KR20090131845A - Genes which are related to 4-coumaric acid, caffeic acid and ferulic acid biosynthesis and a method of production using therof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 본 발명은 4-쿠마린산(4-Coumaric acid), 카페익산(caffeic acid) 및 페룰린산(ferulic acid) 생합성에 관여하는 유전자 및 이를 이용한 생산 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a gene involved in the biosynthesis of 4-coumarin acid (4-Coumaric acid), caffeic acid (caffeic acid) and ferulic acid (ferulic acid) and a production method using the same.
4-쿠마린산(4-Coumaric acid), 카페익산(caffeic acid) 및 페룰린산(ferulic acid) 등의 페놀성 화합물(phenolic compound)들은 암을 억제하는 물질이다. 또한, 4-쿠마린산은 다수의 연구에 멜라닌 생산의 억제제로서 기재되어 있으며, 세균 증식의 억제효과가 있다. 카페익산은 발암억제제로서 작용하고, 생체 안과 밖에서 항산화제로 알려져 있으며, 다른 항산화제보다 효과가 우수한 것으로 나타났다. 또한, 95% 이상 아플라톡신(aflatoxin)의 생산을 줄여줄 뿐만 아니라, 산화 스트레스를 유발하며, 아플라톡신의 생산을 방해할 수 있다. 아울러, 페룰린산은 1866년 식물의 레진에서 추출하여 명명한 것으로서(Hlasiwetz H et al ., Ann . 138:61, 1866), 산소분자로부터 유래 되는 다양한 활성 산소종들에 대해 온화한 항산화력을 가지며, 철 이온 및 구리 이온과 같은 산화성 전이금속들에 대한 강력한 항산화 효과를 나타내는 것으로 보고되어 있다(Smart MG et al ., Aust . J. Plant Physiol . 6:485, 1979). 이에 아마인유 등과 같은 천연오일 등의 자동산화 방지 및 전이금속이나 기타 유입된 활성 산소종에 의한 제품 내에 함유된 다른 유효성분들의 산화를 막아주기 위한 첨가제로서 사용되고 있다(Tsukiya T et al ., Jpn . Kokai 75:18621, 1975).Phenolic compounds, such as 4-Coumaric acid, caffeic acid and ferulic acid, are cancer-inhibiting substances. In addition, 4-coumarin acid has been described in many studies as an inhibitor of melanin production and has an inhibitory effect on bacterial growth. Caffeic acid acts as a carcinogen and is known to be an antioxidant in and out of the body and has been shown to be more effective than other antioxidants. In addition, it not only reduces the production of aflatoxin by more than 95%, but also causes oxidative stress and may interfere with the production of aflatoxin. In addition, ferulic acid is extracted from the resin of the plant in 1866 and named (Hlasiwetz H et al . , Ann . 138: 61, 1866), and has a mild antioxidant activity against various active oxygen species derived from oxygen molecules, It has been reported to exhibit potent antioxidant effects on oxidative transition metals such as iron and copper ions (Smart MG et al . , Aust . J. Plant Physiol . 6: 485, 1979). Therefore, it is used as an additive to prevent automatic oxidation of natural oils such as linseed oil and to prevent oxidation of other active ingredients contained in the product by transition metals or other active oxygen species introduced (Tsukiya T et. al . , Jpn . Kokai 75: 18621, 1975).
4-쿠마린산, 카페익산 및 페룰린산 등은 주로 식물에서 많이 생산되는 페닐프로파노이드(Phenylpropanoid) 계열 및 플라보노이드(Flavonoid)의 화합물의 중간체로 알려져 있다. 이에, 식물을 비롯한 많은 생물체에서 상기 중간체의 생합성에 관여하는 유전자들이 보고되어 있고, 최근 플라보노이드 생산을 위한 인공 생합성 경로 구축을 위해, Arabidopsis thaliana 유래 플라보노이드 생합성 관련 유전자들을 대장균에 형질도입함으로써, 페룰린산의 중간체인 4-쿠마린산의 생합성에 성공한 사례가 보고되었다(Watts KT et al ., Chembiochem 5(4):500-507, 2004). 아미노산으로부터 페룰린산의 대표적인 생합성 경로에는 두 가지가 있다(도 1 참조): 1) L-티로신(L-tyrosine)을 전구체로 하고, 상기 4-쿠마린산 및 카페익산을 중간체로 하여 최종적으로 페룰린산을 생합성하는 경로; 및, 2) L-페닐알라닌(L-phenylalanine)을 전구체로 하고, 상기 시나몬산(cinnamic acid) 및 카페익산을 중간체로 하여 최종적으로 페룰린산을 생합성하는 경로. 상기 Watts 외의 연구는 L-페닐알라닌으로부터 시나몬산을 거쳐 4-쿠마린산을 생합성하는 경로를 인위적으로 구축한 것에 관한 것이다.4-coumarin acid, caffeic acid and ferulic acid are known as intermediates of phenylpropanoid series and flavonoid compounds, which are mainly produced in plants. Therefore, genes involved in biosynthesis of the intermediate have been reported in many organisms, including plants, and recently, to establish artificial biosynthetic pathways for flavonoid production, Arabidopsis By transducing genes related to thaliana- derived flavonoid biosynthesis into Escherichia coli, there have been reports of successful biosynthesis of 4-coumarin acid, an intermediate of ferulic acid (Watts KT et. al . , Chembiochem 5 (4): 500-507, 2004). There are two representative biosynthetic pathways of ferulic acid from amino acids (see Fig. 1): 1) Finally, ferulic acid is obtained by using L-tyrosine as a precursor and 4-coumarin acid and caffeic acid as intermediates. Route to biosynthesis; And 2) a route for finally biosynthesizing ferulic acid using L-phenylalanine as a precursor and cinnamic acid and caffeic acid as intermediates. The work of Watts et al. Relates to the artificial construction of a pathway for biosynthesis of 4-coumarin acid from L-phenylalanine via cinnamonic acid.
이와 같이 재조합 미생물 기술을 이용하여 유용한 화합물을 생산할 때, 유전정보가 잘 알려져 있으며 다양한 벡터 시스템을 구축하고 있고, 비교적 값싼 배지에서 빠르게 고농도로 배양할 수 있는 장점을 가진 대장균이 연구 또는 상업적 목적으로 많이 사용되고 있다. 특히, 페룰린산 생합성 경로의 시작물질인 L-티로신을 생산하는 대장균을 대상으로 상기 페룰린산 생합성 경로를 구축할 경우 초기 출발 물질 생성량의 대사적 조절 없이 다량의 페룰린산의 생산도 가능할 것이다.As such, when producing useful compounds using recombinant microbial technology, E. coli is known for its genetic information, which is well established, has various vector systems, and has the advantage of being able to cultivate rapidly at high concentration in relatively inexpensive medium. It is used. In particular, when constructing the ferulic acid biosynthetic pathway for E. coli producing L-tyrosine, a starting material of the ferulic acid biosynthetic pathway, it will be possible to produce a large amount of ferulic acid without metabolic control of the initial starting material production.
이에, 본 발명자들은 대장균에 L-티로신을 전구체로 하여, 4-쿠마린산 및 카페익산을 중간체로 하며 최종적으로 페룰린산을 생합성하는 인공 생합성 경로를 구축하고, 상기 인공 생합성 경로가 구축된 대장균에서 4-쿠마린산, 카페익산 및 페룰린산이 생합성 할 수 있는 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다.Therefore, the inventors of the present invention, L- tyrosine as a precursor to E. coli, 4-coumarin acid and caffeic acid as an intermediate, and finally to build an artificial biosynthetic pathway for biosynthesis of ferulic acid, the artificial biosynthetic pathway 4 -Confirmed that coumarin acid, caffeic acid and ferulic acid can be biosynthesized and completed the present invention.
본 발명의 목적은 티로신 암모니아 리아제(Tyrosine ammonia lyase; 이하, TAL)를 암호화하는 유전자 및 4-쿠마린산 3-수산화효소(4-coumarate 3-hydroxylase; 이하, C3H)를 암호화하는 유전자가 삽입된 재조합 백터 및 상기 재조합 백터로 형질전환된 균주를 제공하는 것이다.An object of the present invention is a recombinant that inserts a gene encoding Tyrosine ammonia lyase (hereinafter referred to as TAL) and a gene encoding 4-coumarate 3-hydroxylase (hereinafter referred to as C3H). It is to provide a vector and a strain transformed with the recombinant vector.
본 발명의 다른 목적은 상기 균주를 이용하여 카페익산을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention to provide a method for producing caffeic acid using the strain.
본 발명의 다른 목적은 카페익산 O-메틸전이효소(Caffeic acid O-methyltransferase; 이하, COMT)를 암호화하는 유전자가 삽입된 재조합 벡터로 형질전환된 균주를 이용하여 페룰린산을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing ferulic acid using a strain transformed with a recombinant vector inserted with a gene encoding Caffeic acid O-methyltransferase (hereinafter referred to as COMT). will be.
본 발명의 다른 목적은 TAL을 암호화하는 유전자, C3H를 암호화하는 유전자 및 COMT를 암호화하는 유전자가 삽입된 재조합 백터 및 상기 재조합 백터로 형질전환된 균주를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a recombinant vector in which a gene encoding TAL, a gene encoding C3H, and a gene encoding COMT and a strain transformed with the recombinant vector are provided.
본 발명의 다른 목적은 상기 균주를 이용하여 페룰린산을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing ferulic acid using the strain.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 서열번호 9로 기재되는, 티로신 암모니아 리아제(Tyrosine ammonia lyase; 이하, TAL)를 암호화하는 유전자 및 서열 번호 10으로 기재되는, 4-쿠마린산 3-수산화효소(4-coumarate 3-hydroxylase; 이하, C3H)를 암호화하는 유전자가 연결된 4-쿠마린산 및 카페익산 생산용 유전자컨스트럭트를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a gene encoding Tyrosine ammonia lyase (hereinafter referred to as SEQ ID NO: 9), and 4-coumarin acid 3-hydroxylase described as SEQ ID NO: 10 (hereinafter referred to as TAL). Provided is a gene construct for 4-coumarin acid and caffeic acid linked to a gene encoding 4-coumarate 3-hydroxylase (hereinafter, C3H).
또한, 본 발명은 상기 유전자컨스트럭트를 포함하는 발현벡터를 제공한다. In addition, the present invention provides an expression vector comprising the gene construct.
또한, 본 발명은 상기 발현벡터로 숙주세포를 형질 전환하여 제조한 형질전환체를 제공한다.The present invention also provides a transformant prepared by transforming a host cell with the expression vector.
또한, 본 발명은 1) 상기 4-쿠마린산 및 카페익산 생산용 유전자컨스트럭트를 포함하는 발현벡터를 제조하는 단계;In addition, the present invention 1) preparing an expression vector comprising the gene construct for producing 4-coumarin acid and caffeic acid;
2) 단계 1)의 발현벡터를 숙주세포에 형질전환하는 단계;2) transforming the expression vector of step 1) into a host cell;
3) 단계 2)의 형질전환체를 배양하는 단계;3) culturing the transformant of step 2);
4) 단계 3)의 배양된 형질전환체의 단백질 발현을 유도한 후, 추가 배양하는 단계; 및,4) inducing protein expression of the cultured transformant of step 3) and then further culturing; And,
5) 단계 4)의 배양액에서 4-쿠마린산 및 카페익산을 수득하는 단계를 포함하는 4-쿠마린산 및 카페익산 생산 방법을 제공한다.5) It provides a 4-coumarin acid and caffeic acid production method comprising the step of obtaining 4-coumarin acid and caffeic acid in the culture of step 4).
또한, 본 발명은 1) 서열번호 11로 기재되는, 카페익산 O-메틸전이효소(Caffeic acid O-methyltransferase; 이하, COMT)를 암호화하는 유전자를 포함하는 발현벡터를 제조하는 단계;In addition, the present invention comprises the steps of 1) preparing an expression vector comprising a gene encoding Caffeic acid O-methyltransferase (hereinafter referred to as COMT), as described in SEQ ID NO: 11;
2) 단계 1)의 발현벡터를 숙주세포에 형질전환하는 단계;2) transforming the expression vector of step 1) into a host cell;
3) 단계 2)의 형질전환체를 배양하는 단계; 3) culturing the transformant of step 2);
4) 단계 3)의 배양된 형질전환체의 단백질 발현을 유도한 후, 카페익산을 포함하는 배지에서 추가 배양하는 단계; 및,4) inducing protein expression of the cultured transformant of step 3) and then further culturing in a medium comprising caffeic acid; And,
5) 단계 4)의 배양액에서 페룰린산을 수득하는 단계를 포함하는 페룰린산 생산 방법을 제공한다.5) It provides a ferulic acid production method comprising the step of obtaining the ferulic acid in the culture of step 4).
또한, 본 발명은 서열번호 9로 기재되는, TAL을 암호화하는 유전자, 서열번호 10으로 기재되는, C3H를 암호화하는 유전자 및 서열번호 11로 기재되는, COMT를 암호화하는 유전자가 연결된 페룰린산 생산용 유전자컨스트럭트를 제공한다.In addition, the present invention provides a gene for ferulic acid production, in which the gene encoding TAL, described by SEQ ID NO: 9, the gene encoding C3H, described by SEQ ID NO: 10, and the gene encoding COMT, described by SEQ ID NO: 11, are linked. Provide a construct.
또한, 본 발명은 상기 유전자컨스트럭트를 포함하는 발현벡터를 제공한다. In addition, the present invention provides an expression vector comprising the gene construct.
또한, 본 발명은 상기 발현벡터로 숙주세포를 형질 전환하여 제조한 형질전환체를 제공한다.The present invention also provides a transformant prepared by transforming a host cell with the expression vector.
또한, 본 발명은 1) 상기 페룰린산 생산용 유전자컨스트럭트를 포함하는 발현벡터를 제조하는 단계;In addition, the present invention comprises the steps of 1) preparing an expression vector comprising the gene construct for producing ferulic acid;
2) 단계 1)의 발현벡터를 숙주세포에 형질전환하는 단계;2) transforming the expression vector of step 1) into a host cell;
3) 단계 2)의 형질전환체를 배양하는 단계;3) culturing the transformant of step 2);
4) 단계 3)의 배양된 형질전환체의 단백질 발현을 유도한 후, 추가 배양하는 단계; 및,4) inducing protein expression of the cultured transformant of step 3) and then further culturing; And,
5) 단계 4)의 배양액에서 페룰린산을 수득하는 단계를 포함하는 페룰린산 생산 방법을 제공한다.5) It provides a ferulic acid production method comprising the step of obtaining the ferulic acid in the culture of step 4).
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 서열번호 9로 기재되는, 티로신 암모니아 리아제(Tyrosine ammonia lyase; 이하, TAL)를 암호화하는 유전자 및 서열번호 10으로 기재되는, 4-쿠마린산 3-수산화효소(4-coumarate 3-hydroxylase; 이하, C3H)를 암호화하는 유전자가 연결된 4-쿠마린산 및 카페익산 생산용 유전자컨스트럭트를 제공한다.The present invention relates to a gene encoding Tyrosine ammonia lyase (hereinafter referred to as SEQ ID NO: 9) and to 4-coumarin acid 3-hydroxylase described as SEQ ID NO: 10; Hereinafter, a gene construct for 4-coumarin acid and caffeic acid production, to which a gene encoding C3H) is linked, is provided.
상기 TAL은 L-티로신(L-Tyrosine)을 4-쿠마린산(4-Coumaric acid)으로 변환하는 효소로, 본 발명의 구체적인 실시예에서, Saccharothrix espanaensis의 염색체에서 수득한, TAL을 암호화하는 유전자의 염기서열(서열번호 9)을 확인한 후, 상기 유전자가 포함된 발현벡터(도 2a 참조)를 대장균에 형질전환하여 배양하였고, 단백질 발현을 유도한 후 추가배양함으로써 4-쿠마린산이 성공적으로 생합성 되는 것을 HPLC를 이용하여 확인하였다(도 3 참조). 또한, 상기 C3H는 4-쿠마린산 내 페놀 고리(phenol ring)의 3번 탄소 위치에 수산기(hydroxyl group)를 붙여 카페익산을 생성하는 데 작용하는 효소로, 본 발명의 구체적인 실시예에서, Saccharothrix espanaensis의 염색체에서 수득한, C3H를 암호화하는 유전자의 염기서열(서열번호 10)을 확인한 후, 상기 유전자가 포함된 발현벡터(도 2b 참조)를 제조하고, 상기 서열번호 9로 기재되는, TAL을 암호화하는 유전자를 포함하는 발현벡터 및 서열번호 10으로 기재되는, C3H를 암호화하는 유전자를 포함하는 발현벡터를 이용하여 제작한, 상기 서열번호 9로 기재되는, TAL을 암호화하는 유전자 및 서열번호 10으로 기재되는, C3H를 암호화하는 유전자가 연결되어 포함된 발현벡터(도 4 참조)를 대장균에 형질전환하여 배양하였고, 단백질 발현을 유도한 후 추가배양함으로써 4-쿠마린산과 카페익산이 성공적으로 생합성 되는 것을 HPLC를 이용하여 확인하였다(도 5 참조). 이에, 본 발명의 서열번호 9로 기재되는, TAL을 암호화하는 유전자 및 서열번호 10으로 기재되는, C3H를 암호화하는 유전자가 연결된 유전자컨스트럭트는 4-쿠마린산과 카페익산의 생합성에 유용하게 이용될 수 있다.The TAL is an enzyme for converting L-tyrosine (L-Tyrosine) to 4-coumarin acid (4-Coumaric acid), in a specific embodiment of the present invention, obtained from the chromosome of Saccharothrix espanaensis , After confirming the nucleotide sequence (SEQ ID NO: 9), the expression vector containing the gene (see FIG. 2A) was transformed and cultured in E. coli, and the 4-coumarin acid was successfully biosynthesized by further incubation after inducing protein expression. Confirmation using HPLC (see FIG. 3). In addition, the C3H is an enzyme that acts to produce a caffeic acid by attaching a hydroxyl group to a
또한, 본 발명은 상기 유전자컨스트럭트를 포함하는 발현벡터를 제공한다.In addition, the present invention provides an expression vector comprising the gene construct.
본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 서열번호 9로 기재되는, TAL을 암호화하는 유전자 및 서열번호 10으로 기재되는, C3H를 암호화하는 유전자가 연결되어 포함된 발현벡터(도 4 참조)를 대장균에 형질전환하여 배양하였고, 단백질 발현을 유도한 후 추가배양함으로써 4-쿠마린산과 카페익산이 성공적으로 생합성 되는 것을 HPLC를 이용하여 확인하였다(도 5 참조). 이에, 본 발명의 발현벡터는 4-쿠마린산과 카페익산의 생합성에 유용하게 이용될 수 있다.In a specific embodiment of the present invention, E. coli is expressed in an expression vector (see FIG. 4) containing a gene encoding TAL and a gene encoding C3H described in SEQ ID NO: 10, linked thereto. Inverted and incubated, 4-coumarin acid and caffeic acid were successfully biosynthesized using HPLC after induction of protein expression (see FIG. 5). Thus, the expression vector of the present invention can be usefully used for the biosynthesis of 4-coumarin acid and caffeic acid.
상기 유전자컨스트럭트는 뼈대 벡터에 작동가능하게 연결될 수 있다. 상기 뼈대 벡터에는 pET-28a(+), pT7, pET/Rb, pGEX, pET28a, pET-22b(+) 및 pGEX로 이루어진 군으로부터 선택되는 대장균에 형질전환 가능한 다양한 벡터가 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 발현벡터는 pET-28a(+) 뼈대 벡터에 상기 서열번호 9로 기재되는, TAL을 암호화하는 유전자 및 서열번호 10으로 기재되는, C3H를 암호화하는 유전자가 연결된 유전자컨스트럭트를 포함함으로써 상기 TAL 및 C3H를 재조합 단백질로 발현할 수 있었고, 즉, 상기 재조합 단백질을 이용하여 상기 4-쿠마린산과 카페익산의 생합성에 성공할 수 있었다.The gene construct may be operably linked to a skeletal vector. As the skeletal vector, various vectors capable of transforming E. coli selected from the group consisting of pET-28a (+), pT7, pET / Rb, pGEX, pET28a, pET-22b (+), and pGEX may be used, but are not limited thereto. It is not. In a specific embodiment of the present invention, the expression vector is a gene encoding the TAL, and the gene encoding the C3H, described in SEQ ID NO: 10, and the gene linked to the pET-28a (+) skeleton vector described in SEQ ID NO: 9 By including the construct, the TAL and C3H could be expressed as recombinant proteins, that is, the biosynthesis of the 4-coumarin acid and caffeic acid could be successfully achieved using the recombinant protein.
본 발명의 발현벡터는 상기 유전자컨스트럭트를 발현용 벡터에 통상적인 클로닝 방법(Sambrook J et al., the supra)에 따라 삽입하여 얻을 수 있다. 특히 유전자컨스트럭트의 클로닝을 용이하게 하기 위해 삽입 전에 적절한 어댑터를 유전자컨스트럭트에 연결할 수도 있다.The expression vector of the present invention is a conventional cloning method (Sambrook J et. al ., the supra). In particular, an appropriate adapter may be linked to the gene construct prior to insertion to facilitate cloning of the gene construct.
또한, 본 발명은 상기 발현벡터로 숙주세포를 형질 전환하여 제조한 형질전환체를 제공한다.The present invention also provides a transformant prepared by transforming a host cell with the expression vector.
본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 서열번호 9로 기재되는, TAL을 암호화하는 유전자 및 서열번호 10으로 기재되는, C3H를 암호화하는 유전자가 연결되어 포함된 발현벡터(도 4 참조)를 대장균에 형질전환하여 배양하였고, 단백질 발현을 유도한 후 추가배양함으로써 4-쿠마린산과 카페익산이 성공적으로 생합성 되는 것을 HPLC를 이용하여 확인하였다(도 5 참조). 이에, 본 발명의 형질전환체는 4-쿠마린산과 카페익산의 생합성에 유용하게 이용될 수 있다.In a specific embodiment of the present invention, E. coli is expressed in an expression vector (see FIG. 4) containing a gene encoding TAL and a gene encoding C3H described in SEQ ID NO: 10, linked thereto. Inverted and incubated, 4-coumarin acid and caffeic acid were successfully biosynthesized using HPLC after induction of protein expression (see FIG. 5). Thus, the transformant of the present invention can be usefully used for the biosynthesis of 4-coumarin acid and caffeic acid.
상기 숙주세포에는 1) L-티로신을 생합성 할 수 있고, 4-쿠마린산과 카페익산을 생산할 수 없는 것이면 무엇이든지 이용가능하나, 바람직하게는 L-티로신을 대량으로 생합성 할 수 있는 대장균이며, 이에 제한되는 것은 아니다. 또는 상기 숙주세포에는 2) L-티로신을 전구체로 하고, 4-쿠마린산을 생산할 수 있고, 카페익산을 생산할 수 없는 것이면 무엇이든지 이용가능하나, 바람직하게는 L-티로신을 전구체로 하여 4-쿠마린산을 대량생산할 수 있는 대장균이 이용될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 또는 상기 숙주세포에는 3) L-페닐알라닌을 전구체로 하고, 시나몬산(cinnamic acid)을 중간체로 하여, 4-쿠마린산을 생합성 할 수 있고, 카페익산을 생산할 수 없는 것이면 무엇이든지 이용가능하나, 바람직하게는 L-페닐알라닌을 전구체로 하여 4-쿠마린산을 생산할 수 있는 대장균이며, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 1)의 경우, 본 발명의 유전자컨스트럭트에서 발현된 효소를 이용하여, L-티로신을 전구체로 하여, 4-쿠마린산 및 카페익산을 생합성 하는 것이 가능하다. 또한, 상기 2)와 3)의 경우, 본 발명의 유전자컨스턱트에 의해, 4-쿠마린산을 전구체로 하여, 카페익산을 생합성 하는 것이 가능하다.The host cell may be 1) biosynthesis of L-tyrosine, and can be used as long as it can not produce 4-coumarin acid and caffeic acid, but is preferably Escherichia coli, which can biosynthesize L-tyrosine in a large amount, and limited thereto. It doesn't happen. Or 2) L-tyrosine as a precursor, 4-coumarin acid can be produced, and any one can be used as long as it cannot produce caffeic acid. Preferably, 4-coumarin is used as L-tyrosine as a precursor. Escherichia coli, which can mass produce acids, may be used, but is not limited thereto. Or 3) L-phenylalanine as a precursor, cinnamic acid as an intermediate, and 4-coumarin acid can be biosynthesized, and caffeic acid can be used in the host cell. Preferably, it is E. coli, which can produce 4-coumarin acid using L-phenylalanine as a precursor, but is not limited thereto. In the case of 1), it is possible to biosynthesize 4-coumarin acid and caffeic acid by using L-tyrosine as a precursor using the enzyme expressed in the gene construct of the present invention. In addition, in the case of 2) and 3), it is possible to biosynthesize caffeic acid by using 4-coumarin acid as a precursor by the gene conduit of the present invention.
또한, 본 발명은 1) 서열번호 9로 기재되는, TAL을 암호화하는 유전자 및 서열번호 10으로 기재되는, C3H를 암호화하는 유전자가 연결된 4-쿠마린산 및 카페익산 생산용 유전자컨스트럭트를 포함하는 발현벡터를 제조하는 단계;In addition, the present invention comprises a gene construct for producing 4-coumarin acid and caffeic acid, to which a gene encoding TAL, as described in SEQ ID NO: 9, and a gene encoding C3H, described as SEQ ID NO: 10, are linked. Preparing an expression vector;
2) 단계 1)의 발현벡터를 숙주세포에 형질전환하는 단계;2) transforming the expression vector of step 1) into a host cell;
3) 단계 2)의 형질전환체를 배양하는 단계;3) culturing the transformant of step 2);
4) 단계 3)의 배양된 형질전환체의 단백질 발현을 유도한 후, 추가 배양하는 단계; 및,4) inducing protein expression of the cultured transformant of step 3) and then further culturing; And,
5) 단계 4)의 배양액에서 4-쿠마린산 및 카페익산을 수득하는 단계를 포함하는 4-쿠마린산 및 카페익산 생산 방법을 제공한다.5) It provides a 4-coumarin acid and caffeic acid production method comprising the step of obtaining 4-coumarin acid and caffeic acid in the culture of step 4).
본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 서열번호 9로 기재되는, TAL을 암호화 하는 유전자 및 서열번호 10으로 기재되는, C3H를 암호화하는 유전자가 연결되어 포함된 발현벡터(도 4 참조)를 대장균에 형질전환하여 LB 배지에서 배양한 후, 단백질 발현을 유도한 후 M9C 배지에서 추가배양함으로써 4-쿠마린산 또는 카페익산 표준품과 동일한 시간대에 동일한 UV 스펙트렘을 가진 피크를 확인함으로써 4-쿠마린산 및 카페익산의 생산이 확인되었다(도 3 및 도 5 참조). 이에, 본 발명의 형질전환체는 4-쿠마린산과 카페익산의 생합성에 유용하게 이용될 수 있다.In a specific embodiment of the present invention, an expression vector (see FIG. 4) transfected with an expression vector (see FIG. 4) containing a gene encoding TAL and a gene encoding C3H described in SEQ ID NO: 10 is linked to SEQ ID NO. Inverted and cultured in LB medium, followed by induction of protein expression and further incubation in M9C medium to identify peaks with the same UV spectra at the same time period as 4-coumarin acid or caffeic acid standard, thereby identifying 4-coumarin acid and caffeic acid. Production was confirmed (see FIGS. 3 and 5). Thus, the transformant of the present invention can be usefully used for the biosynthesis of 4-coumarin acid and caffeic acid.
단계 4)에 있어서, 형질전환체는 LB, YT, 2YT, M9 및 M9C 배지(modified M9 minimal media; added CaCO3 25 g/ℓ, glucose 40 g/ℓ; 50 ㎍/ℓ Kan, 1mM IPTG) 등에서 추가배양될 수 있으며, 바람직하게는 M9C배지에서 배양될 수 있다.In step 4), the transformants were prepared in LB, YT, 2YT, M9 and M9C medium (modified M9 minimal media; added CaCO 3 25 g / L, glucose 40 g / L; 50 μg / L Kan, 1 mM IPTG) and the like. It may be further cultured, and preferably cultured in M9C medium.
단계 5)의 수득은 유기용매를 이용하여 추출한 후, HPLC를 이용하여 수득하는 방법에 의해 수행될 수 있다. 상기 유기용매로는 에틸아세테이트, 아세톤 및 클로로폼으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나가 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 당업자에게 페놀성 화합물의 추출에 이용될 수 있는 것으로 알려진 유기용매는 모두 사용가능한 것이 자명하다.Obtaining step 5) can be carried out by extraction using an organic solvent and then using HPLC. The organic solvent may be any one selected from the group consisting of ethyl acetate, acetone and chloroform, but is not limited thereto, and any organic solvent known to those skilled in the art to be used for extraction of phenolic compounds may be used. It is obvious that it is possible.
또한, 본 발명은 1) 서열번호 11로 기재되는, 카페익산 O-메틸전이효소(Caffeic acid O-methyltransferase; 이하, COMT)를 암호화하는 유전자를 포함하는 발현벡터를 제조하는 단계;In addition, the present invention comprises the steps of 1) preparing an expression vector comprising a gene encoding Caffeic acid O-methyltransferase (hereinafter referred to as COMT), as described in SEQ ID NO: 11;
2) 단계 1)의 발현벡터를 숙주세포에 형질전환하는 단계;2) transforming the expression vector of step 1) into a host cell;
3) 단계 2)의 형질전환체를 배양하는 단계; 3) culturing the transformant of step 2);
4) 단계 3)의 배양된 형질전환체의 단백질 발현을 유도한 후, 카페익산을 포함하는 배지에서 추가 배양하는 단계; 및,4) inducing protein expression of the cultured transformant of step 3) and then further culturing in a medium comprising caffeic acid; And,
5) 단계 4)의 배양액에서 페룰린산을 수득하는 단계를 포함하는 페룰린산 생산 방법을 제공한다.5) It provides a ferulic acid production method comprising the step of obtaining the ferulic acid in the culture of step 4).
상기 COMT는 카페익산 내 페놀 고리(phenol ring)의 3번 탄소 위치에 수산기(hydroxyl group)를 붙여 메틸화하여 메톡실기(methoxyl group)로 치환하여 페롤린산을 생성하는 데 작용하는 효소로, 본 발명의 구체적인 실시예에서, Arabidopsis thaliana의 mRNA에서 수득한, COMT를 암호화하는 유전자의 염기서열(서열번호 11)을 확인한 후, 상기 유전자가 포함된 발현벡터(도 2c 참조)를 대장균에 형질전환하여 배양하였고, 단백질 발현을 유도한 후 카페익산을 포함한 배지에서 추가배양함으로써 페룰린산 표준품과 동일한 시간대에 동일한 UV 스펙트렘을 가진 피크를 확인함으로써 페룰린산의 생산이 확인되었다(도 6 참조). 이에, 본 발명의 형질전환체는 페룰린산의 생합성에 유용하게 이용될 수 있다.The COMT is an enzyme that acts to produce perolinic acid by methylation by attaching a hydroxyl group to the
상기 단계 2)의 숙주세포에는 페룰린산을 생성할 수 없는 것이면 무엇이든지 이용가능하나, 바람직하게는 대장균이며, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 구체적인 실시예에서는 상기 형질전환체의 배양 시 카페익산을 배지에 추가함으로써, 상기 카페익산을 전구체로 하여 페룰린산을 생성할 수 있었다.Any host can be used as long as it can not produce ferulic acid in the host cell of step 2), but it is preferably E. coli, but is not limited thereto. In a specific embodiment of the present invention, by adding caffeic acid to the culture medium when culturing the transformant, ferulic acid could be generated using the caffeic acid as a precursor.
단계 4)에 있어서, 형질전환체는 LB, YT, 2YT, M9 및 M9C 배지 등에서 추가 배양될 수 있으며, 바람직하게는 M9C배지에서 배양될 수 있다.In step 4), the transformant may be further cultured in LB, YT, 2YT, M9 and M9C medium, etc., preferably in M9C medium.
단계 5)의 수득은 유기용매를 이용하여 추출한 후, HPLC를 이용하여 수득하는 방법에 의해 수행될 수 있다. 상기 유기용매로는 에틸아세테이트, 아세톤 및 클로로폼으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나가 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 당업자에게 페놀성 화합물의 추출에 이용될 수 있는 것으로 알려진 유기용매는 모두 사용가능한 것이 자명하다.Obtaining step 5) can be carried out by extraction using an organic solvent and then using HPLC. The organic solvent may be any one selected from the group consisting of ethyl acetate, acetone and chloroform, but is not limited thereto, and any organic solvent known to those skilled in the art to be used for extraction of phenolic compounds may be used. It is obvious that it is possible.
또한, 본 발명은 서열번호 9로 기재되는, TAL을 암호화하는 유전자, 서열번호 10으로 기재되는, C3H를 암호화하는 유전자 및 서열번호 11로 기재되는, COMT를 암호화하는 유전자가 연결된 페룰린산 생산용 유전자컨스트럭트를 제공한다.In addition, the present invention provides a gene for ferulic acid production, in which the gene encoding TAL, described by SEQ ID NO: 9, the gene encoding C3H, described by SEQ ID NO: 10, and the gene encoding COMT, described by SEQ ID NO: 11, are linked. Provide a construct.
또한, 본 발명은 상기 유전자컨스트럭트를 포함하는 발현벡터를 제공한다.In addition, the present invention provides an expression vector comprising the gene construct.
또한, 본 발명은 상기 발현벡터로 숙주세포를 형질 전환하여 제조한 형질전환체를 제공한다.The present invention also provides a transformant prepared by transforming a host cell with the expression vector.
본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 서열번호 9로 기재되는, TAL을 암호화하는 유전자; 서열번호 10으로 기재되는, C3H를 암호화하는 유전자 및 서열번호 11로 기재되는, COMT를 암호화하는 유전자가 연결되어 포함된 발현벡터(도 7 참조)를 대장균에 형질전환하여 배양하였고, 단백질 발현을 유도한 후 추가배양함으로써 페룰린산이 성공적으로 생합성 되는 것을 HPLC를 이용하여 확인하였다(도 5 참조). 또한, 특이하게도 IPTG로 발현을 유도하지 않은 대장균에서도 페룰린산이 소량 검 출됨에 따라, IPTG에 의한 T7 프로모터 조절이 없는 시스템, 즉 pET 벡터가 아닌 다른 단백질 발현 벡터나 T7 억제제(repressor)가 존재하지 않는 숙주 세포에서도 미량의 효소들이 존재한다면 페룰린산이 생산될 수 있을 것이다. 이에, 본 발명의 유전자컨스트럭트, 이를 포함하는 발현벡터 및 형질전환체는 페룰린산의 생합성에 유용하게 이용될 수 있다.In a specific embodiment of the present invention, the gene encoding TAL, which is set forth in SEQ ID NO: 9; E. coli was transformed and cultured with an expression vector (see FIG. 7) containing a gene encoding C3H, which is set forth in SEQ ID NO: 10, and a COMT encoding gene, which was set forth in SEQ ID NO: 11, linked thereto, to induce protein expression. After further incubation, the ferulic acid was successfully biosynthesized using HPLC (see FIG. 5). In addition, as a small amount of ferulic acid is detected in E. coli, which does not induce expression by IPTG, there is no protein expression vector or T7 inhibitor other than the pET vector. Even in host cells, ferulic acid can be produced if traces of enzymes are present. Thus, the gene construct of the present invention, the expression vector and the transformant comprising the same can be usefully used for the biosynthesis of ferulic acid.
즉, 상기 유전자컨스트럭트는 뼈대 벡터에 작동가능하게 연결될 수 있고, 상기 뼈대 벡터에는 pET-28a(+), pT7, pET/Rb, pGEX, pET28a, pET-22b(+) 및 pGEX로 이루어진 군으로부터 선택되는 대장균에 형질전환 가능한 다양한 벡터를 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 특히 IPTG에 의한 T7 프로모터 조절이 없는 시스템도 이용가능하다.That is, the gene construct may be operably linked to a skeletal vector, wherein the skeletal vector is from the group consisting of pET-28a (+), pT7, pET / Rb, pGEX, pET28a, pET-22b (+) and pGEX. Various vectors capable of transforming E. coli to be selected may be used, but are not limited thereto. In particular, a system without T7 promoter regulation by IPTG may be used.
상기 숙주세포에는 1) L-티로신을 생합성 할 수 있고, 4-쿠마린산, 카페익산 및 페룰린산을 생산할 수 없는 것이면 무엇이든지 이용가능하나, 바람직하게는 L-티로신을 대량으로 생합성 할 수 있는 대장균이 이용될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 또는 상기 숙주세포에는 2) L-티로신을 전구체로 하고, 4-쿠마린산을 생산할 수 있고, 카페익산 및 페룰린산을 생산할 수 없는 것이면 무엇이든지 이용가능하나, 바람직하게는 L-티로신을 전구체로 하여 4-쿠마린산을 대량생산할 수 있는 대장균이 이용될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 또는 상기 숙주세포에는 3) L-페닐알라닌을 전구체로 하고, 시나몬산(cinnamic acid)을 중간체로 하여, 4-쿠마린산을 생합성 할 수 있고, 카페익산 및 페룰린산을 생산할 수 없는 것이면 무엇이든지 이용가능하나, 바람직하게는 L-페닐알라닌을 전구체로 하여 4-쿠 마린산을 생산할 수 있는 대장균이 이용될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 또는 상기 숙주세포에는 4) L-티로신을 전구체로 하고, 4-쿠마린산 및 카페익산을 생산할 수 있고, 페룰린산을 생산할 수 없는 것이면 무엇이든지 이용가능하나, 바람직하게는 L-티로신을 전구체로 하여 4-쿠마린산을 대량생산할 수 있는 대장균이 이용될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 또는 상기 숙주세포에는 5) L-페닐알라닌을 전구체로 하고, 시나몬산(cinnamic acid)을 중간체로 하여, 4-쿠마린산 및 카페익산을 생합성 할 수 있고, 페룰린산을 생산할 수 없는 것이면 무엇이든지 이용가능하나, 바람직하게는 L-페닐알라닌을 전구체로 하여 4-쿠마린산 및 카페익산을 생산할 수 있는 대장균이 이용될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 1)의 경우, 본 발명의 유전자컨스트럭트에서 발현된 효소를 이용하여, L-티로신을 전구체로 하여, 4-쿠마린산 및 카페익산을 생합성 하는 것이 가능하다. 또한, 상기 2)와 3)의 경우, 본 발명의 유전자컨스턱트에 의해, 4-쿠마린산을 전구체로 하여, 카페익산을 생합성 하는 것이 가능하다. 아울러, 상기 4)와 5)의 경우, 본 발명의 유전자컨스트럭트에 의해, 4-쿠마린산을 전구체로 하고, 카페익산을 중간체로 하여 페룰린산을 생합성 하는 것이 가능하다. The host cell may be 1) biosynthesis of L-tyrosine, and can be used as long as it can not produce 4-coumarin acid, caffeic acid and ferulic acid, preferably Escherichia coli that can biosynthesize L-tyrosine in large quantities May be used, but is not limited thereto. Or 2) L-tyrosine as a precursor to the host cell, and can be produced as long as it can produce 4-coumarin acid, and can not produce caffeic acid and ferulic acid, but preferably L-tyrosine as a precursor E. coli can be used to mass-produce 4-coumarin acid, but is not limited thereto. Or 3) L-phenylalanine as a precursor, cinnamic acid as an intermediate, and 4-coumarin acid can be biosynthesized, and any host cell can be used if the host cell cannot produce caffeic acid and ferulic acid. However, Escherichia coli, which can preferably produce 4-coumarin acid using L-phenylalanine as a precursor, can be used, but is not limited thereto. Or 4) L-tyrosine as a precursor to the host cell, and can be produced as long as it can produce 4-coumarin acid and caffeic acid, and can not produce ferulic acid, but preferably L-tyrosine as a precursor E. coli can be used to mass-produce 4-coumarin acid, but is not limited thereto. Or 5) L-phenylalanine as a precursor, cinnamic acid as an intermediate, and 4-coumarin acid and caffeic acid can be biosynthesized, and any host cell can be used. However, Escherichia coli, which can preferably produce 4-coumarin acid and caffeic acid by using L-phenylalanine as a precursor, is not limited thereto. In the case of 1), it is possible to biosynthesize 4-coumarin acid and caffeic acid by using L-tyrosine as a precursor using the enzyme expressed in the gene construct of the present invention. In addition, in the case of 2) and 3), it is possible to biosynthesize caffeic acid by using 4-coumarin acid as a precursor by the gene conduit of the present invention. In addition, in the case of 4) and 5), it is possible to biosynthesize ferulic acid using 4-coumarin acid as a precursor and caffeic acid as an intermediate by the gene construct of the present invention.
또한, 본 발명은 1) 서열번호 9로 기재되는, TAL을 암호화하는 유전자, 서열번호 10으로 기재되는, C3H를 암호화하는 유전자 및 서열번호 11로 기재되는, COMT를 암호화하는 유전자가 연결된 페룰린산 생산용 유전자컨스트럭트를 포함하는 발현벡터를 제조하는 단계;In addition, the present invention provides a method for producing ferulic acid, comprising: 1) a gene encoding TAL, described by SEQ ID NO: 9, a gene encoding C3H, described by SEQ ID NO: 10, and a gene encoding COMT, described by SEQ ID NO: 11; Preparing an expression vector comprising a gene construct for the drug;
2) 단계 1)의 발현벡터를 숙주세포에 형질전환하는 단계;2) transforming the expression vector of step 1) into a host cell;
3) 단계 2)의 형질전환체를 배양하는 단계;3) culturing the transformant of step 2);
4) 단계 3)의 배양된 형질전환체의 단백질 발현을 유도한 후, 추가 배양하는 단계; 및,4) inducing protein expression of the cultured transformant of step 3) and then further culturing; And,
5) 단계 4)의 배양액에서 페룰린산을 수득하는 단계를 포함하는 페룰린산 생산 방법을 제공한다.5) It provides a ferulic acid production method comprising the step of obtaining the ferulic acid in the culture of step 4).
본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 서열번호 9로 기재되는, TAL을 암호화하는 유전자; 서열번호 10으로 기재되는, C3H를 암호화하는 유전자 및 서열번호 11로 기재되는, COMT를 암호화하는 유전자가 연결되어 포함된 발현벡터(도 7 참조)를 대장균에 형질전환하여 배양하였고, 단백질 발현을 유도한 후 추가배양함으로써 페룰린산 표준품과 동일한 시간대에 동일한 UV 스펙트렘을 가진 피크를 확인함으로써 페룰린산의 생산이 확인되었다(도 8 참조). 이에, 본 발명의 형질전환체는 페룰린산의 생합성에 유용하게 이용될 수 있다.In a specific embodiment of the present invention, the gene encoding TAL, which is set forth in SEQ ID NO: 9; E. coli was transformed and cultured with an expression vector (see FIG. 7) containing a gene encoding C3H, which is set forth in SEQ ID NO: 10, and a COMT encoding gene, which was set forth in SEQ ID NO: 11, linked thereto, to induce protein expression. After further culture, the production of ferulic acid was confirmed by identifying peaks with the same UV spectra at the same time period as the ferulic acid standard (see FIG. 8). Thus, the transformant of the present invention can be usefully used for the biosynthesis of ferulic acid.
단계 4)에 있어서, 형질전환체는 LB, YT, 2YT, M9 및 M9C 배지 등에서 추가배양될 수 있으며, 바람직하게는 M9C배지에서 배양될 수 있다.In step 4), the transformant may be further cultured in LB, YT, 2YT, M9, M9C medium and the like, and preferably cultured in M9C medium.
단계 5)의 수득은 유기용매를 이용하여 추출한 후, HPLC를 이용하여 수득하는 방법에 의해 수행될 수 있다. 상기 유기용매로는 에틸아세테이트, 아세톤 및 클로로폼으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나가 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 당업자에게 페놀성 화합물의 추출에 이용될 수 있는 것으로 알려진 유기용매는 모두 사용가능한 것이 자명하다.Obtaining step 5) can be carried out by extraction using an organic solvent and then using HPLC. The organic solvent may be any one selected from the group consisting of ethyl acetate, acetone and chloroform, but is not limited thereto, and any organic solvent known to those skilled in the art to be used for extraction of phenolic compounds may be used. It is obvious that it is possible.
본 발명의 방법으로 생산된 4-쿠마린산(4-Coumaric acid), 카페익산(caffeic acid) 및 페룰린산(ferulic acid) 등은 발암 억제제, 멜라닌 생성 억제제 및 항산화제로 이용될 수 있다.4-Coumaric acid, caffeic acid and ferulic acid produced by the method of the present invention can be used as carcinogens, melanogenesis inhibitors and antioxidants.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명하다. 단 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용을 한정하지는 않는다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples. However, the following examples are merely to illustrate the present invention, but not to limit the content of the present invention.
L-티로신(L-tyrosine)을 전구체로 하고, 상기 4-쿠마린산(4-Coumaric acid) 및 카페익산(caffeic acid)을 중간체로 하여 최종적으로 페룰린산(ferulic acid)을 생합성하는 경로를 유전공학적 기술에 의해 인위적으로 대장균에 구축하고자 하였다(도 1) .Genetic engineering of the final biosynthesis of ferulic acid with L-tyrosine as a precursor and 4-Coumaric acid and caffeic acid as intermediates It was intended to build artificially in E. coli by the technique (Fig. 1).
구체적으로, 1) L-티로신을 4-쿠마린산으로 변환하는 효소인 티로신 암모니아 리아제(Tyrosine ammonia lyase; 이하, TAL)를 암호화하는 sam8을 방선균 Saccharothrix espanaensis(KCTC9392)로부터 수득하였고; 2) 상기 4-쿠마린산을 카페익산으로 변환하는 효소인 4-쿠마린산 3-수산화효소(4-coumarate 3-hydroxylase; 이하, C3H)를 암호화하는 sam5를 방선균 Saccharothrix espanaensis(KCTC9392)로부터 수득하였고; 3) 상기 카페익산을 페룰린산으로 변환하는 효소인 카페익산 O-메 틸전이효소(Caffeic acid O-methyltransferase; 이하, COMT)를 암호화하는 com을 Arabidopsis thaliana로부터 수득하였다.Specifically, 1) sam8 encoding Tyrosine ammonia lyase (hereinafter, TAL), an enzyme that converts L-tyrosine to 4-coumarin acid, was obtained from Actinomycetes Saccharothrix espanaensis (KCTC9392); 2) Actinomycetes Saccharothrix sam5 encoding 4-coumarin acid 3-hydroxylase (hereinafter referred to as C3H), an enzyme that converts 4-coumarin acid to caffeic acid. obtained from espanaensis (KCTC9392); 3) cafe acid O- methyl transferase (Caffeic acid O-methyltransferase, an enzyme for converting the cafe acid to ferulic acid; to give the com encrypting or less, COMT) from Arabidopsis thaliana.
<< 실시예Example 1> 티로신 암모니아 1> tyrosine ammonia 리아제Lyase 유전자 gene sam8sam8 클로닝Cloning 및 기능 확인 And check functionality
티로신 암모니아 리아제는 티로신의 아미노기(amino group)를 제거하여 4-쿠마린산을 생산하는데에 작용한다.Tyrosine ammonia lyase acts to produce 4-coumarin acid by removing the amino group of tyrosine.
<1-1> <1-1> sam8sam8 클로닝Cloning
Saccharothrix espanaensis(KCTC9392)의 염색체를 주형으로 사용하여, 표 1에서 나타낸 TAL-N 및 TAL-C 프라이머를 이용하여 PCR 방법으로 상기 TAL의 유전자 sam8(1,533 bp)을 수득하였다.Using the chromosome of Saccharothrix espanaensis (KCTC9392) as a template, the gene sam8 (1,533 bp) of the TAL was obtained by PCR using the TAL-N and TAL-C primers shown in Table 1.
<1-1-1> 주형 <1-1-1> mold DNADNA 수득 purchase
Saccharothrix espanaensis 균주를 방선균 배지 R2YE 배지(1 liter의 DDW에 sucrose 103 g, K2SO4 0.25 g, MgCl26H2O 10.12 g, glucose 10 g, casamino acids 0.1 g, yeast extract 5 g, 20% L-proline 15 ㎖, 5.73% TES Buffer 100 ㎖, 10N NaOH 500 ㎕, 10X Trace element solution 20 ㎕, 0.5% KH2PO4 10 ㎖, 3.68% CaCl22H2O 80 ㎖) 30 ㎖에 접종하여 28℃에서 2-3일 동안 배양하여 회수하였다. 그 균체에 10 ㎎ lysozyme을 포함한 TE 완충용액(10 mM Tris-HCL pH 8.0, 1 mM EDTA) 10 ㎖을 넣고 37℃에서 15분 동안 처리하였다. 이 용액에 20% SDS 1 ㎖을 참가하여 서서히 혼합한 다음 1.5 ㎖의 5 M NaCl과 페놀 10 ㎖을 첨가하여 20분 동안 상 온에서 서서히 흔들어 주었다. 페놀 추출이 끝난 후 3500 rpm에서 10분 동안 원심 분리한 후 상층액을 새로운 용기에 옮긴 후 동량의 클로로폼을 넣고 10분 동안 서서히 흔들어 준 다음, 상층액을 멸균된 50 ㎖ 용기에 넣어 주었고, 천천히 동량의 이소프로판올을 첨가해 주면서 두 층으로 분리되도록 한 후, 분리된 층 사이에 형성된 염색체 DNA를 유리 막대로 회수하였다. 회수된 염색체 DNA를 소량의 TE 완충용액에 녹인 다음 RNase(20 ㎍/㎖; Invitrogen, USA)를 첨가해주고 50 ℃에서 1시간 동안 반응시켜 정제된 염색체 DNA를 얻었다. Saccharothrix espanaensis strains were added to actinomycetes medium R2YE medium (103 g sucrose in 1 liter of DDW, K 2 SO 4 0.25 g, MgCl 2 6H 2 O 10.12 g, glucose 10 g, casamino acids 0.1 g,
<1-1-2> <1-1-2> PCRPCR 산물 수득 Product yield
PCR 반응은 DNA 중합효소(Ex Taq polymerase, Takara, 일본) 0.5 ㎕, TAL-N(서열번호 1) 및 TAL-C(서열번호 2) 프라이머 쌍(25 p㏖) 25 ㎕, 상기 방법으로 수득한 주형 DNA 0.5 ㎕, 2.5 mM dNTP 혼합액 2 ㎕, 10X 반응 완충용액 2.5 ㎕를 넣고 최종 25 ㎕로 맞춘 후, 97℃에서 5분 동안 변성시키고, 94℃에서 35초, 60℃에서 35초 및 72℃에서 45초 동안 28회 반응시키고, 72℃에서 7분간 연장시켜 반응을 종결하였다.The PCR reaction was obtained by 0.5 µL of DNA polymerase (Ex Taq polymerase, Takara, Japan), 25 µL of TAL-N (SEQ ID NO: 1) and TAL-C (SEQ ID NO: 2) primer pair, obtained by the above method. 0.5 μl template DNA, 2 μl of 2.5 mM dNTP mixture, 2.5 μl of 10X reaction buffer were added to the final 25 μl, and then denatured at 97 ° C. for 5 minutes, 35 seconds at 94 ° C., 35 seconds at 60 ° C. and 72 ° C. The reaction was performed 28 times for 45 seconds at, and extended for 7 minutes at 72 ° C. to terminate the reaction.
<1-1-3> <1-1-3> PCRPCR 산물의 염기서열 분석 Sequence analysis of the product
상기 PCR 산물을 pCR2.1 TOPO 벡터(InvitrogenTM life technologies, USA)에 클로닝 한 후, 이를 다시 대장균에 형질전환 하였다. 상기 대장균을 LB 배지에서 배양하여 상기 PCR 산물이 클로닝 된 벡터를 증폭한 후, 상기 벡터에 도입된 PCR 산물의 염기서열을 확인한 결과, 상기 서열(서열번호 9)은 기존에 보고된 sam8 유 전자(GeneBank #DQ357071)와 개시점으로부터 576번째 뉴클레오티드 G가 C로 점 돌연변이(point mutation)된 것임을 확인하였다(silent mutation).The PCR product was cloned into pCR2.1 TOPO vector (Invitrogen ™ life technologies, USA) and then transformed into E. coli again. After culturing the E. coli in LB medium to amplify the vector cloned PCR product, and confirmed the nucleotide sequence of the PCR product introduced into the vector, the sequence (SEQ ID NO: 9) is a previously reported sam8 gene ( GeneBank # DQ357071) and the 576th nucleotide G from the starting point was confirmed that the point mutation to C (silent mutation).
<1-1-4> <1-1-4> sam8sam8 유전자의 Gene 클로닝Cloning
상기 PCR 산물을 제한효소 BglII와 HindIII로 절단한 후, 제한효소 BamHI과 HindIII로 절단한 pET-28a(+) 벡터(Invitrogen, USA)에 삽입하여 pET-TAL 벡터(도 2a)를 수득한 후, 상기 pET-TAL 벡터를 대장균에 형질전환 하였다.The PCR product was digested with restriction enzymes Bgl II and Hind III, and then inserted into a pET-28a (+) vector (Invitrogen, USA) digested with restriction enzymes BamH I and Hind III to insert a pET-TAL vector (FIG. 2A). After obtaining, the pET-TAL vector was transformed into E. coli.
<1-2> 4-<1-2> 4- 쿠마린산Coumarin acid 생성 확인 Confirm creation
상기 pET-TAL 벡터가 형질전환된 대장균의 4-쿠마린산 생성을 확인하였다.The production of 4-coumarin acid of E. coli transformed with the pET-TAL vector was confirmed.
<1-2-1> 4-<1-2-1> 4- 쿠마린산Coumarin acid 생성 produce
상기 대장균을 LB 배지(50 ㎍/ℓ Kanamycin) 30 ㎖에 접종하여 26℃에서 OD600 0.6까지 배양하였고, 10분 저온 충격(cold shock) 이후 IPTG 1 mM로 단백질 발현을 유도하였다. 26℃에서 5시간 동안 추가로 배양한 후, 세포를 수득하여 30 ㎖ M9C(modified M9 minimal media; added CaCO3 25 g/ℓ, glucose 40 g/ℓ; 50 ㎍/ℓ Kan, 1mM IPTG) 배지에 옮기고 26℃에서 36시간 동안 배양하였다.The E. coli was inoculated in 30 ml of LB medium (50 μg / L Kanamycin) to incubate at OD 600 0.6 at 26 ° C., and protein expression was induced with
<1-2-2> 4-<1-2-2> 4- 쿠마린산Coumarin acid 추출 extraction
상기 배양액과 동일한 양의 에틸아세테이트(ethylacetate; J.T.Baker, USA)를 넣어서 2시간 동안 흔들어 주었다. 이후, 3000 rpm에서 10분간 원심분리 한 후, 상등액을 감압농축 하였다. 상기 농축한 추출물을 메탄올(Merck, USA)에 녹인 후, YMC J'sphere ODS-H80, 150x4.6 ㎜ I.D.,(YMC, 일본) 컬럼을 이용하여 CH3CN-H2O(J.T.Baker, USA)(0.05% TFA; Sigma-Aldrich, USA) 이동상을 1 ㎖/min의 속도로 기울기(gradient)로 흘려주어 HPLC 분석을 수행하였다. 이때, 4-쿠마린산 표준품은 Sigma(C9008; USA)에서 구입하여 분석하였다.The same amount of ethyl acetate (ethylacetate; JTBaker, USA) was added to the culture solution and shaken for 2 hours. Then, after centrifugation for 10 minutes at 3000 rpm, the supernatant was concentrated under reduced pressure. After dissolving the concentrated extract in methanol (Merck, USA), CH 3 CN-H 2 O (JTBaker, USA) using a YMC J'sphere ODS-H80, 150x4.6 mm ID, (YMC, Japan) column HPLC analysis was performed by flowing the mobile phase (0.05% TFA; Sigma-Aldrich, USA) at a gradient of 1 mL / min. At this time, 4-coumarin acid standard was purchased from Sigma (C9008; USA) and analyzed.
그 결과, 상기 추출물이 4-쿠마린산 표준품과 동일한 시간대(5.8 분)에 동일한 UV 스펙트렘을 가진 피크를 확인하였다(도 3).As a result, the extract identified peaks with the same UV spectra at the same time period (5.8 minutes) as the 4-coumarin acid standard (FIG. 3).
<< 실시예Example 2> 4-쿠마린산 3-수산화효소 유전자 2> 4-coumarin acid 3-hydroxylase gene sam5sam5 클로닝Cloning 및 기능 확인 And check functionality
4-쿠마린산 3-수산화효소는 4-쿠마린산 내 페놀 고리(phenol ring)의 3번 탄소 위치에 수산기(hydroxyl group)를 붙여 카페익산을 생산하는데에 작용한다.4-coumarin acid 3-hydroxylase acts to produce caffeic acid by attaching a hydroxyl group to the
<2-1> <2-1> sam5sam5 클로닝Cloning
Saccharothrix espanaensis(KCTC9392)의 염색체를 주형으로 사용하여, 표 1에서 나타낸 Sam5-F 및 Sam5-R 프라이머를 이용하여 PCR 방법으로 상기 C3H의 유전자 sam5(1,539 bp)을 수득하였다.Using the chromosome of Saccharothrix espanaensis (KCTC9392) as a template, the C3H gene sam5 (1,539 bp) was obtained by PCR using the Sam5-F and Sam5-R primers shown in Table 1.
구체적으로, 실시예 1-1의 방법으로 Sam5-F(서열번호 3) 및 Sam5-R(서열번호 4) 프라이머 쌍 및 실시예 1-1에서 수득한 주형 DNA를 이용하여 PCR 반응을 수행한 후, 이의 염기서열을 분석한 결과, 상기 서열(서열번호 10)은 기존에 보고된 sam5 유전자(GeneBank #DQ357071)와 동일한 것으로 확인하였다.Specifically, after the PCR reaction using the template DNA obtained in Example 1-1 and Sam5-F (SEQ ID NO: 3) and Sam5-R (SEQ ID NO: 4) primer pair and Example 1-1 , As a result of analyzing the nucleotide sequence thereof, the sequence (SEQ ID NO: 10) was previously reported sam5 The gene was identified as having the same gene (GeneBank # DQ357071).
또한, 상기 PCR 산물을 제한효소 NdeI과 HindIII로 절단한 후, 제한효소 NdeI과 HindIII로 절단한 pET-28a(+) 벡터에 삽입하여 pET-Sam5 벡터(도 2b)를 수득하였다.In addition, the PCR product was digested with restriction enzymes NdeI and HindIII , and then inserted into a pET-28a (+) vector digested with restriction enzymes NdeI and HindIII to obtain a pET-Sam5 vector (FIG. 2B).
<2-2> <2-2> sam8sam8 및 And sam5sam5 클로닝Cloning
우선, pET-TAL 벡터를 주형 DNA로 하여, TAL-N 및 pET-CPac(서열번호 7) 프라이머 쌍을 이용하여 실시예 1-1과 동일한 방법으로 PCR 한 후, 제한효소 BglII 및 PacI을 처리하였다. 또한, pET-Sam5 벡터를 주형 DNA로 하여, pET-NPac(서열번호 8) 및 Sam5-R 프라이머 쌍을 이용하여 실시예 1-1과 동일한 방법으로 PCR 한 후, 제한효소 PacI 및 HindIII을 처리하였다. 상기 제한효소 처리된 각각의 PCR 산물을 제한효소 BamHI 및 HindIII으로 처리된 pET-28a(+) 벡터와 연결하여, sam8과 sam5가 연결된 pET-T5 벡터를 수득하였다(도 4). 이렇게 제작된 벡터의 sam8 과 sam5 유전자는 각각의 T7 프로모터와 터미네이터를 가진다.First, using the pET-TAL vector as a template DNA, PCR using the TAL-N and pET-CPac (SEQ ID NO: 7) primer pair in the same manner as in Example 1-1, and restriction enzymes Bgl II and Pac I Treated. Further, using the pET-Sam5 vector as the template DNA, PCR using the pET-NPac (SEQ ID NO: 8) and Sam5-R primer pairs in the same manner as in Example 1-1, and restriction enzymes Pac I and Hind III Treated. The limits to the respective PCR product in which the enzyme treatment with restriction enzymes BamH I and Hind III and connecting the pET-28a (+) vector processing to obtain the sam8 and pET-vector sam5 T5 is connected (Fig. 4). The sam8 and sam5 genes of this vector have a T7 promoter and a terminator, respectively.
<2-3> <2-3> 카페익산Cafe Iksan 생성 확인 Confirm creation
상기 pET-T5 벡터가 형질전환된 대장균의 카페익산 생성을 확인하였다.The production of caffeic acid of E. coli transformed with the pET-T5 vector was confirmed.
구체적으로, 실시예 1-2와 동일한 방법으로 상기 형질전환된 대장균을 배양하여 단백질 발현을 유도한 후, 추가 배양 후 상기 세포를 회수하여 카페익산을 추출하여, HPLC 분석을 수행하였다. 이때, 카페익산 표준품은 Sigma(C0625; USA)에서 구입하여 분석하였다.Specifically, the transformed E. coli was cultured in the same manner as in Example 1-2 to induce protein expression, and after further incubation, the cells were recovered to extract caffeic acid, and HPLC analysis was performed. At this time, the caffeic acid standard was purchased from Sigma (C0625; USA) and analyzed.
그 결과, 상기 추출물이 카페익산 표준품과 동일한 시간대(4.2 분)에 동일한 UV 스펙트렘을 가진 피크를 확인하였다(도 5). 또한, sam8의 작용에 의해 4-쿠마린산 생산도 확인되었다.As a result, the extract confirmed the peak with the same UV spectra at the same time zone (4.2 minutes) as the caffeic acid standard (Fig. 5). In addition, 4-coumarinic acid production was also confirmed by the action of sam8 .
<< 실시예Example 3> 3> 카페익산Cafe Iksan O- O- 메틸전이효소Methyltransferase 유전자 gene comcom 클로닝Cloning 및 기능 확인 And check functionality
카페익산 O-메틸전이효소는 카페익산 내 페놀 고리(phenol ring)의 3번 탄소 위치에 수산기(hydroxyl group)를 붙여 메틸화하여 메톡실기(methoxyl group)로 치환하여 페룰린산을 생산하는데에 작용한다.Caffeic acid O-methyltransferase acts to produce ferulic acid by methylation by attaching a hydroxyl group to the
<3-1> <3-1> comcom 클로닝Cloning
Arabidopsis thaliana의 mRNA를 사용하여, 표 1에서 나타낸 COM-F 및 COM-R 프라이머를 이용하여 PCR 방법으로 상기 COMT의 유전자 com(1,092 bp)을 수득하였다. Arabidopsis Using mRNA of thaliana, the COM com gene (1,092 bp) was obtained by PCR using the COM-F and COM-R primers shown in Table 1.
<3-1-1> 주형 <3-1-1> mold DNADNA 수득 purchase
20일 순수 배양된 애기 장대( Arabidopsis thaliana ) 묘목의 잎을 채취하여 RNA는 RNeasy Plant Mini Kit(Qiagen, USA)를 이용하여 제조사의 방법에 따라 분리하였다. 10 ng의 RNA를 주형으로 COMT의 유전자 com의 안티센스 프라이머인 COM-R(서열번호 6) 프라이머를 사용하여 SuperScriptTM III First-Strand Synthesis System(Invitrogen, USA)을 이용하여 제조사의 방법에 따라 cDNA을 만들었다. 20 Day Pure Cultured Baby Pole ( Arabidopsis thaliana ) The leaves of seedlings were harvested and RNA was isolated using the RNeasy Plant Mini Kit (Qiagen, USA) according to the manufacturer's method. 10 ng of the RNA as a template, the antisense primer of the COMT gene com CDNA was made using the COM-R (SEQ ID NO: 6) primer using the SuperScript ™ III First-Strand Synthesis System (Invitrogen, USA) following the manufacturer's method.
<3-1-2> <3-1-2> comcom 클로닝Cloning
구체적으로, 실시예 1-1의 방법으로 COM-F(서열번호 5) 및 COM-R(서열번호 6) 프라이머 쌍 및 실시예 3-1에서 수득한 주형 cDNA를 이용하여 PCR 반응을 수행한 후, 이의 염기서열을 분석한 결과, 상기 서열(서열번호 11)은 기존에 보고된 com 유전자(GeneBank #AY062837)와 개시점으로부터 504번째 뉴클레오티드 T가 C로, 702번째 뉴클레오티드 C가 T로, 및 837번째 뉴클레오티드 G가 A로 점 돌연변이된 것임을 확인하였다(silent mutation).Specifically, the PCR reaction was performed using the pair of the COM-F (SEQ ID NO: 5) and COM-R (SEQ ID NO: 6) primers and the template cDNA obtained in Example 3-1 by the method of Example 1-1. , As a result of analyzing the nucleotide sequence thereof, the sequence (SEQ ID NO: 11) has a previously reported com gene (GeneBank # AY062837) and 504 nucleotide T to C, 702 nucleotide C to T, and 837 from the starting point It was confirmed that the first nucleotide G was point mutated to A (silent mutation).
또한, 상기 PCR 산물을 제한효소 NdeI과 HindIII로 절단한 후, 제한효소 NdeI과 HindIII로 절단한 pET-28a(+) 벡터에 삽입하여 pET-COM 벡터(도 2c)를 수득하였다.In addition, the PCR product was digested with restriction enzymes Nde I and Hind III and then inserted into a pET-28a (+) vector digested with restriction enzymes Nde I and Hind III to obtain a pET-COM vector (FIG. 2C).
<3-2> <3-2> 페룰린산Ferulic acid 생성 확인 Confirm creation
상기 pET-COM 벡터가 형질전환된 대장균의 페룰린산 생성을 확인하였다.The production of E. coli transformed with the pET-COM vector was confirmed.
구체적으로, 실시예 1-2와 동일한 방법으로 상기 형질전환된 대장균을 배양하여 단백질 발현을 유도하였다. 이때 0.01 ㎎/㎖의 농도로 카페익산을 주입하였다. 추가 배양 후, 상기 세포를 회수하여 페룰린산을 추출하여, HPLC 분석을 수행하였다. 이때, 페룰린산 표준품은 Fluka(46280; USA)에서 구입하여 분석하였다.Specifically, the transformed E. coli was cultured in the same manner as in Example 1-2 to induce protein expression. At this time, caffeic acid was injected at a concentration of 0.01 mg / ml. After further incubation, the cells were harvested to extract ferulic acid and subjected to HPLC analysis. At this time, the ferulic acid standard was purchased from Fluka (46280; USA) and analyzed.
그 결과, 상기 추출물이 페룰린산 표준품과 동일한 시간대(6.6 분)에 동일한 UV 스펙트렘을 가진 피크를 확인하였다(도 6).As a result, the extract identified peaks with the same UV spectra at the same time period (6.6 minutes) as the ferulic acid standard (FIG. 6).
<< 실시예Example 4> 4> sam8sam8 , , sam5sam5 및 And comcom 세 유전자의 동시 발현을 통한 Through simultaneous expression of three genes 페룰린산Ferulic acid 생산 production
<4-1> 발현 벡터 제조<4-1> Expression Vector Preparation
sam8, sam5 및 com의 세 유전자가 순차적으로 연결된 벡터를 제작하였다. A vector was constructed in which three genes, sam8 , sam5 and com , were sequentially linked.
구체적으로, 실시예 1-1의 방법으로 TAL-N 및 pET-CPac 프라이머 쌍 및 실시예 1-1에서 수득한 pET-TAL 벡터를 주형 DNA를 이용하여 PCR 반응을 수행하여 sam8 PCR 산물을 수득하였고, 또한, pET-NPac 및 pET-CPac 프라이머 쌍 및 실시예 2-1에서 수득한 pET-Sam5 벡터를 주형 DNA를 이용하여 PCR 반응을 수행하여 sam5 PCR 산물을 수득하였고, 아울러, pET-NPac 및 COM-R 프라이머 쌍 및 실시예 3-1에서 수득한 pET-COM 벡터를 주형 DNA를 이용하여 PCR 반응을 수행하여 com PCR 산물을 수득하였다. 상기 sam8 PCR 산물은 제한효소 BglII 및 PacI으로 절단하였고, sam5 PCR 산물은 제한효소 PacI으로 절단하였고, com PCR 산물은 제한효소 PacI 및 HindIII으로 절단하였다. 또한, pET-28a(+) 벡터를 제한효소 BamHI 및 HindIII으로 절단한 후, CIAP(TAKARA, 일본) 처리를 함으로써 연결(ligation) 효율을 높였다. 이후, 상기 세 유전자의 PCR 산물을 벡터와 연결한 후 대장균에 형질전환하였다. 이때, 절단된 sam8 PCR 산물은 절단된 벡터의 BamHI 위치에 연결되었고, 절단된 com PCR 산물은 벡터의 HindIII 위치에 연결되었다. 또한, 절단된 sam5 PCR 산물은 양쪽을 절단효소 PacI으로 절단하였기 때문에, 클로닝 시 번역 반향과 반대방향으로 연결될 수 있었으나, 서열분석을 통해 최종적으로 확인된 클론(pET-T5M)이 상기 세 유전자가 번역 반향과 같은 방향으로 연결되어 있음을 확인하였다(도 7). 이렇게 제작된 벡터의 sam8, sam5 및 com 유전자는 각각의 T7 프로모터와 터미네이터를 가진다. Specifically, a PCR reaction was performed using TAL-N and pET-CPac primer pairs and the pET-TAL vector obtained in Example 1-1 using template DNA by the method of Example 1-1 to obtain a sam8 PCR product. In addition, PCR reaction was performed using pET-NPac and pET-CPac primer pairs and the pET-Sam5 vector obtained in Example 2-1 using template DNA to obtain a sam5 PCR product, and also, pET-NPac and COM PCR reaction was performed using the -R primer pair and the pET-COM vector obtained in Example 3-1 using template DNA to obtain a com PCR product. The sam8 PCR product was digested with restriction enzymes Bgl II and Pac I, the sam5 PCR product was digested with restriction enzymes Pac I, and the com PCR product was digested with restriction enzymes Pac I and Hind III. In addition, the pET-28a (+) vector was digested with restriction enzymes BamH I and Hind III, and then subjected to CIAP (TAKARA, Japan) treatment to increase ligation efficiency. Thereafter, the PCR products of the three genes were linked to the vector and transformed into E. coli. At this time, the cleaved sam8 PCR product was linked to the BamHI position of the cleaved vector, and the cleaved com PCR product was linked to the Hind III position of the vector. In addition, since the cleaved sam5 PCR product was cleaved on both sides with the cleavage enzyme Pac I, it could be linked in the opposite direction to the translation echo during cloning, but the clone finally identified through sequencing (pET-T5M) was identified as the three genes. It was confirmed that the translation in the same direction as the echo (Fig. 7). The sam8, sam5, and com genes of the thus constructed vector each have a T7 promoter and a terminator.
<4-2> <4-2> 페룰린산Ferulic acid 생성 확인 Confirm creation
상기 pET-T5M이 형질전환된 대장균의 카페익산 생성을 확인하였다.The production of caffeic acid of E. coli transformed with the pET-T5M was confirmed.
구체적으로, 실시예 1-2와 동일한 방법으로 상기 형질전환된 대장균을 배양하여 IPTG로 단백질 발현을 유도하거나 또는 유도하지 않은 후, 추가 배양 후 상기 세포를 회수하여 페룰린산을 추출하여, HPLC 분석을 수행하였다.Specifically, the transformed E. coli was cultured in the same manner as in Example 1-2 to induce or not induce protein expression with IPTG, and after further incubation, the cells were recovered to extract ferulic acid, followed by HPLC analysis. Was performed.
그 결과, 상기 추출물이 페룰린산 표준품과 동일한 시간대(6.6 분)에 동일한 UV 스펙트렘을 가진 피크를 확인하였다(도 8). 또한, IPTG로 단백질 발현을 유도하지 않은 대장균에서도 페룰린산이 소량 검출되었다.As a result, the extract identified peaks with the same UV spectra at the same time period (6.6 minutes) as the ferulic acid standard (FIG. 8). In addition, small amounts of ferulic acid were detected in E. coli, which did not induce protein expression with IPTG.
도 1은 페닐프로파노이드(Phenylpropanoid) 계열의 생합성 경로를 나타낸 도이다.1 is a diagram showing a biosynthetic pathway of the phenylpropanoid series (Phenylpropanoid).
도 2는 pET-TAL, pET-Sam5 및 pET-com 벡터의 개열지도를 나타낸 도이다.2 is a diagram showing a cleavage map of pET-TAL, pET-Sam5 and pET-com vectors.
도 3은 pET-TAL 벡터로 형질전환된 대장균에서의 4-쿠마린산 생성을 확인한 결과를 나타낸 도이다.3 is a diagram showing the results of confirming the production of 4-coumarin acid in E. coli transformed with the pET-TAL vector.
도 4는 카페익산 생합성에 관련된 티로신 암모니아 리아제(Tyrosine ammonia lyase; 이하, TAL)를 암호화하는 유전자(sam8) 및 4-쿠마린산 3-수산화효소(4-coumarate 3-hydroxylase; 이하, C3H)를 암호화하는 유전자(sam5)가 포함된 pET-T5 벡터의 개열지도를 나타낸 도이다.Figure 4 encodes a gene ( sam8 ) and 4-coumarin acid 3-hydroxylase (hereinafter C3H) encoding tyrosine ammonia lyase (hereinafter referred to as TAL) related to caffeic acid biosynthesis Figure shows a cleavage map of the pET-T5 vector containing the gene ( sam5 ).
도 5는 pET-T5 벡터로 형질전환된 대장균에서의 카페익산 생성을 확인한 결과를 나타낸 도이다.5 is a diagram showing the results confirming the caffeic acid production in E. coli transformed with the pET-T5 vector.
도 6은 pET-com 벡터로 형질전환된 대장균에서의 페룰릭산 생성을 확인한 결과를 나타낸 도이다.6 is a diagram showing the results of confirming ferulic acid production in Escherichia coli transformed with a pET-com vector.
도 7은 sam8, sam5 및 카페익산 O-메틸전이효소(Caffeic acid O-methyltransferase; 이하, COMT)를 암호화하는 유전자 (com)가 포함된 pET-T5M 벡터의 개열지도를 나타낸 도이다.7 is a diagram showing a cleavage map of the pET-T5M vector containing a gene ( com ) encoding sam8 , sam5 and Caffeic acid O-methyltransferase (hereinafter, COMT).
도 8은 pET-T5M 벡터로 형질전환된 대장균에서의 페룰릭산 생성을 확인한 결과를 나타낸 도이다:8 is a diagram showing the results of confirming ferulic acid production in Escherichia coli transformed with a pET-T5M vector:
레인 1(검정색 선): IPTG 단백질 발현 유도를 하지 않은 균주; 및,Lane 1 (black line): strain which did not induce IPTG protein expression; And,
레인 2(푸른 선): IPTG 단백질 발현 유도를 한 균주.Lane 2 (blue line): A strain which induced IPTG protein expression.
<110> Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology <120> Genes which are related to 4-Coumaric acid, caffeic acid and ferulic acid biosynthesis and a method of production using thereof <130> 8P-05-72 <160> 11 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 31 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> TAL-N <400> 1 agatctacgc aggtcgtgga acgtcaggct g 31 <210> 2 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> TAL-C <400> 2 aagcttgtgt gctcatccga aatccttc 28 <210> 3 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Sam5-F <400> 3 catatgacca tcacgtcacc tgcgccgg 28 <210> 4 <211> 31 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Sam5-R <400> 4 aagcttcagg tgccggggtt gatcaggtcg g 31 <210> 5 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> COM-F <400> 5 catatgggtt caacggcaga gac 23 <210> 6 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> COM-R <400> 6 aagcttagag cttcttgagt aact 24 <210> 7 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> pET-CPac <400> 7 ttaattaatg cgccgctaca gggcgcgtcc 30 <210> 8 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> pET-NPac <400> 8 ttaattaatc gccgcgacaa tttgcgacgg 30 <210> 9 <211> 1533 <212> DNA <213> Saccharothrix espanaensis <400> 9 atgacgcagg tcgtggaacg tcaggctgat cggctcagca gcagggagta cctggcccgg 60 gtcgtgcgca gcgccgggtg ggacgccggt ctcacctcgt gcaccgacga ggagatcgtc 120 cggatgggcg cgagcgcgcg caccatcgag gagtacctga agtccgacaa gcccatctac 180 ggcctgacgc agggcttcgg tccgctggtg ctgttcgacg ccgactcgga gctggagcag 240 ggcggctcgc tgatctcgca cctgggcacc ggccagggcg cgccactggc cccggaggtg 300 tcgcggctga tcctctggct gcgcatccag aacatgcgca aggggtactc ggcggtctcg 360 ccggtgttct ggcagaagct cgccgacctg tggaacaagg ggttcacccc ggcgatcccc 420 cggcacggca cggtcagcgc gagcggcgac ctgcaaccgc tggcgcacgc cgcgctcgcc 480 ttcaccggtg tcggcgaggc gtggacccgg gacgccgacg gccggtggtc caccgtgccg 540 gccgtggacg cgctcgccgc gctgggggcg gagcccttcg actggccggt gcgcgaggcg 600 ctggcgttcg tcaacgggac cggcgcgagc ctcgcggtgg ctgtgctcaa ccaccggtcc 660 gccctgcggc tggtccgcgc ctgcgccgtg ctctccgcgc ggctggcgac cctgctgggg 720 gccaatcccg agcactacga cgtggggcac ggtgtcgcgc gcggccaggt cggtcagctg 780 accgcggcgg agtggatccg gcaggggctg ccccggggca tggtgcgcga cggcagccgc 840 ccgctccagg agccgtacag cctgcggtgc gcgccgcagg tgctcggcgc ggtgctcgac 900 cagctcgacg gcgcgggcga cgtgctggcg cgggaggtcg acggctgcca ggacaacccg 960 atcacctacg agggcgagct gctgcacggc ggcaacttcc acgccatgcc ggtgggtttc 1020 gcctccgacc agatcgggtt ggccatgcac atggccgcct acctggccga gcgccagctg 1080 ggtctgctgg tcagcccggt gaccaacggc gacctgccgc ccatgctcac cccgcgcgcc 1140 gggcgcggtg ccgggctggc cggggtgcag atcagcgcga cctcgttcgt ctcgcggatc 1200 cggcagctgg tgttccccgc ctcgctgacc accctgccga ccaacggctg gaaccaggac 1260 cacgtgccga tggcgctcaa cggggcgaac tcggtgttcg aggcgttgga gctcggctgg 1320 ctgacggtcg ggtcgctggc ggtgggcgtc gcgcagctcg cggccatgac cggccacgcc 1380 gcggagggcg tctgggcgga gctggccggg atctgcccgc cgctggacgc cgaccgcccg 1440 ctgggcgccg aggtgcgcgc cgcgcgcgac ctgctgtccg cgcacgcgga ccaactgctc 1500 gtcgacgagg cagacgggaa ggatttcgga tga 1533 <210> 10 <211> 1539 <212> DNA <213> Saccharothrix espanaensis <400> 10 atgaccatca cgtcacctgc gccggcgggc cggctcaaca acgtccgccc gatgacgggc 60 gaggagtacc tggaatcact gcgggacggc cgagaggtct acatctacgg cgagcgggtc 120 gacgacgtca ccacgcacct ggccttccgc aacagcgtgc gctccatcgc gcggctctac 180 gacgtgctgc acgacccggc gtccgaaggt gtgctgcggg tgcccaccga caccggcaac 240 ggcgggttca cccacccgtt cttcaagacc gcccggtcgt cggaggacct ggtcgccgcg 300 cgcgaggcca tcgtcggctg gcagcggctg gtgtacgggt ggatgggccg caccccggac 360 tacaaggcgg cgttcttcgg cacgctcgac gccaacgccg agttctacgg gccgttcgag 420 gccaacgccc gccgctggta ccgcgacgcc caggaacggg tgctgtactt caaccacgcg 480 atcgtgcacc cgccggtcga ccgggaccgg cccgccgacc ggaccgccga catctgcgtg 540 cacgtggagg aggagaccga cagcgggttg atcgtctccg gcgccaaggt ggtcgcgacc 600 ggctccgcga tgaccaacgc gaacctcatc gcgcactacg ggcttccggt gcgggacaag 660 aagttcggcc tggtgttcac ggtcccgatg aactcgcccg gcctcaagct catctgccgc 720 acctcctacg agctgatggt cgcgacgcag ggctcgccct tcgactaccc gctgtcgagc 780 cggctcgacg agaacgactc gatcatgatc ttcgaccggg tgctggtgcc ctgggagaac 840 gtgttcatgt acgacgcggg cgcggccaac tccttcgcca ccgggtcagg cttcctcgaa 900 cgcttcacct tccacggctg cacccgcctc gcggtcaagc tggacttcat cgccggctgc 960 gtcatgaagg cggtggaggt caccggcacc acgcacttcc ggggcgtgca ggcgcaggtc 1020 ggcgaagtgc tcaactggcg cgacgtgttc tggggcctgt ccgacgcgat ggccaagtcg 1080 ccgaactcgt gggtcggcgg ctcggtgcag ccgaacctca actacgggct cgcgtaccgc 1140 accttcatgg gcgtgggcta cccgcgcatc aaggagatca tccagcagac cctcggcagc 1200 gggttgatct acctgaactc ctcggccgcc gactggaaga accccgacgt ccgcccgtac 1260 ctcgaccgct acctgcgcgg ctcgcggggc atccaggcga tcgaccgggt caagctgctg 1320 aagctgctgt gggacgcggt cggcaccgag ttcgccggcc ggcacgagct ctacgagcgc 1380 aactacggcg gcgaccacga gggcatccgg gtgcagaccc tgcaggcgta ccaggcgaac 1440 ggccaagccg ccgcgctcaa gggtttcgcc gagcagtgca tgtccgagta cgacctcgac 1500 ggctggacga ggcccgacct gatcaacccc ggcacctga 1539 <210> 11 <211> 1092 <212> DNA <213> Arabidopsis thaliana <400> 11 atgggttcaa cggcagagac acaattaact ccggtgcaag tcaccgacga cgaagctgcc 60 ctcttcgcca tgcaactagc cagtgcttcc gttcttccga tggctttaaa atccgcctta 120 gagcttgacc ttcttgagat tatggccaag aatggttctc ccatgtctcc taccgagatc 180 gcttctaaac ttccgaccaa aaaccctgaa gctccggtca tgctcgaccg tatcctccgt 240 cttcttacgt cttactccgt cttaacctgc tccaaccgta aactttccgg tgatggcgtt 300 gaacggattt acgggcttgg tccggtttgc aagtatttga ccaagaacga agatggtgtt 360 tccattgctg ctctttgtct tatgaaccaa gacaaggttc tcatggaaag ctggtaccat 420 ttgaaggatg caattcttga tggtgggatt ccattcaaca aggcttatgg aatgagcgcg 480 ttcgagtacc acgggactga ccctagattc aacaaggtct ttaacaatgg aatgtctaac 540 cattccacaa tcaccatgaa gaagattctt gagacctata agggttttga aggattgact 600 tctttggttg atgttggtgg tggcattggt gctacactca aaatgattgt ctccaagtac 660 cctaatctta aaggcatcaa ctttgatctc ccacatgtca ttgaagatgc tccttctcat 720 cctggtattg agcatgttgg aggagatatg tttgtaagtg tccctaaagg tgatgccata 780 ttcatgaagt ggatatgtca tgactggagt gacgaacatt gcgtgaaatt cttgaaaaac 840 tgctacgagt cacttccaga ggatggaaaa gtgatattag cagagtgtat acttccagag 900 acaccagact caagcctctc aaccaaacaa gtagtccatg tcgattgcat tatgttggct 960 cacaatcccg gaggcaaaga acgaaccgag aaagagtttg aggcattagc caaagcatca 1020 ggcttcaagg gcatcaaagt tgtctgcgac gcttttggtg ttaaccttat tgagttactc 1080 aagaagctct aa 1092 <110> Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology <120> Genes which are related to 4-Coumaric acid, caffeic acid and ferulic acid biosynthesis and a method of production using about <130> 8P-05-72 <160> 11 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 31 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> TAL-N <400> 1 agatctacgc aggtcgtgga acgtcaggct g 31 <210> 2 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> TAL-C <400> 2 aagcttgtgt gctcatccga aatccttc 28 <210> 3 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Sam5-F <400> 3 catatgacca tcacgtcacc tgcgccgg 28 <210> 4 <211> 31 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Sam5-R <400> 4 aagcttcagg tgccggggtt gatcaggtcg g 31 <210> 5 <211> 23 <212> DNA <213> 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gagcggcgac ctgcaaccgc tggcgcacgc cgcgctcgcc 480 ttcaccggtg tcggcgaggc gtggacccgg gacgccgacg gccggtggtc caccgtgccg 540 gccgtggacg cgctcgccgc gctgggggcg gagcccttcg actggccggt gcgcgaggcg 600 ctggcgttcg tcaacgggac cggcgcgagc ctcgcggtgg ctgtgctcaa ccaccggtcc 660 gccctgcggc tggtccgcgc ctgcgccgtg ctctccgcgc ggctggcgac cctgctgggg 720 gccaatcccg agcactacga cgtggggcac ggtgtcgcgc gcggccaggt cggtcagctg 780 accgcggcgg agtggatccg gcaggggctg ccccggggca tggtgcgcga cggcagccgc 840 ccgctccagg agccgtacag cctgcggtgc gcgccgcagg tgctcggcgc ggtgctcgac 900 cagctcgacg gcgcgggcga cgtgctggcg cgggaggtcg acggctgcca ggacaacccg 960 atcacctacg agggcgagct gctgcacggc ggcaacttcc acgccatgcc ggtgggtttc 1020 gcctccgacc agatcgggtt ggccatgcac atggccgcct acctggccga gcgccagctg 1080 ggtctgctgg tcagcccggt gaccaacggc gacctgccgc ccatgctcac cccgcgcgcc 1140 gggcgcggtg ccgggctggc cggggtgcag atcagcgcga cctcgttcgt ctcgcggatc 1200 cggcagctgg tgttccccgc ctcgctgacc accctgccga ccaacggctg gaaccaggac 1260 cacgtgccga tggcgctcaa cggggcgaac tcggtgttcg aggcgttgga gctcggctgg 1320 ctgacggtcg ggtcgctggc ggtgggcgtc gcgcagctcg cggccatgac cggccacgcc 1380 gcggagggcg tctgggcgga gctggccggg atctgcccgc cgctggacgc cgaccgcccg 1440 ctgggcgccg aggtgcgcgc cgcgcgcgac ctgctgtccg cgcacgcgga ccaactgctc 1500 gtcgacgagg cagacgggaa ggatttcgga tga 1533 <210> 10 <211> 1539 <212> DNA <213> Saccharothrix espanaensis <400> 10 atgaccatca cgtcacctgc gccggcgggc cggctcaaca acgtccgccc gatgacgggc 60 gaggagtacc tggaatcact gcgggacggc cgagaggtct acatctacgg cgagcgggtc 120 gacgacgtca ccacgcacct ggccttccgc aacagcgtgc gctccatcgc gcggctctac 180 gacgtgctgc acgacccggc gtccgaaggt gtgctgcggg tgcccaccga caccggcaac 240 ggcgggttca cccacccgtt cttcaagacc gcccggtcgt cggaggacct ggtcgccgcg 300 cgcgaggcca tcgtcggctg gcagcggctg gtgtacgggt ggatgggccg caccccggac 360 tacaaggcgg cgttcttcgg cacgctcgac gccaacgccg agttctacgg gccgttcgag 420 gccaacgccc gccgctggta ccgcgacgcc caggaacggg tgctgtactt caaccacgcg 480 atcgtgcacc cgccggtcga ccgggaccgg cccgccgacc ggaccgccga catctgcgtg 540 cacgtggagg aggagaccga cagcgggttg atcgtctccg gcgccaaggt ggtcgcgacc 600 ggctccgcga tgaccaacgc gaacctcatc gcgcactacg ggcttccggt gcgggacaag 660 aagttcggcc tggtgttcac ggtcccgatg aactcgcccg gcctcaagct catctgccgc 720 acctcctacg agctgatggt cgcgacgcag ggctcgccct tcgactaccc gctgtcgagc 780 cggctcgacg agaacgactc gatcatgatc ttcgaccggg tgctggtgcc ctgggagaac 840 gtgttcatgt acgacgcggg cgcggccaac tccttcgcca ccgggtcagg cttcctcgaa 900 cgcttcacct tccacggctg cacccgcctc gcggtcaagc tggacttcat cgccggctgc 960 gtcatgaagg cggtggaggt caccggcacc acgcacttcc ggggcgtgca ggcgcaggtc 1020 ggcgaagtgc tcaactggcg cgacgtgttc tggggcctgt ccgacgcgat ggccaagtcg 1080 ccgaactcgt gggtcggcgg ctcggtgcag ccgaacctca actacgggct cgcgtaccgc 1140 accttcatgg gcgtgggcta cccgcgcatc aaggagatca tccagcagac cctcggcagc 1200 gggttgatct acctgaactc ctcggccgcc gactggaaga accccgacgt ccgcccgtac 1260 ctcgaccgct acctgcgcgg ctcgcggggc atccaggcga tcgaccgggt caagctgctg 1320 aagctgctgt gggacgcggt cggcaccgag ttcgccggcc ggcacgagct ctacgagcgc 1380 aactacggcg gcgaccacga gggcatccgg gtgcagaccc tgcaggcgta ccaggcgaac 1440 ggccaagccg ccgcgctcaa gggtttcgcc gagcagtgca tgtccgagta cgacctcgac 1500 ggctggacga ggcccgacct gatcaacccc ggcacctga 1539 <210> 11 <211> 1092 <212> DNA <213> Arabidopsis thaliana <400> 11 atgggttcaa cggcagagac acaattaact ccggtgcaag tcaccgacga cgaagctgcc 60 ctcttcgcca tgcaactagc cagtgcttcc gttcttccga tggctttaaa atccgcctta 120 gagcttgacc ttcttgagat tatggccaag aatggttctc ccatgtctcc taccgagatc 180 gcttctaaac ttccgaccaa aaaccctgaa gctccggtca tgctcgaccg tatcctccgt 240 cttcttacgt cttactccgt cttaacctgc tccaaccgta aactttccgg tgatggcgtt 300 gaacggattt acgggcttgg tccggtttgc aagtatttga ccaagaacga agatggtgtt 360 tccattgctg ctctttgtct tatgaaccaa gacaaggttc tcatggaaag ctggtaccat 420 ttgaaggatg caattcttga tggtgggatt ccattcaaca aggcttatgg aatgagcgcg 480 ttcgagtacc acgggactga ccctagattc aacaaggtct ttaacaatgg aatgtctaac 540 cattccacaa tcaccatgaa gaagattctt gagacctata agggttttga aggattgact 600 tctttggttg atgttggtgg tggcattggt gctacactca aaatgattgt ctccaagtac 660 cctaatctta aaggcatcaa ctttgatctc ccacatgtca ttgaagatgc tccttctcat 720 cctggtattg agcatgttgg aggagatatg tttgtaagtg tccctaaagg tgatgccata 780 ttcatgaagt ggatatgtca tgactggagt gacgaacatt gcgtgaaatt cttgaaaaac 840 tgctacgagt cacttccaga ggatggaaaa gtgatattag cagagtgtat acttccagag 900 acaccagact caagcctctc aaccaaacaa gtagtccatg tcgattgcat tatgttggct 960 cacaatcccg gaggcaaaga acgaaccgag aaagagtttg aggcattagc caaagcatca 1020 ggcttcaagg gcatcaaagt tgtctgcgac gcttttggtg ttaaccttat tgagttactc 1080 aagaagctct aa 1092
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