KR20010021566A - Processes for increasing the yield in plants - Google Patents

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콰르트마리온
리이스마이어죄르그
빌미처로타르
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크리스타 헤르조크
막스-플랑크-게젤샤프트 츄어 푀르더룽 데어 뷔센샤프텐이.브이.
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Abstract

본 발명은 식물생산량을 증가시키는 방법, 상기 방법에 사용되는 재조합 핵산분자, 그들의 용도 뿐만 아니라 생산량이 증가된 식물에 관한 것으로서,The present invention relates to a method for increasing plant yield, a recombinant nucleic acid molecule used in the method, a plant having increased yield as well as their use,

반세포 특이 프로모터의 조절하에서 뉴클레오티드 서열이 발현되는 식물의 생산량을 증가시키는 방법이 기재되어 있으며,A method of increasing the yield of a plant in which a nucleotide sequence is expressed under the control of a half cell specific promoter is described.

상기 뉴클레오티드 서열은 발현하여 체관부에 광합성산물을 축적시키는 단백질을 코딩하는 것을 특징으로 한다.The nucleotide sequence is characterized by encoding a protein that accumulates photosynthetic products in the phloem.

Description

식물생산량 증가방법{PROCESSES FOR INCREASING THE YIELD IN PLANTS}PROCESSES FOR INCREASING THE YIELD IN PLANTS

본 발명은 식물생산량을 증가시키는 방법, 상기 방법에 사용되는 재조합 핵산분자, 그들의 용도 뿐만 아니라 생산량이 증가된 식물에 관한 것이다.The present invention relates to a method for increasing plant yield, a recombinant nucleic acid molecule used in the method, a plant having increased yield as well as their use.

농업 및 임업분야에서, 생산량이 증가된 식물을 제조하기 위해, 특히 증가하는 세계인구에 지속적으로 식량을 공급하기 위해, 그리고 재생원료를 공급하기 위해 꾸준히 노력을 해왔다. 종래에는, 육종에 의해 생산량을 증가시킨 식물을 얻으려고 노력했지만, 이는 시간낭비와 노동집약적이다. 더구나 적당한 육종계획은 각 관련 식물종에 대해 실시되어야 한다.In agriculture and forestry, there has been a steady effort to produce plants with increased yields, in particular to continuously feed the growing world population, and to provide renewable raw materials. Conventionally, efforts have been made to obtain plants that have increased yields by breeding, but this is a waste of time and labor. Moreover, suitable breeding plans should be implemented for each relevant plant species.

식물의 유전자조작, 즉 식물내로 재조합 핵산분자를 도입하고, 식물내에서 발현함으로써 부분적으로 진보되어왔다. 상기 접근방식은 한 식물종에 국한되는 것이 아니라 다른 식물종으로 전가될 수 있다는 장점을 가진다. 유럽특허 EP-A 0 511 979에는 식물세포내에서 원핵세포 아스파라긴 합성효소를 발현시키는 것, 특히 생체중량을 증가시키는 것이 기술되어 있다.Partial advances have been made in plant engineering, ie by introducing recombinant nucleic acid molecules into plants and expressing them in plants. This approach has the advantage that it is not limited to one plant species but can be transferred to another plant species. European patent EP-A 0 511 979 describes the expression of prokaryotic asparagine synthase in plant cells, in particular to increase biomass.

WO 96/21737에는 광합성 속도를 증가시키는, 규제되거나 또는 무질서한 프룩토스-1,6-비스포스파타아제의 발현에 의해 생산량이 증가된 식물을 제조하는 것이 기술되어 있다.WO 96/21737 describes the production of plants with increased production by expression of regulated or disordered fructose-1,6-bisphosphatase, which increases the rate of photosynthesis.

그럼에도 불구하고, 농업 또는 임업에서 식물 생산량을 증가시키기 위해 일반적으로 적용되는 방법이 여전히 필요하다.Nevertheless, there is still a need for commonly applied methods for increasing plant production in agriculture or forestry.

따라서, 본 발명의 기본적인 문제는 식물 생산량을 증가시키기 위한 방법을 추가로 제공하는 것이다.Thus, the basic problem of the present invention is to further provide a method for increasing plant yield.

상기 문제는 본 발명의 청구의 범위내에 특징화된 구체예를 제공함으로써 본 발명에 따라 해결된다.The problem is solved according to the present invention by providing an embodiment characterized within the claims of the present invention.

그러므로, 본 발명은 식물 생산량을 증가시키기 위한 방법에 관한 것으로서,Therefore, the present invention relates to a method for increasing plant yield,

(a)반세포내에서 특이적으로 전사하는 영역; 및 그에 조작가능하게 결합되는(a) a region that specifically transduces in half cells; And operably coupled thereto

(b)(ⅰ)수크로스를 제거하는 효소활성을 갖는 단백질;(b) a protein having enzymatic activity to remove sucrose;

(ⅱ)수크로스 운반체;(Ii) sucrose carriers;

(ⅲ)식물세포의 원형질막에 존재하는 양성자구배를 자극하는 활성을 갖는 단백질; 및(Iii) a protein having an activity of stimulating proton gradient present in the plasma membrane of plant cells; And

(ⅳ)시트르산염 신타아제(E.C.4.1.3.7)로 구성된 군에서 선택되는 폴리펩티드를 코딩하는 뉴클레오티드 서열로 구성되고, 식물의 게놈에 안정하게 통합되는 재조합 DNA 분자가 발현되는 것을 특징으로 한다.(Iii) Citrate synthase (E.C.4.1.3.7) consisting of a nucleotide sequence encoding a polypeptide selected from the group consisting of, characterized in that the recombinant DNA molecules are stably integrated into the genome of the plant is expressed.

식물의 체관부에서 특이적으로 상기 단백질을 발현시키면 생산량이 극적으로 증가된다는 것을 알았다.It was found that the expression of the protein specifically in the phloem of the plant dramatically increased the yield.

"생산량 증가"라는 용어는 식물의 생체중으로 측정된 경우, 생물량 생성을 증가시키는 것을 의미한다. 상기 생산량 증가는 식물의 소위 "수용부위(sink)" 기관을 의미하는 것이 바람직하며, 이는 광합성동안 생성된 광합성 산물을 흡수하는 기관이다. 특히 바람직한 것은 종자, 과실, 저장뿌리, 뿌리, 괴경, 꽃, 눈, 새 가지, 줄기 또는 목재와 같이 수확될 수 있는 식물의 일부이다. 본 발명에 따른 생산량 증가율은 같은 조건하에서 재배될 경우, 같은 유전자형의 비형질전환 식물에 비해 생물량에 대해 적어도 3%, 바람직하게 적어도 10% 및 특히 바람직하게 적어도 20%이다.The term "increase in yield" means increasing biomass production, as measured by the plant's live weight. Said increase in production preferably means the so-called "sink" organ of the plant, which is the organ that absorbs the photosynthetic product produced during photosynthesis. Particularly preferred are parts of plants that can be harvested such as seeds, fruits, storage roots, roots, tubers, flowers, snow, bird branches, stems or timber. The yield growth rate according to the invention, when cultivated under the same conditions, is at least 3%, preferably at least 10% and particularly preferably at least 20% relative to the biomass compared to untransformed plants of the same genotype.

상기 단백질은 보통 체관부에서 발현되는 경우 그들의 생물학적 활성이 광합성 산물의 체관부로의 축적율을 증가시킨다.When the proteins are usually expressed in the phloem, their biological activity increases the rate of accumulation of photosynthetic products into the phloem.

본 발명의 명세서에서, 광합성 산물은 당 및/또는 아미노산으로 이해된다.In the context of the present invention, photosynthetic products are understood as sugars and / or amino acids.

본 발명에 따라, (b)에 언급된 뉴클레오티드 서열은 보통 진균류 또는 동물 유기체로부터 기원하는 단백질 또는 세균성 단백질 또는 식물 단백질을 코딩할 수 있다.According to the present invention, the nucleotide sequence referred to in (b) can encode proteins or bacterial proteins or plant proteins that are usually of fungal or animal organisms.

바람직한 구체예에서, 뉴클레오티드 서열은 특히 솔라늄 튜베로숨(Solanum tuberosum), 바람직하게 솔라늄 튜베로숨의 괴경에서 발현된 수크로스 신타아제(E.C. 2.4.1.13), 바람직하게 식물 수크로스 신타아제를 코딩한다. 상기 서열은 예를 들어, 살라노우배트 및 벨리아드(Salanoubat and Belliard)의 (Gene 60(1987), 47-56)에 기술되어 있으며, 접수번호 X67125로 EMBL 유전자은행에서 사용할 수 있다.In a preferred embodiment, the nucleotide sequence in particular comprises a sucrose synthase (EC 2.4.1.13), preferably a plant sucrose synthase, expressed in the tubers of solanium tuberosum, preferably in solanium tuberosum Coding Such sequences are described, for example, in Salanoub and Belliard (Gene 60 (1987), 47-56) and can be used in the EMBL Genbank under accession number X67125.

추가의 바람직하게 구체예에서, 뉴클레오티드 서열은 수크로스 포스포릴라아제(E.C.2.4.1.7)를 코딩한다.In a further preferred embodiment, the nucleotide sequence encodes sucrose phosphorylase (E.C.2.4.1.7).

수크로스 포스포릴라아제를 코딩하는 서열은 예를 들어, WO 96/24679에 공지되어 있다.Sequences encoding sucrose phosphorylase are known, for example, from WO 96/24679.

다른 바람직한 구체예에서, 뉴클레오티드 서열은 인버타아제(E.C.3.2.1.26), 바람직하게 미생물의 인버타아제, 특히 속 사카로마이세스(Saccharomyces) 진균류, 바람직하게 사카로마이세스 세레비지애(S. cerevisiae)의 인버타아제를 코딩한다. 특히, 바람직한 것은 세포질 인버타아제를 코딩하는 서열이다(손네발트(Sonnewald) 외 다수, Plant J. 1(1991), 95-106).In another preferred embodiment, the nucleotide sequence is invertase (EC3.2.1.26), preferably the invertase of the microorganism, in particular the genus Saccharomyces fungi, preferably Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae). Particularly preferred are sequences encoding cytoplasmic invertases (Sonnewald et al., Plant J. 1 (1991), 95-106).

본 발명에 따라, 수크로스 운반체는 식물계내 수크로스를 막을 통과해 운반하는 운반체로 이해된다. 상기 운반체는 식물에서 유래한 것이 바람직하다(예를 들어, EMBL 유전자은행 접수번호 G21319). 특히 바람직한 (b)의 서열은 특히, 리이스마이어 외 다수의 (EMBO J. 11(1992), 4705-4713)에 기술된 바와 같이 클론 SoSUT1의 서열을 갖는 시금치(스피나시아 올레라세아(Spinacia oleracea))에서 수크로스 운반체를 코딩한다.According to the present invention, sucrose carriers are understood as carriers that carry sucrose in plant systems across membranes. The carrier is preferably derived from a plant (eg EMBL GenBank Accession No. G21319). Particularly preferred sequences of (b) are spinach (Spinacia oleracea) having the sequence of clone SoSUT1, as described in particular by Reismeier et al. (EMBO J. 11 (1992), 4705-4713). oleracea)) encodes a sucrose carrier.

다른 바람직한 구체예에서, 원형질막에 존재하는 양성자 구배를 자극하는 단백질은 양성자 ATP아제(ATPase)이다.In another preferred embodiment, the protein that stimulates the proton gradient present in the plasma membrane is proton ATPase.

상기 경우, (b)에 기술된 서열은 미생물, 특히 속 사카로마이세스의 진균류, 바람직하게 사카로마이세스 세레비지애의 단백질을 코딩한다.In this case, the sequence described in (b) encodes a microorganism, in particular a fungus of the genus Saccharomyces, preferably a protein of Saccharomyces cerevisiae.

특히 바람직한 구체예에서, 상기 서열은 사카로마이세스 세레비지애로부터 양성자 ATP아제 PMA1(세라노(Serrano)외 다수, Nature 319 (1986), 689-693; EMBL 유전자은행), 또는 3'말단에서 절단된 사카로마이세스 세레비지애로부터 상기 양성자 ATP아제의 변형물, 특히 본 발명의 실시예 3에 기술된 바와 같은 ATP아제 ΔPAM1을 코딩한다.In a particularly preferred embodiment, the sequence is cleaved from Saccharomyces cerevisiae at proton ATPase PMA1 (Serrano et al., Nature 319 (1986), 689-693; EMBL gene bank), or 3 ′ end. From the Saccharomyces cerevisiae a variant of said proton ATPase, in particular the ATPase ΔPAM1 as described in Example 3 of the present invention.

선택적으로, 뉴클레오티드 서열은 또한 식물로부터 양성자 ATP아제, 바람직하게 솔라늄 튜버로섬으로부터 양성자 ATP아제를 코딩할 수 있다.Optionally, the nucleotide sequence may also encode proton ATPases from plants, preferably proton ATPases from solanium tubulosum.

특히 바람직한 것은 감자로부터 양성자 ATP아제 PHA2(함스(Harms)외 다수, Plant Mol.Biol. 26(1994), 979-988; EMBL 유전자은행 X76535), 또는 3'말단에서 절단된 감자로부터 상기 양성자 ATP아제의 변형물, 특히 본 발명의 실시예 4에 기술된 바와 같은 ATP아제 ΔPHA2를 코딩하는 서열이다.Particularly preferred are proton ATPases from potatoes PHA2 (Harms et al., Plant Mol. Biol. 26 (1994), 979-988; EMBL Genbank X76535), or proton ATPases from potatoes cut at the 3 ′ end Is a sequence encoding an ATPase ΔPHA2 as described in Example 4 of the present invention.

본 발명에 따라, 시트르산염 신타아제는 특정 시트르산염 신타아제, 예를 들어, 세균, 진균류, 동물 또는 식물로부터의 시트르산염 신타아제일 수 있다. 시트르산염 신타아제를 코딩하는 DNA 서열은 공지되어 있으며, 그 예로는 바실루스 수브틸리스(Bacillus subtilis)(U05256 및 U05257), 대장균(E. coli)(V01501), 알. 프로바제키(R. prowazekii)(M17149), 피. 아에루기노사(P. aeruginosa)(M29728), 에이. 아니트라튬(A. anitratum)(M33037)(쉔델(Schendel)외 다수, Appl. Environ. Microbiol. 58 (1992), 335-345 및 그의 인용문헌), 할로페락스 볼카니(Haloferax volcanii)(제임스(James)외 다수, Biochem. Soc. Trans. 20 (1992), 12), 아라비돕시스 탈리아나(Arabidopsis thaliana)(Z17455)(운거(Unger)외 다수, Plant Mol. Biol. 13 (1989), 411-418), 비. 코아굴란스(B. coagulans)(M74818), 시. 부르네티(C. burnetti)(M36338)(하인첸(Heinzen)외 다수, Gene 109 (1990), 63-69), 엠. 스메그마티스(M. Smegmatis)(X60513), 티. 아시도필룸(T. acidophilum)(X55282), 티. 터모필라(T. thermophila)(D90117), 피그(pig)(M21197)(블록삼(Bloxham)외 다수, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 78 (1981), 5381-5385), 엔. 크랏사(N. crassa)(M84187)(페레아(Ferea)외 다수, Mol. Gen. Genet. 242 (1994), 105-110), 에스. 세레비지애(S. cerevisiae)(Z11113, Z23259, M14686, M54982, X00782)(수잇사(Suissa)외 다수, EMBO J. 3(1984), 1773-1781) 및 감자(EP 95 91 3066.7)가 있다.According to the invention, the citrate synthase may be a specific citrate synthase, for example citrate synthase from bacteria, fungi, animals or plants. DNA sequences encoding citrate synthase are known, examples include Bacillus subtilis (U05256 and U05257), E. coli (V01501), egg. R. prowazekii (M17149), p. P. aeruginosa (M29728), A. A. anitratum (M33037) (Schendel et al., Appl. Environ. Microbiol. 58 (1992), 335-345 and references thereof), Haloferax volcanii (James) (James) et al., Biochem. Soc. Trans. 20 (1992), 12), Arabidopsis thaliana (Z17455) (Unger et al., Plant Mol. Biol. 13 (1989), 411- 418), b. B. coagulans (M74818), p. C. burnetti (M36338) (Heinzen et al., Gene 109 (1990), 63-69), M. M. Smegmatis (X60513), T. T. acidophilum (X55282), t. T. thermophila (D90117), pig (M21197) (Bloxham et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 78 (1981), 5381-5385), N. N. crassa (M84187) (Ferea et al., Mol. Gen. Genet. 242 (1994), 105-110), S. et al. S. cerevisiae (Z11113, Z23259, M14686, M54982, X00782) (Suissa et al., EMBO J. 3 (1984), 1773-1781) and potatoes (EP 95 91 3066.7). .

괄호 안의 숫자는 GenEMBL 데이터 베이스내 해당 접수번호이다.The numbers in parentheses are the corresponding receipt numbers in the GenEMBL database.

본 발명에 따른 뉴클레오티드 서열은 미생물, 특히 식물, 진균류, 세균 또는 동물로부터 적당한 단백질을 코딩할 수 있다. 상기 서열은 바람직하게 식물 또는 진균류로부터 단백질을 코딩한다. 식물은 고급식물, 특히 전분 또는 오일저장에 유용한 식물, 예를 들어 감자 또는 곡류, 가령 벼, 옥수수, 밀, 보리, 호밀, 라이밀, 귀리, 수수 등 뿐만 아니라 시금치, 담배, 사탕무, 콩, 무명 등이 바람직하다.Nucleotide sequences according to the invention can encode suitable proteins from microorganisms, in particular from plants, fungi, bacteria or animals. The sequence preferably encodes a protein from a plant or fungus. Plants are high-grade plants, especially plants useful for storing starch or oils, such as potatoes or cereals, such as rice, corn, wheat, barley, rye, rye wheat, oats, sorghum, etc., as well as spinach, tobacco, sugar beets, soybeans, cotton Etc. are preferable.

진균류로는 속 사카로마이세스 (Saccharomyces), 쉬조사카로마이세스 (Schizosaccharomyces), 아스퍼질러스(Aspergillus) 또는 뉴로스포라(Neurospora), 특히 사카로마이세스 세레비지애, 쉬조사카로마이세스 폼베(Schizosaccharomyces pombe), 아스퍼질러스 플라부스(Aspergillus flavus), 아스퍼질러스 니거(Aspergillus niger) 또는 뉴로스포라 크랏사(Neurospora crassa)가 바람직하다.Fungi include the genus Saccharomyces, Schizosaccharomyces, Aspergillus or Neurospora, in particular Saccharomyces cerevisiae, Schizocaromyces pombe (Schizosaccharomyces pombe), Aspergillus flavus, Aspergillus niger or Neurospora crassa are preferred.

본 발명에 따른 방법의 바람직한 구체예에서, 반세포 특이전사를 보장하는 (a)에서 언급된 영역은 아그로박테리움 리조진(Agrobacterium rhizogenes)로부터의 rolC 유전자의 프로모터이다.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the region mentioned in (a) which ensures anti-cell specific transcription is the promoter of the rolC gene from Agrobacterium rhizogenes.

상기 프로모터는 예를 들어, 쉬뮐링(Schmuelling)외 다수의 (Plant Cell (1989), 665-671) 및 퀸(Kuen)의 (솔라나세아(Solanaceae)내 수크로스 운반체 SUT1의 특징화 및 정좌, Doctoral Thesis (1991), Freie Universitaet Berlin, biology department)에 기술되어 있다. 서열번호 1에 기술된 뉴클레오티드 서열을 가지는 프로모터 영역이 사용되는 것이 바람직하다.Such promoters include, for example, the characterization and alignment of the sucrose carrier SUT1 in Solanaceae (Schmuelling et al. (Plant Cell (1989), 665-671) and Quinn), Doctoral Thesis (1991), Freie Universitaet Berlin, biology department). It is preferred to use a promoter region having the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1.

상기 언급된 rolC 프로모터와 달리, 당업자는 반세포 특이발현을 위한 다른 프로모터를 쉽게 사용할 수 있다. 아라비돕시스 탈리아나로부터의 수크로스 운반체의 프로모터와 같은 다른 반세포 특이 프로모터는 문헌에 기재되어 있다(Truernit and Sauer, Planta 196 (1995), 564-570).Unlike the rolC promoter mentioned above, one skilled in the art can readily use other promoters for anti-cell specific expression. Other half cell specific promoters, such as the promoter of sucrose carriers from Arabidopsis thaliana, are described in Truernit and Sauer, Planta 196 (1995), 564-570.

그리고, 다른 RNA 및 단백질에 대해 반세포내 그들의 특정 발생도는 문헌(예를 들어, 폴레이(Foley)외 다수, Plant Mol. Biol. 30(1996), 687-695; DeWitt, Plant J. 1(1991), 121-128; 스테들러(Stadler)외 다수, Plant Cell 7 (1995), 1545-1554 참조)에 기술되어 있다. 공지된 단백질로부터 출발하여, 당업자들은 항체에 의해, 또는 아미노산 서열로부터 유도된 올리고뉴클레오티드를 사용하여 cDNA를 쉽게 분리할 수 있다(예를 들어, 삼부룩크(Sambrook)외 다수, Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989), Cold Spring Harbor, NY 참조). 상기 방법에서 얻은 cDNA로부터 출발하여, 해당 유기체로부터 형성된 게놈 라이브러리를 분별하고, 게놈 단편을 식별할 수 있다. cDNA의 뉴클레오티드 서열과 게놈 클론의 뉴클레오티드 서열을 비교함으로써 프로모터의 위치를 대략 결정할 수 있다. 프로모터의 특이성은 프로모터 및 지시유전자, 가령 β-글루쿠로니다아제로 구성된 키메라 유전자를 사용하여 유전자도입 위치내에서 다양할 수 있다(예를 들어, 커트분디트(Kertbundit)외 다수, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88 (1991), 5212-5216 참조).And their specific incidence in semi-cells for other RNAs and proteins is described in, for example, Foley et al., Plant Mol. Biol. 30 (1996), 687-695; DeWitt, Plant J. 1 ( 1991), 121-128; see Stadler et al., Plant Cell 7 (1995), 1545-1554). Starting from known proteins, those skilled in the art can readily isolate cDNAs by antibodies or using oligonucleotides derived from amino acid sequences (e.g., Sambrook et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual). , Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989), Cold Spring Harbor, NY). Starting from the cDNA obtained in the method, genome libraries formed from the organism can be fractionated and genomic fragments identified. The position of the promoter can be approximately determined by comparing the nucleotide sequence of the cDNA and the nucleotide sequence of the genomic clone. The specificity of a promoter may vary within the transduction site using a chimeric gene consisting of a promoter and an indicator gene, such as β-glucuronidase (eg, Kertbundit et al., Proc. Natl Acad.Sci. USA 88 (1991), 5212-5216).

본 발명에 따른 방법은 본래 어느 식물에나 적용될 수 있다. 그러므로, 단자엽식물종 뿐만 아니라 쌍자엽식물종이 특히 적합하다. 상기 방법은 농업, 원예학 및/또는 임업에 흥미있는 식물과 함께 사용하는 것이 바람직하다.The method according to the invention can be applied to any plant inherently. Therefore, dicotyledonous species as well as monocotyledonous species are particularly suitable. The method is preferably used with plants of interest for agriculture, horticulture and / or forestry.

그의 예로는 채소용 식물 가령, 오이, 메론, 호박, 에그 식물, 주키니, 토마토, 시금치, 양배추 종류, 완두콩, 콩 등 뿐만 아니라 과일, 가령 배, 사과 등이 있다.Examples include vegetable plants such as cucumbers, melons, pumpkins, egg plants, zucchini, tomatoes, spinach, cabbage varieties, peas, beans and the like, as well as fruits, such as pears and apples.

그리고, 오일저장식물은 가령, 예를 들어 평지, 해바라기, 콩이 적합하다. 특히 바람직한 구체예에서, 전분저장식물은 특히 곡류(벼, 옥수수, 밀, 호밀, 귀리, 라이밀, 수수, 보리), 감자, 카사바, 고구마 등이 적합하다.And oil storage plants are suitable, for example, rape, sunflower, soybeans. In a particularly preferred embodiment, the starch stock is particularly suitable for cereals (rice, corn, wheat, rye, oats, rye wheat, sorghum, barley), potatoes, cassava, sweet potatoes and the like.

상기 방법은 또한 수크로스 저장식물, 가령 예를 들어 사탕무 및 사탕수수 뿐만 아니라 기타 유용한 식물, 가령 예를 들어 무명, 담배, 목재류, 와인, 호프 등에 적용될 수 있다.The method can also be applied to sucrose stocks such as sugar beets and sugar cane as well as other useful plants such as cotton, tobacco, timber, wine, hops and the like.

본 발명은 또한,The present invention also provides

(a)식물 반세포내에서 특이적으로 전사하는 영역; 및 그에 조작가능하게 결합되는(a) a region that specifically transduces in plant half cells; And operably coupled thereto

(b)(ⅰ)수크로스 신타아제;(b) (iii) sucrose synthase;

(ⅱ)수크로스 포스포릴라아제;(Ii) sucrose phosphorylase;

(ⅲ)수크로스 운반체;(Iii) sucrose carriers;

(ⅳ)식물세포의 원형질막에 존재하는 양성자 구배를 자극하는 활성을 갖는 단백질; 및(Iii) a protein having an activity of stimulating a proton gradient present in the plasma membrane of the plant cell; And

(ⅴ)시트르산염 신타아제로 구성된 군에서 선택되는 폴리펩티드를 코딩하는 뉴클레오티드 서열을 포함하는 재조합 핵산분자에 관한 것이다.(Iii) Citrate synthase relates to a recombinant nucleic acid molecule comprising a nucleotide sequence encoding a polypeptide selected from the group consisting of.

상기 분자의 바람직한 구체예에 관해, 본 발명의 방법과 연관되어 상기 이미 언급된 (a)에서 언급된 영역 및 (b)에서 언급된 뉴클레오티드 서열에 같이 적용한다.With respect to the preferred embodiments of such molecules, the same applies to the nucleotide sequences mentioned in (b) and to the regions mentioned in (a) already mentioned above in connection with the methods of the invention.

본 발명은 또한, 식물세포의 형질전환 뿐만 아니라 외부 DNA를 식물 게놈으로 통합하는데 적합한, 본 발명의 핵산분자를 함유하는 벡터에 관한 것이다.The present invention also relates to a vector containing the nucleic acid molecule of the present invention, which is suitable for transforming plant cells as well as integrating foreign DNA into the plant genome.

본 발명은 또한, 본 발명의 핵산분자로 형질전환되고, 게놈내에 안정하게 통합된 상기 분자를 함유하는 식물세포에 관한 것이다. 상기 세포들은 자연발생되지 않는 위치에서 본 발명의 핵산분자가 세포의 세놈내에 통합된다는 점에서 자연발생되는 식물세포와 다르다.The present invention also relates to plant cells containing the molecule transformed with the nucleic acid molecule of the present invention and stably integrated into the genome. The cells differ from naturally occurring plant cells in that the nucleic acid molecules of the present invention are integrated into the cell's genome in a non-naturally occurring position.

본 발명은 또한, 같은 조건하에서 재배된 대응하는 비-형질전환 식물과 비교했을때 증가된 생산량을 나타내는, 식물 반세포내 게놈으로 통합된 재조합 핵산분자의 발현을 야기하고, 본 발명의 식물세포를 함유하는 유전자도입 식물에 관한 것이다.The invention also results in the expression of recombinant nucleic acid molecules integrated into the genome within the plant half-cells, which show increased production compared to the corresponding non-transgenic plants grown under the same conditions, and contain the plant cells of the invention. It relates to a transgenic plant.

본 발명은 또한, 본 발명의 상기 식물세포를 함유하는 본 발명의 식물의 번식물질에 관한 것이다. "번식물질"이라는 용어는 특히 종자, 과실, 괴경, 지하경, 농작물, 칼리, 세포 배양물 등을 포함한다.The present invention also relates to a propagation material of the plant of the present invention containing the plant cell of the present invention. The term "propagation material" includes especially seeds, fruits, tubers, underground diameters, crops, kali, cell cultures and the like.

마지막으로, 본 발명은 식물 반세포내에 특이적으로 전사하는 영역; 및 그에 조작가능하게 결합되는, (ⅰ)수크로스를 제거하는 효소활성을 갖는 단백질; (ⅱ)수크로스 운반체; (ⅲ)원형질막에 존재하는 양성자구배를 자극하는 활성을 갖는 단백질; 및 (ⅳ)시트르산염 신타아제로 구성된 군에서 선택되는 폴리펩티드를 코딩하는 뉴클레오티드 서열을 포함하고, 생산량을 증가시키기 위한 유전자도입 식물내 발현을 위해 재조합 핵산분자를 사용하는 것에 관한 것이다.Finally, the present invention relates to a region specifically transcribed in plant half cells; And (iii) a protein having an enzymatic activity to remove sucrose, which is operably bound thereto; (Ii) sucrose carriers; (Iii) a protein having an activity of stimulating proton gradient present in the plasma membrane; And (iii) a nucleotide sequence encoding a polypeptide selected from the group consisting of citrate synthase, and relates to the use of recombinant nucleic acid molecules for expression in transgenic plants to increase production.

코딩된 단백질은 상기 부연설명된 단백질인 것이 바람직하다.The encoded protein is preferably the protein described above.

단자엽식물 및 쌍자엽식물의 형질전환방법은 당 분야에 보통의 기술을 가진 사람들에게 공지되어 있다.Methods of transforming monocotyledonous and dicotyledonous plants are known to those of ordinary skill in the art.

식물 숙주세포에 DNA를 도입하기 위해, 여러가지 기술이 사용될 수 있다. 상기 기술들은 형질전환 수단으로서 아그로박테리움 튬파시엔스 또는 아그로박테리움 리조진을 사용하여 식물세포를 T-DNA로 형질전환하는 기술, 원형질체를 융합시키는 기술, 주입기술, DNA를 전기천공하는 기술, 생분해방법 뿐만 아니라 다른 가능한 방법에 의한 DNA의 도입기술을 포함한다.Various techniques can be used to introduce DNA into plant host cells. The techniques include the use of Agrobacterium lithium faciens or Agrobacterium lysine as a means of transformation to transform plant cells into T-DNA, to fuse protoplasts, to inject, to electroporate DNA, Biodegradation as well as techniques for introducing DNA by other possible methods.

식물세포내에 DNA를 주입 및 전기천공하기 위해, 플라스미드는 특정 요건을 만족시킬 필요가 없다. pUC와 같은 간단한 플라스미드가 사용될 수 있다. 식물세포를 형질전환하기 위해 아그로박테리아를 사용하는 것은 유럽특허 EP-A 120 516, 호케마(Hoekema)의 (In: The Binary Plant Vector System Offsetdrukkerij Kanters B.V., Alblasserdam (1985), Chapter V), 프랄레이(Fraley)외 다수의 (Crit. Rev. Plant. Sci. 4, 1-46) 및 안(An)외 다수의 (EMBO J. 4(1985), 277-287)에서 시험되고 충분히 개시되어 있다.In order to inject and electroporate DNA into plant cells, the plasmid does not have to meet certain requirements. Simple plasmids such as pUC can be used. The use of Agrobacterium to transform plant cells is described in European Patent EP-A 120 516, Hoekema (In: The Binary Plant Vector System Offsetdrukkerij Kanters BV, Alblasserdam (1985), Chapter V), Praray (Fraley et al., Crit. Rev. Plant. Sci. 4, 1-46) and An et al. (EMBO J. 4 (1985), 277-287) and are fully disclosed.

식물세포에 DNA를 전달하기 위해, 식물이식편은 아그로박테리움 튬파시엔스 또는 아그로박테리움 리조진과 공동배양될 수 있다. 감염식물체(예를 들어, 잎 이식편, 줄기 단편, 뿌리 뿐만 아니라 원형질체 또는 식물세포가 배양된 현탁액)로부터, 전체 식물은 형질전환된 세포를 선별하기 위한 항생물질 또는 바이오지드를 함유하는 적당한 배지내에서 재생될 수 있다. 상기 방법에서 얻은 식물은 도입된 DNA의 존재하에서 시험될 수 있다. 생분해방법 또는 원형질체 형질전환법을 사용하여 외부 DNA를 도입하는 다른 가능한 방법들은 공지되어 있다(예를 들어, Willmitzer, L., 1993 Transgenic plants. In:Biotechnology, A Multi-Volume Comprehensive Treatise (H.J. Rehm, G. Reed, A. Puehler, P. Stadler, eds), Vol. 2, 627-659, VCH Weinheim-New York-Basel-Cambridge 참조).To deliver DNA to plant cells, the plant graft may be co-cultured with Agrobacterium lithium faciens or Agrobacterium lysine. From infectious plants (e.g., leaf grafts, stem fragments, roots as well as suspensions of protoplasts or plant cells cultured), the whole plant is in a suitable medium containing antibiotics or biozides for selecting transformed cells. Can be recycled. Plants obtained in this method can be tested in the presence of introduced DNA. Other possible methods of introducing foreign DNA using biodegradation or protoplast transformation are known (e.g. Willmitzer, L., 1993 Transgenic plants.In: Biotechnology, A Multi-Volume Comprehensive Treatise (HJ Rehm, G. Reed, A. Puehler, P. Stadler, eds), Vol. 2, 627-659, VCH Weinheim-New York-Basel-Cambridge).

아그로박테리움 튬파시엔스에 의해 Ti-플라스미드-벡터 시스템을 통해 쌍자엽식물을 형질전환하는 기술은 잘 정립되어 있다. 최근의 연구에서는 또한 단자엽식물들이 아그로박테리움계 벡터에 의해 형질전환될 수 있다는 사실을 알았다(찬(Chan) 외 다수, Plant Mol. Biol. 22(1993), 491-506; 히에이(Hiei) 외 다수, Plant J. 6 (1994), 271-282; 뎅(Deng) 외 다수, Science in China 33(1990), 28-34; 윌밍크(Wilmink) 외 다수, Plant Cell Reports 11 (1992), 76-80; 메이(May) 외 다수, Bio/Technology 13 (1995), 486-492; Conner and Domisse; Int. J. Plant Sci. 153 (1992), 550-555; 릿치(Ritchie) 외 다수, Transgenic Res. 2 (1993), 252-265).Techniques for transforming dicotyledonous plants through the Ti-plasmid-vector system by Agrobacterium zumfaciens are well established. Recent studies have also found that monocots can be transformed with Agrobacterium-based vectors (Chan et al., Plant Mol. Biol. 22 (1993), 491-506; Hiei et al. Many, Plant J. 6 (1994), 271-282; Deng et al., Science in China 33 (1990), 28-34; Wilmink et al., Plant Cell Reports 11 (1992), 76 -80; May et al., Bio / Technology 13 (1995), 486-492; Conner and Domisse; Int. J. Plant Sci. 153 (1992), 550-555; Ritchie et al., Transgenic Res. 2 (1993), 252-265).

단자엽식물을 형질전환하기 위한 선택적인 시스템은 생분해방법에 의한 형질전환(Wan and Lemaux, Plant Physiol. 104 (1994), 37-48; 바실(Vasil) 외 다수, Bio/Technology 11 (1993), 1553-1558; 리탈라(Ritala) 외 다수, Plant Mol. Biol. 24 (1994), 317-325; 스펜서(Spencer) 외 다수, Theor. Appl. Genet. 79 (1990), 625-631), 원형질체 형질전환, 일부 유동화처리된 세포의 전기천공법 뿐만 아니라 유리섬유에 의한 DNA의 도입이다.Alternative systems for transforming monocots are described by biodegradation (Wan and Lemaux, Plant Physiol. 104 (1994), 37-48; Vasil et al., Bio / Technology 11 (1993), 1553). -1558; Ritala et al., Plant Mol. Biol. 24 (1994), 317-325; Spencer et al., Theor.Appl. Genet. 79 (1990), 625-631), protoplast traits Conversion, electroporation of some fluidized cells, as well as introduction of DNA by glass fibers.

특히, 옥수수의 형질전환은 문헌에 수차례 기재되어 있다(예를 들어, WO95/06128, EP 0 513 849; EP 0 465 875; 프롬(Fromm)외 다수, Biotechnology 8 (1990), 833-844; 고돈-캄(Gordon-Kamm)외 다수, Plant Cell 2 (1990), 603-618; 코지엘(Koziel)외 다수, Biotechnology 11 (1993), 194-200 참조). 유럽특허 EP 292 435 및 쉴리토(Shillito)외 다수의 (Bio/Technology 7 (1989), 581)에 기재된 방법에 의해 점액-자유 연질의 (부서지기 쉬운) 옥수수 칼러스로부터 출발하여, 임성식물이 얻어질 수 있다. 프리올리(Prioli) 및 쇤달(Soendahl)의 (Bio/Technology 7 (1989), 589)에는 카테토(Cateto) 옥수수 근친교계 캐트(Cat) 100-1의 옥수수 원형질체로부터 임성식물을 재생하고, 얻는 것이 기술되어 있다.In particular, the transformation of maize has been described several times in the literature (eg, WO95 / 06128, EP 0 513 849; EP 0 465 875; Fromm et al., Biotechnology 8 (1990), 833-844; Gordon-Kamm et al., Plant Cell 2 (1990), 603-618; Koziel et al., Biotechnology 11 (1993), 194-200). From the mucus-free soft (friable) corn callus by the methods described in EP 292 435 and Shillito et al. (Bio / Technology 7 (1989), 581), the forest plants Can be obtained. In Bio / Technology 7 (1989), 589 of Prioli and Soendahl, regeneration and obtaining of forest plants from the corn protoplasts of Catto maize incest cat 100-1 Described.

다른 곡류 종의 성공적인 형질전환은 또한 예를 들어, 보리(Wan and Lemaux, 상기 참조; Ritala외 다수, 상기 참조) 및 밀(Nehra외 다수, Plant J. 5(1994), 285-297)에 대해서 개시되어 있다.Successful transformation of other cereal species is also described, for example, for barley (Wan and Lemaux, supra; Ritala et al., Supra) and wheat (Nehra et al., Plant J. 5 (1994), 285-297). Is disclosed.

도입된 DNA가 식물세포 게놈내에 일단 통합되면, 보통 그것은 안정하며, 원래 형질전환된 세포의 후손에도 또한 포함되어 있다. 보통, 상기는 카나마이신, G 418, 블레오마이신, 히그로마이신 또는 포스피노트리신 등과 같은 항생물질 또는 바이오지드에 내성인 형질전환 식물세포를 형성하는 선별마커를 함유한다. 그러므로 각각 선택된 마커는 DNA가 도입되지 않은 세포로부터 형질전환 세포를 선별하여야 한다.Once the introduced DNA is integrated into the plant cell genome, it is usually stable and also included in the descendants of the originally transformed cell. Usually, they contain a selection marker that forms transgenic plant cells that are resistant to antibiotics or biozides such as kanamycin, G 418, bleomycin, hygromycin or phosphinothricin. Therefore, each selected marker must select for transformed cells from cells that have not been introduced with DNA.

형질전환세포는 통상의 방법으로 식물내에서 성장한다(또한, McCormick외 다수, Plant Cell Reports 5 (1986), 81-84 참조). 얻어진 식물은 정상적으로 재배될 수 있다. 종자들은 식물로부터 얻어질 수 있다.Transformed cells are grown in plants by conventional methods (see also McCormick et al., Plant Cell Reports 5 (1986), 81-84). The plant obtained can be grown normally. Seeds can be obtained from plants.

둘 또는 그이상의 세대는 표현형질이 안정하게 유지되고, 전수되는지를 확인시키기 위해 재배되어야 한다. 종자들은 해당 표현형질 또는 기타 특성들이 유지되는지를 확인시키기 위해 수확되어야 한다.Two or more generations must be cultivated to ensure that the phenotype remains stable and is transmitted. Seeds should be harvested to ensure that the corresponding phenotype or other properties are maintained.

도 1은 플라스미드 pBinRolC-SS의 구조물을 도시한 것이다.1 shows the structure of plasmid pBinRolC-SS.

도 2a는 RolC-SS 구조물로 형질전환된 유전자도입 감자식물의 잎내 수크로스 신타아제(SS) 활성을 분석한 것을 나타내며, 효소활성은 츠레너(Zrenner)외 다수의 (Plant J. 7 (1995), 97-107)에 따라 측정되었으며, 활성은 헥소스 당량(μmol)/(분×생체중(g))으로 나타낸다. 컬럼은 유전자형마다 세개의 샘플의 평균값을 나타낸다. 표준편차도 또한 나타낸다.Figure 2a shows the analysis of the sucrose synthase (SS) activity in the leaves of the transgenic potato plants transformed with the RolC-SS construct, the enzyme activity is Zrenner et al. (Plant J. 7 (1995) , 97-107), and the activity is expressed in hexose equivalent (μmol) / (min × live weight (g)). The column shows the average of three samples per genotype. Standard deviation is also shown.

도 2b는 RolC-SS 구조물로 형질전환된 유전자도입 감자식물의 괴경 생산량을 분석한 것을 나타내며, 컬럼은 유전자형마다 10 내지 15개의 식물의 평균값을 나타내며, 표준편차도 또한 나타내고, 괴경 생산량은 생체중(g)으로 표현한다.Figure 2b shows the tuber production of transgenic potato plants transformed with the RolC-SS construct, the column shows the mean value of 10 to 15 plants per genotype, also shows the standard deviation, and the tuber production is in vivo (g )

도 2c는 RolC-SS 구조물로 형질전환된 유전자도입 감자식물의 괴경 전분을 분석한 것을 나타내며, 상기 목적을 위해 유전자형마다 10 내지 15개의 식물에서 수확된 괴경을 수집하고, 괴경의 전분함량을 폰 쉴레(Von Scheele)외 다수의 (Landw. Vers. Sta. 127 (1937), 67-96)에 따라 측정하였다.Figure 2c shows the analysis of tuber starch of the transgenic potato plants transformed with the RolC-SS construct, for this purpose to collect the tubers harvested from 10 to 15 plants per genotype, the starch content of tubers von Schiller It was measured according to (Von Scheele) et al. (Landw. Vers. Sta. 127 (1937), 67-96).

도 3은 플라스미드 pBinRolC-Suc2의 구조물을 도시한 것이다.3 shows the structure of plasmid pBinRolC-Suc2.

도 4는 플라스미드 pBinRolC-ΔPMA1의 구조물을 도시한 것이다.4 shows the structure of plasmid pBinRolC-ΔPMA1.

도 5는 ΔPMA1의 클로닝 계획을 도시한 것이며,5 shows a cloning scheme of ΔPMA1,

단계 A-B:Step A-B:

기질로서 PMA1 cDNA와, 상보적인 내부 프라이머(A)와 함께 PCR을 통해 3' 말단에서 절단된 H+-ATP아제 ΔPMA1을 증폭하였다. 대응하게 합성되는 프라이머를 통해 PCR 생성물(B)의 플랭킹(flanking) 제거위치를 도입하였다.H + -ATPase ΔPMA1 cleaved at the 3 ′ end was amplified by PCR with PMA1 cDNA as a substrate and complementary internal primers (A). The flanking removal site of the PCR product (B) was introduced via correspondingly synthesized primers.

단계 B-C:Step B-C:

Pstl/Notl 소화시키고, Pstl/Notl 제거위치(C)를 통해 대장균 벡터 SK-로 PCR 단편을 클로닝함.Pstl / Notl digested and cloned PCR fragment into E. coli vector SK- via Pstl / Notl removal site (C).

단계 C-D:Step C-D:

플라스미드 SK-ΔPMA1을 Bcll/Spel 소화시키고, 단편을 pBinRolC(D)의 적합한 BamHl/Xbal 제거위치로 클로닝함.Plasmid SK-ΔPMA1 was digested with Bcll / Spel and the fragment cloned into the appropriate BamHl / Xbal removal site of pBinRolC (D).

도 6은 rolC-ΔPMA2 구조물로 형질전환하여 얻은 유전자도입 식물의 게놈내에 ΔPMA1이 안정하게 통합하는 것을 보여주는 특정 올리고뉴클레오티드와의 중합화효소 연쇄반응의 결과를 나타낸다. PCR 생성물의 크기=730bp; WT=야생형; M=마커.FIG. 6 shows the results of polymerase chain reaction with specific oligonucleotides showing stable integration of ΔPMA1 into the genome of transgenic plants obtained by transformation with the rolC-ΔPMA2 construct. Size of PCR product = 730 bp; WT = wild type; M = marker.

도 7은 플라스미드 pBinRolC-ΔPHA2의 구조물을 도시한 것이다.7 depicts the structure of plasmid pBinRolC-ΔPHA2.

도 8은 ΔPHA2의 클로닝 계획을 도시한 것이다.8 shows a cloning scheme of ΔPHA2.

단계 A-B:Step A-B:

기질로서 PHA2 cDNA와, 상보적인 내부 프라이머(A)와 함께 PCR을 통해 3' 말단에서 절단된 H+-ATP아제 ΔPHA2를 증폭하였다. 대응하게 합성되는 프라이머를 통해 PCR 생성물(B)의 플랭킹 제거위치를 도입하였다.The H + -ATPase ΔPHA2 cleaved at the 3 'end was amplified by PCR with PHA2 cDNA as a substrate and complementary internal primers (A). The flanking removal site of PCR product (B) was introduced through the correspondingly synthesized primers.

단계 B-C:Step B-C:

Pstl/EcoRl 소화시키고, Pstl/EcoRl 제거위치(C)를 통해 대장균 벡터 SK-로 PCR 단편을 클로닝함.Pstl / EcoRl digested and cloned PCR fragment into E. coli vector SK- via Pstl / EcoRl removal site (C).

단계 C-D:Step C-D:

플라스미드 SK-ΔPHA2를 Bglll/Spel 소화시키고, 단편을 pBinRolC(D)의 적합한 BamHl/Xbal 제거위치로 클로닝함.Plasmid SK-ΔPHA2 was digested with Bglll / Spel and the fragment cloned into the appropriate BamHl / Xbal removal site of pBinRolC (D).

도 9는 rolC-ΔPHA2 구조물로 형질전환하여 얻어진 유전자도입 식물의 게놈내에 ΔPHA2가 안정하게 통합하는 것을 보여주는 특정 올리고뉴클레오티드와의 중합화효소 연쇄반응 결과를 나타낸다. PCR 생성물의 크기=758bp; WT=야생형; M=마커.9 shows the results of polymerase chain reaction with specific oligonucleotides showing stable integration of ΔPHA2 into the genome of transgenic plants obtained by transformation with the rolC-ΔPHA2 construct. Size of PCR product = 758 bp; WT = wild type; M = marker.

도 10은 플라스미드 pBinRolC-SoSUT1의 구조물을 도시한 것이다.10 depicts the structure of plasmid pBinRolC-SoSUT1.

도 11은 플라스미드 pBinRolC-CiSy의 구조물을 도시한 것이다.Figure 11 shows the structure of plasmid pBinRolC-CiSy.

도 12는 유관속조직이 풍부한 접목된 감자식물의 괴경의 유조직 샘플내 수크로스 함량을 측정한 결과를 나타낸다. 접목하는데 사용되는 유전자형은 계통 RolC-Suc2-#25(세포질 인버타아제) 및 야생형 솔라늄 튜베로숨 var. Desiree이다. 수크로서 함량은 스팃트(Stitt)외 다수의 (Methods Enzymol. 174 (1989), 518-522)에 따라 측정하였다. 컬럼은 접목형마다 12개의 샘플의 평균값을 나타낸다. 표준편차도 나타나 있다. 수크로스 함량은 헥소스 당량(μmol)/생체중(g)으로 나타낸다.Figure 12 shows the results of measuring the sucrose content in the milk tissue sample of tubers of grafted potato plants rich in ductal tissue. Genotypes used for grafting were lineage RolC-Suc2- # 25 (cytoplasmic invertase) and wild type solanium tuberosum var. It is Desiree. The content as souk was determined according to Stitt et al. (Methods Enzymol. 174 (1989), 518-522). The column shows the average of 12 samples per graft. Standard deviations are also shown. Sucrose content is expressed in hexose equivalent (μmol) / live weight (g).

도 13은 14CO2대기에서 6시간동안 빛의 존재하에 둔 ΔPMA1 잎의 체관부 삼출물을 분석한 것을 나타낸다. 수크로스 함량은 스팃트외 다수의 상기 인용문에 따라 측정하였다. 컬럼은 유전자형마다 4개 내지 5개의 샘플의 평균값을 나타낸다. 표준편차도 나타나 있다.FIG. 13 shows the analysis of phloem exudates of ΔPMA1 leaves placed in the presence of light for 6 hours in a 14CO 2 atmosphere. Sucrose content was determined according to Stuttg et al. The columns represent the mean values of 4-5 samples per genotype. Standard deviations are also shown.

도 14는 ΔPMA1 식물의 괴경 생산량(생체중(g))을 나타낸다. 컬럼은 유전자형마다 6개의 식물의 평균값을 나타낸다. 표준편차도 나타나 있다. 괴경 생산량은 생체중(g)으로 나타낸다.FIG. 14 shows tuber production (bioweight in g) of ΔPMA1 plants. The column shows the average of six plants per genotype. Standard deviations are also shown. Tuber production is expressed as live weight (g).

도 15는 ΔPHA2 식물의 괴경 생산량(생체중(g))을 나타낸다. 컬럼은 유전자형마다 4개 내지 5개의 식물의 평균값을 나타낸다. 표준편차도 나타나 있다. 괴경 생산량은 생체중(g)으로 표현한다.Fig. 15 shows tuber production (bioweight in g) of the ΔPHA2 plant. Columns represent the mean values of 4 to 5 plants per genotype. Standard deviations are also shown. Tuber production is expressed as live weight (g).

하기 실시예는 본 발명을 상술한다.The following examples detail the invention.

실시예 1Example 1

플라스미드 pBinRolC-SS의 제조 및 유전자도입 감자식물의 제조Preparation of Plasmid pBinRolC-SS and Preparation of Transgenic Potato Plants

플라스미드 pBinRolC-SS는 이진벡터 pBin19내에 3개의 단편 A, B 및 C를 함유한다(Bevan, Nucl. Acids Res. 12 (1984), 8711)(도 1 참조).Plasmid pBinRolC-SS contains three fragments A, B and C in binary vector pBin19 (Bevan, Nucl. Acids Res. 12 (1984), 8711) (see FIG. 1).

단편 A는 아그로박테리움 리조진의 rolC 프로모터로 구성되어 있다. 상기 rolC 프로모터는 1138bp의 EcoRI/Asp718 DNA 단편(Lerchl외 다수, Plant Cell 7 (1995), 259-270)으로서 아그로박테리움 리조진으로부터의 Ri-아그로핀-형 플라스미드의 TL-DNA(Slightom외 다수, J. Biol. Chem. 261 (1986), 108-121)중 DNA 영역(위치: 11306 내지 위치 12432)을 포함한다. 상기 단편A는 pBin19의 폴리링커의 EcoRI 및 Asp718 제거위치에 삽입된다.Fragment A consists of the rolC promoter of Agrobacterium lysine. The rolC promoter is a 1138 bp EcoRI / Asp718 DNA fragment (Lerchl et al., Plant Cell 7 (1995), 259-270) as a TL-DNA (Slightom et al. Of Ri-Agropin-type plasmid from Agrobacterium rizogen , J. Biol. Chem. 261 (1986), 108-121). The fragment A is inserted at the EcoRI and Asp718 removal sites of the polylinker of pBin19.

단편 B는 솔라늄 투베로숨으로부터의 수크로스 신타아제(SS)의 cDNA중 코딩영역(위치: 76 내지 위치 2493)을 포함한다(Salanoubat 및 Belliard, Gene 60 (1987), 47-56). 단편 B는 벡터 pBluescript SK-로부터 2427bp의 BamHI 단편으로서 얻어졌으며, 여기서 이는 폴리링커의 BamHI 제거위치에 삽입된다. 단편 B는 벡터 pBin19내 센스배향으로 BamHI 제거위치에, 즉 해독가능한 RNA를 전사하는 배향으로 rolC 프로모터의 하류에 삽입되었다.Fragment B contains the coding region (position: 76-position 2493) in the cDNA of sucrose synthase (SS) from solanium tuberosum (Salanoubat and Belliard, Gene 60 (1987), 47-56). Fragment B was obtained from the vector pBluescript SK as a BamHI fragment of 2427 bp, where it is inserted at the BamHI clearance site of the polylinker. Fragment B was inserted at the BamHI elimination site in the sense orientation in the vector pBin19, ie downstream of the rolC promoter in an orientation that transcribed the translatable RNA.

단편 C는 Ti 플라스미드 pTiACH 5의 T-DNA중 Gene 3의 폴리아데닐화 시그널(기엘렌(Gielen)외 다수, EMBO J. 3 (1984), 835-846), 특히 뉴클레오티드 11749-11939를 포함하며, 이는 플라스미드 pAGV 40으로부터 PvuII/HindIII 단편으로 분리되었으며(헤레라-에스트렐라(Herrera-Estrella)외 다수, Nature 303 (1983), 209-213), SphI를 첨가할때 pBin19의 폴리링커중 SphI와 HindIII 제거위치 사이의 PvuII 제거위치로 링커가 클론되었다.Fragment C comprises the polyadenylation signal of Gene 3 (Gielen et al., EMBO J. 3 (1984), 835-846), in particular nucleotides 11749-11939, in the T-DNA of Ti plasmid pTiACH 5, It was isolated from plasmid pAGV 40 into PvuII / HindIII fragments (Herrera-Estrella et al., Nature 303 (1983), 209-213) and removed SphI and HindIII in the polylinker of pBin19 when SphI was added. The linker was cloned to the PvuII removal site between the sites.

결과 플라스미드 pBinRolC-SS는 아그로박테리움 튬파시엔스에 의해 매개된 유전자 전달을 통해 감자 식물세포로 도입되었다. 상기 목적을 위해, 선별재배된 아그로박테리움 튬파시엔스 하루 배양물 50㎕을 함유하는 2% 수크로스를 갖는 10㎖ MS 배지(Murashige and Skoog, Physiol. Plant. 15 (1962), 473)에 스칼펠로 손상입힌 감자 멸균배양물의 10개의 작은 잎(솔라늄 튜베로숨 L. cv. Desiree)을 넣었다. 3 내지 5분 조심스럽게 진탕한후, 암실에서 2일동안 추가로 배양하였다. 그후, 1.6% 글루코스, 나프틸 아세트산 5㎎/ℓ, 벤질아미노퓨린 0.2㎎/ℓ, 클라포란 250㎎/ℓ, 카나마이신 50㎎/ℓ 및 칼러스 유도용 0.8% 박토-아가가 함유된 MS 배지상에 상기 잎을 넣었다. 25℃ 및 3000룩스에서 1주일동안 배양한후, 1.6% 글루코스, 제아틴 리보스 1.4㎎/ℓ, 나프틸 아세트산 20㎍/ℓ, 지베렐산 20㎍/ℓ, 클라포란 250㎎/ℓ, 카나마이신 50㎎/ℓ 및 0.8% 박토-아가가 함유된 MS 배지상에 상기 잎을 넣었다.Results The plasmid pBinRolC-SS was introduced into potato plant cells via gene transfer mediated by Agrobacterium lithium faciens. For this purpose, scalar in 10 ml MS medium (Murashige and Skoog, Physiol. Plant. 15 (1962), 473) with 2% sucrose containing 50 μl of cultured Agrobacterium lithium faciens daily culture. Ten small leaves (solarium tuberosum L. cv. Desiree) of potato sterile cultures damaged with Pel were added. After shaking carefully for 3-5 minutes, the cells were further incubated for 2 days in the dark. Then on MS medium containing 1.6% glucose, 5 mg / l naphthyl acetic acid, 0.2 mg / l benzylaminopurine, 250 mg / l claporan, 50 mg / l kanamycin and 0.8% bacto-agar for callus induction Put the leaves on. After incubation for 1 week at 25 ° C. and 3000 lux, 1.6% glucose, 1.4 mg / l of zetin ribose, 20 μg / l of naphthyl acetate, 20 μg / l of gibberelic acid, 250 mg / l of claporan, 50 mg of kanamycin The leaves were placed on MS medium containing / l and 0.8% bacto-agar.

상기 벡터 시스템으로 형질전환된 여러 식물의 잎을 분석한 결과는 수크로스 신타아제 활성이 증가됨을 분명하게 입증하였다. 이는 pBinRolC-SS내에 함유된 감자로부터의 수크로스 신타아제 유전자를 발현한 결과이다(도 2a 참조).Analysis of the leaves of several plants transformed with the vector system clearly demonstrated an increase in sucrose synthase activity. This is the result of expressing the sucrose synthase gene from potatoes contained in pBinRolC-SS (see FIG. 2A).

상기 벡터시스템으로 형질전환된 식물의 괴경 생산량(괴경 생체중(g))을 분석한 결과는 괴경 생산량이 증가되었음을 분명하게 보여주는 증가된 수크로스 신타아제 활성을 나타낸다. 이는 또한 pBinRolC-SS내에 함유된 감자로부터의 수크로스 신타아제 유전자를 발현한 결과이다(도 2b 참조).Analysis of tuber yield (g tuber biomass) of plants transformed with the vector system shows increased sucrose synthase activity clearly showing that tuber yield was increased. It is also the result of expressing the sucrose synthase gene from potatoes contained in pBinRolC-SS (see FIG. 2B).

감자 괴경의 전분함량은 괴경의 밀도에 선형비례한다(Von Scheele외 다수, Landw. Vers. Sta. 127 (1937), 67-96). 증가된 수크로스 신타아제 활성을 갖는 벡터시스템 pBinRolC-SS로 형질전환된 식물의 유전자도입 괴경의 밀도분석은 전분함량이 증가되었음을 보여준다. 이는 pBinRolC-SS내에 함유된 감자로부터의 수크로스 신타아제 유전자를 발현한 결과이다(도 2c 참조).The starch content of potato tubers is linearly proportional to the density of tubers (Von Scheele et al., Landw. Vers. Sta. 127 (1937), 67-96). Density analysis of transgenic tubers of plants transformed with the vector system pBinRolC-SS with increased sucrose synthase activity showed increased starch content. This is the result of expressing the sucrose synthase gene from potatoes contained in pBinRolC-SS (see FIG. 2C).

실시예 2Example 2

플라스미드 pBinRolC-Suc2의 제조 및 유전자도입 감자식물의 제조Preparation of Plasmid pBinRolC-Suc2 and Preparation of Transgenic Potato Plants

플라스미드 pBinRolC-Suc2는 이진벡터 pBin19내에 3개의 단편 A, B 및 C를 함유하며(Bevan, 인용문헌), 도 3에 도시되어 있다.Plasmid pBinRolC-Suc2 contains three fragments A, B and C in binary vector pBin19 (Bevan, cited) and is shown in FIG. 3.

단편 A 및 C는 실시예 1에 기술되어 있는 단편 A 및 C에 대응한다.Fragments A and C correspond to fragments A and C described in Example 1.

단편 B는 효모(사카로마이세스 세레비지애)로부터 세포질 인버타아제의 유전자중 코딩영역(위치: 845 내지 위치:2384)을 포함한다. 단편 B는 폴리링커중 BamHI 제거위치내에 삽입되는 벡터 pBluescript SK-로부터 1548bp의 길이를 갖는 BamHI 단편으로서 얻어진다. 단편 B는 BamHI 제거위치에서 pBin19내로 센스 배향으로 삽입된다.Fragment B comprises a coding region (position: 845 to position: 2384) in the gene of cytoplasmic invertase from yeast (Saccharomyces cerevisiae). Fragment B is obtained as a BamHI fragment having a length of 1548 bp from the vector pBluescript SK inserted into the BamHI elimination site in the polylinker. Fragment B is inserted in the sense orientation into pBin19 at the BamHI clearance site.

플라스미드 pBinRolC-Suc2는 아그로박테리움에 의해 매개된 유전자 전달을 통해 감자식물세포로 도입되었다. 전체 식물은 형질전환세포로부터 재생되었다. 상기 식물은 형질전환되지 않은 식물에 비해 증가된 생산량(증가된 생물량)을 나타낸다.Plasmid pBinRolC-Suc2 was introduced into potato plant cells via gene transfer mediated by Agrobacterium. The whole plant was regenerated from the transformed cells. The plants show increased production (increased biomass) compared to non-transformed plants.

실시예 3Example 3

플라스미드 pBinRolC-ΔPMA1의 제조 및 유전자도입 감자식물의 제조Preparation of Plasmid pBinRolC-ΔPMA1 and Preparation of Transgenic Potato Plants

플라스미드 pBinRolC-ΔPMA1은 이진벡터 pBin19내에 3개의 단편 A, B 및 C를 함유하며(Bevan, 인용문헌), 도 4에 도시되어 있다.Plasmid pBinRolC-ΔPMA1 contains three fragments A, B and C in binary vector pBin19 (Bevan, cited) and is shown in FIG. 4.

단편 A 및 C는 실시예 1에 기술된 단편 A 및 C에 대응한다.Fragments A and C correspond to fragments A and C described in Example 1.

단편 B는 효모 사카로마이세스 세레비지애로부터 양성자 ATP아제 PMA1의 유전자중 코딩영역(위치: 937 내지 위치: 3666)을 포함한다(세라노(Serrano)외 다수, Nature 319 (1986), 689-693). 단편 B는 중합화효소 연쇄반응(PCR)에 의해 얻어졌다. 상기를 위해, 유전자 PMA1중 코딩영역의 3' 말단이 27bp까지 절단되었으며, 동시에 필요한 새 정지코돈이 도입되었다. 상기 방법으로 변형된 DNA 단편은 ΔPMA1으로 불리운다. 단편 B는 2739bp의 길이를 갖는 BclI/SpeI 단편과 같이, 벡터 pBin19의 BamHI(BclI 제한위치에 대해 양립가능한 삽입위치) 및 XbaI(SpeI 제한위치에 대해 양립가능한 삽입위치) 제거위치에 센스배향으로 삽입되었다.Fragment B comprises a coding region (position: 937 to position 3666) in the gene of the proton ATPase PMA1 from yeast Saccharomyces cerevisiae (Serrano et al., Nature 319 (1986), 689-693 ). Fragment B was obtained by polymerase chain reaction (PCR). For this purpose, the 3 'end of the coding region in gene PMA1 was cleaved to 27 bp and at the same time the necessary stop codon was introduced. DNA fragments modified by this method are called ΔPMA1. Fragment B, like the BclI / SpeI fragment with a length of 2739 bp, is inserted in the sense orientation at the BamHI (compatible position for BclI restriction) and XbaI (compatible position for SpeI restriction) deletions of the vector pBin19. It became.

단편 B는 폴리링커중 제거위치 NotI 및 PstI을 통해 삽입되는 벡터 pBluescript SK-로부터 BclI/SpeI 단편으로 얻어졌다(도 5 참조).Fragment B was obtained as a BclI / SpeI fragment from the vector pBluescript SK which was inserted through the removal sites NotI and PstI in the polylinker (see FIG. 5).

플라스미드 pBinRolC-ΔPMA1은 아그로박테리움에 의해 매개된 유전자 전달을 통해 감자식물세포로 도입되었다. 전체식물은 형질전환세포로부터 재생되었다.Plasmid pBinRolC-ΔPMA1 was introduced into potato plant cells via gene transfer mediated by Agrobacterium. The whole plant was regenerated from the transformed cells.

벡터시스템 pBinRolC-ΔPMA1을 사용하여 얻은 유전자도입 식물의 게놈내에 ΔPMA1을 안정하게 통합하는 것은 중합화효소 연쇄반응(PCR)에 의해 검출되었다(도 6 참조).The stable integration of ΔPMA1 into the genome of transgenic plants obtained using the vector system pBinRolC-ΔPMA1 was detected by polymerase chain reaction (PCR) (see FIG. 6).

상기 형질전환된 식물은 형질전환되지 않은 식물에 비해 증가된 생산량(증가된 생물량)을 나타낸다(도 13 및 14 참조).The transformed plants show increased production (increased biomass) compared to untransformed plants (see FIGS. 13 and 14).

실시예 4Example 4

플라스미드 pBinRolC-ΔPHA2의 제조 및 유전자도입 감자식물의 제조Preparation of Plasmid pBinRolC-ΔPHA2 and Preparation of Transgenic Potato Plants

플라스미드 pBinRolC-ΔPHA2는 이진벡터 pBin19내에 3개의 단편 A, B 및 C를 함유하며(Bevan, 인용문헌), 도 7에 도시되어 있다.Plasmid pBinRolC-ΔPHA2 contains three fragments A, B and C in binary vector pBin19 (Bevan, cited) and is shown in FIG. 7.

단편 A 및 C는 실시예 1에 기술된 단편 A 및 C에 대응한다.Fragments A and C correspond to fragments A and C described in Example 1.

단편 B는 양성자-ATP아제 PHA2의 cDNA중 코딩영역(위치: 64 내지 위치: 2672)을 포함한다(함스(Harms)외 다수, Plant Mol. Biol. 26 (1994), 979-988). 단편 B는 중합화효소 연쇄반응(PCR)에 의해 얻어졌다. 상기를 위해, 유전자 PHA2중 코딩영역의 3' 말단은 249bp까지 절단되었으며, 동시에 2개의 새 정지코돈이 도입되었다. 상기 방법으로 변형된 DNA 단편은 ΔPHA2로 불리운다. 단편 B는 2631bp의 길이를 갖는 BglII/SpeI 단편으로서, 벡터 pBin19의 BamHI(BglII 제한위치에 대해 양립가능한 삽입위치) 및 XbaI(SpeI 제한위치에 대해 양립가능한 삽입위치) 제거위치에 센스배향으로 삽입되었다.Fragment B comprises the coding region (position: 64 to position: 2672) in the cDNA of the proton-ATPase PHA2 (Harms et al., Plant Mol. Biol. 26 (1994), 979-988). Fragment B was obtained by polymerase chain reaction (PCR). For this purpose, the 3 'end of the coding region in the gene PHA2 was cut to 249 bp and two new stop codons were introduced at the same time. DNA fragments modified by this method are called ΔPHA2. Fragment B is a BglII / SpeI fragment with a length of 2631 bp, inserted in the sense orientation at the BamHI (compatible position for BglII restriction) and XbaI (compatible position for SpeI restriction) deletions of the vector pBin19. .

단편 B는 폴리링커 서열중 EcoRI 및 PstI 제거위치로 삽입되는 벡터 pBluescript SK-로부터 BglII/SpeI 단편으로서 얻어졌다(도 8 참조:ΔPHA2 클로닝계획).Fragment B was obtained as a BglII / SpeI fragment from the vector pBluescript SK which is inserted into the EcoRI and PstI removal sites in the polylinker sequence (see FIG. 8: ΔPHA2 cloning scheme).

플라스미드 pBinRolC-ΔPHA2는 아그로박테리움에 의해 매개된 유전자 전달을 통해 감자식물세포로 도입되었다. 전체식물은 형질전환세포로부터 재생되었다.Plasmid pBinRolC-ΔPHA2 was introduced into potato plant cells via gene transfer mediated by Agrobacterium. The whole plant was regenerated from the transformed cells.

벡터시스템 pBinRolC-ΔPHA2를 사용하여 얻은 유전자도입 식물의 게놈내에 ΔPHA2를 안정하게 통합하는 것은 중합화효소 연쇄반응(PCR)에 의해 검출되었다(도 9 참조).The stable integration of ΔPHA2 into the genome of transgenic plants obtained using the vector system pBinRolC-ΔPHA2 was detected by polymerase chain reaction (PCR) (see FIG. 9).

상기 형질전환된 식물은 형질전환되지 않은 식물에 비해 증가된 생산량(증가된 생물량)을 나타낸다(도 15 참조).The transformed plants show increased production (increased biomass) compared to untransformed plants (see FIG. 15).

실시예 5Example 5

플라스미드 pBinRolC-SoSUT1의 제조 및 유전자도입 감자식물의 제조Preparation of Plasmid pBinRolC-SoSUT1 and Preparation of Transgenic Potato Plants

플라스미드 pBinRolC-SoSUT1은 이진벡터 pBin19내에 3개의 단편 A, B 및 C를 함유하며(Bevan, 인용문헌), 도 10에 도시되어 있다.Plasmid pBinRolC-SoSUT1 contains three fragments A, B and C in binary vector pBin19 (Bevan, cited) and is shown in FIG. 10.

단편 A 및 C는 실시예 1에 기술된 단편 A 및 C에 대응한다.Fragments A and C correspond to fragments A and C described in Example 1.

단편 B는 시금치(스피나시아 올레라세아)로부터 수크로스 운반체를 코딩하는 cDNA(위치 : 1 내지 위치 : 1969)를 포함한다(리이스마이어(Riesmeier)외 다수, EMBO J. 11 (1992), 4705-4713; 접수번호 X67125 및 S51273). 단편 B는 벡터 pBluescript SK-로부터 Notl 단편으로서 얻어졌으며, 이는 NotI 링커 서열을 통해 삽입된다. 벡터 pBin19중 SmaI 제거위치로 클로닝하기 위해, NotI 소화로부터 얻은 단편의 점착성 말단은 둔단(blunt end)으로 전환되며, pBin19에 센스배향으로 삽입된다. 결과 플라스미드는 pBinRolC-SoSUT1로 불리운다.Fragment B comprises a cDNA (position: 1 to position: 1969) encoding a sucrose carrier from spinach (Spinacia oleracea) (Riesmeier et al., EMBO J. 11 (1992), 4705-4713; accession numbers X67125 and S51273). Fragment B was obtained as a Notl fragment from the vector pBluescript SK , which is inserted through the NotI linker sequence. To clone to the SmaI elimination site in the vector pBin19, the sticky ends of the fragments obtained from NotI digestion are converted to blunt ends and inserted into the sense orientation of pBin19. The resulting plasmid is called pBinRolC-SoSUT1.

이는 아그로박테리움에 의해 매개된 유전자 전달을 통해 감자식물세포로 도입되었다. 전체식물은 형질전환세포로부터 재생되었다.It was introduced into potato plant cells through gene transfer mediated by Agrobacterium. The whole plant was regenerated from the transformed cells.

상기 방법으로 형질전환된 식물은 형질전환되지 않은 식물에 비해 증가된 생산량(증가된 생물량)을 나타낸다.Plants transformed by this method show increased production (increased biomass) compared to untransformed plants.

실시예 6Example 6

플라스미드 pBinRolC-CiSy의 제조 및 유전자도입 감자식물의 제조Preparation of Plasmid pBinRolC-CiSy and Preparation of Transgenic Potato Plants

플라스미드 pBinRolC-CiSy는 베커(Becker)의 (Nucl. Acids Res. 18 (1990), 203)에 따라 변형된 이진벡터 pBin19(Bevan, Nucl. Acids Res. 12 (1984), 8711)내에 3개의 단편 A, B 및 C를 함유한다(도 11 참조).The plasmid pBinRolC-CiSy is expressed in three fragments A in binary vector pBin19 (Bevan, Nucl. Acids Res. 12 (1984), 8711) modified according to Becker's (Nucl. Acids Res. 18 (1990), 203). , B and C (see FIG. 11).

단편 A는 아그로박테리움 리조진으로부터의 rolC 프로모터로 구성되어 있다. rolC 프로모터는 아그로박테리움 리조진으로부터 Ri-아그로핀형 플라스미드의 TL-DNA중 DNA 영역(위치 : 11306 내지 위치 : 12432)을 1143bp의 길이를 갖는 EcoRI/Asp718 DNA 단편(레르클(Lerchl)외 다수, The Plant Cell 7 (1995), 259-270)으로서 함유한다(슬라이톰(Slightom) 외 다수, J. Biol. Chem. 261 (1986), 108-121). 단편 A는 pBin19의 폴리링커중 EcoRI 및 Asp718 제거위치내에 삽입된다.Fragment A consists of the rolC promoter from Agrobacterium lysine. The rolC promoter is an EcoRI / Asp718 DNA fragment (Lerchl et al., which has a length of 1143 bp in the DNA region (position: 11306 to position: 12432) in the TL-DNA of Ri-Agropin type plasmid from Agrobacterium rizogen. The Plant Cell 7 (1995), 259-270) (Slightom et al., J. Biol. Chem. 261 (1986), 108-121). Fragment A is inserted within the EcoRI and Asp718 removal sites in the polylinker of pBin19.

단편 B는 분열효모 사카로마이세스 세레비지애로부터 시트르산염 신타아제(CiSy)의 cDNA중 코딩영역을 포함한다. 단편 B는 벡터 pBluescript SK-로부터 1400bp의 길이를 갖는 BamHI 단편으로서 얻어졌으며, 이는 폴리링커의 BamHI 제거위치에 삽입된다(Landschutze, Studies on the influence of the acetyl-CoA synthesis and use in transgenic plants, Doctoral Thesis, Freie Universitat Berlin, (1985) D83/FB15 No.028).Fragment B comprises a coding region in the cDNA of citrate synthase (CiSy) from cleavage yeast Saccharomyces cerevisiae. Fragment B was obtained as a BamHI fragment with a length of 1400 bp from the vector pBluescript SK , which was inserted at the BamHI removal site of the polylinker (Landschutze, Studies on the influence of the acetyl-CoA synthesis and use in transgenic plants, Doctoral Thesis). , Freie Universitat Berlin, (1985) D83 / FB15 No.028).

단편 C는 Ti 플라스미드 pTiACH 5의 T-DNA중 유전자 3의 폴리아데닐화 시그널(기엘렌(Gielen)외 다수, EMBO J. 3 (1984), 835-846), 플라스미드 pAGV40으로부터 PvuII/HindIII 단편으로서 분리된 뉴클레오티드 11749-11939(헤레라-에스트렐라(Herrera-Estrella)외 다수, Nature 303 (1983), 209-213)를 포함하며, PvuII 제거위치에 SphI 링커를 첨가한후 pBin19의 폴리링커중 SphI 및 HindIII 제거위치 사이에서 클론되었다.Fragment C is isolated from the polyadenylation signal of gene 3 (Gielen et al., EMBO J. 3 (1984), 835-846), plasmid pAGV40 as PvuII / HindIII fragment in T-DNA of Ti plasmid pTiACH 5 Nucleotides 11749-11939 (Herrera-Estrella et al., Nature 303 (1983), 209-213), and SphI and HindIII in the polylinker of pBin19 after addition of the SphI linker at the PvuII removal site. It was cloned between removal sites.

플라스미드 pBinRolC-CiSy는 약 13kb의 길이를 가진다.Plasmid pBinRolC-CiSy is about 13 kb in length.

플라스미드 pBinRolC-CiSy는 아그로박테리움 튬파시엔스에 의해 매개된 유전자 전달을 통해 감자식물에 삽입되었다. 전체 식물은 형질전환된 세포로부터 재생되었다.The plasmid pBinRolC-CiSy was inserted into potato plants via gene transfer mediated by Agrobacterium lithium faciens. The whole plant was regenerated from the transformed cells.

상기 벡터시스템으로 형질전환된 여러 식물의 분석결과는 생물량이 증가되었음을 분명하게 보여주며, 이는 pBinRolC-CiSy내에 함유된 효모로부터 CiSy cDNA를 발현한 결과이다.Analysis of the various plants transformed with the vector system clearly shows that the biomass was increased, which is the result of expressing CiSy cDNA from yeast contained in pBinRolC-CiSy.

실시예 7Example 7

접목 실험Grafting experiment

접목을 위해, 수용체 식물의 가지를 공여체 식물의 가지로 대체한다.For grafting, the branches of the acceptor plant are replaced with the branches of the donor plant.

상기 실험에서, 유전자도입 식물의 가지(RolC-Suc2 #25)를 야생형 식물의 대목(솔라늄 튜베로숨, var. Desiree)상에 접목한다. 대조군 실험에서, 실험에 있어서의 배양차이를 알기 위해, 야생형 가지를 야생형 대목상에 접목한다(자동접목). 상기 실험의 목적은 유전자도입 가지의 광합성 산물 분포와 광합성 활성이 야생형 대목의 기관(이경우, 괴경)상에 미치는 영향을 조사하는 것이다. 감자식물은 조직배양액으로부터 토양으로 전달되며, 온실에 넣었다. 약 5주(이 단계에서 식물은 괴경형성을 유도하지 않음)후, 식물을 접목한다. 이를 위해, 필요없는 수용체 식물의 가지를 잘라버리고, 쐐기는 수용체 식물의 줄기로 자른다. 접목된 공여체 가지는 적당한 방법으로 줄기 끝에서 절단하고, 수용체 식물의 쐐기로 삽입한다. 접목자리는 접착테이프로 고정한다.In this experiment, the branch of the transgenic plant (RolC-Suc2 # 25) is grafted onto the large tree of the wild type plant (solarium tuberosum, var. Desiree). In the control experiment, the wild type branches are grafted onto the wild type tree (autograft) to know the culture difference in the experiment. The purpose of the experiment was to investigate the effect of photosynthetic product distribution and photosynthetic activity of transgenic branches on organs (in this case, tubers) of wild type trees. Potato plants are transferred from the tissue culture solution to the soil and placed in a greenhouse. After about 5 weeks (plants do not induce tuber formation at this stage), the plants are grafted. To do this, the branches of the unwanted receptor plant are cut off, and the wedge is cut into the stems of the receptor plant. The grafted donor branch is cut at the end of the stem in a suitable manner and inserted into the wedge of the receptor plant. Fix the grafting seat with adhesive tape.

그후, 접목된 감자식물을 증가된 대기습도하에서 약 1주일동안 그늘에 둔다. 7일 내지 10일내에, 이들을 정상적인 온실조건에 점차적으로 적응시킨다. 상기 단계에서, 상기 식물을 7주간 둔다.The grafted potato plants are then shaded for about a week under increased atmospheric humidity. Within 7-10 days, they gradually adapt to normal greenhouse conditions. In this step, the plant is left for 7 weeks.

공여체 가지의 광합성 활성과 광합성 산물 분포가 접목된 식물의 대목에 영양분을 준다는 사실을 증명하기 위해, 수용체 식물의 모든 잎을 제거하고, 알루미늄 시트로 줄기를 덮어 빛으로부터 차단시켰다.To demonstrate that the photosynthetic activity of the donor branch and the distribution of photosynthetic products nourished the plants' grafted plants, all leaves of the recipient plant were removed and the stems covered with aluminum sheets to block from light.

접목후 약 2개월후 및 토양에 심은후 약 3개월 후 감자 괴경이 수확될때까지 상기 식물을 온실에 두었다. 상기 접목실험의 결과는 도 12에 도시되어 있다.About 2 months after grafting and about 3 months after planting in soil, the plants were placed in a greenhouse until potato tubers were harvested. The result of the grafting experiment is shown in FIG.

Claims (15)

식물 생산량을 증가시키기 위한 방법에 있어서,In a method for increasing plant yield, 재조합 DNA 분자는;Recombinant DNA molecules; (a)반세포내에서 특이적으로 전사하는 영역; 및 그에 조작가능하게 결합되는(a) a region that specifically transduces in half cells; And operably coupled thereto (b)(ⅰ)수크로스를 제거하는 효소활성을 갖는 단백질;(b) a protein having enzymatic activity to remove sucrose; (ⅱ)수크로스 운반체;(Ii) sucrose carriers; (ⅲ)식물세포의 원형질막에 존재하는 양성자구배를 자극하는 활성을 갖는 단백질; 및(Iii) a protein having an activity of stimulating proton gradient present in the plasma membrane of plant cells; And (ⅳ)시트르산염 신타아제로 구성된 군에서 선택되는 폴리펩티드를 코딩하는 뉴클레오티드 서열을 포함하며, 식물의 게놈에 안정하게 통합되는 재조합 DNA 분자가 발현되는 것을 특징으로 하는 방법.(Iii) A recombinant DNA molecule comprising a nucleotide sequence encoding a polypeptide selected from the group consisting of citrate synthase, which is stably integrated into the genome of a plant. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 뉴클레오티드 서열은 식물 단백질을 코딩하는 것을 특징으로 하는 방법.The nucleotide sequence encodes a plant protein. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 뉴클레오티드 서열은 세균 또는 진균류로부터 단백질을 코딩하는 것을 특징으로 하는 방법.Nucleotide sequences encode proteins from bacteria or fungi. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 뉴클레오티드 서열은 수크로스 신타아제, 수크로스 포스포릴라아제 및 인버타아제로 구성된 군에서 선택되는, 수크로스를 제거하는 효소활성을 갖는 단백질을 코딩하는 것을 특징으로 하는 방법.The nucleotide sequence encodes a protein having an enzymatic activity to remove sucrose, selected from the group consisting of sucrose synthase, sucrose phosphorylase and invertase. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 뉴클레오티드 서열은 스피나시아 올레라세아로부터 수크로스 운반체를 코딩하는 것을 특징으로 하는 방법.The nucleotide sequence encodes a sucrose carrier from Spinacia oleracea. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 뉴클레오티드 서열은 양성자 ATP아제를 코딩하는 것을 특징으로 하는 방법.The nucleotide sequence encodes a proton ATPase. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 뉴클레오티드 서열은 솔라늄 튜베로숨 또는 사카로마이세스 세레비지애로부터 양성자 ATP아제를 코딩하는 것을 특징으로 하는 방법.The nucleotide sequence encodes a proton ATPase from either solanium tuberosum or Saccharomyces cerevisiae. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 7, (a)에 언급된 영역은 아그로박테리움 리조진의 rolC 프로모터인 것을 특징으로 하는 방법.The region mentioned in (a) is a rolC promoter of Agrobacterium rizogen. (a)식물 반세포내에서 특이적으로 전사하는 영역; 및 그에 조작가능하게 결합되는(a) a region that specifically transduces in plant half cells; And operably coupled thereto (b)(ⅰ)수크로스 신타아제;(b) (iii) sucrose synthase; (ⅱ)수크로스 포스포릴라아제;(Ii) sucrose phosphorylase; (ⅲ)수크로스 운반체;(Iii) sucrose carriers; (ⅳ)식물세포의 원형질막에 존재하는 양성자 구배를 자극하는 활성을 갖는 단백질; 및(Iii) a protein having an activity of stimulating a proton gradient present in the plasma membrane of the plant cell; And (ⅴ)시트르산염 신타아제로 구성된 군에서 선택되는 폴리펩티드를 코딩하는 뉴클레오티드 서열을 포함하는 재조합 핵산분자.(Iii) A recombinant nucleic acid molecule comprising a nucleotide sequence encoding a polypeptide selected from the group consisting of citrate synthase. 제 9 항의 재조합 핵산분자를 포함하는 벡터.A vector comprising the recombinant nucleic acid molecule of claim 9. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 벡터는 식물세포의 형질전환 및 외부 DNA를 식물세놈에 통합시키는데 적합한 것을 특징으로 하는 벡터.The vector is characterized in that it is suitable for transformation of plant cells and integration of foreign DNA into the plant genome. 제 9 항의 재조합 핵산분자로 형질전환되고, 이를 함유하는 식물세포.A plant cell transformed with the recombinant nucleic acid molecule of claim 9 and containing the same. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 식물은 식물 반세포내 재조합 핵산분자의 발현으로 인해 대응하는 비-형질전환 식물에 비해 증가된 생산량을 나타내는 것을 특징으로 하는 식물세포.Said plant is characterized in that it exhibits an increased production compared to the corresponding non-transforming plant due to the expression of the recombinant nucleic acid molecule in the plant half cell. 제 12 항의 식물세포를 함유하는 제 13 항의 식물의 번식물질.A propagation material of a plant of claim 13 containing a plant cell of claim 12. 식물 반세포내에서 특이적으로 전사하는 영역; 및 그에 조작가능하게 결합되는, (ⅰ)수크로스를 제거하는 효소활성을 갖는 단백질; (ⅱ)수크로스 운반체; (ⅲ)원형질막에 존재하는 양성자구배를 자극하는 활성을 갖는 단백질; 및 (ⅳ)시트르산염 신타아제로 구성된 군에서 선택되는 폴리펩티드를 코딩하는 뉴클레오티드 서열을 함유하는 재조합 핵산분자가 생산량을 증가시키기 위한 유전자도입 식물내 발현을 위해 사용되는 재조합 핵산분자의 용도.Regions that specifically transduce in plant half cells; And (iii) a protein having an enzymatic activity to remove sucrose, which is operably bound thereto; (Ii) sucrose carriers; (Iii) a protein having an activity of stimulating proton gradient present in the plasma membrane; And (iii) a recombinant nucleic acid molecule wherein the recombinant nucleic acid molecule containing a nucleotide sequence encoding a polypeptide selected from the group consisting of citrate synthase is used for expression in a transgenic plant for increasing production.
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