KR20070001096A - 아라키돈산을 함유하는 식물체 및 그 식물체의 이용 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아리키돈산을 함유하는 식물체와 대두 및 그 이용법을 제공한다. 아라키돈산 함유 식물체는 아라키돈산의 생합성에 관여하는 지방산 합성효소 유전자를 식물체에 도입하여 아라키돈산을 생산하는 아라키돈산 생산단계를 포함하는 방법에 의해서 생산된다. 따라서, 간편하게 아라키돈산을 함유하는 식물체와 대두를 취득할 수 있다. 그러므로, 아라키돈산을 대량으로 저가에 취득할 수 있다.

Description

아라키돈산을 함유하는 식물체 및 그 식물체의 이용{ARACHIDONIC ACID-CONTAINING PLANT AND UTILIZATION OF THE SAME}

본 발명은 아라키돈산을 함유하는 식물체(가령, 대두(Glycine max)) 및 그 식물체의 이용에 관한 것으로, 특히 (ⅰ) 아라키돈산의 합성계에 관여하는 효소의 유전자를 도입하여 아라키돈산을 함유하는 식물체를 생산하는 방법에 의해 얻어진 식물체, 및 (ⅱ) 그 식물체의 이용에 관한 것이다.

지방산은 생물에 있어서의 3대 중요 영양소의 하나인 지질(脂質)의 주성분으로, 통상은 가수분해에 의해 천연 지질에서 유래되는 지방족 모노카르본산을 가리키는 경우가 많다. 일반적으로, 지방족쇄가 포화인 경우는, 포화 지방산이라 칭하며, 2중결합 또는 3중 결합을 포함할 경우는 불포화 지방산이라 칭한다. 지방산은 쇄길이에 따라서 단쇄 지방산(2 내지 4개의 탄소원자), 중쇄 지방(5 내지 14개의 탄소원자), 장쇄 지방(16 내지 18개의 탄소원자), 초장쇄 지방(20개 이상의 탄소원자)으로 분류된다. 탄소원자의 수를 n, 2중결합의 수를 m이라 했을 때, 지방산은 Cn:m으로 기술되는 경우가 많다.

이러한 지방산은 식물에 있어서도 세포막의 주성분임과 동시에, 에너지원으로서 주로 트리글리세리드의 형태로 종자 및 과실에 축적되는 중요한 성분이기도 하다. 식물에 축적되는 지질의 양과 그들 지방산의 조성은, 식물의 종류에 따라서 다르다. 식물에 축적되는 주요 지방산의 예로는, 16개의 탄소원자(C16)를 갖는 포화 지방산의 팔미트산(C16:0), 18개의 탄소원자(C18)를 갖는 포화 지방산의 스테아린산(C18:0)과, 18개의 탄소원자(C18)를 갖는 불포화 지방산을 포함한다. 다른 예로는, 하나의 이중결합을 갖는 올레산(C18:1), 2개의 이중결합을 갖는 리놀산(C18:2), 3개의 이중결합을 갖는 α-리놀산(C18:3α)과 같이, 불포화 결합을 가지며 18개의 탄소원자(C18)를 갖는 불포화 지방산을 포함한다. 이들 지방산을 비교적 다량으로 포함하는 식물로는, 대두, 기름야자나무, 해바라기, 평지씨(rapeseed), 및 코코야자나무 등이 있으며, 유지 원료식물(유지식물이라고도 칭함)로서 배양되고 있다. 또, 18개 이상의 탄소원자가를 가지며 2개 이상의 불포화 결합(이중결합 또는 삼중결합)을 갖는 지방산을 총칭해서 다중 불포화 지방산(Poly Unsaturated Fatty Acid; PUFA)이라 불리고 있다.

그런데, 고등동물은 일반적으로, 리놀산 및 α-리놀산의 합성에 관여하는 불포화효소를 갖고 있지 않기 때문에, 반드시 식물(식물성 원료의 식품)을 통해 PUFA를 섭취할 필요가 있으며, 그로 인해, 리놀산 및 α-리놀산은 필수 지방산이라 불린다. 고등동물의 체내에서는, 이들 불포화 지방산을 기질로 하고, 추가로 불포화 및 탄소쇄의 신장이 반복되어, 디호모-γ-리놀산, 아라키돈산(C20:4n-6), 에이코사펜타엔산(EPA)(C20:5n-3), 및 토코사헥사엔산(DHA)(C22:6n-3) 등이 합성된다.

이들 PUFA는, 고등동물의 체내에서의 대사에 관해서 다양한 기능을 나타내며, 프로스타글란딘류의 직접 전구체로서도 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있 다. 특히, 노인과 유아 등은 디호모-γ-리놀산, 아라키돈산, EPA, DHA 등의 생합성 능력이 저하되기 때문에, 식물을 통해 이들 지방산을 섭취할 필요가 있다. 특히, 아라키돈산은, 노인성 치매증의 개선에 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 따라서, 아라키돈산을 주성분으로 하는 건강식품도 시판되고 있고, 아라키돈산에 대한 수요가 확대되고 있다.

어유(魚油)는 비교적 많은 아라키돈산을 포함하고 있으며, 현재도 일부는 어유에서 추출하여 아라키돈산을 공급하고 있다. 그러나, 수산자원의 고갈, 공급량의 변동 및 환경오염으로 인한 유지자원의 고갈과 같은 문제로 인해서, 최근에는 생산성의 제어, 장기간의 안정적 공급, 및 청정성이 우수하고, 정제가 비교적 용이한 모티에렐라(Mortierella) 등의 미생물을 이용한 미생물의 발효에 의해서 아라키돈산을 생산하고 있다(가령, 문헌 1: Appl. Microbiol. Biotechnol., 31, p11(1987) 참조). 그러나, 미생물의 발효와 관련해서 최근에는 생산 코스트가 높고, 스케일 업(scale-up)을 위해 설비투자를 필요로 하는 문제가 대두되고 있다.

이 때문에, 이들 PUFA, 특히 아라키돈산을 유지식물로 만들 수 있으면, 그들의 생산 효율면에서의 대폭적인 향상뿐만 아니라, 코스트 다운을 기대할 수 있다. 최근에, PUFA 생합성을 위해 필수적인 불포화효소와 쇄길이 연장효소 유전자가 식물, 동물, 곰팡이, 및 효모로부터 단리되고, 이들 유전자를 고등식물에 도입함으로써, 고등식물에서 PUFA를 생산하는 것이 제안되어 있다.

실제로 유전자 재조합(recombination)에 의해서 식물에 함유되는 유지의 조성을 개질(改質)한 예로는, (ⅰ) 라우르산 생산 평지씨(라우르산을 비교적 다량 함 유하는 월계수로부터, C12:0-ACP(Acyl Carrier Protein)에 특이적으로 작용하고, 라우르산을 유리하는 중쇄 아실-ACP 티오에스테라제 유전자를 평지씨의 종자저장 단백질인 나핀(napin) 유전자의 프로모터에 연결해서 평지씨에 도입한 것: 문헌 2: Science, 257, p72(1992) 참조), (ⅱ) 고(高)스테아린산 함유 평지씨(C18:0-ACP 불포화효소 유전자의 발현을 안티센스(antisense) 유전자의 도입에 의해 억제하고, 스테아린산 함유량을 40%로 높인 재조합체 평지씨: 문헌 3: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 89, p2624(1992) 참조), (ⅲ) 고(高)에루크산(C22: 1) 평지씨(효모의 LPAAT 유전자를 도입함으로써, 에루크산 함유량을 90%까지 높인 평지씨: 문헌 4: Plant Cell, 9, p909(1997) 참조), (ⅳ) 고(高)올레산 함유 대두(대두 종자로 발현되어 있는 Δ12 불포화효소 유전자 Fad2의 발현을 억제함으로써, 올레산으로부터 리놀산으로의 합성경로를 억제한 결과, 올레산 함유량이 약 23%에서 80% 정도까지 높은 대두, 및 Fad2를 억제하는 프로모터로서, 대두 종자저장 단백질인 β-콘글리시닌 유전자 유래의 것이 사용됨), (Ⅴ) γ-리놀산 생산 평지씨(보리지(Borago offcinalis)로부터 단리된 Δ6 불포화효소 유전자를 도입한 평지씨: 문헌 5: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 94, p4211(1997) 참조) 등을 포함한다. 또한, 규조 유래의 Δ6 불포화효소 유전자와 Δ5 불포화효소 유전자 및 피스코미트렐라 파텐스(physcomitrella patens) 유래의 쇄길이 연장효소 유전자를 아마(亞麻)로 발현시켜서, 아라키돈산 및 EPA가 생산되는 것이 보고되어 있다(문헌 6: J. Biol. Chem. 278, p35115, (2003) 참조).

또한, 다중 불포화 지방산을 생산하는 대두를 생산하기 위해서, 다중 불포화 지방산을 생산하는 모티에렐라로부터 단리된 Δ6 불포화효소, 쇄길이 연장효소, 및 Δ5 불포화효소인 cDNA를 여러 프로모터에 연결하고, 유전자 도입을 행하는 시도 역시 보고되어 있다(가령, 문헌 11: 2002년 「식물 이용 에너지 사용 합리화 생산기술의 연구개발 성과보고서 」, 12: 다나까 요시까와저, 지구환경 식량 자원을 위한 식물 바이오 제 160 위원회 제 8회 연구회 자료(일본 학술 진흥회), p14-16, 2003년 6월 13일 개최, 참조). 또, 여기에 기술한 내용은 특별히 언급하지 않는 한, 문헌 7: 「식물 대사 공학」NTS사의 ISBN4-86043-004-2C3045, p574-586 (2002), 또는 문헌 8: J. Plant Physiol. 160, p779 (2003)에 따랐다.

그러나, 아라키돈산을 식물체에 생산시키는 것을 보고한 상기 문헌 6의 기재는, 명확하지 않으며 그 개시가 불충분하다.

보다 상세하게는, 식물체에 이종생물의 유전자를 도입하여, 유지의 조성과 질을 변경하기 위해서는, 탄소 쇄길이의 결정에 관여하는 효소의 유전자와, 이중결합의 수 및 위치를 결정하는 불포화효소의 유전자 발현을 억제할 필요가 있다. 또한, 본래 그 식물이 갖고 있지 않은 지방산을 생산하기 위해서는, 해당 지방산이 숙주식물의 생육에 악영향을 주지 않도록, 지방산의 합성 시기, 부위, 세포 내에서의 존재형태 등을 고려해야 한다.

또한, 이종 식물, 특히 식물 이외의 유전자를 발현시킬 경우에는, 전사산물(transcripts)이 프로세싱될 경우가 있다. 이와 같은 경우에는 가령, 코돈(codon)의 개질을 행하는 등의 처리를 해야 한다(예를 들면, 문헌 9: Bio/Technology 11 p194, 1993 참조).

또, 일련의 생합성 반응에 관여하는 효소는 세포 내에서 복합체를 형성하며, 이들 효소의 대사물은 분자 채널을 통해서 대사될 수 있다(예를 들면, 문헌 10: Proc Natl. Acad. Sci. U.S.A. 96, p12929(1999) 참조). 이와 같은 경우, 비록 생합성에 관여하는 효소의 유전자가 공지되고, 유전자의 도입방법이 공지되어 있다 해도, 도입한 이종 유전자 유래의 유전자에 의해서 생산된 효소가, 숙주식물에 있어서 어느 정도 양호하게 기능하여, 목적으로 하는 물질을 생산할 수 있는지의 여부를 예측하는 것은 상당히 어렵다.

이러한 관점에서, 상기 문헌 6에는 이들 문제점에 대해서 전혀 기재되어 있지 않으으므로 그 개시는 불충분하다. 상술한 바와 같이, 지방산 생합성에 관해서는 미지의 부분이 많다. 특히, (ⅰ) 이종생물, 가령 모티에렐라에서 유래된 지방산 생합성 유전자의 전사 및 번역이 식물체에 있어서 효율적으로 일어나는지의 여부, (ⅱ) 이들 유전자에 의해 코드화된 효소가 식물체 중에서 양호하게 기능하는지의 여부, (ⅲ) 이들 효소가 식물체의 지질 합성효소군과 세포 내에서 협조하여 기능할 수 있는지, 또는 (ⅳ) 가령, 다른 지방산과 마찬가지로 오일 바디를 제공하도록 아라키돈산을 트리글리세리드의 형태로 축적할 수 있는지의 여부 등은 미지수이다. 즉, 이종생물의 유전자를 식물에 도입하여, 아라키돈산을 생산하기 위해서는, 상당한 시행착오를 거칠 필요가 있다.

또, 콩과식물, 특히 대두에 대해서는, 유전자 도입에 의한 형질전환의 곤란성이 지적되고 있으며, 대두의 형질전환에 관한 정보량도 적다. 몇 건의 보고에 따르면, 대두에 있어서의 형질전환효율 및 재생효율은 극히 낮으며, 형질전환 가능한 품종도 한정되어 있다(예를 들면, 문헌 13: Santarem ER and Finer JJ(1999), In Vitro Cell. Dev. Biol.-Plant 35: 451-455 참조). 이 때문에, (ⅰ) 이종 유전자 도입이 곤란한 대두의 형질전환계의 개발이 필요하며, (ⅱ) 다중 불포화 지방산의 합성에 필요한 복수의 유전자를 안정적으로 발현시키는 다중유전자 안정 발현계의 개발도 필요하다. 또한, (ⅲ) 이종생물에서 유래된 유전자 산물(지방산의 합성에 관여하는 효소)이 실제로 대두에 있어서 단백질 레벨로 발현하고, 효소 활성을 갖는지의 여부, 즉 형질전환 대두의 지질 조성이 변화하는지의 여부를 확인할 필요도 있다.

따라서, 대두에서 다중 불포화 지방산을 생산하는 것은 매우 어려운 기술이며, 다단계의 기술 개발을 필요로 한다. 실제로, 상기 문헌 11, 12의 보고에 있어서도, 다중 불포화 지방산을 생산하는 형질전환 대두(식물체)는 아직 얻어지지 않고 있다.

또한, 상기 문헌 6, 11, 12에 있어서도, 차세대까지 다중 불포화 지방산(예를 들면, 아라키돈산)을 생산하는 형질이 유전되는 형질전환 식물체가 얻어졌다는 보고는 아직 없었다. 다시 말해서, 다중 불포화 지방산을 생산하도록 식물을 형질전환하는 것 자체가, 많은 기술적인 어려움을 수반하는 것이다. 그러므로, 다중 불포화 지방산을 생산하는 형질이 유전되는 차세대 식물체를 얻는 것은 더욱 어려운 것이다.

따라서, 상술한 여러 가지 문제점을 해결하기 위해 시행착오를 거듭한 결과, 실제로 이종생물에서 유래된 유전자를 식물에 도입하고, DNA 레벨에서의 발현뿐만 아니라, 단백질 레벨에서의 효소의 발현 및 이어지는 효소 기능의 확인에 의해서, 아라키돈산을 함유하는 식물체, 특히 아라키돈산을 함유하는 대두를 생산하는 것이 강하게 요구되고 있다. 또한, 차세대까지 다중 불포화 지방산을 생산하는 형질이 유전되는 형질전환 식물체를 얻는 것이 강하게 요구되고 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 아라키돈산을 함유하는 식물체 및 그 이용 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 달성을 위해, 본 발명자들은 Δ6 불포화효소, 지방산 쇄길이 연장효소, 및 Δ5 불포화효소에 대한 모티에렐라 유래의 3종의 유전자를 대두 종자 특이적 프로모터의 하류에 연결하고, 터미네이터를 부가해서, 재조합 발현 벡터를 제조하였다. 이 재조합 발현 벡터를 대두의 배(胚)에 도입함으로써, 형질전환 대두를 제조하였다. 그 결과, 본 발명자들은 이종생물 유래의 유전자가 대두 내에서 단백질 레벨로 실제 발현됨과 동시에, 단백질이 실제로 효소로서 기능하여 아라키돈산을 생산하는 것을 최초로 밝혀냈다. 또한, 해당 형질전환 대두가 실제로 아라키돈산을 함유하는 것도 밝혀냈다.

상술한 문제점들을 해결하기 위해서, 본 발명에 따르는 아라키돈산 함유 식물체는, 아라키돈산의 생합성에 관여하는 지방산 합성효소 유전자를 식물체에 도입하여 아라키돈산을 생산하는 아라키돈산 생산단계를 포함하는 방법에 의해 생산된다.

상기 아라키돈산 생산단계를, 상기 아라키돈산의 생합성에 관여하는 지방산 합성효소를 코드화하는 유전자를 함유하는 재조합 발현 벡터를 식물 세포에 도입하는 형질전환단계를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 아라키돈산 생산단계를, 상기 재조합 발현 벡터를 구축하는 재조합 발현 벡터 구축단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또, 상기 재조합 발현 벡터 구축단계를, 아라키돈산의 생합성에 관여하는 지방산 합성효소를 코드화하는 유전자를, 대두 종자 특이적 프로모터의 하류 영역에 연결하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 아라키돈산의 생합성에 관여하는 지방산 합성효소는, Δ6 불포화효소, 지방산 쇄길이 연장효소, 및 Δ5 불포화효소인 것이 바람직하다.

또, 상기 Δ6 불포화효소는, (a) 배열번호 1의 아미노산 배열로 이루어지는 단백질; 및 (b) 지방족 모노카르본산의 Δ6위에 불포화 결합을 도입하는 반응을 촉매하는 기능을 갖기 위해서, 배열번호 1의 하나 이상의 아미노산의 치환, 결실, 삽입 및/또는 부가에 의해서 개질된 아미노산 배열로 이루어지는 단백질 중의 어느 하나인 것이 바람직하다.

또, 상기 Δ6 불포화효소를 코드화하는 유전자는, (c) 배열번호 2의 염기배열을 오픈 리딩 프레임으로서 갖는 유전자; 및 (d) 배열번호 2로 나타낸 유전자의 염기배열과 상보적인 염기배열을 갖는 유전자와 엄격한 조건 하에서 하이브리다이즈(hybridize)하고, 지방족 모노카르본산의 Δ6위에 불포화 결합을 도입하는 반응을 촉매하는 기능을 갖는 단백질을 코드화하는 유전자 중의 어느 하나인 것이 바람직하다.

또, 상기 지방산 쇄길이 연장효소는, (e) 배열번호 3의 아미노산 배열로 이루어지는 단백질; 및 (f) 지방족 모노카르본산의 탄소쇄의 연장반응을 촉매하는 기능을 갖도록, 배열번호 3의 하나 이상의 아미노산의 치환, 결실, 삽입 및/또는 부가에 의해서 개질된 아미노산 배열로 이루어지는 단백질 중의 어느 하나인 것이 바람직하다.

또, 상기 지방산 쇄길이 연장효소를 코드화하는 유전자는, (g) 배열번호 4의 염기배열을 오픈 리딩 프레임으로서 갖는 유전자; 및 (h) 배열번호 4로 나타낸 유전자의 염기배열과 상보적인 염기배열을 갖는 유전자와 엄격한 조건 하에서 하이브리다이즈하고, 지방족 모노카르본산의 탄소쇄의 연장반응을 촉매하는 기능을 갖는 단백질을 코드화하는 유전자 중의 어느 하나인 것이 바람직하다.

또, 상기 Δ5 불포화효소는, (i) 배열번호 5의 아미노산 배열로 이루어지는 단백질; 및 (j) 지방족 모노카르본산의 Δ5위에 불포화 결합을 도입하는 반응을 촉매하는 기능을 갖도록, 배열번호 5의 하나 이상의 아미노산의 치환, 결실, 삽입 및/또는 부가에 의해서 개질된 아미노산 배열로 이루어지는 단백질 중의 어느 하나인 것이 바람직하다.

또, 상기 Δ5 불포화효소를 코드화하는 유전자는, (k) 배열번호 6의 염기배열을 오픈 리딩 프레임으로서 갖는 유전자; 및 (l) 배열번호 6으로 나타낸 유전자의 염기배열과 상보적인 염기배열을 갖는 유전자와 엄격한 조건 하에서 하이브리다이즈하고, 지방족 모노카르본산의 Δ5위에 불포화 결합을 도입하는 반응을 촉매하는 기능을 갖는 단백질을 코드화하는 유전자 중의 어느 하나인 것이 바람직하다.

상기 아라키돈산의 생합성에 관여하는 지방산 합성효소, 또는 이 지방산 합성요소를 코드화하는 유전자는, 모티에렐라(Mortierella)에서 유래되는 것이 바람직하다. 상기 아라키돈산의 생합성에 관여하는 지방산 합성효소, 또는 이 지방산 합성효소를 코드화하는 유전자는, 모티에렐라 알피나(Mortierella alpina)에서 유래되는 것이 보다 바람직하다.

또, 상기 아라키돈산 생산단계는, 숙주에서의 Δ15 불포화효소의 발현을 억제하는 발현 억제단계를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 발현 억제단계에 있어서, RANi법에 의해서 Δ15 불포화효소의 발현이 억제되는 것이 바람직하다.

본 발명은 상술한 유지 원료 식물체에 의해 생산된 아라키돈산을 함유하는 식물체를 포함한다. 상기 식물체는, 식물 세포, 식물 조직, 식물 유합조직, 식물 종자, 성장한 식물 개체, 또는 성장한 식물 개체와 동일한 형질을 갖는 식물 개체의 자손인 것이 바람직하다. 상기 식물체, 대두인 것이 보다 바람직하다.

본 발명은 상기 아라키돈산 함유 식물체에서 얻어진 아라키돈산을 포함한다. 또, 본 발명은 상기 아라키돈산을 함유하고 있는 조성물도 포함한다. 또한, 본 발명은 상기 조성물을 함유하는 식품도 포함한다. 또, 본 발명은 아라키돈산 함유 식물체를 제조하기 위한 아라키돈산 함유 식물체 제조 키트로서, 이 키트는 아라키돈산의 생합성에 관여하는 지방산 합성효소를 코드화하는 프로모터 및 유전자를 갖는 재조합 발현 벡터를 적어도 포함하는 아라키돈산 함유 식물체 제조 키트도 포함한다. 본 발명은 상기 재조합 발현 벡터를 식물 세포에 도입하기 위한 시약군을 포함하는 것이 바람직하다.

발명을 완성시키기 위해서, 본 발명자들은 시행착오를 거듭한 결과, 실제로 이종생물 유래의 유전자를 식물체에 도입하여, 아라키돈산을 함유하는 유지 원료 식물체, 즉, 대두를 생산하는 데 성공하였다. 이것은 종래의 지식으로부터의 사후고찰(hindsight)에 의해 용이하게 이룰 수 있는 것은 아니다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 아라키돈산의 생합성에 관여하는 지방산 합성효소 유전자를 식물체에 도입함으로써, 식물체에 아라키돈산을 생산시킬 수 있는 아라키돈산 함유 식물체를 제공한다. 따라서, 본 발명은 아라키돈산을 함유하는 식물체를 쉽게 취득할 수 있는 점에서 효과적이다. 즉, 본 발명에 의해, 식물체에서 아라키돈산을 제조하는 것이 가능하다. 이것은 아라키돈산을 어유나 미생물에서 취득할 경우에 비해서, 생산과정의 대폭적인 효율화와 코스트 다운이 가능하게 될 뿐만 아니라, 아라키돈산의 대량생산 및 취득이 가능한 점에서 효과적이다.

또한, 본 발명에 따르는 아라키돈산 함유 식물체는, 다중 불포화 지방산을 생산하도록 그들의 형질이 차세대까지 유전되는 점에서 상당히 효과적이다. 그러므로, 아라키돈산 함유 식물체의 양육에 의해서, 개질된 지방산 조성을 갖는 아라키돈산 함유 식물체의 종자를 대량생산하는 것이 가능하므로, 아라키돈산을 대량으로 장기간에 걸쳐서 지속적으로 취득할 수 있다.

또, 식물 중에서도 형질전환이 비교적 어렵다고 하는 콩과식물, 가령 대두에 있어서도, 상술한 바와 동일한 효과가 얻어진다. 즉, 본 발명은 아라키돈산 함유 식물체와 동일한 효과를 보일 수 있는 아라키돈산 함유 대두도 포함한다.

아라키돈산은 인간을 포함하는 고등동물에게 있어서 필수 지방산이다. 이러한 이유로 인해서, 아라키돈산은 건강식품이나 의약품에 폭넓게 사용되고 있다. 본 발명은 아라키돈산에 대한 이러한 수요량 증가 요구를 충족시킬 수 있다.

도 1은 다중 불포화 지방산의 생합성 경로를 모식적으로 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명에 따르는 플라스미드 벡터 pSPB1877의 제조단계를 모식적으로 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명에 따르는 플라스미드 벡터 pSPB1877의 전체를 모식적으로 나타내는 도면이다.

본 발명은, 고등동물에게 있어서 필수적인 PUFA의 하나인 아라키돈산을 함유하는 아라키돈산 식물체 또는 대두를 생산하기 위한 생산방법에 의해서 생산된 식물체와 대두에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 그러한 식물체 및 대두의 이용에 관한 것이다. 본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 고등식물에 있어서의 지질 생합성에 대한 개요에 대해서 개략적으로 설명한다.

고등식물이 갖고 있는 주요 지질은 1 내지 3 개소의 불포화 결합과 함께 16 또는 18개의 탄소원자를 갖는다. 이들 지질에 있어서 지방산은 대부분, 제 1기질로서 아세틸 CoA를 이용하여 엽록체 등의 색소체 내에서 합성된다. 아세틸 CoA 및 이산화탄소와 관계되는 제 1반응에 있어서, 마노닐(malonyl)-CoA는 아세틸 CoA 카르복실라아제(ACCase)의 촉매 작용에 의해서 생산된다. 이 반응은, 고등식물에 있어 서의 유지 생합성의 속도 결정반응의 하나로, 유지의 생산량에 영향을 주는 것으로 생각된다. 이와 관련해서, ACCase 유전자의 과잉발현에 의해서 평지씨의 총 유지량이 5% 증가되었다는 보고도 있었다(Plant Physiol., 113, p75-81(1997)).

마노닐(malonyl)-CoA의 마로닐기는, 이후 ACP로 전이되어, 마노닐-ACP를 생성한다. 마노닐-CoA는 축합, 환원, 탈수 및 환원이라고 하는 일련의 반응을 반복함으로써 생성된다. 각 사이클에서의 반응으로 지방산 합성효소 복합체의 효소군의 촉매 작용에 의해서 탄소원자는 2개씩 분자에 추가되어, 최종적으로는 C16:0-ACP 또는 C18:0-ACP을 생성한다. 이 C18:0-ACP의 대부분은 색소체에 국부적으로 존재하는 C18:0-ACP 불포화효소에 의해서, Δ9위(카르복실 말단의 탄소부터 세어 9번째의 탄소)에 결합되는 최초의 불포화 결합을 갖는다.

이와 같이 해서 생긴 C18:0-ACP의 일부는, 색소체 내에서의 글리세로지질 생합성에 이용된다. 나머지는 티오에스테라제의 촉매작용으로 ACP에서 분리되어, Coa 에스테르의 형태로 색소체로부터 나온 후, 소포체에서의 글리세로지질의 생합성에 이용된다. 즉, 글리세로지질의 생합성은 엽록체 내외(엽록체 외일 경우는 주로 소포체)에서 병행하여 실행된다. 글리세로지질의 생합성 경로는, 이것이 엽록체 내일경우에 원핵생물형 경로를 따르지만, 엽록체 외의 장소에서 발생하는 글리세로지질 생합성은 진핵생물형 경로를 따른다.

이들 생합성 경로는 모두, 아실기 전이효소에 의해서 아실기가 글리세롤 3인산(G3P)의 sn-1위, sn-2위로 순차 전이함으로써, 포스파티딜 콜린(PC)과 포스파티딜 글리세롤(PG)과 같은 상이한 극성 헤드부를 갖는 상이한 종류의 글리세로지질을 형성한다. 진핵생물형 경로에서 합성된 PC 등의 지질 중 일부는, 막의 주요 구성성분이 되는 반면, 다른 일부는 sn-3위로 3번째의 아실기가 전위되어, 저장 지질의 주성분인 트리아실 글리콜(TAG)이 된다.

대두로 대표되는 식물의 생체막은, 일반적으로 리놀산과 α-리놀산을 높은 비율로 함유하고 있다. 모든 고등식물은 18:0-ACP 불포화효소, Δ12 불포화효소, Δ3 불포화효소를 함유한다. 18:0-ACP 불포화효소가 색소체에 국부적으로 존재하는데 반해서, Δ12 불포화효소 및 Δ3 불포화효소는 모두 하나는 색소체 국부 존재형이고, 다른 하나는 ER 국부 존재형인 적어도 2개의 동질효소의 형태로 존재하는 것이 알려져 있다. 또한, 한정된 종류의 식물은 특수한 불포화효소 유전자를 갖는다. 예를 들면, 달맞이꽃이나 보리지의 Δ6 불포화효소는, 리놀산으로부터 γ-리놀산을 생성한다. 림난테스(Limnanthes douglasii)의 Δ5 불포화효소는 C20:1(Δ5)의 합성에 관여한다.

식물에 포함되는 대부분의 지방산은 C16 또는 C18이지만, 식물은 체표면을 덮는 왁스의 주성분으로서, 또는 세포막이나 액포막에 다량으로 포함된 스핑고지질 성분으로서, C20 이상의 탄소원자를 갖는 초장쇄 지방산을 추가로 필요로 한다. 또한, 일부의 식물은, 상당한 비율로 C20이나 C22의 초장쇄 지방산을 저장 지질로서 함유한다. 이 초장쇄 지방산의 합성경로는, 지방산 합성효소 복합체에 의한 신규 지방산의 합성과 유사하며, 축합, 환원, 탈수, 환원으로 이루어지는 1사이클로 2개의 탄소원자가 쇄에 추가된다. 따라서, 초장쇄 지방산의 합성경로에 있어서도, 기존의 아실기와 마로닐-CoA의 축합반응이 쇄길이를 연장시키는 속도 결정반응일 것 이라고도 생각된다.

또, 신규 지방산 합성에서는 ACP에 결합된 아실기에 대해서 쇄길이 신장이 실행되었지만, 초장쇄 지방산 합성경로에서는 쇄길이의 연장을 위해서 ACP를 필요로 하지 않는다. 최근에, 쇄길이 연장반응의 최초 축합반응에 관계되는 효소 유전자가, 아기장대(Arabidopsis thaliana)나 호호바(Simmondsia chinensis)로부터 얻어졌다. 구체예로서, FAE1(Plant Cell, 7, p309(1995)) 및 KCS 유전자(Plant Cell, 8, p281(1996)인 이들 효소 유전자는, C20 이상의 탄소원자를 갖는 포화 지방산 합성에 관여하는 것이 밝혀졌다. 또, 효모, 동물, 및 곰팡이에서 발견된 ELO 패밀리의 지방산 쇄길이 연장효소(J. Biol. Chem., 271, p18413(1996), J. Biol. Chem., 272 p17376(1997))를 식물 내의 FAE1/KCS 패밀리의 연장효소와 비교한 바, 일차배열 간에는 전혀 유사성이 없었다.

또, 저장 지질의 대부분은 TAG이며, 이것은 세포질로부터 공급되는 G3P가 순차 아실화되어 생성된다. 이 TAG에 있어서의 3개의 아실기는, 각각 별도의 아실기 전이효소에 의해서 글리세롤 골격으로 전이된다. 이들 아실기 전이효소 중 하나는 sn-2위로 아실기를 전이하기 위한 리소포스파티딘산 아실기 전이효소(lysophosphatidec acid acyltransferase; LPAAT)이다. 이 LPAAT는 일반적으로 높은 기질 특이성이 있으며, 이것은 저장 지질의 지방산 조성을 결정하는 하나의 요인이 되고 있다고 생각된다.

또, TAG는 상술한 진핵생물형 경로에서 합성되는 주요 지질인 PC를 토대로 한 경로에서도 생성된다. 이 TAG는 미끄럼면 소포체의 막에서 합성되고, 지질 이중 막 사이에 축적된다. 시간이 지남에 따라서, TAG를 축적하여 팽창된 지질 이중막 부분은 오일 바디라고도 불리며 지질 단층막으로 둘러쌓인 소포체로부터 소포의 형성에 의해서 유리된다. 일부 식물은 C16, C18 탄소원자보다도 짧거나 긴 중쇄 또는 초장쇄 지방산을 생성한다. 다른 식물은 수산화 또는 에폭시화된 지방산을 다량으로 생성한다. 이들 특수한 지방산의 대부분은 TAG 형태로 존재한다. 어떤 기구에 의해서, 이와 같은 제어가 실행되고 있는지에 대해서 현재로서는 명확하지 않으나, 높은 기질 특이성을 갖는 포스폴리파제나 아실기 전이효소의 존재 등이 시사되어 있다. 이것은, 본래 그 식물이 갖고 있지 않은 지방산을 높은 레벨로 생산시킬 경우에 결과를 예측할 수 없게 하는 요인 중 하나이다. 이러한 배경을 토대로 해서, 이하에서는 본 발명에 대해서 보다 상세하게 설명한다.

본 발명은 아라키돈산을 함유하는 유지 원료 식물체 및 그 유지 원료 식물체의 이용에 관한 것이다. 본 발명에 따르는 유지 원료 식물체는 아라키돈산을 생산한다. 따라서, 본 발명은 아라키돈산을 함유하는 유지 원료 식물체를 제공한다. 이하의 설명에서는, 본 발명에 따르는 아라키돈산을 함유한 유지 원료 식물체(설명의 편의상, 아라키돈산 함유 식물체라고 칭할 수 있음)의 생산방법에 관해서 설명하고, 이것에 의해 만들어진 유지 원료 식물체, 및 그 유지 원료 식물체의 이용에 대한 순으로 설명한다.

[1] 아라키돈산 함유 식물체의 생산방법

본 발명에 따르는 아라키돈산 식물체나 대두의 생산방법은, 아라키돈산의 생합성에 관여하는 지방산 합성효소 유전자를 식물체에 도입함으로써, 아라키돈산을 생산하는 단계를 포함하는 방법이면 되며, 이것이 이용하는 구체적인 단계, 조건, 재료 등은 특별히 한정되는 것은 아니다. 먼저, "지방산 합성에 관여하는 효소"에 대해서 설명한다.

[1-1] 지방산 합성에 관여하는 효소

본 발명에서 이용되는 지방산 합성효소로서는, 예를 들면, 아라키돈산의 생합성에 관여하는 지방산 합성효소 중, 숙주가 될 식물체에 존재하지 않는 지방산 합성효소를 들 수 있다. 일반적으로, 고등식물은 스테아린산에서 리놀산 또는 α-리놀산을 생합성하는 효소군을 갖고 있지만, 리놀산 또는 α-리놀산에서 아라키돈산을 생합성하기 위해서 필요한 지방산 합성효소를 필요로 한다. 이들 효소의 구체예로는, Δ6 불포화효소, 지방산 쇄길이 연장효소(이하, 간단히 쇄길이 연장효소라 칭할 수 있음), 및 Δ5 불포화효소의 3종류의 효소를 들 수 있다.

본 발명에서 사용한 용어와 같이, "Δ6 불포화효소"란, 지방족 모노카르본산의 Δ6위(카르복실 말단의 탄소부터 세어 6번째의 탄소)에 불포화 결합을 도입하는 반응을 촉매하는 기능을 갖는 단백질을 말한다. "지방산 쇄길이 연장효소란", 지방족 모노카르본산의 탄소쇄를 연장하는 반응을 촉매하는 기능을 갖는 단백질을 말한다. "Δ5 불포화효소"란, 지방족 모노카르본산의 Δ5위(카르복실 말단의 탄소부터 세어 5번째의 탄소)에 불포화 결합을 도입하는 반응을 촉매하는 기능을 갖는 단백질을 말한다. 본 발명에서 사용한 바와 같이, "불포화 결합"이란 탄소-탄소 이중결합(C=C)인 것을 말한다. 예를 들면, 상기 3종류의 지방산 합성효소를 코드화하는 유전자를 구성적 또는 종자 특이적 프로모터에 연결하고, 연결된 유전자를 대두나 다른 고등동물에 도입함으로써, 대두(Glycine max) 또는 고등식물에서 아라키돈산을 생산할 수 있다.

고등동물은 그들의 n-9경로에서 스테아린산으로부터 미드(mead)산(C20:3)을 생산할 수 있지만, 리놀산이나 α-리놀산은 합성할 수 없기 때문에, 이들 지방산은 식물의 기름에서 섭취할 필요가 있다. 한편, 모티에렐라 등의 일부 진균류나 선충 등의 하등동물은, 고등식물과 고등동물의 양쪽 경로를 겸비하여, 아라키돈산이나 EPA를 생산할 수 있다.

따라서, 상기 Δ6 불포화효소, 지방산 쇄길이 연장효소, 및 Δ5 불포화효소의 3종류의 효소는, 고등동물 또는 모티에렐라 등의 미생물에서 얻을 수 있다. 상이한 모티에렐라속 중에서, 실모양 균은 다중 불포화 지방산의 발효 생산에 이용되고 있으며, 그들의 생합성계에 대한 연구도 진행되고 있다. 특히, 모티에렐라 알피나는, 리놀산이나 α-리놀산 등을 통해서 아라키돈산을 축적하는 n-6계 생합성 경로를 주요경로로서 갖는다. 또, 모티에렐라 알피나의 아라키돈산 생합성 경로에 있어서, 리놀산이나 α-리놀산의 생합성 경로는, 고등식물의 생합성 경로와 동일하다. 한편, 리놀산으로부터 아라키돈산이 생성되는 합성 경로에서는, 먼저 리놀산이 Δ6 불포화효소에 의해 활성화되어 γ-리놀산을 생성한다. 다음에, 지방산 쇄길이 연장효소(GLELO)에 의해 디호모-γ-리놀산이 생성되며, 이어서 Δ5 불포화효소에 의해 아라키돈산으로 변환된다.

또, 스테아린산에서 아라키돈산에 이르기까지 생합성 경로에 관계되는 모든 효소를 코드화하는 유전자는 모티에렐라 알피나로부터 이미 단리되어 있다. 실제 로, Δ5 불포화효소 유전자(J Biol Chem. 273, p19055(1998)) 및 Δ6 불포화효소의 촉매작용에 의해 생성된 γ-리놀산이나 스테아리돈산(C18:4)에 특이적으로 작용하는 지방산 쇄길이 연장효소 유전자(Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 97, p8284(2000))는 모티에렐라 알피나로부터 가장 먼저 단리된다. 쇄길이 연장에 관여하는 축합, 수산화, 탈수, 환원의 4개의 반응 중에서, 기질 특이성을 나타내는 것은 최초의 축합반응이라고 생각된다.

이 모티에렐라 알피나에서 유래된 Δ6 불포화효소는, 배열번호 1의 아미노산 배열을 갖는 단백질이며, 이것은 지방족 모노카르본산의 Δ6위에 불포화 결합을 도입하는 반응을 촉매하는 것으로 알려져 있다. 여기에서 주목해야 할 점은, 본 발명에서 이용한 Δ6 불포화효소를 배열번호 1에 나타낸 것으로 한정하는 것은 아니며, 지방족 모노카르본산의 Δ6위에 불포화 결합을 도입하는 반응을 촉매하는 기능을 가질 수 있는 단백질이면 된다. 구체적으로, 본 발명은 배열번호 1의 하나 이상의 아미노산의 치환, 결실, 삽입 및/또는 부가에 의해서 개질된 아미노산 배열의 단백질이라도, 상술한 촉매기능을 갖고 있으면 본 발명에서 이용할 수 있다. 치환, 결실, 삽입, 및/또는 부가되는 아미노산의 수는 특별히 한정되지는 않는 것을 주목해야 한다. 그러나, 예를 들어 1개 내지 20개의 아미노산, 바람직하게는 1개 내지 10개의 아미노산, 보다 바람직하게는 1개 내지 7개의 아미노산, 더욱 바람직하게는 1개 내지 5개의 아미노산, 특히 바람직하게는 1개 내지 3개의 아미노산이 치환, 결실, 삽입, 및/또는 부가된다.

아미노산의 결실, 치환 또는 부가는, 상기 펩티드를 코드화하는 염기배열을 해당 기술분야에 공지된 방법에 의해서 변경함으로써, 실행할 수 있다. 염기배열에 변이를 도입하기 위해서, Knukel법 또는 Gapped duplex법, 도는 다른 유사한 공지의 방법을 이용할 수 있다. 예를 들면, 부위 특이적 돌연변이 유발법을 이용한 변이 도입용 키트(가령, Mutant-K 나 Mutant-G, 모두 상품명으로 TAKARA사제) 등을 이용하거나, LA PCR in vitro Mutagenesis 시리즈 키트(상품명, TAKARA사제)를 이용하여 변이가 도입된다.

또, 모티에렐라 알피나에서 유래된 지방산 쇄길이 연장 효소는, 배열번호 3의 아미노산 배열을 갖는 단백질이며, 지방족 모노카르본산의 지방산 쇄길이를 연장하는 반응을 촉매하는 것이 알려져 있다. 여기에서 주목해야할 점은, 본 발명에서 사용한 지방산 쇄길이 연장효소는 배열번호 3에 나타낸 효소로 한정되는 것은 아니며, 지방족 모노카르본산의 지방산 쇄길이를 연장하는 반응을 촉매하는 기능을 가질 수 있는 단백질이면 된다. 구체적으로, 배열번호 3의 하나 이상의 아미노산의 치환, 결실, 삽입 및/또는 부가에 의해서 개질된 아미노산 배열의 단백질이라도, 상술한 촉매의 기능을 갖고 있으면 본 발명에서 사용할 수 있다.

또, 모티에렐라 알피나에서 유래된 Δ5 불포화효소는 배열번호 5의 아미노산 배열을 갖는 단백질이며, 지방족 모노카르본산의 Δ5위에 불포화 결합을 도입하는 반응을 촉매하는 것으로 알려져 있다. 여기에서 주목할 점은, 본 발명에서 이용되는 Δ5 불포화효소로서는, 배열번호 5에 나타낸 것으로 한정되는 것은 아니며, 지방족 모노모 카르본산의 Δ5위에 불포화 결합을 도입하는 반응을 촉매하는 기능을 가질 수 있는 단백질이면 된다. 구체적으로는, 배열번호 5에 나타낸 하나 이상의 아미노산의 치환, 결실, 삽입 및/또는 부가에 의해서 개질된 아미노산 배열로 이루어지는 단백질이라도, 상술한 촉매의 기능을 갖고 있으면 본 발명에서 이용할 수 있다.

후술하는 바와 같이, 본 발명에 따르는 식물체의 생산방법은, 공지의 유전자 재조합 기술을 이용하여, Δ6 불포화효소, 지방산 쇄길이 연장효소, 및 Δ5 불포화효소를 코드화하는 유전자를 적절하게 이용할 수 있다. 상기 Δ6 불포화효소를 코드화하는 유전자(설명의 편의상, Δ6 불포화효소 유전자라 칭할 수 있음)로서는 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, Δ6 불포화효소가 모티에렐라 알피나에서 유래되는 경우에는, 이 특정 형태의 Δ6 불포화효소를 코드화하는 유전자에 의해서 효소를 코드화할 수 있다. Δ6불포화효소 유전자의 구체예로는, 배열번호 2의 염기배열을 오픈 리딩 프레임(open reading frame; ORF)으로서 갖는 폴리누클레오티드를 들 수 있다.

물론, Δ6 불포화효소 유전자는 상술한 예로 한정되는 것은 아니며, 배열번호 2의 염기배열과 상동성(相同性)을 갖는 유전자이면 된다. 구체예로는, 배열번호 2에 나타낸 염기배열을 갖는 유전자와 상보적인 염기배열을 갖는 유전자와 엄격한 조건 하에서 하이브리다이즈할 수 있고, 지방족 모노카르본산의 Δ6위에 불포화 결합을 도입하는 반응을 촉매하는 기능을 갖는 단백질을 코드화할 수 있는 유전자를 들 수 있다. 본 발명에서 사용한 바와 같이, "엄격한 조건"이란, 적어도 90%의 동일성, 바람직하게는 적어도 95%의 동일성, 보다 바람직하게는 적어도 97%의 동일성이 배열 간에 존재할 때에만 하이브리다이제이션(hybridization)이 일어나는 것을 의미한다.

하이브리다이제이션은 가령, J. Sambrook et al. Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 2nd Ed., Cold Spring Harbor Laboratory(1989)에 기재되어 있는 방법과 같은 통상적인 방법으로 실행할 수 있다. 일반적으로, 온도가 높을수록 및/또는 염농도가 저하될수록 엄격도는 높아진다(하이브리다이즈하기가 더욱 어렵게 된다).

또, 지방산 쇄길이 연장효소를 코드화하는 유전자(설명의 편의상, 지방산 쇄길이 연장효소 유전자라 칭할 수 있음)로는 특별히 한정되는 것은 아니다. 구체예로는, 지방산 쇄길이 연장효소가 모티에렐라 알피나에서 유래되는 경우에는, 이 특정 형태의 지방산 쇄길이 연장효소를 코드화하는 유전자를 들 수 있다. 지방산 쇄길이 연장효소 유전자의 구체적인 일예로는, 예를 들면 배열번호 4의 염기배열을 오픈 리딩 프레임(ORF)으로서 포함하는 폴리누클레오티드를 들 수 있다. 본 발명에서 사용한 바와 같이, 오픈 리딩 프레임(ORF)이란, 개시 코돈(codon)부터 엔드 코든을 제외한 엔드 코돈 직전까지의 범위를 말하는 것을 주목해야 한다.

지방산 쇄길이 연장효소 유전자는 상술한 예로 한정되는 것은 아니며, 배열번호 4의 염기배열과 상동성을 갖는 유전자일 수도 있다. 구체예로는, 배열번호 4에 나타낸 유전자의 염기배열과 상보적인 염기배열을 갖는 유전자와 엄격한 조건 하에서 하이브리다이즈할 수 있고, 지방족 모노카르본산의 지방산 쇄길이를 연장하는 반응을 촉매하는 기능을 갖는 단백질을 코드화할 수 있는 유전자를 들 수 있다.

또, Δ5위 불포화효소를 코드화하는 유전자(설명의 편의상, Δ5 불포화효소 유전자라 칭할 수 있음)로는, 특별히 한정되는 것은 아니다. 구체예로는, Δ5 불포화효소가 모티에렐라 알피나에서 유래되는 경우에는, 이 특정 형태의 Δ5 불포화효소를 코드화하는 유전자를 들 수 있다. Δ 불포화효소 유전자의 구체예로는, 배열번호 6의 염기배열을 오픈 리드 프레임(ORF)으로서 갖는 폴리누클레오티드를 들 수 있다.

물론, Δ5불포화효소 유전자는 상술한 예로 한정되는 것은 아니며, 배열번호 6의 염기배열과 상동성을 갖는 유전자라도 된다. 구체예로는, 배열번호 6에 나타낸 유전자의 염기배열과 상보적인 염기배열을 갖는 유전자를 엄격한 조건 하에서 하이브리다이즈할 수 있고, 지방족 모노카르본산의 Δ5위에 불포화 결합을 도입하는 반응을 촉매하는 기능을 가질 수 있는 단백질을 코드화하는 유전자를 들 수 있다.

유전자를 취득하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 통상적인 방법을 이용하여, 많은 동물, 미생물, 또는 식물로부터 단리할 수 있다. 예를 들면, 이미 알고 있는 효소의 염기배열을 토대로 제조한 프라이머(primer)쌍을 이용할 수 있다. 이 프라이머 쌍을 이용해서, 식물의 cDNA 또는 게놈 DNA를 주형으로서 PCR을 행하는 것에 의해 유전자를 얻을 수 있다. 또한, 상기 유전자는 통상적인 방법에 의해 화학적으로 합성해서 얻을 수도 있다.

[1-2] 본 발명에 따르는 아라키돈산 함유 대두의 예시적인 생산방법

본 발명에 따르는 아라키돈산 함유 대두의 생산방법은, 상기 [1-1]란에서 설명한 지방산 합성효소 유전자를 식물체에 도입하여, 아라키돈산을 생산시키는 단계를 포함하면, 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 본 발명에 따르는 식물체 의 생산방법은 재조합 발현 벡터 구축 단계, 형질전환단계, 선발단계를 포함하는 생산방법을 포함할 수 있다. 본 발명에서는 적어도 형질전환단계를 필요로 할 수 있다. 이하, 이들 단계에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.

[1-2-1] 재조합 발현 벡터 구축단계

본 발명에서 실행되는 재조합 발현 벡터 구축단계는, 상기 [1-1]란에서 설명한 지방산 합성효소를 코드화하는 유전자와, 프로모터(배열)를 포함하는 재조합 발현 벡터를 구축하는 단계라면 특별히 한정되는 것은 아니다.

재조합 발현 벡터의 캐리어로서, 예를 들면, 플라스미드, 파지(phage), 또는 코스미드 등의 통상적인 여러 가지 벡터를 이용할 수 있다. 벡터는 도입되는 식물 세포나 도입방법에 따라서 적당히 선택할 수 있다. 벡터의 구체예로는, pBR322, pBR325, pUC19, pBluescript, pBluescript SK, pBI계의 벡터를 들 수 있다. 특히, 식물체에 벡터를 도입하는 방법으로 아그로박테리움(Agrobacterium)을 이용할 경우는, pBI계의 바이너리 벡터가 바람직하다. 이러한 바이너리 벡터의 구체예로는, bBIG, pBIN19, pBI101, pBI121, 및 pBI221을 들 수 있다.

프로모터는, 식물체 내에서 유전자를 발현시킬 수 있는 프로모터이면 특별히 한정되는 것은 아니며, 공지의 프로모터를 적절하게 이용할 수 있다. 이러한 프로모터의 구체예로는, 콜리플라워 모자이크 바이러스 35S(cauliflower mosaic virus 35S; CaMV35S) 프로모터, 액틴 프로모터, 노팔린 합성효소(nopaline synthetase) 프로모터, 타바코 PRIa 유전자 프로모터, 또는 토마토 리블로스-1,5-2인산 카르복실라제/옥시게나아제 소형 서브유닛 프로모터 등을 들 수 있다. 이들 프로모터 중 에서, 콜리플라워 모자이크 바이러스 35S 프로모터 및 액틴 프로모터를 보다 바람직하게 이용할 수 있다. 또한, 대두로 기능하는 프로모터로서는 대두 종자의 저장 단백질 콘글리시닌용 프로모터를 적절하게 이용할 수 있다. 또한, 상기 프로모터는, 기구적인 프로모터나, 조직 특이적인 프로모터일 수 있다. 이들 프로모터를 이용하면, 얻어지는 재조합 발현 벡터가 식물 세포 내에 도입되었을 때에는 원하는 유전자를 강하게 발현시킬 수 있다. 상술한 프로모터 중에서도, 종자 특이적 프로모터가 바람직하다. 특히, 아라키돈산 합성에 관여하는 지방산 합성효소를 코드화하는 유전자를, 종자 특이적 프로모터의 하류영역에 연결하는 것이 바람직하다. 보다 상세하게는, Δ6 불포화효소, 지방산 쇄길이 연장효소, 및 Δ5 불포화효소의 3종류의 효소를 각각 종자 특이적 프로모터의 하류영역에 연결할 수 있다. 대두 종자 특이적 프로모터의 예로는, 후술하는 실시예에 나타내는 바와 같이 콘글리시닌 프로모터를 사용할 수 있다. 이것에 의해, 효율적이면서 안정적으로 아라키돈산의 생합성에 관여하는 효소를 발현시킬 수 있어, 아라키돈산을 안정적으로 생산할 수 있다.

프로모터가 상기 [1-1]란에서 설명한 지방산 합성효소를 코드화하는 유전자를 발현할 수 있도록 연결되고, 벡터 내에 도입되어 있으면 되며, 재조합 발현 벡터로서의 구체적인 구조는 특별히 한정되는 것은 아니다.

지방산 합성효소로서, 예를 들면, Δ6 불포화효소, 지방산 쇄길이 연장효소, 및 Δ5 불포화효소의 3종류의 효소를 숙주식물로서 발현시킬 경우, 각각의 효소가 발현되도록, 이들 3종류의 효소를 동일한 벡터 상에 배치한 재조합 발현 벡터를 이 용하여 식물체를 형질전환할 수도 있다. 또한, 3개의 벡터 상에 Δ6 불포화효소, 지방산 쇄길이 연장효소, 및 Δ5 불포화효소의 3종류의 효소를 각각 배치할 수 있고, 이들 요소를 동시에 숙주식물체 내에 도입한 후에 숙주 식물 세포 내에서 개별적으로 발현시킬 수 있다. 그러나, 결합된 3종류의 효소 유전자를 갖는 재조합 발현 벡터를 이용하는 것이 보다 바람직하다. 또, 결합된 Δ6 불포화효소, 지방산 쇄길이 연장효소, 및 Δ5 불포화효소를 갖는 재조합 발현 벡터를 이용할 경우, 이들 효소를 코드화하는 유전자는 모두 동일한 방향으로 전사되도록 배치되는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 3종류의 효소가 숙주식물에서 발현되면, 상기 유전자가 비록 역방향으로 전사되도록 배치될 수도 있다.

프로모터 및 상기 지방산 쇄길이 연장효소 유전자에 추가해서, 재조합 발현 벡터는 다른 DNA 세그먼트를 더 포함할 수도 있다. 그러한 DNA 세그먼트는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 터미네이터, 선별 마커, 인핸서(enhancer), 번역(translation) 효율을 높이기 위한 염기배열을 포함한다. 또한, 재조합 발현 벡터는, T-DNA 영역도 포함할 수 있다. T-DNA 영역은 특히 아그로박테리움을 이용하여 재조합 발현 벡터를 식물체에 도입할 경우에, 유전자 도입 효율을 높일 수 있다.

터미네이터는 전사 종결부위로서의 기능을 갖고 있으면 특별히 한정되는 것은 아니며, 공지의 터미네이터도 이용할 수 있다. 바림직한 예로는, 노팔린 합성효소 유전자의 전사 종결영역(Nos 터미네이터), 콜리플라워 모자이크 바이러스 35S의 전사 종결영역(CaMV35S 터미네이터), 마노핀(mannopine) 합성효소 유전자의 전사 종결영역(Mas 터미네이터)을 포함한다. 이들 중에서도, Nos 터미네이터 또는 Mas 터미네이터가 보다 바람직하다.

터미네이터를 적당한 위치에 배치함으로써, 재조합 발현 벡터에 있어서의 불필요하게 긴 전사물의 합성을 방지할 수 있다. 또한, 강한 프로모터가 플라스미드의 복사 수를 감소시키는 현상을 방지할 수 있다.

선별 마커의 예로는, 약제 내성(耐性) 유전자를 사용할 수 있다. 구체예로는, 하이그로마이신, 블레오마이신, 카나마이신, 겐타마이신, 및 클로람페니콜에 대한 약제 내성 유전자를 포함한다. 이들 유전자의 사용으로, 이들 항생물질을 함유하는 배지 내에서 생육하는 식물체를 선택함으로써, 형질전환된 식물체를 용이하게 선별할 수 있다.

번역효율을 높이기 위한 염기배열의 일예로는, 타바코 모자이크 바이러스에서 유래된 오메가(omega) 배열이 있다. 오메가 배열을 프로모터의 비번역 영역(5'UTR)에 배치함으로써, 키메라 유전자의 번역효율을 높일 수 있다. 이러한 방식에 있어서, 재조합 발현 벡터는 그 목적에 따라서, 다양한 형태의 DNA 세그먼트를 포함시킬 수 있다.

재조합 발현 벡터의 구축방법은 특별히 한정되는 것은 아니다. 일 실시예에 있어서, 적당히 선택된 캐리어가 되는 벡터에, 프로모터, 지방산 합성효소를 코드화하는 유전자, 및 필요에 따라서 다른 DNA 세그먼트가 소정의 순서로 도입된다. 특히, Δ6 불포화효소를 코드화하는 유전자, 지방산 쇄길이 연장효소를 코드화하는 유전자, 및 Δ5 불포화효소를 각각 코드화하는 3개의 유전자는, 그들의 발현이 가 능하도록 동일한 방식으로 서로 연결되고, 이들 지방산 쇄길이 연장효소 유전자를 프로모터 (및 필요에 따라서 터미네이터 등)에 연결하여 발현 카세트를 구축하고, 다음에 이것을 벡터에 도입하면 된다. 또, 상술한 바와 같이, 3종류의 유전자를 동일 벡터 상에 배치할 필요는 없다. 예를 들면, 3종류의 유전자를 3개의 상이한 벡터에 배치할 수도 있다.

3종류의 지방산 합성효소 유전자의 구축 및 발현 세그먼트의 구축에서는, 가령, 각 DNA 세그먼트의 절단부위를 서로 상보적인 돌출말단으로 제공하고, 이들 DNA 세그먼트와 리가제의 반응을 실행시킴으로써, DNA 세그먼트의 순서를 규정하는 것이 가능하게 된다. 또, 발현 카세트가 터미네이터를 포함할 경우는, 터미네이터는 프로모터 및 지방산 합성효소의 하류에 배치된다. 가령, 재조합 발현 벡터를 구축을 위해 사용한 제한효소나 리가제와 같은 형태의 시약류는 특별히 한정되는 것은 아니며, 시판중인 어떤 것을 적당히 선택하여 사용할 수 있다.

또, 재조합 발현 벡터의 증식(생산)방법도 특별히 한정되는 것은 아니며, 통상적인 어떤 방법을 이용할 수 있다. 일반적으로 대장균을 호스트로서 대장균 내에서 증식시킬 수도 있다. 이 경우, 상용한 벡터의 종류에 따라서, 대장균의 종류를 적절하게 선택할 수도 있다.

[1-2-2] 형질전환단계

본 발명에서 이용한 형질전환단계에서는, 상기 [1-2-1]란에서 설명한 재조합 발현 벡터를 식물 세포에 도입하여, 상기 [1-1]란에서 설명한 지방산 합성효소를 생산한다.

재조합 발현 벡터를 식물 세포에 도입하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니며, 식물 세포의 형태에 따라 통상적인 방법을 적절하게 이용할 수 있다. 구체적으로, 아그로박테리움을 이용하는 방법이나 재조합 발현 벡터를 식물 세포에 직접 도입하는 방법을 이용할 수 있다. 아그로박테리움을 이용하는 방법으로는, 예를 들면,

을 이용할 수 있다.

재조합 발현 벡터를 직접 식물 세포에 도입하는 방법으로는, 예를 들면, 마이크로인젝션법, 일렉트로포레이션법(전기 천공법), 폴리에틸렌 글리콜법, 파티클 건법, 프로토플라스트 세포 융합법, 또는 인산 칼슘법을 이용할 수 있다.

재조합 발현 벡터가 도입되는 숙주 식물 세포의 예로는, 꽃, 잎, 뿌리, 또는 다른 식물 기관의 다양한 조직 세포를 포함한다. 다른 예로는 유합조직, 및 현탁배양 세포를 포함한다.

본 발명에 따르는 식물체의 생산방법에 있어서, 재조합 발현 벡터는 생산하고자 하는 종류의 식물체에 맞춰서 적절하게 구축할 수 있다. 또한, 범용적인 재조합 발현 벡터를 미리 구축해 두고, 그것을 식물 세포에 도입할 수도 있다. 즉, 본 발명에 따르는 식물체의 생산방법에 있어서는, 상기 [1-2-1]에서 설명한 재조합 발현 벡터 구축단계를 포함하거나 포함하지 않을 수도 있다.

또, 숙주 식물이 Δ15 불포화효소를 포함하는 경우는, 이 불포화효소의 발현 을 억제하는 것이 바람직하다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 대두 내에서 생산된 리놀산은 Δ15 불포화효소에 의해서 α-리놀산으로 변환된다. 따라서, 대두 내에서 생산된 전체 리놀산을 아라키돈산의 전구 물질인 γ-리놀산으로 변환시키기 위해서는, 이 Δ15 불포화효소의 발현을 억제하는 것이 바람직하다. Δ15 불포화효소의 발현을 억제하는 방법으로는 특별히 한정되는 것은 아니며, 통상적인 유전자 공학적 방법인 안티 센스(anti-sense)법, 센스법(코서프레션법), 2중쇄 RNA를 전사시키는 RNAi법을 이용할 수 있다. 이들 방법 중에서 다음의 실시예에서 기술하는 바와 같이, RNAi법이 바람직하다. RNAi법에 의하면, 간편하고 확실하게 Δ15 불포화효소 유전자의 발현을 억제할 수 있다. 즉, 본 발명의 아라키돈산 생산단계는, 숙주의 Δ15 불포화효소의 발현을 억제하는 발현 억제단계를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 발현 억제단계는 Δ15 불포화효소의 발현을 억제하기 위해 RNAi법을 이용하는 것이 바람직하다.

[1-2-3] 그 밖의 단계 및 방법

본 발명에 따르는 식물체의 생산방법은 형질전환단계, 및 부가적으로 재조합 발현 벡터 구축단계를 포함한다. 이들 단계에 추가해서, 다른 단계를 포함할 수도 있다. 그러한 단계의 구체적인 일예로는 형질전환된 식물체로부터 적절한 형질전환체를 선발하는 선발단계를 들 수 있다.

선발방법은 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 하이그로마이신 내성 등의 약제 내성을 기준으로 해서 선발할 수도 있다. 또, 형질전환된 식물체 자체, 또는 형질전환된 식물체의 임의의 기관이나 조직에 포함되는 아라키돈산 함유량을 기준으로 선발할 수도 있다. 또한, 식물체의 형질전환시에 GFP 등의 형광성 단백질을 도입하여, 시각적으로 선발하는 것도 가능하다.

본 발명에 따르는 식물체의 생산방법에서는 지방산 합성효소 유전자를 식물체에 도입한다. 따라서, 이 식물체로부터 (가령, 유합조직을 이용하여)유성생식 또는 무성생식에 의해 아라키돈산을 함유하는 자손을 일단 얻을 수도 있다. 또, 식물체나 그 자손으로부터 종자, 과실, 줄기, 유합조직, 괴경(塊莖), 자른 가지, 덤블(clump) 또는 그 밖의 번식재료를 얻고, 이들 재료를 토대로 식물체를 양산할 수도 있다. 따라서, 본 발명에 따르는 식물체의 생산방법에서는 선발 후에 식물체를 번식시키는 번식단계(양산단계)을 포함할 수도 있다.

본 발명에서 사용한 바와 같이, "식물체"란 성장한 식물 개체, 식물 세포, 식물 조직, 유합조직, 및 종자 중 적어도 하나를 의미하는 것을 주목해야 한다. 또한, 번식단계에서 번식한 식물체의 자손도 본 발명에 포함된다. 즉, 본 발명에서는 최종적으로 식물 개체까지 성장시킬 수 있는 모든 형태의 식물체를 포함한다. 또한, 본 발명에서 사용한 바와 같이, "식물 세포"란 가령, 현탁 배양세포, 프로포플라스트, 및 입의 절편 내에 있는 세포를 포함하여, 여러 형태의 식물 세포를 의미한다. 이들 식물 세포를 증식 및 분화시킴으로써, 식물체를 얻을 수 있다. 식물 세포로부터의 식물체의 재생은, 식물 세포의 종류에 따라서 통상적인 방법을 이용하여 실행할 수 있는 것을 주목해야 한다. 따라서, 본 발명에 따르는 식물체의 생산방법에서는 식물 세포로부터 식물체를 재생시키는 재생단계를 포함할 수도 있다.

또, 본 발명에 따르는 식물체의 생산방법은, 재조합 발현 벡터를 이용하여 형질전환하는 방법으로 한정되는 것은 아니며, 다른 방법으로 실행할 수도 있다. 예를 들면, 지방산 합성효소 자체를 식물체에 직접 투여할 수도 있다. 예를 들면, 최종적으로 이용하는 식물체의 필요한 부위가 아라키돈산을 함유할 수 있도록, 약년기의 식물체에 지방산 합성효소를 투여할 수도 있다. 또, 지방산 합성효소의 투여방법도 특별히 한정되는 것은 아니며, 다양한 통상적인 방법을 이용할 수 있다.

[2] 본 발명에 따르는 아라키돈산 식물체 및 대두와 그 유용성 및 이용

본 발명에 따르는 아라키돈산 식물체와 대두의 생산방법에서는 아라키돈산 합성에 관여하는 지방산 합성효소 유전자를 식물체나 대두에 도입한다. 이것에 의해, 아라키돈산의 합성계에 관여하는 지방산 합성효소가 발현되고, 지방산 합성효소가 본래 고등식물에는 존재하지 않는 아라키돈산 생합성 경로에 의해 아라키돈산을 생산하게 된다. 따라서, 얻어지는 식물체는 아라키돈산을 함유하게 된다. 그러므로, 본 발명은 상기 식물체의 생산방법에 의해 얻어지는 아라키돈산을 함유하는 식물체나 대두를 포함한다.

[2-1] 본 발명의 유용성

본 발명에서는 식물체에 아라키돈산을 생산시킬 수 있으나, 본 발명의 유용성은 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 아라키돈산을 함유하는 식물체를 그대로 농작물이나 식품 등으로서 유통시킬 수 있다. 또한, 식물체로부터 아라키돈산을 추출하여, 이 아라키돈산을 이용할 수도 있다. 따라서, 본 발명은 식물체의 생산방법에 의해서 생산된 식물체로부터 얻어지는 아라키돈산을 제공한다.

아라키돈산을 함유하는 유지 원료 식물체로부터 아라키돈산을 추출하는 방법 은 특별히 한정되는 것은 아니며, 통상적인 추출 및 정제방법을 이용할 수 있다. 예를 들면, 형질전환 대두로부터 대두유를 얻는 요령으로 기름을 짜내서, 그로부터 아라키돈산을 분리 및 정제하는 방법을 들 수 있다.

또, 후술하는 실시예에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따르는 형질전환 대두에서는, 그 개질된 형질이 차세대까지 유전되는 것이 실험적으로 확인되고 있다. 이것은 본 발명에 따르는 형질전환 대두를 재배함으로써, 아라키돈산을 함유하는 대두를 대량으로 생산할 수 있는 것을 의미하고 있다. 따라서, 본 발명은 산업상 유용성이 매우 높다.

상술한 바와 같이, 아라키돈산은 동물의 체내에서 다양한 기능을 보이는 것으로 알려져 있다. 또한, 프로스타글랜딘(prostaglandins)류의 직접 전구체로서도 중요한 역할을 하는 것이 알려져 있다. 또, 아라키돈산은 노인성 치매증에 대해 개선된 효과를 보여왔다. 이 때문에, 아라키돈산 함유 식물체, 및 이 식물체로부터 얻어진 아라키돈산은 노인성 치매증을 개선하기 위한 조성물(가령, 유지 조성물), 식품(건강식품 등)이나 의약품 등에 응용할 수 있다. 본 발명에서 사용한 바와 같이, "조성물"이란 특별히 한정되는 것은 아니며, 아라키돈산 이외에 어떤 조성을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 아라키돈산 이외의 유지성분으로서 PC, DHA, 및 EPA 같은 PUFA 등을 포함할 수도 있다. 또한, 본 발명에서 사용한 바와 같이, "식품"이란 경구 섭취에 의해 체내에 집어넣을 수 있는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 식품은 정제, 액체 및 분말의 형태라도 된다. 특히, 체내에서 녹을 수 있는 캡슐에 아라키돈산을 함유하는 유지 조성물을 집어넣어 만든 건강식품일 수도 있다.

[2-2] 본 발명의 이용

본 발명의 이용분야나 이용방법은 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 본 발명에 따르는 식물체의 생산방법을 실행하기 위한 키트, 즉 아라키돈산 함유 식물체 제조키트를 본 발명에서 이용할 수 있다.

아라키돈산 함유 식물체 제조키트의 구체예로는 지방산 합성효소를 코드화하는 유전자를 포함하는 재조합 발현 벡터를 적어도 포함하며, 재조합 발현 벡터를 식물 세포에 도입하기 위한 시약군을 포함하는 것이 바람직하다. 그러한 시약군의 예로는, 형질전환의 종류에 따라 선택되는 효소 및 버퍼를 포함한다. 필요에 따라서, 마이크로 원심 튜브 등의 실험용 소재를 선택적으로 포함할 수도 있다.

본 발명에 따르는 아라키돈산 함유 식물체 제조키트에 의하면, 본 발명에 따르는 식물체의 생산방법을 용이하게 실시할 수 있으므로, 확실하고 간단하게 아라키돈산을 함유하는 식물체를 생산할 수 있다.

본 발명은 다양한 수정 및 변형 형태가 가능하지만, 이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 실시예로서 본 발명의 특정한 실시형태에 대해서 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 설명하는 실시예로 한정하려고 의도하는 것은 아니며, 오히려 본 발명은 첨부한 특허청구의 범위에 규정한 바와 같이 본 발명의 범위 내에 들어가는 모든 변경, 등가, 및 대안들을 포함하는 것으로 이해해야 한다.

[실시예]

[1] 지방산의 분석

지질의 추출 및 분석은 공지의 방법(후지노 야스히꼬편 "Seibutsu-Kagaku Jikken-ho"(생물 화학 실험법) 9, 학회 출판 센터(1978); 야마다 아끼히로편 "Seibutsu-Kagaku Jikken-ho"(생물 화학 실험법) 24, 학회 출판 센터(1989))에 따라서 실행되었다. 먼저, 폐쇄계 온실에서 재배한 형질전환 담배(tobacco)로부터 1장의 잎을 밑동에서 절취하였다. 이의 중량을 잰 후에, 절취한 잎을 물로 씻고, 가위를 이용하여 5㎜의 사각 조각으로 절단하였다. 작은 조각 잎의 조각 약 1g을 50㎖ 용량의 스테인리스제 컵에 넣고, 클로로포름/메탄올(1:2) 용액 35㎖ 및 글라스 비즈(직경 0.4㎜) 7.5㎖를 컵속에 넣고, 호모지나아저(CELL MASTER CM-100, 이우찌 제작소)로 10,000rpm으로 10분간 회전을 실시하였다.

컵의 내용물을 여과지로 여과하고, 90㎖의 여과액이 얻어질 될 때까지 찌꺼기(filter cake)를 클로로포름/메탄올(1:2) 용액으로 반복해서 세정 및 여과하였다. 여과액은 22.5㎖씩 50㎖용량의 각 글라스제 원심관에 나눠서 주입하고, 각 원심관에는 클로로포름 7.5㎖ 및 1%의 KCL 수용액 13.5㎖를 첨가하였다. 원심관을 10분간 활발히 교반한 후, 3,000rpm으로 20분간 원심분리하였다. 용액을 2층으로 나누고, 그 중에서 하층의 클로로포름층을 회수하였다. 클로로포름층은, 미리 중량을 재 두었던 나사입구 시험관(Φ16㎜×125㎜)에 옮기고, 스피드백(SAVANT사제 SC210)을 이용하여 용매를 증발 제거하였다. 나사입구 시험관의 중량을 측정하였으며, 나사입구 시험관의 중량으로부터 회수된 지질의 양을 구하였다.

나사입구 시험관 속에 있는 약 4㎎의 유지에 10%의 염산 메탄올 2㎖, 시클로 로메탄 1㎖를 첨가하고, 나사입구 시험관의 뚜껑을 덮은 후에 50℃로 3시간동안 가열처리를 실시하자 지질은 지방산 메틸 에스테르로 전환되었다. 반응 후에, 증류수 1㎖, 헥산 4㎖를 그에 첨가하고, 혼합물을 5분간 활발히 교반한 후, 3,000rpm으로 5분간 원심분리하였다. 상층의 헥산층은 다른 시험관에 회수하고, 스피드백을 이용하여 헥산이 증발될 때까지 제거하였다. 이 조작을 2회 반복하여, 지방산 메틸 에스테르를 회수하였다. 지방산 메틸 에스테르는 50㎕의 아세트니트릴에 용해하여, 가스 크로마토그래피(Hewlett Packard사제 HP-6800)로 분석하였다. 표 1은 분석조건을 나타낸다.

가스 크로마토그래피 분석조건

칼럼	Supelco SP-2330, Fused Silica Capillary Column, 30m×0.32㎜ ID, 0.2㎛
온도	Inj:240℃, Det:250℃, Oven:180℃ 3분, 108℃→220℃(2℃/min)
칼럼의 유량	30㎝/sec, 압력:200㎪, 검출기:FID

크로마토그램 중의 각 피크는 표준 지방산의 메틸 에테르의 보유시간과 GC-MASS(Hewlett Packard사제 HP-5973)분석에 의해 결정하였다. 각 지방산의 비율은 피크면적에 의해 결정하였다.

[Ⅱ] 담배에 있어서의 모티에렐라 알피나(M. alpina)유래의 유전자 발현

[Ⅱ-1] Δ6 불포화효소 유전자의 발현

인핸서 배열을 반복한 콜리플라워 모자이크 바이러스 35S(El235S) 프로모터와 노팔린 신타제(nos) 터미네이터를 갖는 플라스미드 벡터 pE2113(Plant Cell Physiol. 37, p45(1996))을 사용하였다. 이 pE2113을 SnaBI로 소화(消化, digest)하고, XhoI 링커(TAKARA)를 삽입함으로써 프라스미드를 얻었다. 이 플라스미드를 추가로 SacI로 소화 및 평활 말단화한 후, BamHI 링커(TAKARA)를 삽입하여 pUE7을 얻었다.

pUE7을 HindⅢ와 EcoRI로 소화함으로써 얻어지는 DNA 단편 중, El235S 프로모터를 갖는 단편과, HindⅢ와 EcoRI로 소화한 식물형질전환용 바이너리 벡터 pBINPLUS(Transgenic research 4, p288, (1995))를 연결함으로써, pSPB505를 얻었다. 한편, 모티에렐라 유래의 Δ6 불포화효소 유전자를 함유하는 플라스미드 PMLD101을 XhoI로 소화한 후, BamHI로 부분 소화하여 얻어진 약 1.6kb의 DNA 단편을 회수하였다. 이 DNA 단편과 pSPB505를 XhoI와 BamHI로 소화하여 얻어진 바이너리 벡터의 DNA 단편과 연결하여, pSPB559를 얻었다. 이 플라스미드에 있어서 모티에렐라에서 유래된 Δ6 불포화효소 유전자는 E1235S 프로모터와 nos 터미네이터의 제어하에 있었다.

공지의 방법(Plant J. 5, 81, (1994))에 의거하여, pSPB559를 아그로박테리움에 도입하고, 이 재조합 아그로박테리움을 담배에 도입하였다. 공지의 방법(Plant J. 5, 81, (1994))에 의거하여 얻어진 재조합 담배의 잎에서 RNA를 추출하고, 노오썬 하이브리다이제이션에 의해 모티에렐라 유래의 Δ6 불포화효소 유전자를 발현하고 있는 계통을 선택하였다. 상기 [1]란에 기재한 방법으로, 이들 댐배 잎의 지방산을 분석하였다. 분석결과, 재조합 담배의 잎에서는 숙주의 담배에는 없는 γ-리놀산을 1.8 내지 7.3% 함유하고 있었다. 이 결과로부터, 모티에렐라 유래의 Δ6 불포화효소 유전자가 식물에서 기능할 수 있는 것을 알 수 있었다.

[Ⅱ-2] Δ6 불포화효소 유전자 및 지방산 쇄길이 연장효소 유전자의 공(共)발현

pUCAP(Transgenic research 4, p288, (1995))를 AscI로 소화하고, 평활 말단화하여, PacI 링커를 삽입함으로써, pUCAPP을 얻었다. pE2113을 SnaBI로 소화하고, BamHI 링커(TAKARA)를 삽입함으로써, pUE6을 얻었다. 이 pUE6을 SacI로 소화하고, 평활 말단 한 후, SalI 링커(TAKARA)를 삽입하여 pUE8을 얻었다.

이 pUE8을 HindⅢ 및 EcoRI로 소화하여 얻어진 DNA 단편 중 E1235S 프로모터를 갖는 단편을 pUCAPP의 HindⅢ-EcoR 부위에 삽입하였다. 이 플라스미드를 BamHI 및 SalI로 소화한 DNA 단편과, 쇄길이 연장효소의 cDNA를 BamHI 및 XhoI로 소화하여 얻어진 DNA 단편을 연결하여, pSPB1130을 얻었다. 이 플라스미드 pSPB1130를 PacI로 소화하고, 얻어지는 약 2.3kb의 DNA 단편을 pBinPLUS의 PacI 부위에 삽입하였다. 쇄길이 연장효소 유전자와 pBinPLUS 상의 nptⅡ 유전자의 전사방향이 동일하게 되어 있는 플라스미드를 선택하여 pSPB1157P를 얻었다.

또, pSPB599를 PacI로 소화한 후 평활 말단화하고, AscI링커를 삽입하여 pSPB599A를 얻었다. 이 pSPB599A를 AscI로 소화하여 얻어진 Δ6 불포화효소 유전자를 포함하는 DNA 단편을 pSPB1157P의 AscI 부위에 삽입함으로써, pSPB1157을 얻었다.

이 바이너리 플라스미드 pSPB1157을 상술한 바와 같이 담배에 도입하여, 형질전환 담배를 취득하였다. 그 결과, 쇄길이 연장효소와 Δ6 불포화효소의 유전자가 발현되어 있는 담배의 잎에서는, 전체 지방산 양의 0.1 내지 5%의 비율로 디호모-γ-리놀산의 존재를 확인하였다. 한편, 형질전환되어 있지 않은 숙주 담배의 잎에는 디호모-γ-리놀산이 존재하지 않았다. 이 결과로부터, 모티에렐라 유래의 Δ6 지방산 불포화효소 유전자 및 지방산 쇄길이 연장효소 유전자를 동일 벡터 상에 배치한 바이너리 플라스미드를 이용하여 형질전환된 담배에 있어서, Δ6 지방산 불포화효소와 지방산 쇄길이 연장효소가 공발현함과 동시에, 기능을 발휘하는 것을 알 수 있었다.

[Ⅱ-3] Δ 불포화효소 유전자, 지방산 쇄길이 연장효소 유전자, 및 Δ5 불포화효소 유전자의 공발현

pCGP1364(Plant Cell Physiol. 36, p1023, (1995))를 HindⅢ와 SacⅡ로 소화하여 얻어진 약 1.3kb의 DNA 단편과, pCGP1364를 PstI로 소화하고, 이를 평활 말단화한 후, SacⅡ로 소화하여 얻어진 약 2.9kb의 DNA 단편과, pUCAPA를 SacⅠ로 소화하고, 이를 평활 말단화한 후, HindⅢ로 소화하여 얻어진 약 2.7kb의 DNA 단편을 연결함으로써, pSPB184를 얻었다. 이것을 XbaI와 KpnⅠ으로 소화하여, pCR2에 서브클로닝되어 있는(subcloned) Δ5 불포화효소 유전자 단편을 XbaI와 KpnI로 소화하여 회수하고, 이들 DNA 단편을 연결하여, pSPB1519A를 얻었다.

이 pSPB1519A를 AscI로 소화하여, pSPB1157의 AscI부위에 삽입하여, pSPB1519를 얻었다. 이 플라스미드 pSPB1519 내에서 ptⅡ, Δ5 불포화효소 유전자, 쇄길이 연장효소 유전자, 및 Δ6 불포화효소 유전자는 동일방향으로 전자되고, Δ5 불포화효소 유전자, 쇄길이 연장효소 유전자, 및 Δ6 불포화효소 유전자는 구성적 프로모터의 제어하에 있었다.

상술한 바와 동일한 방법으로, pSPB1519를 이용하여 형질전환된 담배를 취득하고, Δ5 불포화효소 유전자, 쇄길이 연장효소 유전자, 및 Δ6 불포화효소 유전자가 발현되어 있는 형질전환 담배가 구별되었다. 이 형질전환 담배 잎의 지방산을 분석한 바, 아라키돈산의 존재는 확인되지 않았다. 이 분석결과로부터, Δ5 불포화효소 유전자, 쇄길이 연장효소 유전자, 및 Δ6 불포화효소 유전자가 전사되어 있음에도 불구하고, 아라키돈산이 합성되지 않았던 것은, 이 형질전환 담배에 있어서, 아라키돈산의 생산을 위해서는 Δ5 불포화효소 유전자, 쇄길이 연장효소 유전자, 및 Δ6 불포화효소 유전자가 전사되는 것만으로는 불충분한 것을 나타내고 있다.

[Ⅱ-4] Δ5 불포화효소의 기능확인

상술한 바와 같이, 형질전환 담배의 잎에서는 Δ5 불포화효소 유전자가 전사되어 있음에도 불구하고, 아라키돈산이 생산되지 않았다. 그 원인으로서, (ⅰ)Δ5 불포화효소의 기질을 제공하는 디호모-γ-리놀산의 불충분한 양, 및 (ⅱ)Δ5 불포화효소가 기능하고 있지 않을 가능성을 생각할 수 있다.

이러한 관점에서, pSPB1519 형질전환 담배에 대해서, 외부에서 디호모-γ리놀산을 공급함으로써, 아라키돈산이 생상되는지의 여부를 해석하였다. 해석방법은 Qiu 등(J. Biol. Chem. 276, p31561 (2001))의 방법을 따라서 실행하였다. 즉, 신선한 1g의 담배잎을 면도칼을 이용하여 작은 조각으로 절단하고, 페트리 접시에서 10㎖의 0.05% 디호모-γ-리놀산 나트륨 수용액과 24℃에서, 4시간동안 천천히 진동 배양하였다. 배양후, 물로 3회 세정하고, 지방산 분석을 실행하였다.

그 결과, 형질전환체 2계통을 이용한 해석으로부터, 디호모-γ-리놀산으로 배양한 경우에 아라키돈산이 합성된 pSPB1519 형질전환 담배를 확인하였으며, 이는 Δ5 불포화효소가 담배의 잎에서 기능하고 있는 것을 암시한다. 이 결과는 pSPB1519 형질전환 담배에 아라키돈산이 존재하지 않은 원인이, 실제로 Δ5 불포화효소의 기질을 제공하는 디호모-γ-리놀산의 불충분한 레벨 때문이라는 것을 나타낸다.

[Ⅲ] 대두의 형질전환

대두(Glycine max)의 배양은, 기본적으로 Finer 등의 방법에 따라서(In vitro Cell. Dev. Biol. Plant 35:451(1999)), 품종 Jack의 미성숙 자엽(子葉)(3 내지 5㎜)을 유도배지(30g/l sucrose, 40㎎/l 2,4-D, B5 비타민 첨가 MS 배지, pH7.0)에서 체세포배를 유도하였다.

유도한 체세포배를 액체 증식배지(10g/l sucrose, 1g/l asparagine, 5㎎/l 2, 4-D, FNLite 배지, pH5.8)에서 증식시킨 후, 파티클 건법(직경 1.0㎛의 금(金)입자와 1350dpi의 랩처(rapture) 디스크)으로 유전자를 도입하였다. 이 유전자를 도입한 체세포배를 1주일동안 증식배지에서 배양한 후, 15㎎/l, 30㎎/l, 45㎎/l의 hygromycin을 각각 첨가한 증식배지에서 각각 1달동안 선발하고 나서, 액체분화 및 성숙배지(30g/l sucross, 30g/l D-Glucitol, 298.4㎎/l L-methionine, 4.38g/l L-glutamin, FNLite 배지 pH5.8)에 이식하여 재분화시켰다. 선발된 체세포배를 분화 및 성숙배지로 옮기자, 점차 배가 성장하고(이 단계에서는 아직 미숙배에 상당함), 성장에 따라서 명확한 자엽과 배축으로 분화하여, 성숙하기에 이르렀다. 성숙한 체세포배를 건조시키고 나서 발아배지에서 발아시켜, 완전한 식물체를 취득하였다. 또, 회전 쉐이커를 이용하여 100rpm으로 액체 진동배양을 실행하였다.

[Ⅳ] 다중유전자 발현용 벡터의 개질

기존 벡터에 있어서의 제한효소 인식부위의 대부분은 6염기의 제한효소 인식부위이다. 목적 유전자를 프로모터, 터미네이터와 조합시킨 복수의 발현 카세트를 하나의 벡터에 각기 삽입할 때에는, 목적 유전자 중에 인식부위가 존재하기 때문에, 제한효소 인식부위를 이용할 수 없는 경우가 많다. 이 경우, 8염기의 제한효소 인식부위를 이용함으로써, 이 문제를 해결할 수 있다고 생각된다. 따라서, 이하에서 상세히 설명하는 바와 같이, 8염기의 제한효소 인식부위를 4개소 추가로 함유한 벡터를 제조하였다.

먼저, 8염기 인식부위를 2개소 갖는 pUCAP를 AscI로 소화하고, SgfI 링커를 삽입하였다. 또한, PacI로 더 소화하여 FseI 링커를 삽입함으로써, 8염기 인식의 제한효소 인식부위를 4개 소유하는 플라스미드 pUCSAPF를 제조하였다. 또, 서브클로닝용으로서, pUC19를 HindⅢ로 소화한 후, SgfI 링커를 삽입하고, 추가로 이를 EcoRI로 소화한 후, AscI 링커를 삽입하여 얻은 pUCSA; pUC19를 HindⅢ로 소화한 후, PacI 링커를 삽입하고, 추가로 이를 EcoRI로 소화한 후, FseI 링커를 삽입하여 얻은 pUCPF; pUC19를 HindⅢ로 소화한 후, SgfI 링커를 삽입하고, 추가로 이를 EcoRI로 소화한 후, SgfI 링커를 삽입하여 얻은 플라스미드 pUCSS; pUC19를 HindⅢ로 소화한 후, FseI 링커를 삽입하고, 추가로 이를 EcoRI로 소화한 후, FseI 링커를 삽입하여 얻은 pUCFF의 4개의 다른 플라스미드를 제조하였다.

[Ⅴ] 지방산 합성효소 유전자의 식물 발현용 벡터의 구축

아라키돈산 생산용 벡터를 제공하기 위해서, 모티에렐라에서 유래된 Δ6 불포화효소, 지방산 쇄길이 연장효소(GLELO), 및 Δ5 불포화효소의 발현 카세트, 및 대두에서 유래된 Δ15 불포화효소의 RNAi 카세트를 종자 특이적 프로모터와 조합시켜, 지방산 합성효소 유전자의 식물 발현용 벡터를 제조하였다. 종자 특이적 프로모터에 대해서, 대두 유래의 콘글리시닌 알파 서브유닛 프로모터(Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 83 p8560(1986))를 이용하였다. 구체적으로, 지방산의 식물 발현용 벡터는 이하의 방법으로 구축하였다.

먼저, PCR에 의해 증폭하고, 제한효소로 처리한 후, 정제한 콘글리시닌 프로모터를 pUC19의 멀티 클로닝 부위의 HindⅢ와 XbaI의 사이에 삽입하였다. 마찬가지로, PCR에 의해 증폭하고, 제한효소로 처리한 후, 정제한 마노핀 합성효소 유전자 터미네이터를 pUC19의 멀티 클로닝 부위의 SacI와 EcoRI의 사이에 삽입하였다(pSPB1904). PCR 반응에 있어서, 목적 배열을 서브클로닝하는 플라스미드를 주형으로 사용하였다. PCR에서 사용한 콘글리시닌 프로모터에 대해서는, 프라이머 HinCprof(5'-AGTCAAGCTTAATTCAAACAAAAACG-3')(배열번호 7)과, XbaCpror(5'-CAGTTCTAGAAAATTCTTTAATACGG-3')(배열번호 8)을 사용하였다. 또, 마노핀 합성효소 유전자 터미네이터에 대해서는, 프라이머 Sacmasf(5'-AGTCGAGCTCCAGCTTCCCTGAAACC-3')(배열번호 9)와, Ecomasr(5'-CATCATCTCGAGGGTGGTGACCATGGTGATCGC-3')(배열번호 10)을 사용하였다.

서브클로닝에 사용된 PCR로 증폭한 DNA의 모든 단편은, 정밀하게 DNA를 증폭할 수 있는 KOD+폴리메라제(토요보 주식회사)를 사용하여, 먼저, DNA 단편을 94℃에서 2분간 유지한 후, 94℃에서 15초, 68℃에서 1 내지 3분의 사이클로, 25사이클의 PCR 반응을 실행하여 조제하였다. pSPB1904의 XbaI와 SacI 사이에서, PCR로 조제한 Δ5 불포화효소, Δ6 불포화효소, 및 지방산 쇄길이 연장효소의 각 DNA 단편을 서브클로닝하여, 각각 pSPB1909, pSPB1910, pSPB1911을 제공하였다.

pSPB1909를 HindⅢ 및 EcoRI로 소화하여 얻은 Δ5 불포화효소 카세트를 pUCSA에 삽입하였다. 마찬가지로, pSPB1911를 HindⅢ 및 EcoRI로 소화하여 얻은 쇄길이 연장효소 카세트를 pUCPF에 삽입하였다. 이들 플라스미드를 각각 pSPB1919 및 pSPB1920이라 칭한다. 또한, 이 pSPB1919를 PacI 및 FseI로 소화하여 얻은 Δ5 불포화효소 카세트와, pSPB1920을 SgfI 및 AscI로 소화하여 얻은 지방산 쇄길이 연장효소 카세트와, pSPB1910을 HindⅢ 및 EcoRI로 소화하여 얻은 Δ6 불포화효소 카세트를 pUCSAPF에 조합해 넣어, 3카세트를 연결한 플라스미드 pSPB1944를 제조하였다.

또한, 35S 프로모터, 하이그로머신 내성 유전자, 및 nos 터미네이터로 이루어지는 HPT 카세트는 pUCFF의 HindⅢ 부위에서, 또 35S 프로모터, 녹색 형광 단백질 유전자, 및 nos 터미네이터로 이루어지는 GFP 카세트는 pUCSS의 SphI와 EcoRI의 사이에서 각각 서브 클로닝하여, 각각 pSPB1918 및 pSPB1935를 제조하였다. 또한, pSPB1918에서 절제해낸 HPT 카세트를 pSPB1944의 FseI 부위에 삽입하고, pSPB1935에서 절제해낸 GFT 카세트를 SgfI 부위에 삽입하였다. 그 결과, pSPB1852를 제조하였다.

또한, Δ15 불포화효소 유전자(Accession No. P48625)를 서브클로닝하기 위해서, 대두 미성숙 종자에서 추출한 전체 RNA를 이용하여 RT-PCR을 실행하였다. 보다 상세하게, 이하의 방법으로 RT-PCR을 실행하였다.

역전사 반응은 슈퍼스크립 퍼스트 스트랜드(SuperScript First-Strand) 합성 시스템 RT-PCR용(인비트로젠 주식회사)를 사용하여, Oligo(dT)12-18 프라이머로 실행하였다. 얻어지는 역전사 산물을 주형으로 하여, 프라이머 det15-2-F1(5'-ATGGTTAAAGACACAAAGCCTTTAGCC-3')(배열번호 11)과 det15-2-R1(5'-TCAGTCTCGTTGCGAGTGGAGG-3')(배열번호 12)를 이용하여 PCR 반응을 실행하였다.

94℃에서 2분간 샘플을 유지한 후, 94℃에서 30초, 55℃에서 30초, 72℃에서 30초 내지 1분의 사이클로 30사이클의 PCR 반응을 실행하고, 마지막으로 72℃에서 1분간 샘플을 유지하였다. 증폭된 DNA 단편을 TOPO 클로닝키트(인비트로젠 주식회사)를 사용하여 pCRⅡ 벡터에 서브 클로닝하고, 이것의 배열을 확인하였다. 서브클로닝한 Δ15 불포화효소 유전자에 대해서, 개시 코돈의 5염기 하류에서 개시하여 591bp에서 종결하는 DNA 단편에 대해서 BamHI 및 XhoI 인식배열을 부가한 단편과, 개시 코돈의 5염기 하류에서 개시하여 791bp에서 종결하는 DNA 단편에 대해서 SacI 및 XhoI 인식배열을 부가하였다. 이들 DNA 단편을 PCR에 의해 증폭 및 정제하였다.

프라이머로서, 약 591bp 단편에 대해서는 프라이머 SOYF1-B(5'-TGGCCTGGGATCCTTAAAGACACAAAGCCTTTA-3'(배열번호 13)와, SOYR1-X(5'-GCACATCTCGAGGGATTGAAGTGAGAGCCTTC-3')(배열번호 14)를 이용하였다. 또, 상기의 약 791bp 단편에 대해서는, 프라이머-SOYF2-S(5'-GTCTGCGAGCTCTTAAAGACACAAAGCCTTTA-3')(배열번호 15)와, SOUR2-X(5'-CATCATCTCGAGGGTGGTGACCATGGTGATGC-3')(배열번호 16)을 이용하였다.

이들 2종류의 DNA 단편은, 헤어핀 구조를 만들도록 역위로 BamHI-XhoI-SacI로 연결하고, 콘클리시닌 프로모터와 nos 터미네이터 사이의 BamHI-SacI 부위에 삽입하여 RNAi 카세트를 제조하였다(pSPB1876). 이 pSPB1876에서 Δ15RNAi 카세트를 절제해내고, pSPB1852의 AscI 부위에 삽입하여, pSPB1877을 제조하였다.

pSPB1877은 도 2에 나타낸 수순으로도 제조할 수 있다. 구체적으로, 먼저 GLELO 유전자 단편, Δ6 불포화효소 유전자 단편, 및 Δ5 불포화효소 단편을, pUCSAPF 2.7kbp의 SgfI-AscI 부위, AscI-PacI 부위, 및 PacI-FseI 부위에 각각 도입하여, pSPB1944를 제조하였다. 여기에서, GLELO 유전자 단편은 도 2에서 Con으로 나타낸 콘글리시닌 프로모터와, 도 2에서 mas로 나타낸 마노핀 합성효소 유전자 터미네이터의 사이에 GLELO cDNA가 연결되어 있는 단편이다. Δ6 불포화효소 유전자 단편은 con과 mas 사이에 Δ6 불포화효소 cDNA가 연결되어 있는 단편이다. Δ5 불포화효소 단편은 con과 mas 사이에 Δ5 불포화효소 cDNA가 연결되어 있는 단편이다. 다음에, pSPB1944를 SgfI와 FseI로 처리하여, SgfI 부위에 35S 프로모터, 절연형광 단백질, 및 nos 터미네이터로 이루어지는 GFP 카세트를, FseI 부위에, 35S 프로모터, 하이그로머신 내성 유전자, 및 nos 터미네이터로 이루어지는 HPT 카세트를 FseI에 도입하였다. 그 결과, pSB1852를 제조하였다. 결국, Δ15 RNAi 카세트를 pSPB1852의 AscI 부위에 도입하여 pSPB1877을 제조하였다.

도 3은 이와 같이 제조한 pSPB1877의 전체도를 나타낸다. 도시한 바와 같이, pSPB1877에는, GFP 카세트, GLELO, Δ15 RNAi 카세트, Δ6 불포화효소, Δ5 불포화효소, 및 HPT 카세트가 서로 연결되어 있어, 다중유전자를 발현하는 벡터로 되어 있다.

[Ⅵ] 대두의 형질전환 및 발현 해석

pSPB1877을 도입한 대두 부정배(不定胚)를 미성숙과 성숙 2단계로 샘플링하고, 다중유전자의 도입 및 발현 해석을 이하에 상세하게 설명한 바와 같이, 실행하였다.

게놈 DNA 및 RNA를 각각 DNeasy Plant Mini Kit와 RNeasy Plant Mini Kit(주식회서 퀴아겐)을 사용함으로써 제조하였다. 주형으로서 추출한 DNA 200ng을 이용하여 PCR 반응을 실행하였다. 프리머로서는, det6f3(5'-TGGTGGAAGGACAAGCACAA-3')(배열번호 17); det6r2(5'-ACAGACCAGGGTGAACATCA-3')(배열번호 18); det5f4(5'-CTTTGGATCCTTGATCGCCT-3')(배열번호 19); det5r3(5'-AGAACATGACGGTGTGCCAA-3')(배열번호 20); XbaGLf(5'-CAGTTCTAGAGCCTTCTCACATTCCC-3')(배열번호 21); SacGLr(5'-AGTCGAGCTCTTACTGCAACTTCCTT-3')(배열번호 22); HPTf1(5'-CCTGCGGGTAAATAGCTGCG-3')(배열번호 23); HPTr1(5'-CGTCAACCAAGCTCTGATAG-3')(배열번호 24); EGFP-F1(5'-ATGGTGAGCAAGGGCGAGGA-3')(배열번호 25); 및 EGFP-R1(5'-AATGAACATGTCGAGCAGGTA-3')(배열번호 26)을 이용하였다.

효소로서 ExTaq(타까라 바이오 주식회사)를 사용하고, 94℃에서 2분간 샘플을 유지한 후, 94℃에서 30초, 55℃에서 30초, 72℃에서 30초 내지 1분의 사이클로 30사이클의 PCR반응을 실행하고, 마지막으로 72℃에서 1분간 샘플을 유지하였다. 이들 결과로부터, pSPB1877을 도입한 대두에 Δ6 불포화효소, Δ5 불포화효소, 지방산 쇄길이 연장효소, 및 HPT 유전자가 도입되어 있으나, GFP 유전자는 도입되지 않은 것이 명백해졌다. 추출한 전체 RAN를 이용하여 상술한 바와 같은 방식으로 RT-PCR을 실행하였다. RT-PCR은 역전사 산물을 주형으로 하고, 프라이머-det6f3(배열번호 17)과 det6r2(배열번호 18), 프라이머 det5f4와 det5r3, 및 프라이머 GLEf(5'-GTGCTCGCTTATTTGGTCAC-3')(배열번호 27)과 GLEr(5'-CGACATCATGCAGAACTGTG-3')(배열번호 28)을 이용하였다. 게놈 DNA와 동일한 사이클로 PCR을 실행하여, 유전자 발현을 분석하였다. 분석결과, pSPB1877 형질전환 대두에서는 Δ6 불포화효소, Δ5 불포화효소, 및 지방산 쇄길이 연장효소의 발현이 확인되었다.

[Ⅶ] 형질전환 대두의 지질분석

pSPB1877 형질전환 대두의 성숙배 1g으로부터 상기 [1]란의 방법에 따라서 지질을 추출하고, 가스 크로마토그래피 및 질량분석장치에 의해서 그들의 지방산을 분석하였다. 분석결과를 표 2에 나타낸다.

	Control(%)	pSPB1877(%)
리놀산	56.28	43.96
α-리놀산	7.6	6.52
γ-리놀산	0	2.77
디호모-γ-리놀산	0	1.73
아라키돈산	0	2.1

표 2에 나타낸 바와 같이, pSPB1877 형질전환 대두의 성숙배에서는, 본래 대두에서는 생합성되지 않는 γ-리놀산, 디호모-γ-리놀산, 아라키돈산이 각각 전체 지방산에 대해서, 2.77%, 1.73%, 2.10%의 비율로 합성되어 있다. 또, 야생형 대두의 지질에서는 γ-리놀산, 디호모-γ-리놀산, 아라키돈산은 함유되지 않았음을 주목해야 한다.

이상의 결과로부터 본 발명에 따르는 식물체의 생산방법에 의하면, 대두로 아라키돈산을 생산하는 것이 가능하게 되었다.

[Ⅷ]

pSPB1877 형질전환 대두의 종자 하나로부터 상기 [Ⅰ]에 기재한 방법에 의해서 지질을 추출하고, 가스 크로마토그래피 및 질량분석장치에 의해서 형질전환 대두의 종자에 함유된 지방산을 분석하였다. 분석결과를 표 3에 나타낸다.

	Control 종자(%)	pSPB1877 종자(%)
리놀산	57.86	51.19
α-리놀산	9.27	1.92
γ-리놀산	0	2.49
디호모-γ-리놀산	0	1.05
아라키돈산	0	0.83

표 3에 나타낸 바와 같이, pSPB1877 형질전환 대두의 종자에서는, 본래 대두에서는 생합성되지 않는 γ-리놀산, 디호모-γ-리놀산, 아라키돈산이 각각 전체 지방산에 대해서, 2.49%, 1.05%, 0.83%의 비율로 합성되어 있다. 또, 형질전환의 α-리놀산 양이 야생형 대두의 발현 양의 약 20%로 감소되었다. 이것은 RNAi에 의한 Δ15 불포화효소의 발현억제 가능성을 암시하고 있다.

이상의 결과를 보면, 형질전환 종자의 지방산 조성이 변화되어 있는 점에서, 형질전환 대두의 차세대 대두에서도 개질된 지방산의 형질이 전달되는 것을 나타낸다. 따라서, 이 재조합 대두를 재배함으로써, 개질된 지방산 조성을 갖는 대두 종자를 대량으로 생산할 수 있다.

[Ⅸ]

아라키돈산을 축적하고 있던 pSPB1877 형질전환 대두의 T1 종자를 파종하여, 차세대의 T2 종자를 채종하였다. 주형으로서 T1 식물의 잎에서 추출한 DNA를 이용하여, Δ6 불포화효소, 쇄길이 연장효소, 및 Δ5 불포화효소의 게놈 PCR을 상기 [Ⅵ]란의 방법에 따라서 실행하였다. 결과로서 T1 식물에는 이들 3개의 유전자가 유전되어 있는 것을 확인하였다. 또, T1식물 잎의 DNA를 Nucleon Phytopure(아머샴)에 의해 조제하고, DIG DNA labeling kit(로쉬 다이아그노스틱스)와 상기 [Ⅵ]란에 기재한 프라이머를 이용하여, Δ6 불포화효소, 쇄길이 연장효소, 및 Δ5 불포화효소의 프로브(probes)를 제조하고, 서던 블롯 해석(Southern blotting)을 실행하였다. T1 식물에는 2카피 이상의 콘스트럭트가 도입되어 있는 것을 확인할 수 있었다. T2 종자의 지질분석을 실시한 결과, 표 4에 나타낸 바와 같이 본래 야생형 대두에서는 생합성되지 않는 γ-리놀산, 디호머-γ-리놀산, 및 아라키돈산이 각각, 전체 지방산 양에 대해서, 1.71%, 0.55%, 0.53%의 비율로 합성되어 있었다. 또, T2 종자의 RT-PCR에 의해 Δ6 불포화효소, 쇄길이 연장효소, 및 Δ5 불포화효소의 발현을 확인하였다. 따라서, 차세대에도 안정적으로 도입 유전자가 유전되어, 지방산 조성이 개질된 형질도 유전되어 있는 것이 확인되었다.

또, RT-PCR에 의해서 내재성 Δ15 불포화효소(Accession No. L22964)의 전사물 양을 조사한 바, 전사물은 검출되지 않았다. 이것은 RNAi에 의해서 Δ5 불포화효소의 전사가 효과적으로 억제되어 있으며, 그로 인해 α-리놀산 함량이 저하되어 있음을 나타낸다.

	Control 종자(%)	pSPB1877-1 T2종자(%)
리놀산	57.86	53.27
α-리놀산	9.27	3.07
γ-리놀산	0	1.71
디호모-γ-리놀산	0	0.55
아라키돈산	0	0.53

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르는 유지 원료 식물의 생산방법에 의하면, 본래, 고등식물에서는 생산되지 않았던 아라키돈산을 함유하는 식물체를 얻을 수 있다. 이 식물체로부터 아라키돈산을 대량으로 용이하게 취득할 수 있기 때문에, 이 아라키돈산을 이용하여, 건강식품이나 의약품의 제조 및 판매가 가능하다. 즉, 본 발명은 식품산업, 제약산업 및 그의 관련 산업에서 이용 가능하다. 또, 본 발명은 식물체에 새로운 부가가치를 제공하는 것이기 때문에, 본 발명은 농업분야에서도 이용 가능하다.

SEQUENCE LISTING <110> SUNTORY LIMITED <120> Arachidonic acid-containing plants and use of the plants <130> SU0423 <140> <141> <150> JP 2003-419124 <151> 2003-12-17 <150> JP 2004-097089 <151> 2004-03-29 <160> 28 <170> PatentIn Ver. 2.1 <210> 1 <211> 457 <212> PRT <213> Mortierella alpina <400> 1 Met Ala Ala Ala Pro Ser Val Arg Thr Phe Thr Arg Ala Glu Ile Leu 1 5 10 15 Asn Ala Glu Ala Leu Asn Glu Gly Lys Lys Asp Ala Glu Ala Pro Phe 20 25 30 Leu Met Ile Ile Asp Asn Lys Val Tyr Asp Val Arg Glu Phe Val Pro 35 40 45 Asp His Pro Gly Gly Ser Val Ile Leu Thr His Val Gly Lys Asp Gly 50 55 60 Thr Asp Val Phe Asp Thr Phe His Pro Glu Ala Ala Trp Glu Thr Leu 65 70 75 80 Ala Asn Phe Tyr Val Gly Asp Ile Asp Glu Ser Asp Arg Ala Ile Lys 85 90 95 Asn Asp Asp Phe Ala Ala Glu Val Arg Lys Leu Arg Thr Leu Phe Gln 100 105 110 Ser Leu Gly Tyr Tyr Asp Ser Ser Lys Ala Tyr Tyr Ala Phe Lys Val 115 120 125 Ser Phe Asn Leu Cys Ile Trp Gly Leu Ser Thr Phe Ile Val Ala Lys 130 135 140 Trp Gly Gln Thr Ser Thr Leu Ala Asn Val Leu Ser Ala Ala Leu Leu 145 150 155 160 Gly Leu Phe Trp Gln Gln Cys Gly Trp Leu Ala His Asp Phe Leu His 165 170 175 His Gln Val Phe Gln Asp Arg Phe Trp Gly Asp Leu Phe Gly Ala Phe 180 185 190 Leu Gly Gly Val Cys Gln Gly Phe Ser Ser Ser Trp Trp Lys Asp Lys 195 200 205 His Asn Thr His His Ala Ala Pro Asn Val His Gly Glu Asp Pro Asp 210 215 220 Ile Asp Thr His Pro Leu Leu Thr Trp Ser Glu His Ala Leu Glu Met 225 230 235 240 Phe Ser Asp Val Pro Asp Glu Glu Leu Thr Arg Met Trp Ser Arg Phe 245 250 255 Met Val Leu Asn Gln Thr Trp Phe Tyr Phe Pro Ile Leu Ser Phe Ala 260 265 270 Arg Leu Ser Trp Cys Leu Gln Ser Ile Met Phe Val Leu Pro Asn Gly 275 280 285 Gln Ala His Lys Pro Ser Gly Ala Arg Val Pro Ile Ser Leu Val Glu 290 295 300 Gln Leu Ser Leu Ala Met His Trp Thr Trp Tyr Leu Ala Thr Met Phe 305 310 315 320 Leu Phe Ile Lys Asp Pro Val Asn Met Ile Val Tyr Phe Leu Val Ser 325 330 335 Gln Ala Val Cys Gly Asn Leu Leu Ala Ile Val Phe Ser Leu Asn His 340 345 350 Asn Gly Met Pro Val Ile Ser Lys Glu Glu Ala Val Asp Met Asp Phe 355 360 365 Phe Thr Lys Gln Ile Ile Thr Gly Arg Asp Val His Pro Gly Leu Phe 370 375 380 Ala Asn Trp Phe Thr Gly Gly Leu Asn Tyr Gln Ile Glu His His Leu 385 390 395 400 Phe Pro Ser Met Pro Arg His Asn Phe Ser Lys Ile Gln Pro Ala Val 405 410 415 Glu Thr Leu Cys Lys Lys Tyr Gly Val Arg Tyr His Thr Thr Gly Met 420 425 430 Ile Glu Gly Thr Ala Glu Val Phe Ser Arg Leu Asn Glu Val Ser Lys 435 440 445 Ala Ala Ser Lys Met Gly Lys Ala Gln 450 455 <210> 2 <211> 1371 <212> DNA <213> Mortierella alpina <400> 2 atggctgctg ctcccagtgt gaggacgttt actcgggccg agattttgaa tgccgaggcc 60 ctgaatgagg gcaagaagga tgccgaggca ccctttctga tgatcattga caacaaggtg 120 tacgatgtcc gcgagtttgt ccctgatcat cccggtggaa gtgtgattct cacgcacgtt 180 ggcaaggacg gcactgacgt ctttgacact ttccaccccg aggctgcttg ggagactctt 240 gccaactttt acgttggtga tattgatgag agcgatcgtg ccatcaagaa tgatgacttt 300 gcggccgagg ttcgcaagct gcgcaccttg ttccagtccc ttggctacta cgactcgtcc 360 aaggcatact atgccttcaa ggtctcgttc aacctctgca tctggggctt gtcgactttc 420 attgttgcca agtggggcca gacctcgacc ctcgccaacg tgctctcggc tgcgctcttg 480 ggtctcttct ggcagcagtg cggatggttg gcgcacgact ttttgcacca ccaggtcttc 540 caggaccgtt tctggggtga tcttttcggc gccttcttgg gaggtgtctg ccagggtttc 600 tcgtcctcct ggtggaagga caagcacaac actcaccacg ctgctcccaa cgtccacggc 660 gaggatcccg acattgacac tcaccctctg ttgacctgga gtgagcatgc tctggagatg 720 ttctcggatg ttcctgacga ggagctgacc cgtatgtggt cgcgcttcat ggtcctcaac 780 cagacctggt tctacttccc cattctctcg tttgcccgtc tgtcctggtg cctccagtcc 840 attatgtttg ttctgcccaa cggtcaggcc cacaagccct ctggagcgcg tgtgcccatt 900 tcgttggtcg agcagctgtc tctggctatg cactggacct ggtacctcgc caccatgttc 960 ctgttcatta aggatcccgt caacatgatt gtgtactttt tggtgtcgca ggctgtttgc 1020 ggcaacttgt tggcgattgt gttctcgctc aaccacaacg gcatgcctgt gatctccaag 1080 gaggaagcgg tcgatatgga cttcttcacc aagcagatca tcacgggtcg tgatgttcac 1140 cctggtctgt ttgccaactg gttcacgggt ggattgaact accagattga gcaccacttg 1200 ttcccttcga tgccccgcca caacttttca aagatccagc ctgctgtcga gactttgtgc 1260 aaaaagtacg gtgtccgata ccataccact ggtatgatcg agggaactgc agaggtcttt 1320 agccgtttga acgaggtctc caaggcggcc tccaagatgg gcaaggcaca g 1371 <210> 3 <211> 318 <212> PRT <213> Mortierella alpina <400> 3 Met Glu Ser Ile Ala Gln Phe Leu Pro Ser Lys Met Pro Gln Asp Leu 1 5 10 15 Phe Ile Asp Leu Ala Arg Ala Ile Gly Val Gln Ala Ala Pro Tyr Val 20 25 30 Asp Pro Leu Glu Ala Ala Leu Val Ala Gln Ala Glu Lys Phe Phe Pro 35 40 45 Thr Val Val His His Thr Arg Gly Phe Leu Val Ala Val Glu Ser Pro 50 55 60 Leu Ala Arg Glu Leu Pro Leu Met Asn Pro Phe His Val Leu Leu Ile 65 70 75 80 Ala Leu Ala Tyr Leu Val Thr Val Phe Val Gly Met Gln Ile Met Lys 85 90 95 Asn Phe Glu Arg Phe Glu Val Lys Thr Phe Ser Leu Phe His Asn Phe 100 105 110 Cys Leu Val Ser Ile Ser Ala Tyr Met Cys Gly Gly Ile Leu Tyr Glu 115 120 125 Ala Tyr Gln Ala Asn Tyr Gly Leu Phe Glu Asn Ala Ala Asp His Thr 130 135 140 Val Gln Gly Leu Pro Met Ala Lys Met Ile Trp Leu Phe Tyr Phe Ser 145 150 155 160 Lys Ile Met Glu Phe Val Asp Thr Met Ile Met Val Leu Lys Lys Asn 165 170 175 Asn Arg Gln Ile Ser Phe Leu His Val Tyr His His Ser Ser Ile Phe 180 185 190 Thr Ile Trp Trp Leu Val Thr Phe Val Ala Pro Asn Gly Glu Ala Tyr 195 200 205 Phe Ser Ala Ala Leu Asn Ser Phe Ile His Val Ile Met Tyr Gly Tyr 210 215 220 Tyr Phe Leu Ser Ala Leu Gly Phe Lys Gln Val Ser Phe Ile Lys Phe 225 230 235 240 Tyr Ile Thr Arg Ser Gln Met Thr Gln Phe Cys Met Met Ser Ile Gln 245 250 255 Ser Ser Trp Asp Met Tyr Ala Met Lys Val Leu Gly Arg Pro Gly Tyr 260 265 270 Pro Phe Phe Ile Thr Ala Leu Leu Trp Phe Tyr Met Trp Thr Met Leu 275 280 285 Gly Leu Phe Tyr Asn Phe Tyr Arg Lys Asn Ala Lys Leu Ala Lys Gln 290 295 300 Ala Lys Ile Asp Ala Ala Lys Glu Lys Ala Arg Lys Leu Gln 305 310 315 <210> 4 <211> 954 <212> DNA <213> Mortierella alpina <400> 4 atggagtcga ttgcgcaatt cctcccctca aagatgccgc aagatctgtt tattgacctt 60 gcaagggcca tcggtgtcca ggccgcaccc tatgtcgacc ctctcgaggc agcgcttgtg 120 gcccaggccg agaagttctt ccccacggtc gttcatcaca cgcgcggctt tttggtcgcg 180 gtcgagtcac ccttggcccg tgagctgccc ttgatgaacc ccttccacgt gctgttgatc 240 gcgctcgctt acttggtcac ggtctttgtg ggcatgcaga tcatgaagaa ctttgaacgg 300 ttcgaggtca agacgttctc gctcttccac aacttttgtc tggtctcgat cagtgcctac 360 atgtgcggcg ggatcttgta cgaggcttac caggccaact atggactgtt tgagaacgcg 420 gccgatcata ccgtccaggg tcttcctatg gccaagatga tctggctctt ctacttctcc 480 aagatcatgg agtttgtcga caccatgatc atggtcctta agaagaacaa ccgccagatc 540 tcgttcttgc acgtctacca ccacagctcc atcttcacca tctggtggtt ggtcaccttt 600 gttgcaccca atggtgaagc ctacttctcg gctgcgttga actcgttcat ccacgtgatc 660 atgtacggct actacttcct gtccgccttg ggcttcaagc aggtgtcgtt catcaagttc 720 tacatcacgc gttcgcagat gacgcagttc tgcatgatgt cgatccagtc ctcctgggac 780 atgtatgcca tgaaggtgct tggccgcccc ggatacccct tcttcatcac cgccctgctt 840 tggttctaca tgtggaccat gctcggactc ttctacaact tctacagaaa gaacgccaag 900 ttggccaagc aggccaagat cgatgctgcc aaggagaagg caaggaagtt gcag 954 <210> 5 <211> 446 <212> PRT <213> Mortierella alpina <400> 5 Met Gly Thr Asp Gln Gly Lys Thr Phe Thr Trp Gln Glu Leu Ala Ala 1 5 10 15 His Asn Thr Glu Asp Ser Leu Leu Leu Ala Ile Arg Gly Asn Val Tyr 20 25 30 Asp Val Thr Lys Phe Leu Ser Arg His Pro Gly Gly Thr Asp Thr Leu 35 40 45 Leu Leu Gly Ala Gly Arg Asp Val Thr Pro Val Phe Glu Met Tyr His 50 55 60 Glu Phe Gly Ala Ala Glu Ala Ile Met Lys Lys Tyr Tyr Val Gly Thr 65 70 75 80 Leu Val Ser Asn Glu Leu Pro Ile Phe Pro Glu Pro Thr Val Phe His 85 90 95 Lys Thr Ile Lys Gly Arg Val Glu Ala Tyr Phe Lys Asp Arg Asn Met 100 105 110 Asp Ser Lys Asn Arg Pro Glu Ile Trp Gly Arg Tyr Ala Leu Ile Phe 115 120 125 Gly Ser Leu Ile Ala Ser Tyr Tyr Ala Gln Leu Phe Val Pro Phe Val 130 135 140 Val Glu Arg Thr Trp Leu Gln Val Val Phe Ala Ile Ile Met Gly Phe 145 150 155 160 Ala Cys Ala Gln Val Gly Leu Asn Pro Leu His Asp Ala Ser His Phe 165 170 175 Ser Val Thr His Asn Pro Thr Val Trp Lys Ile Leu Gly Ala Thr His 180 185 190 Asp Phe Phe Asn Gly Ala Ser Tyr Leu Val Trp Met Tyr Gln His Met 195 200 205 Leu Gly His His Pro Tyr Thr Asn Ile Ala Gly Ala Asp Pro Asp Val 210 215 220 Ser Thr Ser Glu Pro Asp Val Arg Arg Ile Lys Pro Asn Gln Lys Trp 225 230 235 240 Phe Val Asn His Ile Asn Gln His Met Phe Val Pro Phe Leu Tyr Gly 245 250 255 Leu Leu Ala Phe Lys Val Arg Ile Gln Asp Ile Asn Ile Leu Tyr Phe 260 265 270 Val Lys Thr Asn Asp Ala Ile Arg Val Asn Pro Ile Ser Thr Trp His 275 280 285 Thr Val Met Phe Trp Gly Gly Lys Ala Phe Phe Val Trp Tyr Arg Leu 290 295 300 Ile Val Pro Met Gln Tyr Leu Pro Leu Ser Lys Val Leu Leu Leu Phe 305 310 315 320 Thr Val Ala Asp Met Val Ser Ser Tyr Trp Leu Ala Leu Thr Phe Gln 325 330 335 Ala Asn His Val Val Glu Glu Val Gln Trp Pro Leu Pro Asp Glu Asn 340 345 350 Gly Ile Ile Gln Lys Asp Trp Ala Ala Met Gln Val Glu Thr Thr Gln 355 360 365 Asp Tyr Ala His Asp Ser His Leu Trp Thr Ser Ile Thr Gly Ser Leu 370 375 380 Asn Tyr Gln Ala Val His His Leu Phe Pro Asn Val Ser Gln His His 385 390 395 400 Tyr Pro Asp Ile Leu Ala Ile Ile Lys Asp Thr Cys Ser Glu Tyr Lys 405 410 415 Val Pro Tyr Leu Val Lys Asp Thr Phe Trp Gln Ala Phe Ala Ser His 420 425 430 Leu Glu His Leu Arg Val Leu Gly Leu Arg Pro Lys Glu Glu 435 440 445 <210> 6 <211> 1338 <212> DNA <213> Mortierella alpina <400> 6 atgggtacgg accaaggaaa aaccttcacc tggcaagaac tcgcggcgca taacaccgag 60 gacagcctcc ttttggctat ccgtggcaat gtatacgatg tcacaaagtt cttgagccgt 120 catcctggtg gaacggatac tctcttgctc ggagctggcc gagatgtcac tccggttttt 180 gagatgtacc acgagtttgg agctgcagag gctatcatga agaagtacta tgttggcaca 240 ctggtctcaa atgagttgcc catcttccca gagccaacgg tgttccataa gaccatcaag 300 ggcagagttg aggcatactt taaggaccgg aacatggatt ccaagaacag accagagatc 360 tggggacgat atgctctcat ctttggatcc ttgatcgcct cttactacgc gcagctcttt 420 gtaccgttcg tggtcgaacg tacatggctc caggtggtgt ttgctatcat catgggattt 480 gcgtgcgcgc aagtcggatt gaaccctctt cacgatgcct cccacttttc agtgacccac 540 aaccccaccg tttggaagat tctcggagcc acgcacgact ttttcaacgg agcatcgtat 600 ctcgtgtgga tgtaccaaca tatgctcggc catcatccct ataccaacat tgctggagct 660 gatcccgatg tgtcgacctc tgagcccgat gttcgtcgta tcaagcccaa ccaaaagtgg 720 ttcgtcaacc acatcaacca gcacatgttt gttcctttcc tgtacggact gctggcgttc 780 aaggtgcgca tccaggacat caacatcttg tactttgtca agaccaatga cgccattcgt 840 gtcaacccca tctcgacttg gcacaccgtc atgttctggg gcggaaaggc cttctttgtc 900 tggtaccgct tgatcgttcc tatgcagtat ctgcccctga gcaaggtgtt gctcttgttt 960 accgtcgcag acatggtctc ttcttactgg ctggcgctga ccttccaggc gaaccacgtt 1020 gttgaggagg ttcagtggcc attgcctgat gagaatggaa tcatccaaaa ggattgggca 1080 gccatgcagg tcgagactac tcaggattac gcccacgatt cgcacctctg gaccagcatc 1140 acgggcagct tgaactacca agccgttcat catctgttcc cgaacgtttc ccagcatcac 1200 taccctgata tcctggctat catcaaggac acctgcagcg agtacaaggt gccatacctc 1260 gtcaaggata ccttttggca agcgtttgct tcacatttgg agcacttgcg tgtgcttggt 1320 cttcgtccca aggaagag 1338 <210> 7 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Primer HinCprof <400> 7 agtcaagctt aattcaaaca aaaacg 26 <210> 8 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Primer XbaCpror <400> 8 cagttctaga aaattcttta atacgg 26 <210> 9 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Primer Sacmasf <400> 9 agtcgagctc cagcttccct gaaacc 26 <210> 10 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Primer Ecomasr <400> 10 catcatctcg agggtggtga ccatggtgat cgc 33 <210> 11 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Primer det15-2-f1 <400> 11 atggttaaag acacaaagcc tttagcc 27 <210> 12 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Primer det15-2-r1 <400> 12 tcagtctcgt tgcgagtgga gg 22 <210> 13 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Primer SOYF1-B <400> 13 tggcctggga tccttaaaga cacaaagcct tta 33 <210> 14 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Primer SOYR1-X <400> 14 gcacatctcg agggattgaa gtgagagcct tc 32 <210> 15 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Primer SOYF2-S <400> 15 gtctgcgagc tcttaaagac acaaagcctt ta 32 <210> 16 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Primer SOUR2-X <400> 16 catcatctcg agggtggtga ccatggtgat gc 32 <210> 17 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Primer det6f3 <400> 17 tggtggaagg acaagcacaa 20 <210> 18 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Primer det6r2 <400> 18 acagaccagg gtgaacatca 20 <210> 19 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Primer det5f4 <400> 19 ctttggatcc ttgatcgcct 20 <210> 20 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Primer det5r3 <400> 20 agaacatgac ggtgtgccaa 20 <210> 21 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Primer XbaGLf <400> 21 cagttctaga gccttctcac attccc 26 <210> 22 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Primer SacGLr <400> 22 agtcgagctc ttactgcaac ttcctt 26 <210> 23 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Primer HPTf1 <400> 23 cctgcgggta aatagctgcg 20 <210> 24 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Primer HPTr1 <400> 24 cgtcaaccaa gctctgatag 20 <210> 25 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Primer EGFP-f1 <400> 25 atggtgagca agggcgagga 20 <210> 26 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Primer EGFP-R1 <400> 26 aatgaacatg tcgagcaggt a 21 <210> 27 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Primer GLEf <400> 27 gtgctcgctt atttggtcac 20 <210> 28 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Primer GLEr <400> 28 cgacatcatg cagaactgtg 20

Claims (22)

1. 아라키돈산의 생합성에 관여하는 지방산 합성효소 유전자를 식물체에 도입하여 아라키돈산을 생산하는 아라키돈산 생산단계를 포함하는 방법에 의해서 생산된 아라키돈산 함유 식물체.
2. 제 1항에 있어서, 상기 아라키돈산 생산단계는, 상기 아라키돈산의 생합성에 관여하는 지방산 합성효소를 코드화하는 유전자를 함유하는 재조합 발현 벡터를 식물 세포에 도입하는 형질전환단계를 포함하는 아라키돈산 함유 식물체.
3. 제 2항에 있어서, 상기 아라키돈산 생산단계는, 상기 재조합 발현 벡터를 구축하는 재조합 발현 벡터 구축단계를 더 포함하는 아라키돈산 함유 식물체.
4. 제 3항에 있어서, 상기 재조합 발현 벡터 구축단계는, 아라키돈산의 생합성에 관여하는 지방산 합성효소를 코드화하는 유전자를, 대두 종자 특이적 프로모터의 하류 영역에 연결하는 단계를 포함하는 아라키돈산 함유 식물체.
5. 제 1항 내지 제 4항의 어느 한 항에 있어서, 상기 아라키돈산의 생합성에 관여하는 지방산 합성효소는, Δ6 불포화효소, 지방산 쇄길이 연장효소, 및 Δ5 불포화효소인 아라키돈산 함유 식물체.
6. 제 5항에 있어서, 상기 Δ6 불포화효소는,

   (a) 배열번호 1의 아미노산 배열로 이루어지는 단백질; 및

   (b) 지방족 모노카르본산의 Δ6위에 불포화 결합을 도입하는 반응을 촉매하는 기능을 갖기 위해서, 배열번호 1의 하나 이상의 아미노산의 치환, 결실, 삽입 및/또는 부가에 의해서 개질된 아미노산 배열로 이루어지는 단백질 중의 어느 하나인 아라키돈산 함유 식물체.
7. 제 5항에 있어서, 상기 Δ6 불포화효소를 코드화하는 유전자는,

   (c) 배열번호 2의 염기배열을 오픈 리딩 프레임으로서 갖는 유전자; 및

   (d) 배열번호 2로 나타낸 유전자의 염기배열과 상보적인 염기배열을 갖는 유전자와 엄격한 조건 하에서 하이브리다이즈(hybridize)하고, 지방족 모노카르본산의 Δ6위에 불포화 결합을 도입하는 반응을 촉매하는 기능을 갖는 단백질을 코드화하는 유전자 중의 어느 하나인 아라키돈산 함유 식물체.
8. 제 5항에 있어서, 상기 지방산 쇄길이 연장효소는,

   (e) 배열번호 3의 아미노산 배열로 이루어지는 단백질; 및

   (f) 지방족 모노카르본산의 탄소쇄의 연장반응을 촉매하는 기능을 갖도록, 배열번호 3의 하나 이상의 아미노산의 치환, 결실, 삽입 및/또는 부가에 의해서 개질된 아미노산 배열로 이루어지는 단백질 중의 어느 하나인 아라키돈산 함유 식물 체.
9. 제 5항에 있어서, 상기 지방산 쇄길이 연장효소를 코드화하는 유전자는,

   (g) 배열번호 4의 염기배열을 오픈 리딩 프레임으로서 갖는 유전자; 및

   (h) 배열번호 4로 나타낸 유전자의 염기배열과 상보적인 염기배열을 갖는 유전자와 엄격한 조건 하에서 하이브리다이즈하고, 지방족 모노카르본산의 탄소쇄의 연장반응을 촉매하는 기능을 갖는 단백질을 코드화하는 유전자 중의 어느 하나인 아라키돈산 함유 식물체.
10. 제 5항에 있어서, 상기 Δ5 불포화효소는,

    (i) 배열번호 5의 아미노산 배열로 이루어지는 단백질; 및

    (j) 지방족 모노카르본산의 Δ5위에 불포화 결합을 도입하는 반응을 촉매하는 기능을 갖도록, 배열번호 5의 하나 이상의 아미노산의 치환, 결실, 삽입 및/또는 부가에 의해서 개질된 아미노산 배열로 이루어지는 단백질 중의 어느 하나인 아라키돈산 함유 식물체.
11. 제 5에 있어서, 상기 Δ5 불포화효소를 코드화하는 유전자는,

    (k) 배열번호 6의 염기배열을 오픈 리딩 프레임으로서 갖는 유전자; 및

    (l) 배열번호 6으로 나타낸 유전자의 염기배열과 상보적인 염기배열을 갖는 유전자와 엄격한 조건 하에서 하이브리다이즈하고, 지방족 모노카르본산의 Δ5위에 불포화 결합을 도입하는 반응을 촉매하는 기능을 갖는 단백질을 코드화하는 유전자 중의 어느 하나인 아라키돈산 함유 식물체.
12. 제 1항 내지 제 11항의 어느 한 항에 있어서, 상기 아라키돈산의 생합성에 관여하는 지방산 합성효소, 또는 이 지방산 합성요소를 코드화하는 유전자는, 모티에렐라(Mortierella)에서 유래되는 아라키돈산 함유 식물체.
13. 제 1항 내지 제 12항의 어느 한 항에 있어서, 상기 아라키돈산의 생합성에 관여하는 지방산 합성효소, 또는 이 지방산 합성요소를 코드화하는 유전자는, 모티에렐라 알피나(Mortierella alpina)에서 유래되는 아라키돈산 함유 식물체.
14. 제 1항 내지 제 13항의 어느 한 항에 있어서, 상기 아라키돈산 생산단계는, 숙주에서의 Δ15 불포화효소의 발현을 억제하는 발현 억제단계를 포함하는 아라키돈산 함유 식물체.
15. 제 1항 내지 제 14항의 어느 한 항에 있어서, 상기 발현 억제단계에 있어서, RANi법에 의해서 Δ15 불포화효소의 발현이 억제되는 아라키돈산 함유 식물체.
16. 제 1항 내지 제 15항의 어느 한 항에 있어서, 상기 식물체는, 식물 세포, 식물 조직, 식물 유합조직, 식물 종자, 성장한 식물 개체, 또는 성장한 식물 개체와 동일한 형질을 갖는 식물 개체의 자손을 포함하는 아라키돈산 함유 식물체.
17. 제 1 내지 제 16항의 어느 한 항에 있어서, 상기 식물체는, 대두를 포함하는 아라키돈산 함유 식물체.
18. 제 1항 내지 제 17항의 어느 한 항의 아라키돈산 함유 식물체로부터 얻어진 아라키돈산.
19. 제 18항의 아라키돈산을 함유하고 있는 조성물.
20. 제 19항의 조성물을 포함하는 식품.
21. 제 1항 내지 제 17항의 어느 한 항의 아라키돈산 함유 식물체를 제조하기 위한 아라키돈산 함유 식물체 제조 키트로서,

    아라키돈산의 생합성에 관여하는 지방산 합성효소를 코드화하는 프로모터 및 유전자를 갖는 재조합 발현 벡터를 포함하는 아라키돈산 함유 식물체 제조 키트.
22. 제 21항에 있어서, 상기 재조합 발현 벡터를 식물 세포에 도입하기 위한 시약군을 더 포함하는 아라키돈산 함유 식물체 제조 키트.

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