include, for example, amino acid sequence variants in which some of the amino acids of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 are substituted, deleted or added. Substitution of amino acids is preferably conservative substitution. Examples of conservative substitutions of amino acids present in nature are as follows: (Gly, Ala, Pro), hydrophobic amino acids (Ile, Leu, Val), aromatic amino acids (Phe, Tyr, Trp), acidic amino acids (Asp, Glu), basic amino acids (His, Lys, Arg, Gln, Asn ) And sulfur-containing amino acids (Cys, Met). Deletion of the amino acid is preferably located at a site that is not directly involved in the activity of the delta-7 unsaturated enzyme of the present invention. Also included within the scope of such functional equivalents are protein derivatives in which the basic skeleton of the delta-7 unsaturated enzyme and its chemical structure has been modified while maintaining its physiological activity. These include, for example, fusion proteins made by fusion with other proteins such as GFP, while retaining the structural modification and physiological activity to change the stability, storage stability, volatility or solubility of the protein of the present invention.

또한, 상기 본 발명에 따른 형질전환 유전자로는 서열번호 1의 염기서열을 가지는 유전자뿐만 아니라, 서열번호 1의 일부 염기가 치환, 결실 또는 부가된 변형서열로서, 본 발명의 서열번호 1의 염기서열로부터 발현되는 단백질의 활성, 즉, 델타-7 불포화효소와 동등한 정도의 활성을 나타내는 단백질을 코딩하는 염기서열이 사용될 수 있다.The transformant according to the present invention is not only a gene having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 but also a modified sequence in which some nucleotides of SEQ ID NO: 1 are substituted, deleted or added, A nucleotide sequence encoding a protein exhibiting an activity equivalent to that of a protein expressed from the expression vector, i.e., the delta-7 unsaturated enzyme, can be used.

본 발명의 다른 구체예는 상기 유전자로부터 암호화되는 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어진 델타-7 불포화효소 단백질을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a delta-7 unsaturated protein protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 encoded from the gene.

상기 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어지는 단백질은 453개의 아미노산으로 이루어진다.The protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 consists of 453 amino acids.

상기 델타-7 불포화효소 단백질은 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어진 단백질과 상동성을 갖는 상동 단백질을 포함한다. The delta-7 desaturase protein comprises a homologous protein having homology to a protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.

상기 "상동 단백질"이란 서열번호 2의 아미노산 서열과 바람직하게는 80% 이상, 더욱 바람직하게는 90% 이상, 더욱더 바람직하게는, 95% 이상, 가장 바람직하게는 99% 이상의 서열 상동성을 갖는 단백질로서 본 발명의 델타-7 불포화효소 단백질과 실질적으로 동질의 기능을 나타내는 단백질을 말한다.The "homologous protein" refers to a protein having a sequence homology of preferably 80% or more, more preferably 90% or more, still more preferably 95% or more, and most preferably 99% or more homologous to the amino acid sequence of SEQ ID NO: Quot; refers to a protein that exhibits substantially the same function as the delta-7 desaturase protein of the present invention.

상기 델타-7 불포화효소 단백질은 시토크롬 b5-도메인 및 히스티딘 박스(Histidine box)를 포함할 수 있다.The delta-7 desaturase protein may comprise a cytochrome b5-domain and a histidine box.

본 발명의 또 다른 구체예는 상기 델타-7 불포화효소 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a recombinant vector comprising the delta-7 desaturase gene.

따라서, 상기 재조합 벡터는 서열번호 1의 염기서열로 이루어지는 델타-7 불포화효소 유전자 또는 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어지는 델타-7 불포화효소 단백질을 암호화하는 유전자를 포함할 수 있다.Accordingly, the recombinant vector may include a gene encoding a delta-7 unsaturated enzyme gene comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or a gene encoding the delta-7 unsaturated enzyme protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.

상기 재조합 벡터는 7번 탄소에 이중결합이 도입된 불포화지방산 증진용일 수 있고, 구체적으로 시스-7-헥사데센산(cis-7-hexadecenoic acid) 또는 트랜스-9-옥타데센산(trans-9-octadecenoic acid) 증진용일 수 있다.The recombinant vector may be for promoting an unsaturated fatty acid into which a double bond is introduced to carbon number 7, and more specifically, cis-7-hexadecenoic acid or trans-9-octadecenoic acid (trans- octadecenoic acid.

본 명세서에서 사용된 용어, "재조합"은 세포가 이종의 핵산을 복제하거나, 상기 핵산을 발현하거나 또는 펩티드, 이종의 펩티드 또는 이종의 핵산에 의해 암호화된 단백질을 발현하는 세포를 지칭하는 것이다. 재조합 세포는 상기 세포의 천연 형태에서는 발견되지 않는 유전자 또는 유전자 절편을, 센스 또는 안티센스 형태 중 하나로 발현할 수 있다. 또한 재조합 세포는 천연 상태의 세포에서 발견되는 유전자를 발현할 수 있으며, 그러나 상기 유전자는 변형된 것으로서 인위적인 수단에 의해 세포 내 재도입된 것이다.As used herein, the term "recombinant" refers to a cell in which a cell replicates a heterologous nucleic acid, expresses the nucleic acid, or expresses a protein encoded by a peptide, heterologous peptide or heterologous nucleic acid. The recombinant cell can express a gene or a gene fragment that is not found in the natural form of the cell in one of the sense or antisense form. In addition, the recombinant cell can express a gene found in a cell in its natural state, but the gene has been modified and reintroduced intracellularly by an artificial means.

본 명세서에서 사용된 용어, "벡터"는 세포 내로 전달하는 DNA 단편(들), 핵산 분자를 지칭할 때 사용된다. 벡터는 DNA를 복제시키고, 숙주세포에서 독립적으로 재생산될 수 있다. 용어 "발현 벡터"는 흔히 "재조합 벡터"와 호환하여 사용된다. 용어 "재조합 벡터"는 목적한 코딩 서열과, 특정 숙주 생물에서 작동가능하게 연결된 코딩 서열을 발현하는데 필수적인 적정 핵산 서열을 포함하는 재조합 DNA 분자를 의미한다. 진핵세포에서 이용 가능한 프로모터, 인핸서, 종결신호 및 폴리아데닐레이션 신호는 공지되어 있다.As used herein, the term "vector" is used to refer to a DNA fragment (s), nucleic acid molecule, which is delivered into a cell. The vector replicates the DNA and can be independently regenerated in the host cell. The term "expression vector" is often used interchangeably with a "recombinant vector ". The term "recombinant vector" means a recombinant DNA molecule comprising a desired coding sequence and a suitable nucleic acid sequence necessary for expressing a coding sequence operably linked in a particular host organism. Promoters, enhancers, termination signals and polyadenylation signals available in eukaryotic cells are known.

본 발명의 벡터는 전형적으로 클로닝 또는 발현을 위한 벡터로서 구축될 수 있다. 또한, 본 발명의 벡터는 원핵 세포 또는 진핵 세포를 숙주로 하여 구축될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 재조합 벡터가 발현 벡터이고, 원핵 세포를 숙주로 하는 경우에는, 전사를 진행시킬 수 있는 강력한 프로모터 (예컨대, pLλ프로모터, trp 프로모터, lac 프로모터, T7 프로모터, tac 프로모터 등), 해독의 개시를 위한 리보좀 결합 자리 및 전사/해독 종결 서열을 포함하는 것이 일반적이다.The vector of the present invention can typically be constructed as a vector for cloning or expression. In addition, the vector of the present invention can be constructed by using prokaryotic cells or eukaryotic cells as hosts. For example, when the recombinant vector of the present invention is an expression vector and a prokaryotic cell is used as a host, a strong promoter (for example, pL? Promoter, trp promoter, lac promoter, T7 promoter, tac promoter, etc.) , Ribosome binding sites for initiation of detoxification, and transcription / translation termination sequences.

한편, 본 발명에 이용될 수 있는 벡터는 당업계에서 종종 사용되는 플라스미드 (예: pSC101, ColE1, pBR322, pUC8/9, pHC79, pGEX 시리즈, pET 시리즈 및 pUC19 등), 파지 (예: λgt4·λB, λ-Charon, λΔz1 및 M13 등) 또는 바이러스 (예: SV40 등)를 조작하여 제작될 수 있다.The vectors that can be used in the present invention include plasmids such as pSC101, ColE1, pBR322, pUC8 / 9, pHC79, pGEX series, pET series and pUC19 which are frequently used in the art, phages such as λgt4 · λB ,? -charon,?? z1, and M13), or a virus (e.g., SV40, etc.).

한편, 본 발명의 재조합 벡터가 발현 벡터이고, 진핵세포를 숙주로 하는 경우에는, 포유동물 세포의 게놈으로부터 유래된 프로모터 (예: 메탈로티오닌 프로모터) 또는 포유동물 바이러스로부터 유래된 프로모터 (예: 아데노바이러스 후기 프로모터, 백시니아 바이러스 7.5K 프로모터, SV40 프로모터, 사이토메갈로바이러스 프로모터 및 HSV의 tk 프로모터)가 이용될 수 있으며, 전사 종결 서열로서 폴리아데닐화 서열을 일반적으로 갖는다.On the other hand, when the recombinant vector of the present invention is an expression vector and a eukaryotic cell is used as a host, a promoter derived from the genome of a mammalian cell (e.g., a metallothionein promoter) or a mammalian virus (e.g., Adenovirus late promoter, vaccinia virus 7.5K promoter, SV40 promoter, cytomegalovirus promoter, and tk promoter of HSV) can be used, and generally have a polyadenylation sequence as a transcription termination sequence.

본 발명의 재조합 벡터에서, 프로모터는 CaMV 35S, 액틴, 유비퀴틴, pEMU, MAS 또는 히스톤 프로모터일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. "프로모터"란 용어는 구조 유전자로부터의 DNA 업스트림의 영역을 의미하며 전사를 개시하기 위하여 RNA 폴리머라아제가 결합하는 DNA 분자를 말한다. "식물 프로모터"는 식물 세포에서 전사를 개시할 수 있는 프로모터이다. "항시발현(constitutive) 프로모터"는 대부분의 환경 조건 및 발달 상태 또는 세포 분화 하에서 활성이 있는 프로모터이다. 형질전환체의 선택이 각종 단계에서 각종 조직에 의해서 이루어질 수 있기 때문에 항시발현 프로모터가 본 발명에서 바람직할 수 있다. 따라서, 항시발현 프로모터는 선택 가능성을 한정하지 않는다.In the recombinant vector of the present invention, the promoter may be CaMV 35S, actin, ubiquitin, pEMU, MAS, or histone promoter, but is not limited thereto. The term "promoter " refers to the region of DNA upstream from the structural gene and refers to a DNA molecule to which an RNA polymerase binds to initiate transcription. A "plant promoter" is a promoter capable of initiating transcription in plant cells. A "constitutive promoter" is a promoter that is active under most environmental conditions and developmental conditions or cell differentiation. Since the selection of the transformant can be carried out by various tissues at various stages, the expression promoter is always preferable in the present invention. Thus, the constant expression promoter does not limit the selectivity.

발현 벡터는 바람직하게는 하나 이상의 선택성 마커를 포함할 수 있다. 상기 마커는 통상적으로 화학적인 방법으로 선택될 수 있는 특성을 갖는 핵산 서열로, 형질전환된 세포를 비형질전환 세포로부터 구별할 수 있는 모든 유전자가 이에 해당된다. 그 예로는 바(Bar), 글리포세이트(glyphosate), 글루포시네이트암모늄(glufosinate ammonium) 또는 포스피노트리신(phosphinothricin)과 같은 제초제 저항성 유전자, 카나마이신(kanamycin), G418, 블레오마이신(Bleomycin), 하이그로마이신(hygromycin), 클로람페니콜(chloramphenicol)과 같은 항생제 내성 유전자가 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The expression vector may preferably comprise one or more selectable markers. The marker is typically a nucleic acid sequence having a property that can be selected by a chemical method, and includes all genes capable of distinguishing a transformed cell from a non-transformed cell. Examples include herbicide resistance genes such as Bar, glyphosate, glufosinate ammonium or phosphinothricin, kanamycin, G418, Bleomycin, But are not limited to, antibiotic resistance genes such as hygromycin and chloramphenicol.

본 발명의 또 다른 구체예는 상기 재조합 벡터로 형질전환된 숙주세포를 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a host cell transformed with said recombinant vector.

본 발명의 벡터를 원핵세포에 안정되면서 연속적으로 클로닝 및 발현시킬 수 있는 숙주세포는 당업계에 공지된 어떠한 숙주세포도 이용할 수 있으며, 예컨대, E. coli JM109, E. coli BL21, E. coli RR1, E. coli LE392, E. coli B, E. coli X 1776, E. coli W3110, 바실러스 서브틸리스, 바실러스 츄린겐시스와 같은 바실러스 속 균주, 그리고 살모넬라 티피무리움, 세라티아 마르세슨스 및 다양한 슈도모나스 종과 같은 장내균과 균주 등이 있다.Any host cell known in the art may be used as the host cell capable of continuously cloning and expressing the vector of the present invention in a stable and prokaryotic cell, for example, E. coli JM109, E. coli BL21, E. coli RR1 , E. coli LE392, E. coli B, E. coli X 1776, E. coli W3110, Bacillus subtilis, Bacillus tulifene, and Salmonella typhimurium, Serratia marcesensus and various Pseudomonas species And enterobacteria and strains such as the species.

또한, 본 발명의 벡터를 진핵 세포에 형질전환시키는 경우에는 숙주세포로서, 효모(Saccharomyce cerevisiae), 곤충세포, 사람세포 (예컨대, CHO 세포주(Chinese hamster ovary), W138, BHK, COS-7, 293, HepG2, 3T3, RIN 및 MDCK 세포주), 식물세포 및 식물체 등이 이용될 수 있다. 구체적으로 상기 숙주세포는 효모 또는 식물세포일 수 있고, 보다 구체적으로 상기 식물세포는 유지식물(vegetable oil plant)의 세포일 수 있고, 보다 더 구체적으로 상기 유지식물은 참깨, 유채, 해바라기, 아주까리, 땅콩, 콩, 코코야자, 기름야자, 올리브, 대두, 옥수수, 호호바 등을 포함할 수 있다.When the vector of the present invention is transformed into eukaryotic cells, yeast ( Saccharomyce cerevisiae) and the like insect cells, human cells (e.g., CHO cells (Chinese hamster ovary), W138, BHK, COS-7, 293, HepG2, 3T3, RIN and MDCK cell lines), plant cells and plants can be used. Specifically, the host cell may be a yeast or a plant cell. More specifically, the plant cell may be a cell of a vegetable oil plant. More specifically, the above-mentioned maintenance plant may be a sesame, rapeseed, sunflower, Peanuts, beans, coco, oil palm, olive, soy, corn, jojoba, and the like.

본 발명의 벡터를 숙주세포 내로 운반하는 방법은, 숙주 세포가 원핵 세포인 경우, CaCl2 방법, 하나한 방법 (Hanahan, D., J. Mol. Biol., 166:557-580(1983)) 및 전기천공 방법 등에 의해 실시될 수 있다. 또한, 숙주세포가 진핵세포인 경우에는, 미세주입법, 칼슘포스페이트 침전법, 전기천공법, 리포좀-매개 형질감염법, DEAE-덱스트란 처리법, 및 유전자 밤바드먼트 등에 의해 벡터를 숙주세포 내로 주입할 수 있다.The method of delivering the vector of the present invention into a host cell can be carried out by the CaCl 2 method, one method (Hanahan, D., J. MoI. Biol., 166: 557-580 (1983)) when the host cell is a prokaryotic cell, And an electric drilling method or the like. When the host cell is a eukaryotic cell, the vector is injected into the host cell by microinjection, calcium phosphate precipitation, electroporation, liposome-mediated transfection, DEAE-dextran treatment, and gene bombardment .

본 발명의 또 다른 구체예는 숙주세포에서 시스-7-헥사데센산(cis-7-hexadecenoic acid) 또는 트랜스-9-옥타데센산(trans-9-octadecenoic acid)을 생산하는 방법을 제공하며, 구체적으로 상기 방법은 서열번호 1의 염기서열로 이루어지는 파에오닥틸룸 트리코르누툼 (Phaeodactylum tricornutum) 유래의 델타-7 불포화효소 (Delta-7 Desaturase, D7DES) 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 숙주세포에 형질전환시키는 단계를 포함할 수 있다.Another embodiment of the present invention provides a method of producing cis-7-hexadecenoic acid or trans-9-octadecenoic acid in a host cell, Specifically, the method comprises the step of amplifying a phaeodactylum ( Phaeodactylum tricornutum) may comprise the step of transforming a host cell with a recombinant vector comprising the delta -7 unsaturated enzyme (Delta-7 Desaturase, D7DES) gene of origin.

구체적으로 상기 숙주세포는 효모 또는 식물세포일 수 있고, 보다 구체적으로 상기 식물세포는 유지식물(vegetable oil plant)의 세포일 수 있고, 보다 더 구체적으로 상기 유지식물은 참깨, 유채, 해바라기, 아주까리, 땅콩, 콩, 코코야자, 기름야자, 올리브, 대두, 옥수수, 호호바 등을 포함할 수 있다.Specifically, the host cell may be a yeast or a plant cell. More specifically, the plant cell may be a cell of a vegetable oil plant. More specifically, the above-mentioned maintenance plant may be a sesame, rapeseed, sunflower, Peanuts, beans, coco, oil palm, olive, soy, corn, jojoba, and the like.

상기 델타-7 불포화효소 (D7DES)는 팔미트산 (Palmitic acid, C16:0)의 7번 탄소를 불포화하여 헥사데센산 (hexadecenoic acid, C16:1 7)으로 전환하거나, 스테아르산 (Stearic acid, C18:0)의 9번 탄소를 불포화하여 엘라이드산 (elaidic acid, 9-octadecenoic acid (E), C18:1 trans-9)으로 전환하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.The above-mentioned delta-7 unsaturated enzyme (D7DES) can be converted to hexadecenoic acid (C16: 1 ? 7 ) by unsaturation of the 7th carbon of palmitic acid (C16: 0), stearic acid , C18: 0) is desirably converted to elaidic acid (9-octadecenoic acid (E), C18: 1 trans-9) by unsaturation but not limited thereto.

본 발명의 일 구체예에 따른 규조류 유래 델타-7 불포화효소 (D7DES)를 형질전환 벡터에 삽입하여 발현을 유도한 결과 7번 탄소에 이중결합이 도입된 불포화지방산이 생성되었으므로, 대사공학적인 방법으로 미생물 또는 식물의 지방산 조성을 변화시키는 데 유용하게 이용할 수 있다.As a result of induction of expression by inserting a diatomaceous delta-7 unsaturated enzyme (D7DES) according to one embodiment of the present invention into a transformation vector, an unsaturated fatty acid having a double bond introduced into the 7th carbon was produced. It can be usefully used to change microbes or the fatty acid composition of plants.

또한 본 발명의 델타-7 불포화효소에 의해 생성된 시스-7-헥사데센산 또는 트랜스-9-옥타데센산은 의약이나 화장품 분야에서 기능성 물질로서 활용될 수 있을 것이다.Also, cis-7-hexadecenoic acid or trans-9-octadecenoic acid produced by the delta-7 unsaturated enzyme of the present invention may be utilized as a functional substance in the fields of medicine and cosmetics.

도 1은 파에오닥틸룸 트리코르누툼 (Phaeodactylum tricornutum)의 RACE-PCR 결과이다.
도 2는 파에오닥틸룸 트리코르누툼 (Phaeodactylum tricornutum) 유래 델타-7 불포화효소 (PtD7DES)의 보존된 도메인 및 계통수를 나타낸 도이다: 클렙소르미디움 플락시둠 (Klebsormidium flaccidum) 유래 델타 5 지방산 불포화효소 (KfD5DES); 딕티오스텔리움 파스시쿠라툼 (Dictyostelium fasciculatum) 유래 델타 5 지방산 불포화효소 (DfD5DES); 유글레나 그라실리스 (Euglena gracilis) 유래 델타 4 지방산 불포화효소 (EgD4DES); 티라우스토키트리움 아우레움 (Thraustochytrium aureum) 유래 델타 4-불포화효소 (TaD4DES); 살핀고에카 로제타 (Salpingoeca rosetta) 유래 마이크로솜성 델타 5 불포화효소 (SrD5DES); 탈라씨오시라 수도나나 (Thalassiosira pseudonana) CCMP1335 유래 델타 5 불포화효소 (TpD5DES).
도 3은 파에오닥틸룸 트리코르누툼 (Phaeodactylum tricornutum) 유래 델타-7 불포화효소 (PtD7DES) 아미노산 서열 분석 결과이다: 클렙소르미디움 플락시둠 (Klebsormidium flaccidum) 유래 델타 5 지방산 불포화효소 (KfD5DES); 딕티오스텔리움 파스시쿠라툼 (Dictyostelium fasciculatum) 유래 델타 5 지방산 불포화효소 (DfD5DES); 유글레나 그라실리스 (Euglena gracilis) 유래 델타 4 지방산 불포화효소 (EgD4DES); 티라우스토키트리움 아우레움 (Thraustochytrium aureum) 유래 델타 4-불포화효소 (TaD4DES); 살핀고에카 로제타 (Salpingoeca rosetta) 유래 마이크로솜성 델타 5 불포화효소 (SrD5DES); 탈라씨오시라 수도나나 (Thalassiosira pseudonana) CCMP1335 유래 델타 5 불포화효소 (TpD5DES).
도 4는 파에오닥틸룸 트리코르누툼 (Phaeodactylum tricornutum) 유래 델타-7 불포화효소 (PtD7DES) 단백질의 TMHMM 결과이다.
도 5는 파에오닥틸룸 트리코르누툼 (Phaeodactylum tricornutum) 유래 델타-7 불포화효소 (PtD7DES) 단백질의 TMHMM 결과를 바탕으로 한 토폴로지 모델(topology model)이다.
도 6은 파에오닥틸룸 트리코르누툼 (Phaeodactylum tricornutum) 유래 델타-7 불포화효소 (PtD7DES) 유전자를 포함하는 벡터로 형질전환된 효모에서 새로운 산물이 생성됨을 확인하기 위한 가스 크로마토그래피 결과이다.
도 7은 pYES2-PtD7DES 형질전환 효모를 분석한 지방산 GC-MS 결과이다.
도 8은 pYES2-PtD7DES 형질전환 효모에서 새롭게 생성된 시스-7-헥사데센산의 동정 결과이다.
도 9는 pYES2-PtD7DES 형질전환 효모에서 새롭게 생성된 트랜스-9-옥타데센산의 동정 결과이다.
도 10은 불포화지방산 C16:1 패밀리의 이중결합 위치에 따른 이성질체의 생합성 경로를 나타낸 도이다.
Figure 1 shows the phaeodactylum < RTI ID = 0.0 > tricornutum ).
Figure 2 is a graph showing the effect of Phaeodactylum < RTI ID = 0.0 > 7 shows the conserved domains and phylogeny of delta-7 unsaturated enzyme ( PtD7DES ) derived from tricornutum: Klebsormidium delta-5 fatty acid unsaturation enzyme derived from flaccidum (KfD5DES); Dictyostelium delta-5 fatty acid unsaturated enzyme derived from fasciculatum (DfD5DES); Euglena gracilis ) -derived delta-4 fatty acid unsaturation enzyme (EgD4DES); Delta-4-unsaturated enzyme (TaD4DES) derived from Thraustochytrium aureum ; Microsaturated Delta 5 unsaturated enzyme (SrD5DES) derived from Salpingoeca rosetta ; Thalassiosira pseudonana) CCMP1335 derived from unsaturated delta 5 enzyme (TpD5DES).
Figure 3 is a graph showing the effect of Phaeodactylum < RTI ID = 0.0 > tricornutum) derived delta -7 unsaturated enzyme (PtD7DES) amino acid sequence analysis is: keulrep sorbitan Medium flat raksi Doom (Klebsormidium flaccidum) derived from unsaturated fatty acids, delta-5 enzyme (KfD5DES); Dictyostelium delta-5 fatty acid unsaturated enzyme derived from fasciculatum (DfD5DES); Euglena gracilis ) -derived delta-4 fatty acid unsaturation enzyme (EgD4DES); Thraustochytrium < / RTI > aureum- derived delta-4-unsaturated enzyme (TaD4DES); Microsaturated Delta 5 unsaturated enzyme (SrD5DES) derived from Salpingoeca rosetta ; Delta 5 unsaturated enzyme (TpD5DES) derived from Thalassiosira pseudonana CCMP1335.
Figure 4 is a graph showing the effect of Phaeodactylum < RTI ID = 0.0 > tricornutum) is TMHMM results derived delta -7 unsaturated enzyme (PtD7DES) protein.
FIG. 5 is a graph showing the effect of Phaeodactylum tricornutum) are derived from unsaturated enzyme delta -7 (PtD7DES) a topology model, based on the TMHMM results of protein (model topology).
Figure 6 is a graph showing the effect of Phaeodactylum < RTI ID = 0.0 > (PtD7DES) gene derived from a tricornutum- derived delta-7 unsaturated enzyme (PtD7DES) gene.
Fig. 7 shows results of fatty acid GC-MS analysis of pYES2-PtD7DES-transformed yeast.
Fig. 8 shows the result of identification of cis-7-hexadecenoic acid newly produced in pYES2-PtD7DES-transformed yeast.
Fig. 9 shows the result of identification of trans-9-octadecenoic acid newly produced in the pYES2-PtD7DES transgenic yeast.
FIG. 10 is a view showing a biosynthetic pathway of an isomer according to the double bond position of the unsaturated fatty acid C16: 1 family. FIG.

이하 본 발명을 하기 실시예에서 보다 상세하게 기술한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하거나 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자가 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail in the following Examples. It should be noted, however, that the following examples are illustrative only and do not limit or limit the scope of the present invention. It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

<< 실시예Example 1>  1> 파에오닥틸룸Paedo Til Room 트리코르누툼Tricornutum ( ( PhaeodactylumPhaeodactylum tricornutumtricornutum )) 으로부As a result, 터 유용 지방산 생합성 유전자의 분리 및 분석Isolation and analysis of fatty acid biosynthesis genes

파에오닥틸룸 트리코르누툼 (Phaeodactylum tricornutum)으로부터 유용 지방산 생합성 유전자를 분리하고 이의 구조를 분석하였다. Phaeodactylum tricornutum ) and the structure of the fatty acid biosynthesis gene was analyzed.

<1-1> <1-1> 파에오닥틸룸Paedo Til Room 트리코르누툼Tricornutum ( ( PhaeodactylumPhaeodactylum tricornutumtricornutum ) 유래 유전자 ) Derived gene PtPt D7DES의 분리Isolation of D7DES

RACE-PCR을 이용하여 해양 규조류인 파에오닥틸룸 트리코르누툼 (Phaeodactylum tricornutum)으로부터 유용 지방산 생합성에 필요한 추정 지방산 불포화효소(putative fatty acid desaturase) ORF (Open Reading Frame)를 분리하였다.Using a RACE-PCR in marine diatoms par ohdak estimation needed for useful fatty acid biosynthesis from tilrum tree cor nutum (Phaeodactylum tricornutum) an unsaturated fatty acid was isolated enzymes (putative fatty acid desaturase) ORF ( Open Reading Frame).

구체적으로, 염기서열이 알려진 해양 규조류인 탈라씨오시라 수도나나 (Thalassiosira pseudonana)의 지방산 불포화효소를 바탕으로 RACE-PCR을 수행하였다. 파에오닥틸룸 트리코르누툼 (Phaeodactylum tricornutum)의 전체 RNA로부터 얻은 cDNA를 주형으로 하여 RACE-PCR을 수행하였다. RACE-PCR 수행시, 프라이머는 PtD7D-F(5'-ATGGCTACGACTACCCCGAG-3': 서열번호 3)와 PtD7D-R(5'-TCAGTCCAGACCAACCGACAATTG-3':서열번호4)를 사용하였다. 이때, RACE-PCR은 PCR 증폭 조건으로 94℃로 3분 가열한 다음, 94℃에서 30초 가열, 58℃에서 30초 가열, 72℃에서 1분 30초 가열하는 단계로 구성된 일련의 과정을 총 40회(40 cycles) 반복한 후, 이를 72℃에서 5분 더 가열하는 조건으로 진행하였다. RACE-PCR은 Applied Biosystems사의 Gene Amp® PCR System 9700을 사용하여 수행하였으며, 상기 조건으로 증폭된 특정 PCR 산물은 1% 아가로스 겔(agarose gel) 상에 로딩(loading)하고, HiYield™ Gel/PCR DNA Extraction Kit (RBC)를 사용하여 분리, 정제한 후 시퀀싱(sequencing)하였다.Specifically, RACE-PCR was performed on the basis of the fatty acid unsaturation enzyme of Thalassiosira pseudonana , a marine diatomite whose base sequence is known. Phaeodactylum RACE-PCR was performed using the cDNA obtained from the total RNA of tricornutum as a template. In the RACE-PCR, the primers were PtD7D-F (5'-ATGGCTACGACTACCCCGAG-3 ': SEQ ID NO: 3) and PtD7D-R (5'-TCAGTCCAGACCAACCGACAATTG-3': SEQ ID NO: 4). At this time, RACE-PCR was performed under the conditions of PCR amplification for 3 minutes at 94 ° C, followed by heating at 94 ° C for 30 seconds, heating at 58 ° C for 30 seconds, and heating at 72 ° C for 1 minute and 30 seconds. After repeating 40 cycles (40 cycles), the cells were further heated at 72 ° C for 5 minutes. RACE-PCR was performed using Applied Biosystems' Gene Amp ® PCR System 9700, and specific PCR products amplified under the above conditions were loaded on 1% agarose gel and subjected to HiYield ™ Gel / PCR DNA Extraction Kit (RBC), followed by sequencing.

그 결과로 얻은 특정한 PCR 산물을 pGEM에 클로닝하여 염기서열을 분석한 결과 (도 1), 1,362 bp의 추정 지방산 불포화효소 염기서열을 확인하여 서열번호 1로 나타내었고, 이의 아미노산 서열을 서열번호 2로 나타내었다. 본 발명자들은 이 추정 지방산 불포화효소를 델타-7 불포화효소 (Delta-7 Desaturase, D7DES)로 추정하고, PtD7DES (Phaeodactylum tricornutum Delta-7 Desaturase)로 명명하였다.The resultant specific PCR product was cloned into pGEM and the nucleotide sequence was analyzed (Fig. 1). As a result, 1,362 bp of the predicted fatty acid desaturase nucleotide sequence was confirmed and the amino acid sequence thereof was shown in SEQ ID NO: 2 Respectively. The present inventors deduced this estimated fatty acid unsaturated enzyme as Delta-7 Desaturase ( D7DES ) and named Pt D7DES ( Phaeodactylum tricornutum Delta-7 Desaturase).

<1-2> <1-2> PtPt D7DES의Of D7DES 구조 분석 Structure analysis

서열번호 1에 의해 암호화되는 아미노산 453 코돈을 NCBI Blast 분석한 결과, 지방산 생합성 중합효소가 특징적으로 갖는 N-말단의 시토크롬 b5-도메인 및 FAD-유사 도메인이 확인되었다. 또한, PtD7DES의 생물간 유연관계를 나타내는 계통수 (Phylogenetic tree)를 확인한 결과, 클렙소르미디움 플락시둠 (Klebsormidium flaccidum) 유래 델타 5 지방산 불포화효소 (KfD5DES); 딕티오스텔리움 파스시쿠라툼 (Dictyostelium fasciculatum) 유래 델타 5 지방산 불포화효소 (DfD5DES); 유글레나 그라실리스 (Euglena gracilis) 유래 델타 4 지방산 불포화효소 (EgD4DES); 티라우스토키트리움 아우레움 (Thraustochytrium aureum) 유래 델타 4-불포화효소 (TaD4DES); 살핀고에카 로제타 (Salpingoeca rosetta) 유래 마이크로솜성 델타 5 불포화효소 (SrD5DES); 탈라씨오시라 수도나나 (Thalassiosira pseudonana) CCMP1335 유래 델타 5 불포화효소 (TpD5DES)와 같은 다양한 종의 델타 5-불포화효소 또는 델타 4-불포화효소와는 약 29%의 상동성을 보였다 (도 2).NCBI Blast analysis of an amino acid 453 codon encoded by SEQ ID NO: 1 confirmed the N-terminal cytochrome b5-domain and FAD-like domain characteristic of the fatty acid biosynthetic polymerase. In addition, phylogenetic tree showing the biosynthetic relationship of Pt D7DES was confirmed. As a result, Delta 5 fatty acid unsaturated enzyme (KfD5DES) derived from Klebsormidium flaccidum ; Dictyostelium delta-5 fatty acid unsaturated enzyme derived from fasciculatum (DfD5DES); Euglena gracilis ) -derived delta-4 fatty acid unsaturation enzyme (EgD4DES); Thraustochytrium &lt; / RTI &gt; aureum- derived delta-4-unsaturated enzyme (TaD4DES); Microsaturated Delta 5 unsaturated enzyme (SrD5DES) derived from Salpingoeca rosetta ; Thalassiosira homologous to delta-5-unsaturated enzymes or delta-4-unsaturated enzymes of various species such as pseudonana CCMP1335-derived delta penta- desaturase (TpD5DES) (FIG. 2).

또한 상기 다양한 종의 불포화효소와의 아미노산 서열 분석 결과, 지방산 불포화효소의 특징인 시토크롬 b5 헴-결합 (Cytochrome b5 heme-binding) 도메인과 히스티딘 박스(Histidine box) 1, 2, 3에서 상동성이 잘 나타나 있었다 (도 3).As a result of the amino acid sequence analysis with the above-mentioned unsaturated enzymes of various species, it was found that the cytochrome b5 heme-binding domain, which is a characteristic of the fatty acid unsaturated enzyme, and homology in the histidine box 1, (Fig. 3).

이의 토폴로지 모델(Topology model)을 그려 보면, 4개의 막-스패닝 헬리스 (membrane-spanning helices)가 있다. 이 예상되는 단백질 모델은 TMHMM 알고리즘 (http://www.cgs.dtu.dk/services/TMHMM/)을 기반으로 그렸다 (도 4 및 도 5).Drawing its topology model, there are four membrane-spanning helices. This predicted protein model was drawn based on the TMHMM algorithm (http://www.cgs.dtu.dk/services/TMHMM/) (FIGS. 4 and 5).

<< 실시예Example 2>  2> PtPt D7DES의Of D7DES 기능 분석 Function analysis

<2-1> <2-1> PtD7DES에On PtD7DES 의한 새로운 불포화지방산의 합성 확인 Confirmation of the synthesis of new unsaturated fatty acids

상기 실시예 1에 따라 파에오닥틸룸 트리코르누툼 (Phaeodactylum tricornutum)로부터 분리한 델타 7 불포화효소 (PtD7DES) 유전자를 효모(S. cerevisiae) 발현 운반체인 pYES2에 클로닝하였다. 델타-7 불포화효소 유전자가 삽입된 효모(pYES2-PtD7DES)를 이용하여 PtD7DES 유전자의 기능을 확인하기 위하여 우라실(uracil) 결핍 및 라피노스(raffinose)/갈락토스(galactose) 첨가한 배지에서 28℃ 조건으로 종균 배양(seed culture) 하였다. 종균 배양(Seed culture) 배양액을 새로운 배지에 최종농도 OD600=0.4가 되도록 가하여 20℃에서 3일간, 15℃에서 3일간 공동 배양하여 새로운 산물로의 전환을 유도하였다. 이를 가스 크로마토그래피에 의해 분석하였다.The delta 7 unsaturated enzyme ( Pt D7DES) gene isolated from Phaeodactylum tricornutum according to Example 1 was cloned into pYES2 , a yeast ( S. cerevisiae ) expression carrier. The yeast (pYES2- PtD7DES ) into which the delta-7 desaturase gene was inserted was used to transform Pt D7DES In order to confirm the function of the gene, seed culture was carried out at 28 ° C in a medium containing uracil deficiency and raffinose / galactose. The seed culture was added to the new medium to a final concentration of OD600 = 0.4, and co-cultured at 20 ° C for 3 days and at 15 ° C for 3 days to induce the conversion to a new product. This was analyzed by gas chromatography.

그 결과, 대조구 (pYES2)에 비하여 pYES2-PtD7DES 형질전환 효모에서는 팔미트산 (Palmitic acid, C16:0)으로부터 지방산 중합효소에 의해 하나의 이중결합이 생긴 새로운 산물 (C16:1)이 보였고, 스테아르산 (Stearic acid, C18:0)으로부터 하나의 이중결합이 생긴 새로운 산물 (C18:1)이 보였다 (도 6).As a result, a new product (C16: 1) in which one double bond was formed by fatty acid polymerase from palmitic acid (C16: 0) was found in the pYES2- PtD7DES transgenic yeast compared to the control (pYES2) A new product with one double bond (C18: 1) was seen from the acid (Stearic acid, C18: 0) (Figure 6).

따라서, PtD7DES에 의해 이중결합 1개를 갖는 불포화지방산 2종류가 합성되었음을 확인하였다.Therefore, it was confirmed that two kinds of unsaturated fatty acids having one double bond were synthesized by PtD7DES.

<2-2> 생성된 불포화지방산의 동정<2-2> Identification of unsaturated fatty acids produced

상기 실시예 2-1에서 생성된 새로운 산물을 동정하기 위하여 GC-MS (gass chromatograph-mass spectrometer)로 분석하였다 (도 7). 도 7에서 보여주는 시간대에 나타난 피크들을 지방산 표준 라이브러리를 통해 분석해 본 결과를 표 1에 나타내었다.The new products produced in Example 2-1 were analyzed by GC-MS (gass chromatograph-mass spectrometer) (Fig. 7). Peaks in the time zone shown in FIG. 7 were analyzed through a fatty acid standard library, and the results are shown in Table 1.

Figure 112016089892917-pat00001
Figure 112016089892917-pat00001

GC-MS에서 동정해 주는 새로운 피크를 분석한 결과, 팔미트산 (Palmitic acid, C16:0)으로부터 지방산 중합효소에 의해 하나의 이중결합이 생긴 새로운 산물 (RT 31.5)은 헥사데센산 (hexadecenoic acid, C16:1 7)이었으며, 스테아르산 (Stearic acid, C18:0)으로부터 하나의 이중결합이 생긴 새로운 산물 (RT 35.2)은 엘라이드산 (elaidic acid, 9-octadecenoic acid (E), C18:1 trans-9)이었다. 이 두 물질에 대해 이온화된 분자량 값으로 동정해 본 결과를 도 8 및 도 9에 나타내었다.A new peak (RT 31.5) with one double bond formed by fatty acid polymerase from palmitic acid (C16: 0) was identified as hexadecenoic acid , C16: 1 7) was, stearic acid (stearic acid, C18: 0) new product (RT 35.2) occurred one double bond from the El fluoride acid (elaidic acid, 9-octadecenoic acid (E), C18: 1 trans-9). The results of identification of the ionized molecular weight values for these two materials are shown in FIGS. 8 and 9. FIG.

탄소사슬 16개에 이중결합 1개가 있는 C16:1의 이중결합 위치에 따른 이성질체는 지금까지 팔미톨레산 (Palmitoleic acid, 9cis-16:1)과 사피에닉산 (Sapienic acid, 6cis-16:1)이 밝혀져 있다. 따라서, 상기 기존에 알려진 두 불포화지방산과 본 실험에서 신규하게 발견된 헥사데센산 (Hexadecenoic acid, 7cis-16:1)에 대한 생합성 경로를 도식화하면 도 10과 같다. The isomer according to the double bond position of C16: 1 with one double bond in 16 carbon chains is palmitoleic acid (9cis-16: 1) and sapienic acid (6cis-16: 1) . Therefore, the biosynthetic pathway for the two previously known unsaturated fatty acids and hexadecenoic acid (7cis-16: 1) newly found in this experiment is schematically shown in FIG.

<110> Republic of Korea <120> Delta-7 desaturase gene from Phaeodactylum tricornutum, and uses thereof <130> P16R12D1122 <160> 4 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 1362 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> D7DES gene <400> 1 atggctacga ctaccccgag ccagtccaag acactcgacc cattgctatt gtggatgatt 60 cacggaaact actatgacct ccacacgtat gtatcgcggc atcccggtgg aaaggaagct 120 attctgttgg gacgcggtcg cgactgcacc gccttgttcg aatcctacca tcccttcact 180 tcgcagcacc gtcgtgtatt ggaaaaacat cgagtgacaa ttgacacctc gttttgcagc 240 aaacagcaag acagaaaagt atcgaaacaa acagtttcat ccagcgaaca agccagtgac 300 gtcttttaca acatgttgtg tcagcgcgtc gcgcacgcac tgcaatctca aggagtggat 360 ccgatccgtg atcgaggtgc cacatggaca cgcagtatct actacgtctt tctgttcgcc 420 gcattgctag ctagcggata cgctcactgc acgggaagcc tactcggtag ccttctcttt 480 ggtgtggctg gttggtttat tggtgctttg ggacacgatg gcggccactt tgctgtctct 540 cgccgagcct ggctcaacga tttttccgtc tggggtattt cctggttgtg caatcctatc 600 atgtggcaac accagcacac gtacgcgcac catagtttca ccaacgaatt tgatcacgat 660 ccggatttgc accacttcac aacctttctc cgagtacatc gcaagtttca gcaaaactgt 720 atttatcgca accaagccaa ctgggtgtac gtgttttggg cctatacctt tgttaccttt 780 ggcgcatgct tttggattcc atggggcgtg ttgcgggagc agaccttgta cggactcgtc 840 gattggacgg atcggaagcg tccgtcacgg acggcggcct ttgtgttcca cttggtaacc 900 tactttggtc tcgtcatggt gctccccttt tggacgcacg gaacttggta caaggcgtgt 960 ttgggtgtca tcttgcacat gaccacctcg ggcttgatct ttgccttttt ctcgcaaatc 1020 aatcacatca acgaactatc gttggacgaa aaggtcgtga aactgcaccg atccacgttg 1080 gatcctaccg tgcgcgattc gtgggccgta gcgcaggtgg aagcctccaa caatttttgc 1140 accgactcgg cattttggca tctgttctcc aacggactta atttgcaaat tgaacaccat 1200 ctgtttccgg gaatcaacca ttgccacttg catcacatcg cgccggtcgt ccgcgaaacc 1260 tgcaatgagt acggtgtgcg gtacaagtcg tacgatagtt ggtccgatat aatgcgagca 1320 atgttgaagt ggctcgacca attgtcggtt ggtctggact ga 1362 <210> 2 <211> 453 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> D7DES protein <400> 2 Met Ala Thr Thr Thr Pro Ser Gln Ser Lys Thr Leu Asp Pro Leu Leu 1 5 10 15 Leu Trp Met Ile His Gly Asn Tyr Tyr Asp Leu His Thr Tyr Val Ser 20 25 30 Arg His Pro Gly Gly Lys Glu Ala Ile Leu Leu Gly Arg Gly Arg Asp 35 40 45 Cys Thr Ala Leu Phe Glu Ser Tyr His Pro Phe Thr Ser Gln His Arg 50 55 60 Arg Val Leu Glu Lys His Arg Val Thr Ile Asp Thr Ser Phe Cys Ser 65 70 75 80 Lys Gln Gln Asp Arg Lys Val Ser Lys Gln Thr Val Ser Ser Ser Glu 85 90 95 Gln Ala Ser Asp Val Phe Tyr Asn Met Leu Cys Gln Arg Val Ala His 100 105 110 Ala Leu Gln Ser Gln Gly Val Asp Pro Ile Arg Asp Arg Gly Ala Thr 115 120 125 Trp Thr Arg Ser Ile Tyr Tyr Val Phe Leu Phe Ala Ala Leu Leu Ala 130 135 140 Ser Gly Tyr Ala His Cys Thr Gly Ser Leu Leu Gly Ser Leu Leu Phe 145 150 155 160 Gly Val Ala Gly Trp Phe Ile Gly Ala Leu Gly His Asp Gly Gly His 165 170 175 Phe Ala Val Ser Arg Arg Ala Trp Leu Asn Asp Phe Ser Val Trp Gly 180 185 190 Ile Ser Trp Leu Cys Asn Pro Ile Met Trp Gln His Gln His Thr Tyr 195 200 205 Ala His His Ser Phe Thr Asn Glu Phe Asp His Asp Pro Asp Leu His 210 215 220 His Phe Thr Thr Phe Leu Arg Val His Arg Lys Phe Gln Gln Asn Cys 225 230 235 240 Ile Tyr Arg Asn Gln Ala Asn Trp Val Tyr Val Phe Trp Ala Tyr Thr 245 250 255 Phe Val Thr Phe Gly Ala Cys Phe Trp Ile Pro Trp Gly Val Leu Arg 260 265 270 Glu Gln Thr Leu Tyr Gly Leu Val Asp Trp Thr Asp Arg Lys Arg Pro 275 280 285 Ser Arg Thr Ala Ala Phe Val Phe His Leu Val Thr Tyr Phe Gly Leu 290 295 300 Val Met Val Leu Pro Phe Trp Thr His Gly Thr Trp Tyr Lys Ala Cys 305 310 315 320 Leu Gly Val Ile Leu His Met Thr Thr Ser Gly Leu Ile Phe Ala Phe 325 330 335 Phe Ser Gln Ile Asn His Ile Asn Glu Leu Ser Leu Asp Glu Lys Val 340 345 350 Val Lys Leu His Arg Ser Thr Leu Asp Pro Thr Val Arg Asp Ser Trp 355 360 365 Ala Val Ala Gln Val Glu Ala Ser Asn Asn Phe Cys Thr Asp Ser Ala 370 375 380 Phe Trp His Leu Phe Ser Asn Gly Leu Asn Leu Gln Ile Glu His His 385 390 395 400 Leu Phe Pro Gly Ile Asn His Cys His Leu His His Ile Ala Pro Val 405 410 415 Val Arg Glu Thr Cys Asn Glu Tyr Gly Val Arg Tyr Lys Ser Tyr Asp 420 425 430 Ser Trp Ser Asp Ile Met Arg Ala Met Leu Lys Trp Leu Asp Gln Leu 435 440 445 Ser Val Gly Leu Asp 450 <210> 3 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PtD7D_F <400> 3 atggctacga ctaccccgag 20 <210> 4 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PtD7D_R <400> 4 tcagtccaga ccaaccgaca attg 24 <110> Republic of Korea <120> Delta-7 desaturase gene from Phaeodactylum tricornutum, and uses          the <130> P16R12D1122 <160> 4 <170> KoPatentin 3.0 <210> 1 <211> 1362 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> D7DES gene <400> 1 atggctacga ctaccccgag ccagtccaag acactcgacc cattgctatt gtggatgatt 60 cacggaaact actatgacct ccacacgtat gtatcgcggc atcccggtgg aaaggaagct 120 attctgttgg gacgcggtcg cgactgcacc gccttgttcg aatcctacca tcccttcact 180 tcgcagcacc gtcgtgtatt ggaaaaacat cgagtgacaa ttgacacctc gttttgcagc 240 aaacagcaag acagaaaagt atcgaaacaa acagtttcat ccagcgaaca agccagtgac 300 gtcttttaca acatgttgtg tcagcgcgtc gcgcacgcac tgcaatctca aggagtggat 360 ccgatccgtg atcgaggtgc cacatggaca cgcagtatct 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Ser Leu Leu Gly Ser Leu Leu Phe 145 150 155 160 Gly Val Ala Gly Trp Phe Ile Gly Ala Leu Gly His Asp Gly Gly His                 165 170 175 Phe Ala Val Ser Arg Arg Ala Trp Leu Asn Asp Phe Ser Val Trp Gly             180 185 190 Ile Ser Trp Leu Cys Asn Pro Ile Met Trp Gln His Gln His Thr Tyr         195 200 205 Ala His His Ser Phe Thr Asn Glu Phe Asp His Asp Pro Asp Leu His     210 215 220 His Phe Thr Thr Phe Leu Arg Val His Arg Lys Phe Gln Gln Asn Cys 225 230 235 240 Ile Tyr Arg Asn Gln Ala Asn Trp Val Tyr Val Phe Trp Ala Tyr Thr                 245 250 255 Phe Val Thr Phe Gly Ala Cys Phe Trp Ile Pro Trp Gly Val Leu Arg             260 265 270 Glu Gln Thr Leu Tyr Gly Leu Val Asp Trp Thr Asp Arg Lys Arg Pro         275 280 285 Ser Arg Thr Ala Phe Val Phe His Leu Val Thr Tyr Phe Gly Leu     290 295 300 Val Met Val Leu Pro Phe Trp Thr His Gly Thr Trp Tyr Lys Ala Cys 305 310 315 320 Leu Gly Val Ile Leu His Met Thr Thr Ser Gly Leu Ile Phe Ala Phe                 325 330 335 Phe Ser Gln Ile Asn His Ile Asn Glu Leu Ser Leu Asp Glu Lys Val             340 345 350 Val Lys Leu His Arg Ser Thr Leu Asp Pro Thr Val Arg Asp Ser Trp         355 360 365 Ala Val Ala Gln Val Glu Ala Ser Asn Asn Phe Cys Thr Asp Ser Ala     370 375 380 Phe Trp His Leu Phe Ser Asn Gly Leu Asn Leu Gln Ile Glu His His 385 390 395 400 Leu Phe Pro Gly Ile Asn His Cys His Leu His His Ile Ala Pro Val                 405 410 415 Val Arg Glu Thr Cys Asn Glu Tyr Gly Val Arg Tyr Lys Ser Tyr Asp             420 425 430 Ser Trp Ser Asp Ile Met Arg Ala Met Leu Lys Trp Leu Asp Gln Leu         435 440 445 Ser Val Gly Leu Asp     450 <210> 3 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PtD7D_F <400> 3 atggctacga ctaccccgag 20 <210> 4 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PtD7D_R <400> 4 tcagtccaga ccaaccgaca attg 24

Claims (11)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 서열번호 1의 염기서열로 이루어지는 파에오닥틸룸 트리코르누툼 (Phaeodactylum tricornutum) 유래의 델타-7 불포화효소 (Delta-7 Desaturase, D7DES) 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 숙주세포에 형질전환시키는 단계를 포함하는, 숙주세포에서 시스-7-헥사데센산(cis-7-hexadecenoic acid) 또는 트랜스-9-옥타데센산(trans-9-octadecenoic acid)을 생산하는 방법.
Comprising the step of transforming a host cell with a recombinant vector comprising a Delta-7 Desaturase (D7DES) gene derived from Phaeodactylum tricornutum comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 , A method for producing cis-7-hexadecenoic acid or trans-9-octadecenoic acid in a host cell.
제9항에 있어서, 상기 숙주세포는 효모 또는 식물세포인 것인 숙주세포에서 시스-7-헥사데센 또는 트랜스-9-옥타데센산을 생산하는 방법.
10. The method according to claim 9, wherein the host cell is a yeast or a plant cell, wherein the host cell is produced from cis-7-hexadecene or trans-9-octadecenoic acid.
제10항에 있어서, 상기 식물세포는 참깨, 유채, 해바라기, 아주까리, 땅콩, 콩, 코코야자, 기름야자, 올리브, 대두, 옥수수 및 호호바로 이루어진 군으로부터 선택된 유지식물(vegetable oil plant)의 세포인 것인 숙주세포에서 시스-7-헥사데센 또는 트랜스-9-옥타데센산을 생산하는 방법.The plant cell of claim 10, wherein the plant cell is a cell of a vegetable oil plant selected from the group consisting of sesame, rapeseed, sunflower, castor, peanut, bean, coconut, oil palm, olive, soybean, corn and jojoba Gt; cis-7-hexadecene or trans-9-octadecenoic acid in a host cell.
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