KR20150048299A - Anthranilate Synthase Mutant Having Activity of Increasing Amino Acid Content in Plant and Use Thereof - Google Patents

Anthranilate Synthase Mutant Having Activity of Increasing Amino Acid Content in Plant and Use Thereof Download PDF

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KR20150048299A
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강권규
정유진
이혜정
조용구
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충북대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a manufacturing method of an anthranilate synthase mutant for increasing amino acid content in a plant, a nucleic acid molecule coding the mutant, genetically modified organisms transformed by the nucleic acid, and the genetically modified organisms. The anthranilate synthase mutant can be effectively used for increasing amino acid content in a plant, and particularly, developing genetically modified rice which produces high quality rice containing amino acid at high content.

Description

식물에서 아미노산 함량을 증가시키는 안쓰라닐레이트 합성효소 변이체 및 이의 용도{Anthranilate Synthase Mutant Having Activity of Increasing Amino Acid Content in Plant and Use Thereof} Anthranilate synthase mutants which increase amino acid content in plants and uses thereof <br> Anthranilate Synthase Mutant Having Activity Amounts of Amino Acid Content in Plant and Use Thereof

본 발명은 식물에서 아미노산 함량을 증가시키는 안쓰라닐레이트 합성효소 변이체 및 이의 용도에 관한 것이다.
The present invention relates to anthranilate synthase mutants that increase the amino acid content in plants and uses thereof.

안쓰라닐레이트 합성효소(Anthranilate Synthase, AS, EC 4.1.3.27)는 방향족 아미노산 시키메이트(shikimate)로부터 트립토판을 생합성하는 반응의 최초 반응인 코리스메이트(chorismate)를 안쓰라닐레이트로 변환하는 반응을 촉매하는 효소이다. 고등식물에서 트립토판 생합성 경로는 단백질 합성을 위한 아미노산을 제공하는 제1의 목적이외에, 중요하고 다양한 2차 대사산물의 합성에 필요한 전구체를 생성하는데 사용된다. 트립토판 생합성의 최초 반응을 촉매하는 효소인 안쓰라닐레이트 합성효소는 트립토판에 의한 피드백 억제(feedback inhibition)을 받는다. Anthranilate Synthase (AS, EC 4.1.3.27) is an enzyme that converts chorismate, the initial reaction of tryptophan biosynthesis from aromatic amino acid shikimate, to anthranilate Catalyzing enzyme. In higher plants, the tryptophan biosynthetic pathway is used to generate precursors necessary for the synthesis of important and diverse secondary metabolites, in addition to the primary purpose of providing amino acids for protein synthesis. Anthranilate synthase, an enzyme that catalyzes the initial reaction of tryptophan biosynthesis, undergoes feedback inhibition by tryptophan.

라이신, 메치오닌, 트립토판과 같은 필수아미노산은 쌀과 같은 식품의 영양가 개선에 매우 중요하지만, 많은 작물에서 이들 필수아미노산 함량은 제한적이어서, 고품질 쌀 품종의 육성을 위해서는 돌연변이체의 이용이나 생명공학기술의 활용이 매우 절실하다. 쌀의 경쟁력을 높이기 위해 벼 품질강화를 위한 기초연구가 필요한데, 특히, 고품질미와 밀접한 관련이 있는 트립토판 생합성에 관여하는 안쓰라닐레이트합성효소의 피드백 억제(feedback inhibition) 기능 분석 및 피드백 억제에 둔감한 돌연변이 개발을 통하여 고함량 트립토판 생산 벼의 개발이 필요하다. 트립토판의 생합성은 안쓰라닐레이트 합성효소의 α-서브유닛이 트립토판 생합성 회로의 최종 산물인 트립토판에 의한 피드백 억제의 표적이 되어 효소 활성을 조절한다. 따라서, 안쓰라닐레이트 합성효소가 트립토판에 의한 피드백 억제에 대해 둔감한 돌연변이체를 제작하면 필수아미노산인 트립토판을 다량 축적하는 형질전환 식물체를 개발할 수 있다.
Essential amino acids such as lysine, methionine, and tryptophan are very important for improving the nutritional value of foods such as rice. However, since the content of these essential amino acids is limited in many crops, the use of mutants or biotechnology This is very urgent. In order to increase the competitiveness of rice, basic research for rice quality improvement is needed. In particular, analysis of feedback inhibition function of anthranilate synthase involved in tryptophan biosynthesis, which is closely related to high quality rice, Development of high-yield tryptophan-producing rice is required through mutation development. The biosynthesis of tryptophan is regulated by the α-subunit of anthranilate synthase, which is the target of feedback suppression by tryptophan, the final product of the tryptophan biosynthesis circuit. Therefore, when anthranilate synthase produces a mutant insensitive to feedback inhibition by tryptophan, a transgenic plant capable of accumulating a large amount of tryptophan, which is an essential amino acid, can be developed.

본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.
Numerous papers and patent documents are referenced and cited throughout this specification. The disclosures of the cited papers and patent documents are incorporated herein by reference in their entirety to better understand the state of the art to which the present invention pertains and the content of the present invention.

한국공개특허 제2009-0058519호Korean Patent Publication No. 2009-0058519 미국공개특허 US2003/0213010US Patent Publication No. US 2003/0213010

본 발명자들은 유리 아미노산을 고함량으로 함유하는 쌀을 생산할 수 있는 개량 벼를 분자 유전학적 방법을 이용하여 개발하기 위해 연구 노력하였다. 그 결과, 트립토판 생합성 경로에서 트립토판에 의한 피드백 억제에 둔감한 안쓰라닐레이트 합성효소 변이체를 유도하였으며, 이 변이체 유전자를 벼에 도입시켜 형질전환벼를 성공적으로 제작하였고, 제작한 형질전환벼의 쌀에 트립토판 등의 유리 아미노산이 고함량으로 함유되어 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다. The present inventors have made efforts to develop a modified rice which can produce rice containing a high content of free amino acid by using a molecular genetic method. As a result, anthranilate synthase mutants insensitive to the suppression of the feedback by tryptophan in the tryptophan biosynthetic pathway were induced. The mutant gene was introduced into rice to successfully produce transgenic rice, and the transgenic rice And free tryptophan such as tryptophan was contained in a high content. Thus, the present invention was completed.

본 발명의 목적은 식물에서 아미노산의 함량을 증가시킬 수 있는 안쓰라닐레이트 합성효소 변이체를 제공하데 있다. It is an object of the present invention to provide anthranilate synthase mutants capable of increasing the content of amino acids in plants.

본 발명의 다른 목적은 상기 변이체를 코딩하는 핵산 분자를 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a nucleic acid molecule encoding said variant.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 핵산 분자를 포함하는 재조합 벡터를 제공하는 데 있다. It is another object of the present invention to provide a recombinant vector comprising the nucleic acid molecule.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 핵산 분자를 포함하는 형질전환 숙주세포 또는 형질전환 식물체를 제공하는 데 있다. It is another object of the present invention to provide a transformed host cell or a transgenic plant comprising the nucleic acid molecule.

본 발명의 또 다른 목적은 식물에서 아미노산의 함량을 증가시키는 방법을 제공하는 데 있다. It is another object of the present invention to provide a method for increasing the content of amino acids in plants.

본 발명의 또 다른 목적은 아미노산의 함량이 증가된 식물체를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
It is another object of the present invention to provide a method for producing a plant having an increased amino acid content.

본 발명의 목적 및 장점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구의 범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.
The objects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the invention, claims and drawings.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 식물에서 아미노산의 함량을 증가시키는 특성을 가지며 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 것을 특징으로 하는 안쓰라닐레이트 합성효소(Anthranilate Synthase) 변이체를 제공한다. According to one aspect of the present invention, there is provided an Anthranilate Synthase mutant having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, which has the property of increasing the content of amino acids in plants.

본 발명에서의 안쓰라닐레이트 합성효소는 식물의 트립토판 생합성 경로에서 트립토판의 생합성 속도를 조절하는 핵심 효소로서, 이 효소의 α-서브유닛이 생합성 경로의 최종산물인 트립토판에 의한 피드백 억제를 받는 것으로 알려져 있다. Anthranilate synthase in the present invention is a key enzyme that regulates the rate of tryptophan biosynthesis in the tryptophan biosynthetic pathway of a plant. The α-subunit of this enzyme undergoes feedback suppression by tryptophan, which is the final product of the biosynthetic pathway It is known.

본 발명의 안쓰라닐레이트 합성효소 변이체는 야생형의 아미노산 서열(서열번호 7) 중에서 S126F 및 L530D의 이중변이(double mutation)를 포함하며, 트립토판에 의한 피드백 억제 작용이 소멸 또는 완화된 변이체인 것으로 추정된다. Anthranilate synthase mutant of the present invention includes a double mutation of S126F and L530D among the wild-type amino acid sequence (SEQ ID NO: 7), and it is presumed that the mutation of the feedback inhibitory action by tryptophan is eliminated or mitigated do.

본 발명의 안쓰라닐레이트 합성효소 변이체 식물에서 유리 아미노산의 함량을 증가시키는 특성을 갖는다. 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 식물에서 함량이 증가되는 아미노산은 트립토판, 페닐알라닌, 트레오닌, 세린, 아스파라긴, 아르기닌, 및 발린을 포함하나 이에 한정되지 않는다. Anthranilate synthase mutant of the present invention has the property of increasing the content of free amino acid in plants. According to a preferred embodiment of the present invention, the amino acid whose content is increased in the plant includes but is not limited to tryptophan, phenylalanine, threonine, serine, asparagine, arginine, and valine.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 식물은 벼, 밀, 보리, 옥수수, 대두, 감자, 밀, 팥, 귀리, 수수 등의 식량 작물류; 애기장대, 배추, 무, 고추, 딸기, 토마토, 수박, 오이, 양배추, 참외, 호박, 파, 양파 및 당근 등의 채소 작물류; 인삼, 담배, 목화, 참깨, 사탕수수, 사탕무우, 들깨, 땅콩 및 유채 등의 특용 작물류; 사과나무, 배나무, 대추나무, 복숭아, 양다래, 포도, 감귤, 감, 자두, 살구 및 바나나 등의 과수류; 장미, 글라디올러스, 거베라, 카네이션, 국화, 백합 및 튤립 등의 화훼류; 및 라이그라스, 레드클로버, 오차드그라스, 알파알파, 톨페스큐 및 페레니얼라이그라스 등의 사료 작물류을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 상기 식물은 보다 바람직하게는 벼, 밀, 보리, 옥수수, 담배, 감자, 토마토, 또는 고구마이며, 가장 바람직하게는 벼이다. According to a preferred embodiment of the present invention, the plant of the present invention is a food crop such as rice, wheat, barley, corn, soybean, potato, wheat, red bean, oats, sorghum; Vegetable crops such as Arabidopsis, cabbage, radish, red pepper, strawberry, tomato, watermelon, cucumber, cabbage, melon, squash, onions, onions and carrots; Special crops such as ginseng, tobacco, cotton, sesame, sugar cane, beet, perilla, peanut and rape; Apple trees, pears, jujube trees, peaches, sheep grapes, grapes, citrus fruits, persimmons, plums, apricots and banana; Roses, gladiolus, gerberas, carnations, chrysanthemums, lilies and tulips; And feed crops such as ragras, red clover, orchardgrass, alpha-alpha, tall fescue and perennialla grass. The plant is more preferably rice, wheat, barley, corn, tobacco, potato, tomato, or sweet potato, most preferably rice.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상기 안쓰라닐레이트 합성효소 변이체를 코딩하는 핵산 분자를 제공한다. According to another aspect of the present invention, the present invention provides a nucleic acid molecule encoding said angiotensin converting enzyme mutant.

본 명세서에서 용어 핵산 분자는 "폴리뉴클레오타이드", "폴리뉴클레오타이드 분자" 또는 "폴리뉴클레오타이드 서열" 과 동일한 의미로 사용된다. 핵산 분자 또는 폴리뉴클레오타이드 분자는 뉴클레오타이드 모노머(monomer)가 공유결합에 의해 길게 사슬모양으로 이어진 뉴클레오타이드의 폴리머(polymer)로 일정한 길이 이상의 DNA(deoxyribonucleic acid) 또는 RNA(ribonucleic acid) 가닥을 의미한다. The term nucleic acid molecule as used herein has the same meaning as "polynucleotide "," polynucleotide molecule ", or "polynucleotide sequence ". A nucleic acid molecule or a polynucleotide molecule is a polymer of a nucleotide in which a nucleotide monomer is linked by a covalent bond in a long chain, and means a DNA (deoxyribonucleic acid) or a ribonucleic acid strand of a certain length or longer.

본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 안쓰라닐레이트 합성효소 변이체를 코딩하는 핵산 분자는 서열번호 2에 개시된 폴리뉴클레오타이드 서열을 갖는다. According to a preferred embodiment of the present invention, the nucleic acid molecule encoding the angiotensin converting enzyme variant has the polynucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 2.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상기 안쓰라닐레이트 합성효소 변이체를 코딩하는 핵산 분자를 포함하는 재조합 벡터를 제공한다. According to another aspect of the present invention, the present invention provides a recombinant vector comprising a nucleic acid molecule encoding said angiotensin converting enzyme mutant.

본 발명의 벡터는 상기 안쓰라닐레이트 합성효소 변이체를 코딩하는 폴리뉴클레오타이드(핵산 분자)는 이의 복제 또는 발현을 위한 원핵 또는 진핵세포에 형질전환시키기 위한 벡터에 클로닝될 수 있다. 본 발명의 벡터는 예를 들어 플라스미드, 또는 셔틀(shuttle) 벡터, 박테리아 발현용 또는 클로닝용의 원핵세포용 벡터일 수 있으며, 효모세포용 벡터, 곤충세포용 벡터, 식물세포용, 동물세포용 벡터와 같은 진핵성 벡터일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 벡터는 DNA 재조합 기술을 이용한 공지된 방법에 따라 당업자가 용이하게 제조할 수 있으며, 이에 관한 내용은 예를 들어 선행 문헌 "Sambrook et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual(2nd ed. 1989; 3rd ed., 2001)"; "Kriegler, Gene Transfer and Expression: A Laboratory Manual(1990)"; 및 "Current Protocols in Molecular Biology(Ausubel et al., supra. Bacterial expression systems for expressing the ZFP are available in, e.g., E. coli, Bacillus sp., and Salmonella (Palva et al., Gene 22:229- 235(1983))"에 설명되어 있으며, 이들 문헌은 본 명세서에 참조로 삽입된다. The vector of the present invention may be a polynucleotide (nucleic acid molecule) encoding the antranaate synthase mutant, which may be cloned into a vector for transformation into prokaryotic or eukaryotic cells for its replication or expression. The vector of the present invention may be, for example, a plasmid or a shuttle vector, a vector for prokaryotic cells for bacterial expression or cloning, and may be a vector for yeast cells, a vector for insect cells, a vector for plant cells, But are not limited to, eukaryotic vectors such as &lt; RTI ID = 0.0 &gt; The vector of the present invention can be easily produced by a person skilled in the art according to a known method using DNA recombinant technology, for example, in Sambrook et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual (2nd ed. 1989 ; 3rd ed., 2001); "Kriegler, Gene Transfer and Expression: A Laboratory Manual (1990)"; And Bacillus sp., And Salmonella (Palva et al., Gene 22: 229-235), for example, in Bacillus spp., And in Current Protocols in Molecular Biology (Ausubel et al., Supra. (1983)), which are incorporated herein by reference.

본 발명의 벡터에서 안쓰라닐레이트 합성효소 변이체를 코딩하는 폴리뉴클레오타이드 서열은 발현조절서열(예컨대 프로모터 서열)에 작동 가능하게 연결된다. 본 명세서에서 용어 "작동 가능하게 연결된"은 발현조절서열이 안쓰라닐레이트 합성효소 변이체를 코딩하는 폴리뉴클레오타이드 서열의 전사(transcription) 및 번역(translation)을 조절하도록 연결된 것을 의미하며, 발현 조절 서열의 조절하에 폴리뉴클레오타이드 서열이 발현되어 폴리뉴클레오타이드 서열에 의해 코딩되는 안쓰라닐레이트 합성효소 변이체가 생성되도록 번역 프레임(translation frame)이 정확히 유지되는 것을 포함한다. The polynucleotide sequence encoding anthranilate synthase variant in the vector of the present invention is operably linked to an expression control sequence (e.g., a promoter sequence). As used herein, the term "operably linked" means that the expression control sequence is linked to regulate transcription and translation of polynucleotide sequences encoding anthranilate synthase variants, Includes the precise maintenance of the translation frame so that the polynucleotide sequence is expressed under control to produce anthranilate synthase variants that are encoded by the polynucleotide sequence.

본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 본 발명의 벡터는 식물 유전자의 조절을 위해 사용될 수 있으며, 이 경우 식물세포에서의 항시성(constitutive) 또는 유도성(inducible) 프로모터를 사용한다. 식물세포에서 사용할 수 있는 프로모터는 예컨대, 애기장대(A. thaliana)의 유비퀴틴-3(ubi-3) 유래 프로모터 서열(Callis, et al., 1990, J. Biol. Chem. 265-12486-12493), 아그로박테리움 투메파시엔스(A. tumifaciens) 만노핀 합성효소 유래 프로모터 서열(미국특허 제6,730,824호), 및/또는 CsVMV(Cassava vein mosaic virus) 유래 프로모터 서열(Verdaguer et al., 1996, Plant Molecular Biology 31:1129-1139)을 들 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. According to a preferred embodiment of the present invention, the vector of the present invention can be used for the regulation of plant genes, in which case constitutive or inducible promoters in plant cells are used. Promoters that can be used in plant cells include, for example, the ubiquitin-3 promoter sequences of A. thaliana (Callis, et al., 1990, J. Biol. Chem. 265-12486-12493) , The promoter sequence derived from the A. tumefaciens mannopin synthase-derived promoter sequence (US Patent No. 6,730,824), and / or the CsVMV (Cassava vein mosaic virus) -derived promoter sequence (Verdaguer et al., 1996, Plant Molecular Biology 31: 1129-1139).

본 발명의 발현 벡터는 전형적으로 원핵 또는 진핵 숙주세포에서 핵산을 발현시키는 데에 요구되는 모든 추가적인 요소를 함유하는 발현 카세트 또는 전사 단위를 포함한다. 따라서, 본 발명의 벡터는 안쓰라닐레이트 합성효소를 코딩하는 폴리뉴클레오타이드 서열과 작동적으로 연결된 프로모터 이외에, 전사체의 효율적인 폴리아데닐화 서열, 전사 종결, 리보솜 결합 부위, 또는 번역 종결에 요구되는 신호서열을 포함하며, 부가적 요소로서, 증강요소(enhancer element), 이종 스플라이싱 신호 또는 핵 국재화 신호(NLS) 등이 포함될 수 있다. Expression vectors of the invention typically include expression cassettes or transcription units containing all the additional elements required to express the nucleic acid in prokaryotic or eukaryotic host cells. Therefore, the vector of the present invention may contain, in addition to the promoter operably linked to the polynucleotide sequence encoding anthranilate synthase, an efficient polyadenylation sequence of the transcript, a transcription termination, a ribosome binding site, or a signal required for translation termination Sequence, and may include, as an additional element, an enhancer element, a heterologous splicing signal or a nuclear localization signal (NLS).

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상기 안쓰라닐레이트 합성효소 변이체를 코딩하는 핵산 분자를 포함하는 형질전환 숙주 세포를 제공한다. According to another aspect of the present invention, the present invention provides a transformed host cell comprising a nucleic acid molecule encoding said angiotensin converting enzyme mutant.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상기 안쓰라닐레이트 합성효소 변이체를 코딩하는 핵산 분자를 포함하는 형질전환 식물체를 제공한다. According to another aspect of the present invention, the present invention provides a transgenic plant comprising a nucleic acid molecule encoding said anganatyl synthase mutant.

상기 형질전환 숙주 세포는 바람직하게는 박테리아 세포 또는 식물 세포이며, 상기 박테리아 세포는 바람직하게는 아그로박테리움 세포이다. The transformed host cell is preferably a bacterial cell or a plant cell, and the bacterial cell is preferably an Agrobacterium cell.

본 발명에서 사용되는 용어 "형질전환"과 "도입" 은 서로 동일한 의미로 사용되며, 사용된 방법에 관계없이 외래 폴리뉴클레오타이드 서열을 숙주 세포로의 전달을 포함한다. As used herein, the terms "transformation" and "introduction" are used interchangeably and include transfer of an exogenous polynucleotide sequence to a host cell, regardless of the method used.

본 발명의 재조합 벡터를 사용한 형질전환에 이용될 수 있는 식물조직은 기관 발생이나 배 발생에 의하여 클론 번식이 가능하여, 전체의 식물체가 조직으로부터 재생될 수 있는 조직이다. 형질전환에 이용되는 특정 조직은 형질전환될 특정 종에서 이용 가능한 것으로서 가장 적합한 클론 번식 시스템에 따라 다양하게 선택된다. 예컨대 전형적인 형질전환 타겟 조직은 잎 디스크, 종자, 화분, 배, 자엽, 하배축, 대배우체, 캘러스 조직, 분열조직(예를 들면, 정단 분열조직, 액아, 및 뿌리 분열 조직), 및 유도된 분열조직(예를 들면, 자엽 분열조직 및 하배축 분열조직)을 포함한다. The plant tissue that can be used for transformation using the recombinant vector of the present invention is a tissue capable of cloning propagation by organogenesis or embryogenesis and allowing the entire plant to be regenerated from the tissue. The particular tissue used for the transformation will be available in a particular species to be transformed and will be selected according to the most suitable clonal propagation system. For example, typical transgenic target tissues include, but are not limited to, leaf discs, seeds, pollen, stomach, cotyledon, hypocotyl, large gammgut, callus tissue, fissured tissue (e.g., apical mitotic tissue, (E.g., cotyledonary tissue and hypocotyledonous tissue).

본 발명에서 도입되는 안쓰라닐레이트 합성효소 변이체 코딩 폴리뉴클레오타이드는 일시적으로 또는 안정적으로 숙주 세포에 도입되며 예를 들면, 플라스미드처럼 비통합적으로 유지될 수 있으며, 또는 숙주의 지놈(genome)안으로 통합될 수 있다. 제조된 형질전환 식물 세포는 당업자에게 주지된 방식으로 형질전환 식물을 재생하는데 사용된다. Anthranilate synthase mutant coding polynucleotides introduced in the present invention can be transiently or stably introduced into a host cell and can be maintained non-integrally, for example, as a plasmid, or integrated into a host's genome . The transgenic plant cells produced are used to regenerate transgenic plants in a manner known to those skilled in the art.

본 발명에서 사용될 수 있는 형질전환 방법은 리포좀, 전기천공법, 유리 DNA 흡수를 증가시키는 화학물질, 식물체 내로 DNA의 직접적인 주입, 입자총 충격법, 바이러스 또는 화분을 이용한 형질전환 및 미세주입법(microprojection), 원형질에 대한 칼슘/폴리에틸렌글리콜법(Krenset et al, 1982; Negrutiu et al, 1987), 원형질의 전기천공법(Shillito et al, 1985), 미세주사법(microinjection)(Crossway et al, 1986), DNA 또는 RNA 코팅된 입자 충격법(Klein et al, 1987), 바이러스 감염에 의한 방법, 및 아그로박테리움 투메파시엔스(Agrobacterium tumefaciens)-매개 형질전환법을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. Transformation methods that can be used in the present invention include, but are not limited to, liposomes, electroporation, chemicals that increase absorption of free DNA, direct injection of DNA into plants, particle gun stunting, transformation or microprojection using viruses or pollen, (Krenset et al, 1982; Negrutiu et al, 1987), electroporation of protoplasm (Shillito et al, 1985), microinjection (Crossway et al, 1986), DNA Or RNA coated particle impact method (Klein et al, 1987), methods by virus infection, and Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation methods.

온전한 식물로 재생되는 체세포의 형질전환 외에, 식물의 분열조직 특히 종자로 발달하는 세포의 형질전환이 가능하다. 이 경우에, 형질전환된 종자는 자연적인 식물 발달 과정을 거쳐 형질전환 식물이 된다. 예를 들어, 형질전환시킬 식물체의 종자를 재조합 발현 벡터를 갖는 아그로박테리움 투메파시엔스로 처리하여 형질전환된 종자를 얻고, 형질전환된 종자가 형질전환 식물체로 생장된다. In addition to transgenic somatic cells that are reproduced as whole plants, it is possible to transform cells that develop into the splitting tissue of plants, especially seeds. In this case, the transformed seed is transformed through natural plant development. For example, seeds of the plant to be transformed are treated with Agrobacterium tumefaciens having a recombinant expression vector to obtain transformed seeds, and the transformed seeds are grown into transgenic plants.

본 발명의 형질전환 식물체는 바람직하게는 벼, 밀, 보리, 옥수수, 대두, 감자, 밀, 팥, 귀리, 수수 등의 식량 작물류; 애기장대, 배추, 무, 고추, 딸기, 토마토, 수박, 오이, 양배추, 참외, 호박, 파, 양파 및 당근 등의 채소 작물류; 인삼, 담배, 목화, 참깨, 사탕수수, 사탕무우, 들깨, 땅콩 및 유채 등의 특용 작물류; 사과나무, 배나무, 대추나무, 복숭아, 양다래, 포도, 감귤, 감, 자두, 살구 및 바나나 등의 과수류; 장미, 글라디올러스, 거베라, 카네이션, 국화, 백합 및 튤립 등의 화훼류; 및 라이그라스, 레드클로버, 오차드그라스, 알파알파, 톨페스큐 및 페레니얼라이그라스 등의 사료 작물류을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 상기 형질전환 식물체는 바람직하게는 벼, 밀, 보리, 옥수수, 담배, 감자, 토마토, 또는 고구마이며, 가장 바람직하게는 벼이다. The transgenic plants of the present invention are preferably food crops such as rice, wheat, barley, corn, soybean, potato, wheat, red bean, oats, sorghum; Vegetable crops such as Arabidopsis, cabbage, radish, red pepper, strawberry, tomato, watermelon, cucumber, cabbage, melon, squash, onions, onions and carrots; Special crops such as ginseng, tobacco, cotton, sesame, sugar cane, beet, perilla, peanut and rape; Apple trees, pears, jujube trees, peaches, sheep grapes, grapes, citrus fruits, persimmons, plums, apricots and banana; Roses, gladiolus, gerberas, carnations, chrysanthemums, lilies and tulips; And feed crops such as ragras, red clover, orchardgrass, alpha-alpha, tall fescue and perennialla grass. The transgenic plants are preferably rice, wheat, barley, corn, tobacco, potatoes, tomatoes, or sweet potatoes, most preferably rice.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상기한 안쓰라닐레이트 합성효소 변이체를 코딩하는 핵산 분자를 식물체에 도입시키는 단계를 포함하는 식물에서 아미노산의 함량을 증가시키는 방법을 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method for increasing the content of amino acids in a plant, comprising introducing a nucleic acid molecule encoding the anthranilate synthase mutant into a plant.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 아미노산의 함량이 증가된 식물체를 제조하는 방법을 제공한다: (a) 상기한 재조합 벡터를 제조하는 단계; (b) 상기 단계 (a)에서 제조한 재조합 벡터를 식물체 세포에 도입하여 형질전환 식물체를 제조하는 단계; 및 (c) 상기 단계 (b)에서 제조한 형질전환 식물체 중에서 안쓰라닐레이트 합성효소 변이체 유전자가 도입된 형질전환 식물체를 선별하는 단계. According to another aspect of the present invention, the present invention provides a method of producing a plant having an increased amino acid content comprising the steps of: (a) preparing the above recombinant vector; (b) introducing the recombinant vector prepared in step (a) into a plant cell to produce a transgenic plant; And (c) selecting transgenic plants into which the anthranilate synthase mutant gene has been introduced, among the transgenic plants prepared in the step (b).

본 발명의 방법에서 상기 본 발명의 재조합 벡터를 제조하는 방법 및 재조합 벡터를 식물체 세포에 도입하여 형질전환 식물체를 제조하는 방법은 상기에서 이미 설명된 본 발명의 재조합 벡터 및 재조합 벡터로 형질전환된 숙주세포 및 형질전환 식물체에서 설명된 방법과 동일하므로 중복하여 설명하지 않는다. The method for producing the recombinant vector of the present invention in the method of the present invention and the method for producing a transgenic plant by introducing the recombinant vector into a plant cell are the same as the recombinant vector of the present invention and the recombinant vector Cells and transgenic plants are identical to those described in the previous section, and thus are not duplicated.

본 발명에 의해 제조된 형질전환 식물체 중에서 안쓰라닐레이트 합성효소 변이체를 코딩하는 핵산 분자가 포함된 형질전환 식물체의 선별은 형질전환체의 세포로부터 특정 유전자의 변이를 확인할 수 있는 당업계에 공지된 방법을 이용할 수 있으며, 예컨대, 형질전환체 세포로부터 추출한 게놈 유전자를 사용하여 중합효소연쇄반응(polymerase chain reaction)법, 염기서열분석법, 제한효소(restriction enzyme)처리법, 또는 이들 방법의 조합을 이용하여 행할 수 있다.
Among the transgenic plants produced by the present invention, selection of transgenic plants containing nucleic acid molecules coding for anthranilate synthase mutants can be carried out by selecting transgenic plants which are known to those skilled in the art For example, by using a genomic gene extracted from transformant cells using a polymerase chain reaction method, a base sequence analysis method, a restriction enzyme treatment method, or a combination of these methods .

본 발명은 식물에서 아미노산의 함량을 증가시킬 수 있는 안쓰라닐레이트 합성효소의 변이체, 이 변이체를 코딩하는 핵산 분자, 이 핵산 분자로 형질전환된 형질전환 식물체 및 이 형질전환식물체를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 안쓰라닐레이트 합성효소 변이체는 식물체에서 아미노산의 함량을 증가시키는데 유용하게 사용될 수 있으며, 특히 아미노산이 고함량으로 함유된 고품질 쌀을 생산하는 형질전환 벼 개발에 유용하게 사용될 수 있다.
The present invention relates to a mutant of anthranilate synthase capable of increasing the content of amino acids in plants, a nucleic acid molecule encoding the mutant, a transgenic plant transformed with the nucleic acid molecule, and a method for producing the transgenic plant . Anthranilate synthase mutant of the present invention can be usefully used for increasing the content of amino acids in plants, and particularly useful for the development of transgenic rice producing high quality rice containing high amino acid content.

도 1은 식물에서의 트립토판 생합성 경로를 모식적으로 보여준다. 안쓰라닐레이트 합성효소는 트립토판 생합성의 핵심 효소이다.
도 2는 식물에서의 트립토판 생합성 경로를 보다 구체적으로 보여준다. 본 발명에서 언급된 관련경로를 나타내었다. 트립토판으로부터 안쓰라닐레이트 합성효소로의 곡선은 억제적 피드백 조절을 나타낸다.
도 3은 야생형과 변이형 벼의 표현형을 나타낸다. 위쪽 사진은 5-메틸트립토판을 처리한 후 14일 시점의 벼의 사진이고, 아래쪽 사진은 5-메틸트립토판에 대한 변이형 #2 및 #4 계통 벼 각각의 상대 생중량, 줄기, 및 뿌리의 길이를 측정하여 그래프로 나타낸 것이다. 평균측정값 및 표준편자는 대표실험으로부터 5개 식물에 대해 나타내었다.
도 4는 안쓰라닐레이트 합성효소(OsASA1) 유전자(윗쪽) 및 안쓰라닐레이트 합성효소(OsASA2) 유전자(아래쪽)의 유전자 구조 및 전사물 분석을 보여주는 도면이다. 붉은색 화살표는 쌀에서 염색체상의 유전자의 위치를 나타낸다.
도 5은 안쓰라닐레이트 합성효소(AS)의 이중변이위치를 포함하는 부위의 PCR 증폭결과를 나타낸다. 증폭산물의 크기는 각각 1.2Kb이었다. Lane M; DNA ladder, Lane 1 및 2 : 프라이머 1 및 2에 의한 이중 변이 부위의 PCR 증폭산물.
도 6은 본 발명의 S126F/L530D 이중변이를 갖는 안쓰라닐레이트 합성효소 α-2 서브유닛의 OsASA2 유전자의 뉴클레오타이드 서열과 아미노산 서열을 보여준다. 붉은색으로 표시한 서열은 각각의 변이위치를 나타낸다. 밑줄친 서열은 클로닝을 위한 프라이머 서열을 나타내고, 제한효소자리는 굵은 글씨로 나타내었다.
도 7은 벼에서 S126F/L530D 이중변이를 코딩하는 OsASA2 유전자의 과발현을 위한 Ti-플라스미드 벡터의 구조이다. PGD1 프로모터 및 CaMV 35s 프로모터 유전자, 3′PINII: 프로테아제 억제자 II 종결자 유전자, 제초제 내성 유전자 Bar(phosphinotricine acetyltransferase gene) 및 3' nos(nopaline synthase terminator) 유전자가 표시되어 있다. (A) S126F/L530D 이중변이를 코딩하는 OsASA2 유전자를 pGEM T-easy vector에 클로닝하였다. (B) S126F/L530D 이중변이를 코딩하는 OsASA2 유전자를 발현가능한 형태로 포함한 pPZP-Bar binary vector의 구조이다.
도 8은 아그로박테리움 매개 형질전환법을 통해 S126F/L530D 이중변이를 코딩하는 OsASA2 유전자를 도입하는 과정을 보여준다. 종자를 N6D 배지에 침종, 접종, 2N6-AS 배지에서 공동배양, 2N6-C 배지에서 캘러스 성장, 줄기(shoot) 형성 및 성장, 뿌리 형성 및 성장, 및 순화의 과정을 프로토콜에 따라 실시하였다.
도 9은 형질전환 벼 계통에서 도입된 유전자(Bar, OsASA2)의 PCR 증폭결과를 보여준다. 증폭산물을 1.5% 아가로즈젤상에서 분리하였다. Lane M; DNA ladder, Lane P; OsASA2를 포함하는 pPZP-Bar 플라스미드를 DNA 주형으로 하여 생성한 PCR 산물, Lane W; 야생형 식물, Lane 1-20; 개별의 형질전환벼 계통.
도 10은 형질전환벼에서 단일 카피(single copy) 선별을 위해 TaqMan 프로브를 사용하여 행한 TaqMan PCR 분석결과를 보여준다.
도 11은 형질전환체 계통에서 도입된 OsASA2 유전자의 발현을 역전사 PCR 방법을 통해 분석한 결과를 보여준다. 총 RNA를 각 식물체로부터 분리하고, 0.5μg의 RNA를 유전자 특이 프라이머를 사용하여 증폭하였다. 대조군으로서, 벼 액틴 유전자에 대한 특이 프라이머를 사용하여 시료를 증폭하였다. Lane W; 야생형 cDNA 주형으로부터 생성한 PCR 산물, Lane 1-3, 5-7, 9-14, 17-20; 단일 카피가 도입된 것으로 선별된 각각의 형질전환체 계통.
도 12은 형질전환체 계통 및 야생형 대조군으로부터 추출한 RNA의 정량적 RT-PCR 분석결과를 보여준다. CT 값은 액틴 발현을 대조군으로 사용하여 산출하였다. 오차 막대는 3회 반복측정에 대한 평균의 표준편차를 보여준다.
Fig. 1 schematically shows the pathway of tryptophan biosynthesis in plants. Anthranilate synthase is a key enzyme in tryptophan biosynthesis.
Figure 2 shows more specifically the pathway of tryptophan biosynthesis in plants. The relevant path referred to in the present invention is shown. The curve from tryptophan to anthranilate synthase indicates inhibitory feedback regulation.
Figure 3 shows the phenotype of wild type and mutant rice. The upper photograph shows the photograph of rice at 14 days after 5-methyltryptophan treatment, and the lower photograph shows the relative weight, stem and root length of each of rice varieties # 2 and # 4 against 5-methyltryptophan As shown in FIG. Mean measurements and standard horses were shown for five plants from representative experiments.
FIG. 4 is a diagram showing gene structure and transcript analysis of anthranilate synthase (OsASA1) gene (top) and anthranilate synthase (OsASA2) gene (bottom). The red arrows indicate the location of the gene on the chromosome in rice.
FIG. 5 shows the results of PCR amplification of a site containing double mutation positions of anthranilate synthase (AS). The size of the amplified product was 1.2 Kb. Lane M; DNA ladder, Lane 1 and 2: PCR amplification product of double mutation site by primers 1 and 2.
FIG. 6 shows the nucleotide sequence and amino acid sequence of the OsASA2 gene of anthranilate synthase α-2 subunit having the S126F / L530D double mutation of the present invention. The sequence shown in red indicates the position of each mutation. The underlined sequence represents the primer sequence for cloning and the restriction enzyme site is shown in bold.
Figure 7 shows the structure of a Ti-plasmid vector for overexpression of the OsASA2 gene coding for the S126F / L530D double mutation in rice. The PGD1 promoter and CaMV 35s promoter gene, 3'PINII: protease inhibitor II terminator gene, phosphinotricine acetyltransferase gene and 3 'nos (nopaline synthase terminator) gene are shown. (A) The OsASA2 gene encoding the S126F / L530D double mutation was cloned into a pGEM T-easy vector. (B) The structure of the pPZP-Bar binary vector containing the OsASA2 gene encoding the S126F / L530D double mutation in a form capable of expression.
FIG. 8 shows the process of introducing the OsASA2 gene coding for the S126F / L530D double mutation through Agrobacterium-mediated transformation. Seeds were seeded in N6D medium, inoculated, co-cultured in 2N6-AS medium, callus growth in 2N6-C medium, shoot formation and growth, roots formation and growth, and purification procedures were performed according to the protocol.
Fig. 9 shows the results of PCR amplification of the gene (Bar, OsASA2) introduced in the transgenic rice line. The amplified product was isolated on a 1.5% agarose gel. Lane M; DNA ladder, Lane P; PCR products generated from plasmid pPZP-Bar containing OsASA2 as a DNA template, Lane W; Wild type plants, Lane 1-20; Individual transgenic rice lines.
Figure 10 shows the results of TaqMan PCR analysis using a TaqMan probe for single copy selection in transgenic rice plants.
FIG. 11 shows the results of reverse transcription PCR analysis of the expression of the OsASA2 gene introduced in the transformant strain. Total RNA was isolated from each plant and 0.5 μg of RNA was amplified using gene specific primers. As a control, samples were amplified using specific primers for rice actin gene. Lane W; PCR products from wild-type cDNA templates, Lane 1-3, 5-7, 9-14, 17-20; Each transformant line selected to have a single copy introduced.
Figure 12 shows the results of quantitative RT-PCR analysis of RNA extracted from the transformant strain and the wild-type control. CT values were calculated using actin expression as a control. The error bars show the standard deviation of the mean for three repeated measurements.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are only for describing the present invention in more detail and that the scope of the present invention is not limited by these embodiments in accordance with the gist of the present invention .

실시예 Example

실시예 1: 5-메틸트립토판(5-methyltryptophan) 저항성 벼 계통의 육성 Example 1: Cultivation of 5-methyltryptophan resistant rice line

벼에 EMS 처리를 하여 돌연변이를 유도하였으며, 벼 돌연변이체를 5-메틸프립토판 25 ppm을 포함한 MS 배지에서 배양하여 5-메틸트립토판 저항성 벼 계통을 선별하였다. 5-메틸트립토판 저항성 계통으로 확인된 #2 와 #4 계통을 5-메틸트립토판 50 ppm을 포함한 MS 배지에서 14일간 생육시킨 후 벼를 관찰한 사진을 도 3에 나타내었다. 도 3에서 보여지는 바와 같이, 5-메틸트립토판 저항성 계통 #2와 #4 계통의 뿌리 및 줄기의 생육은 정상적이었으며, 대조구에서는 생육이 되지 않았다. 상기 결과는 5-메틸트립토판이 포함된 배지에서 생육할 수 있는 벼는 세포내 트립토판 생합성계에 이상이 생겨 피드백 억제 작용을 하지 못하도록 변이가 유도되어 결국 세포내에 트립토판의 함량이 높아지는 현상에 기인한다. 초기 5-메틸트립토판 저항성 돌연변이체에서 트립토판의 함량이 대조구에 비해 8배 이상 높게 나타났다.
Rice mutants were induced by EMS treatment. Rice mutants were cultured on MS medium containing 25 ppm of 5-methylpryptopane to select 5-methyltryptophan-resistant rice strain. FIG. 3 shows photographs of rice cultivated in MS medium containing 50 ppm of 5-methyltryptophan for 14 days after confirming the 5-methyltryptophan resistance-resistant strain # 2 and # 4. As shown in FIG. 3, the growth of roots and stems of the 5-methyltryptophan resistant strains # 2 and # 4 lines was normal, and the growth was not observed in the control. The above results are due to the fact that the rice that can be grown in the medium containing 5-methyltryptophan has an abnormality in the intracellular tryptophan biosynthetic system and the mutation is induced so as not to inhibit the feedback, thereby increasing the content of tryptophan in the cell. The content of tryptophan in the initial 5-methyltryptophan-resistant mutant was 8 times higher than that of the control.

실시예 2: OsASA1 및 OsASA2 유전자 분리 및 특성 분석 Example 2: Isolation and characterization of OsASA1 and OsASA2 genes

트립토판 생합성 경로의 핵심 효소인 안쓰라닐레이트 합성효소(Anthranilate synthase)를 코딩하는 유전자는 OsASA1과 OsASA2로 알려져 있다(NCBI database). 이들 유전자는 3번 염색체상에 위치하고 있으며, OsASA1는 short arm에 존재하며 11개의 엑손으로 구성되어 있으며, 총 1831bp의 ORF로 이루어졌다. 또한 OsASA2유전자는 3번 염색체 long arm에 위치하며, 10개의 엑손영역과 9개의 인트론 영역으로 1821bp의 ORF로 이루어져 있다(도 4 참조). The genes encoding anthranilate synthase, a key enzyme in the tryptophan biosynthetic pathway, are known as OsASA1 and OsASA2 (NCBI database). These genes are located on chromosome 3, OsASA1 is in short arm and consists of 11 exons, and consists of a total of 1831 bp ORF. The OsASA2 gene is located on the long arm of chromosome 3, and consists of 10 exons and 9 introns with an 1821 bp ORF (see FIG. 4).

5-메틸트립토판 저항성 변이체는 트립토판 생합성 경로중의 합성 조절의 핵심 효소인 안쓰라닐레이트 합성효소 α-서브유닛 유전자가 변이되어 최종 산물인 트립토판에 의한 피드백 억제가 낮게 나타난 것으로 추정되었다. 따라서, 저항성 변이체의 안쓰라닐레이트 합성효소 유전자에 대해 변이여부를 확인하기 위해, 상기 효소의 클로닝을 위한 프라이머 세트를 제작하였다. 제작한 프라이머는 다음과 같다: 프라이머 1: [정방향: 5′-ATGGAGTCCATCGCCGCCGCCA-3′(서열번호 3), 역방향: 5′-AGAGGTTTGAGAGGCGAAC-3′(서열번호 4)]; 프라이머 2: [정방향: 5′-GATGATGTTCTCGTCTTCGA-3′(서열번호 5), 역방향: 5′-AGCTTTCGTAGACAAGGAATAG-3′(서열번호 6)]. The 5-methyltryptophan-resistant mutant was presumed to have a low level of feedback inhibition by tryptophan, the final product, due to mutation of the anthranilate synthase α-subunit gene, which is a key enzyme in the synthesis regulation of tryptophan biosynthesis pathway. Therefore, in order to confirm the mutation of the angiathanilate synthase gene of the resistant mutant, a primer set for cloning of the enzyme was prepared. The prepared primers were as follows: Primer 1: [forward direction: 5'-ATGGAGTCCATCGCCGCCGCCA-3 '(SEQ ID NO: 3), reverse direction: 5'-AGAGGTTTGAGAGGCGAAC-3' (SEQ ID NO: 4)]; Primer 2: [forward direction: 5'-GATGATGTTCTCGTCTTCGA-3 '(SEQ ID NO: 5), reverse direction: 5'-AGCTTTCGTAGACAAGGAATAG-3' (SEQ ID NO: 6)].

지놈 DNA의 분리는 CTAB (Cetyltrimethyl ammonium bromide) 법을 이용하였다. 식물로부터 0.5g의 잎을 채취하여 액체질소를 이용하여 미세하게 분쇄하였고, DNA 추출 완충액[100mM Tris-HCl (pH 8.0), 50mM EDTA, 500mM NaCl] 400μl가 담긴 1.5ml 원심분리용 튜브에 분쇄한 조직을 넣고 상하로 20회 흔들어 혼합하였다. 그 후, 2X CTAB 완충액 [2% (w/v) CTAB, 100mM Tris-HCl (pH8.0), 20mM EDTA, 1.4M NaCl, 1% pvp-40 (polyvinylpyrrolidine)] 200μl를 첨가하여 같은 방법으로 혼합하고 10% SDS를 넣고 10회 정도 상하로 흔들어 혼합한 후, 65℃ 항온수조에 20분간 방치하였다. 5M 포타슘 아세테이트(potassium acetate, pH 7.5) 200μl를 첨가하고 50회 정도로 상하로 흔들어 섞어준 후, PCI [Phenol/Chloroform/Isoamylalchol (25: 24: 1)]를 700μl 넣고 30회 정도 상하로 섞어 실온에서 12,000rpm, 10분간 원심분리 하여 단백질을 분리해냈다. 상층 400μl정도를 새로운 1.5ml 튜브로 옮긴 후 동량의 이소프로판올(isoprophanol)을 첨가하여 -20℃ 냉동고에 20분간 보관하였다가 4℃의 12,000rpm에서 15분간 원심분리 하여 DNA를 침전시켰다. 침전된 DNA를 70% 에탄올 1 ml를 넣고 세척한 다음 실온에서 완전히 건조시키고 RNase (1mg/ml) 2μl가 첨가된 TE 완충액(10mM Tris-HCl, 1mM EDTA, pH7.4) 50μl에 충분히 녹인 후 37℃에서 1시간 방치한 후 사용하였다. Separation of genomic DNA was performed by CTAB (Cetyltrimethyl ammonium bromide) method. 0.5 g of the leaves were collected from the plants, finely pulverized using liquid nitrogen, and pulverized in a 1.5 ml centrifuge tube containing 400 μl of DNA extraction buffer [100 mM Tris-HCl (pH 8.0), 50 mM EDTA, 500 mM NaCl] Tissue was added and shaken 20 times up and down. Thereafter, 200 μl of 2X CTAB buffer [2% (w / v) CTAB, 100 mM Tris-HCl (pH 8.0), 20 mM EDTA, 1.4 M NaCl, 1% pvp-40 (polyvinylpyrrolidine) 10% SDS was added, and the mixture was shaken up and down about 10 times, and then left in a constant temperature water bath at 65 ° C for 20 minutes. After adding 200 μl of 5M potassium acetate (pH 7.5) and shaking it up and down 50 times, 700 μl of PCI [Phenol / Chloroform / Isoamylalchol (25: 24: 1)] was added, Proteins were separated by centrifugation at 12,000 rpm for 10 minutes. About 400 μl of the upper layer was transferred to a new 1.5 ml tube, and an equal amount of isoprophanol was added. The mixture was stored in a -20 ° C. freezer for 20 minutes and then centrifuged at 12,000 rpm for 4 minutes at 4 ° C. for 15 minutes to precipitate the DNA. The precipitated DNA was washed with 1 ml of 70% ethanol, completely dried at room temperature, sufficiently dissolved in 50 μl of TE buffer (10 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA, pH 7.4) containing 2 μl of RNase (1 mg / ml) Lt; 0 &gt; C for 1 hour.

제작한 프라이머를 사용하여 PCR을 95℃에서 5분간 전-변성시킨 후 94℃에서 1분간 변성, 58℃에서 1분간 어닐링, 72℃에서 2분간 연장의 과정을 35 사이클하였으며, 마지막으로 72℃에서 5분간 연장을 실시하였다. PCR 산물을 0.8% 아가로즈젤에 전기영동한 결과 예상했던 1.2kb 밴드가 검출되었다(도 5 참조). 이들 밴드를 젤로부터 회수하여 pGEM T-easy vector에 삽입한 후 염기서열을 분석하였다(도 6 참조). 유전자의 전장은 2248bp 이었으며, 1824bp의 ORF와 35bp크기의 5UTR, 349bp의 3UTR으로 이루어졌다. 5-메틸트립토판 저항성 변이체에서는 2개의 점돌연변이가 각각 126번 및 530번 아미노산 위치에서 TCC(Serine) -> TTC (Phenylalanine) 및 CTT (Leucine) -> GAC (Aspartic acid)으로 나타나, 이중 돌연변이 S126F/L530D가 일어났음을 확인하였다. PCR was carried out at 95 ° C for 5 minutes, followed by denaturation at 94 ° C for 1 minute, annealing at 58 ° C for 1 minute and extension at 72 ° C for 2 minutes. Extension was performed for 5 minutes. The PCR product was electrophoresed on 0.8% agarose gel and the expected 1.2 kb band was detected (see FIG. 5). These bands were recovered from the gel, inserted into pGEM T-easy vector, and analyzed for nucleotide sequences (see FIG. 6). The total length of the gene was 2248 bp, consisting of 1824 bp ORF, 35 bp 5UTR, and 349 bp 3UTR. In the 5-methyltryptophan-resistant mutant, two point mutations appeared as TCC (Serine) -> TTC (Phenylalanine) and CTT (Leucine) -> GAC (Aspartic acid) at amino acid positions 126 and 530 respectively, and double mutant S126F / L530D has occurred.

실시예 3: S126F/L530D 이중 변이를 포함하는 OsASA2 유전자 과발현용 Ti-플라스미드 벡터의 구축 Example 3: Construction of Ti-plasmid vector for overexpressing OsASA2 gene including S126F / L530D double mutation

식물 형질전환용 운반체는 pPDG1 벡터(MYONGJI UNIVERSITY)를 모벡터로 사용하였고, 목표유전자의 발현을 검정하기 위하여 본 발명자들이 클로닝한 OsASA2 유전자를 CaMV 35S 및 PDG1 프로모터에 연결하여 제작하였다. 형질전환된 캘러스 및 식물체의 선발을 위해서는 CaMV 35S 프로모터에 의해 제어되는 Bar 유전자를 이용하였다. 실험에 사용된 운반체의 모식도는 도 7에 나타내었다. S126F/L530D 이중변이를 코딩하는 OsASA2 유전자의 식물 발현용 벡터를 구축한 후, 이 플라스미드 벡터를 아그로박테리움 투메파시엔스(Agrobacterium tumefaciens) LBA4404에 형질전환시켰다. 28℃에서 동일한 방법으로 제조된 아그로박테리움 투메파시엔스 컴피턴트 세포(A. tumefaciens competent cell) LBA4404를 얼음에서 녹인 후 플라스미드 DNA 1μL와 혼합한 후 전기충격 큐벳에 주입하였다. 그 다음 1,440 V로 전기충격을 가하여 형질전환시킨 후 SOC 배지 1 mL을 주입하여 혼합한 후, 멸균된 시험관에 넣고 28℃에서 200 rpm으로 1시간 동안 배양하였다. 배양액은 카나마이신 50 mg/L을 포함한 AB 아가(Agar) 배지에 200μL를 피펫으로 떨어뜨려서 도말하고, 28℃ 항온기에서 페트리 디쉬에 2-3일 동안 배양하여 콜로니를 관찰하였다. 콜로니 PCR 방법으로 형질전환 여부를 확인하고, 확인된 균주의 배양은 카나마이신 50 mg/L이 첨가된 AB 액체배지에 접종한 후, 2-3일 동안 28℃ 인큐베이터에서 200 rpm으로 배양하였다. 배양액은 50% 글리세롤을 동량 첨가하여 초저온 냉동고(-80℃)에 저장하였다.
The pPDG1 vector (MYONGJI UNIVERSITY) was used as a parent vector for transfection of plants, and the OsASA2 gene cloned by the present inventors was connected to the CaMV 35S and PDG1 promoters in order to test the expression of the target gene. For the selection of transformed calli and plants, the Bar gene regulated by the CaMV 35S promoter was used. A schematic diagram of the carrier used in the experiment is shown in Fig. After constructing a vector for expression of the OsASA2 gene coding for the S126F / L530D double mutation, this plasmid vector was transformed into Agrobacterium tumefaciens LBA4404. Agrobacterium tumefaciens competent cell LBA4404 prepared by the same method at 28 &lt; 0 &gt; C was dissolved in ice, mixed with 1 mu L of plasmid DNA, and injected into an electric shock cuvette. Then, the cells were transformed by electric shock at 1,440 V, mixed with 1 mL of SOC medium, and placed in a sterilized test tube and cultured at 28 ° C for 1 hour at 200 rpm. The culture broth was dropped on an AB agar medium containing 50 mg / L of kanamycin by pipette, and colonies were observed on a Petri dish for 2 to 3 days at 28 ° C in a thermostat. Colony PCR method was used to confirm the transformation. Cultures of the identified strains were inoculated into AB liquid medium supplemented with kanamycin 50 mg / L and cultured at 200 rpm in a 28 ° C incubator for 2-3 days. The culture was added to the same amount of 50% glycerol and stored in a cryogenic freezer (-80 ° C).

실시예 4: S126F/L530D 이중변이 포함 OsASA2 유전자 도입 형질전환벼의 제작 Example 4: Construction of OsASA2 gene transgenic rice with S126F / L530D double mutation

벼에 형질전환하기 위해 일반적으로 많이 이용되는 방법은 벼 종자에서 캘러스를 유기한 후 캘러스에 아그로박테리움균과 함께 접종하는 방법이 주로 이용되고 있는데 보통 형질전환체를 얻기까지 약 4개월이 소요된다. 본 실험에서는 벼 형질전환에 소모되는 시간을 단축시키고자 벼 성숙종자를 세척한 후 N6 액체배지에 24시간 침종한 후 배반 부분이 부풀어 오르기 시작한 종자를 이용하여 아그로박테리움 접종을 시도하였다. 표면 살균한 종자를 2 mg/L의 2,4-D가 포함된 N6 액체배지[Chu CC, Wang CS, Sun CC, Hsu C, Yin KC, Chu CY (1975) Establishment of anefficient medium for anther culture of rice through comparative experiments on thenitrogen sources. Sci Sinica 18:659-668]에 침종하여 30℃ 암상태에서 24시간 동안 발아시켜, 배 부분이 부풀어 오르며 식물체가 분화가 되기 시작한 종자를 15 mL의 아그로박테리움 현탁액이 담겨있는 튜브에 담가 약 20분간 접종한 다음 멸균한 필터페이퍼 위에 종자를 올려놓아 여분의 아그로박테리움을 제거하였다. 아그로박테리움을 접종한 종자를 1mM의 DTT(dithiothreitol), 3 mg/L의 AgNO3(silver nitrate), 0.5% gelrite가 포함된 2N6-AS 배지 위에 필터페이퍼를 깔고 그 위에 치상하여 25℃ 암조건에서 3일간 공동 배양하였고, 그 후 배지 성분의 영향력을 높이기 위해 필터페이퍼를 제거한 배지에 치상하여 25℃ 암조건에서 4일간 공동 배양하였다. 공동배양 기간 동안 아그로박테리움의 과도한 성장을 막고 아그로박테리움 도입에 따른 식물세포의 방어기작으로 생성될 수 있는 물질을 줄이기 위해 1 mM의 DTT(dithiothreitol), 3 mg/L의 AgNO3(silver nitrate) 등을 배지에 포함하였다. 7일간의 공동 배양 후 호르몬에 따른 캘러스 형성율을 살펴본 결과 박테리움에 감염 후 캘러스 형성 및 생육은 감염되지 않았을 경우 보다 효율적이지 못하였다. 공동배양시 아그로박테리움의 과도한 생육을 억제할 수 있는 항산화 물질의 첨가와 더불어 사용되는 호르몬의 적절한 조절은 공동배양 과정에서 효율적인 캘러스 형성 및 아그로박테리움에 의한 목표 유전자의 도입을 가능하게 할수 있을 것으로 판단되었다. 본 실험에서 사용한 종자는 아직 캘러스 증식이 충분치 않은 상태이기 때문에, 건전한 상태의 캘러스를 증식시키고 아그로박테리움의 생장 억제를 위해 400 mg/L의 카르베니실린(carbenicillin)만이 포함된 N6D 배지에 옮겨 32℃의 지속 광조건으로 1주 동안 배양하여 캘러스를 증식하였다(도 8 참조). 캘러스 증식 1주 후 건전한 상태의 캘러스를 이용하여 유전자가 삽입된 캘러스 선발을 위해 50 mg/L 히그로마이신(hygromycin)과 400 mg/L 카르베니실린이 포함된 N6D 배지에 옮겨 32℃ 지속 광조건으로 2주 동안 배양하였다. A common method commonly used to transform rice plants is to inoculate the callus in rice seeds and then inoculate the callus with Agrobacterium spp. It usually takes about 4 months to obtain the transformant . In this experiment, agar bacterium was inoculated with seeds that had been swollen at the blastocyst stage after washing rice seed matured seeds to shorten the time consumed for transplanting the rice, and soaking them in N6 liquid medium for 24 hours. The surface-sterilized seeds were cultured in N6 liquid medium containing 2 mg / L of 2,4-D (Chu CC, Wang CS, Sun CC, Hsu C, Yin KC, and Chu CY (1975) rice through comparative experiments on thenitrogen sources. Sci Sinica 18: 659-668] and germinated for 24 hours at 30 ° C in a dark state. The seeds in which the abdomen swelled and the plant began to differentiate were immersed in a tube containing 15 mL of Agrobacterium suspension, The seeds were placed on sterilized filter paper after inoculation for a minute to remove excess Agrobacterium. The seeds inoculated with Agrobacterium were seeded on filter paper on 2N6-AS medium containing 1 mM DTT (dithiothreitol), 3 mg / L AgNO 3 (silver nitrate) and 0.5% gelrite, For 3 days. Then, in order to enhance the influence of the medium components, the cells were cocultured for 4 days under the dark condition at 25 ° C in the medium on which the filter paper was removed. 1 mM DTT (dithiothreitol) and 3 mg / L AgNO3 (silver nitrate) were added to prevent the excessive growth of Agrobacterium during co-cultivation and to reduce the substances that could be produced by the defense mechanism of plant cells due to the introduction of Agrobacterium. Were included in the medium. After 7 days of coculture, the callus formation rate after hormone treatment was less effective than the callus formation and growth after infection with bacterium. In addition to the addition of antioxidants that can inhibit excessive growth of Agrobacterium during co-culture, proper regulation of hormones used may enable efficient callus formation and introduction of target genes by Agrobacterium in co-culture . Since the seeds used in this experiment are not yet sufficient for callus proliferation, they are transferred to N6D medium containing only 400 mg / L of carbenicillin for propagation of healthy calli and inhibiting Agrobacterium growth. Lt; 0 &gt; C for 1 week (Fig. 8). One week after the callus proliferation, the callus was transferred to a N6D medium containing 50 mg / L hygromycin and 400 mg / L carbenicillin for a callus inserted with a healthy callus. And cultured for 2 weeks.

배양 후 배반으로부터 왕성하게 증식하는 캘러스를 SF(shoot formation) 배지로 옮겨 식물체의 재분화를 유도하였다. 항생제가 포함된 배지에서 2주가 지난 후 부터 캘러스에서 그린 스팟(green spot)이 형성되기 시작하였고(도 8 참조), 약 3주의 배양기간 후에는 캘러스에서 줄기(shoot)가 형성되기 시작하였다(도 8 참조). 항생제 배지에서 SF 배지로 옮긴 후 그린 스팟 형성 및 재분화 효율은 접종하는 유전자에 따라 다른 양상을 보였다. 지상부가 재분화된 식물체를 RF(root formation) 배지(도 8)로 옮겨 뿌리 발생을 유도하였으며, 순화된 벼 형질전환 식물체를 온실에서 포트에 이식하여 재배하였다(도 8). 본 실험에서 사용한 동진 벼는 형질전환 캘러스 115개 중 총 35개의 형질전환 식물체를 얻어 높은 형질전환 효율을 보였다.
After cultivation, the calli propagating proliferately from the blastocyst were transferred to SF (shoot formation) medium to induce plant regeneration. After 2 weeks in the medium containing antibiotics, a green spot in the callus began to form (see FIG. 8), and shoot formation began to take place in the callus after about 3 weeks of culture 8). After transferring from antibiotic medium to SF medium, the efficiency of green spot formation and regeneration was different depending on the gene inoculated. The regenerated plant was transferred to a root formation medium (FIG. 8) to induce root development, and the purified rice transgenic plants were transplanted from the greenhouse into a pot (FIG. 8). A total of 35 transgenic plants were obtained from 115 transgenic calli.

실시예 5: PCR법을 이용한 도입 OsASA2 유전자의 확인Example 5: Identification of OsASA2 gene introduced by PCR

형질전환실험에서 얻어진 재분화 식물체를 대상으로 벼 게놈 상에서 OsASA2 유전자의 카피(copy) 수를 알아보기 위해, 재분화된 잎으로부터 지놈(genomic) DNA를 분리하여 도입유전자 Bar 및 OsASA2 유전자 특이 증폭용 프라이머 세트를 이용하여 PCR 분석을 수행하였다. 조사한 20개의 재분화 식물체에서 Bar 및 OsASA2 유전자가 검출되었다(도 9 참조). 이는 OsASA2 유전자가 벼 게놈에 잘 도입되어 있음을 의미하며, 이들 형질전환체는 T0 세대부터 계통번호를 부여하였다.
In order to investigate the copy number of OsASA2 gene in the rice genome of the regenerated plant obtained from the transfection experiment, genomic DNA was isolated from the regenerated leaves, and a primer set for the transgene Bar and OsASA2 gene specific amplification PCR analysis was performed. Bar and OsASA2 genes were detected in the 20 regenerated plants examined (see FIG. 9). This means that the OsASA2 gene is well introduced into the rice genome, and these transformants are numbered from the T0 generation.

실시예 6: 단일카피(Single copy) 도입 형질전환체의 선발 Example 6: Selection of a single copy introduced transformant

단일카피가 도입된 형질전환벼의 선발은 TaqMan PCR법으로 행하였다. TaqMan PCR법에 의한 단일카피(single copy) 도입 형질전환체를 선발하기 위하여 Takara사로부터 제공받은 프로토콜에 따라 OsASA2 유전자 말단에 있는 nos 종결자 영역의 특이적 서열에 결합하는 표지된 프로브 프라이머를 이용하였다. 형질전환체는 bar 및 OsASA2 유전자로 PCR 분석에 의해 확인된 20개 식물체 게놈을 대상으로 게놈내 OsASA2 유전자의 정량을 위한 절대표준농도(absolute standard concentration)을 계산할 수 있었다. 총 20개체의 형질전환 T0 개체중에서 16개 식물체가 도입유전자가 단일 카피(single copy)로 삽입되어 있었다(도 10 참조).
Selection of transgenic rice with single copy was carried out by TaqMan PCR method. In order to select a single copy introduced transfectant by TaqMan PCR method, a labeled probe primer that binds to a specific sequence of the nos terminator region at the terminal of OsASA2 gene was used according to the protocol provided by Takara Co. . Transformants were able to calculate the absolute standard concentration for the quantification of the OsASA2 gene in the genome in 20 plant genomes identified by PCR analysis with bar and OsASA2 genes. Of the total 20 transgenic T0 individuals, 16 plants were inserted with a single copy of the transgene (see FIG. 10).

실시예 7: S126F/L530D 이중변이 포함 OsASA2 유전자 도입 형질전환체의 발현량 분석 Example 7: Analysis of expression amount of OsSA2 gene transfected with S126F / L530D double mutant

S126F/L530D 이중변이를 코딩하는 OsASA2 유전자가 도입된 형질전환체의 발현량 분석을 위해 RT-PCR 및 qRT-PCR법을 수행한 결과는 도 11 및 도 12에 나타내었다. RT-PCR 분석한 결과에서 PCR 생성물이 밴드로 나타나 발현량의 차이는 정확히 알 수 없었으나, 형질전환체들 대부분에서 도입 유전자인 OsASA2 유전자가 세포내에서 잘발현되고 있음을 알 수 있었다. 실시간(real time)-PCR법에 의한 OsASA2 유전자 정량 결과를 대조구와 비교하여 배수로 표시했을 때, 대부분의 형질전환체에서 높은 발현량을 확인할 수 있었다. 형질전환체 계통중 #5, #9, #11, #12, #13, #19, #20 에서 상대적으로 높은 발현량을 얻을 수 있었다.
The results of performing RT-PCR and qRT-PCR for the expression amount of the OsSA2 gene-transfected transformant encoding the S126F / L530D double mutation are shown in FIGS. 11 and 12. The RT-PCR analysis revealed that the PCR product appeared as a band, but the difference in the expression level was not clearly known. However, OsASA2 gene, which is the transgene in most of the transformants, was well expressed in the cells. When the results of quantification of OsASA2 gene by real time-PCR method were compared with those of the control, the expression level was found to be high in most transformants. Relatively high expression levels were obtained in # 5, # 9, # 11, # 12, # 13, # 19, and # 20 of the transformant strain.

실시예 8: S126F/L530D 이중변이 포함 OsASA2 유전자 과발현 형질전환벼의 아미노산 분석 Example 8 Analysis of Amino Acids of Transgenic Transgenic Rice Overexpressing OsASA2 Gene Containing S126F / L530D Double Mutant

형질전환 계통들 중에서 단일 카피(single copy)로 도입되어 OsASA2 유전자 발현량이 높은 형질전환체 #5, #20을 선발하여 유리 아미노산을 분석한 결과, 형질전환체 #5 및 #20의 유리아미노산 총량은 대조구에 비해 약 1.8배로 높게 나타났다. 특히, 트립토판, 페닐알라닌, 트레오닌, 세린 및 발린 함량에서 대조구에 비해 6.7, 4.6, 3.6, 2.8 및 2.0배가 높게 나타났다(표 1). 따라서, S126F/L530D 이중변이가 포함된 OsASA2 변이체 유전자를 과발현시키면, 트립토판 생합성 회로상에서 피드백 억제 기작이 둔감하게 되어 아미노산 함량이 전체적으로 높아지고, 특히 트립토판 아미노산의 함량도 높아지는 결과를 확인하였다. 하기 표 1에 형질전환 벼 및 야생형 벼에서 유리아미노산의 함량을 나타내었으며, 표 1에서 수치의 단위는 mole/g생중량이다. Transformants # 5 and # 20, which were transfected with a single copy of the transgenic lines and high in OsASA2 gene expression, were analyzed for free amino acids. As a result, the total amount of free amino acids of Transformants # 5 and # And 1.8 times higher than the control. In particular, tryptophan, phenylalanine, threonine, serine, and valine contents were 6.7, 4.6, 3.6, 2.8, and 2.0 times higher than the control, respectively (Table 1). Thus, overexpression of the OsASA2 mutant gene containing the S126F / L530D double mutation resulted in insensitivity to the feedback inhibition mechanism on the tryptophan biosynthesis circuit, resulting in an overall increase in the amino acid content, and in particular, an increase in the tryptophan amino acid content. Table 1 shows the content of free amino acids in transgenic rice and wild type rice. In Table 1, the unit of numerical value is mole / g fresh weight.

Figure pat00001
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요약 summary

트립토판의 생합성을 조절하는 안쓰라닐레이트 합성효소(AS) 유전자의 특정 변이체를 육성하여 트립토판 유사체인 5-메틸프립토판 50 ppm을 포함한 MS 배지에서 생장한 변이체를 분석한 결과 5-메틸트립토판 저항성 계통에서 126번 및 530번 아미노산 위치에서 TCC(Serine) -> TTC(Phenylalanine) 및 CTT (Leucine) -> GAC(Aspartic acid)의 2개의 점돌연변이가 나타나, 이중변이 S126F/L530D가 일어났음을 확인하였다. 이중변이(S126F/L530D)가 확인된 변이체 OsASA2 유전자는 3번 염색체 long arm에 위치하며, 10개의 엑손영역과 9개의 인트론 영역으로 1821bp의 ORF로 이루어져 있다. 이중변이(S126F/L530D)를 갖는 OsASA2 유전자는 벼 게놈내로의 도입을 위해 PDG1 프로모터에 의해 제어되는 식물 과발현용 Ti-플라스미드 벡터를 구축하여 형질전환하였다. 제작된 형질전환체는 Bar 선발 유전자 및 프로모터 영역과 OsASA2 유전자 영역의 특이적 프라이머를 작성하여 PCR법에 의해 도입유전자를 확인한 결과 OsASA2 유전자가 검출이 되었다. 유전자가 도입된 개체들은 TaqMan PCR에 의해 단일 카피(single copy)로 도입된 형질전환체들만 선발하여 발현량을 분석하였다. RT-PCR 및 qRT-PCR법을 수행한 결과 대부분의 형질전환체에서 도입된 유전자의 높은 발현량을 확인할 수 있었다. 형질전환체 계통들 중 단일 카피(single copy)로 도입되어 발현량이 높은 #5, #20을 선발하여 유리 아미노산을 분석한 결과 유리아미노산 총량은 대조구에 비해 약 1.8배로 높게 나타났고, 트립토판의 함량은 6.7배나 높았다. 따라서, 이중변이(S126F/L530D)를 갖는 OsASA2 유전자를 과발현시키면, 트립토판 생합성 경로상에서 피드백 억제가 둔감하게되어 아미노산 함량이 전체적으로 높아지고, 특정 아미노산 특히 트립토판이 높은 결과를 확인하였다. 본 발명의 변이체 OsASA2 유전자를 이용하면 트립토판을 고함량으로 합성하는 벼를 개발할 수 있다.
Specific mutants of the anthranilate synthase (AS) gene, which regulates tryptophan biosynthesis, were cultivated and the mutants grown on MS medium containing 50 ppm 5-methylpryptopane, a tryptophan analogue, were analyzed. As a result, the 5-methyltryptophan resistance system , Two mutations of TCC (Serine) -> TTC (Phenylalanine) and CTT (Leucine) -> GAC (Aspartic acid) appeared at amino acid positions 126 and 530 in the amino acid sequence, and the mutation S126F / L530D occurred . The mutant OsA2 gene, which has a double mutation (S126F / L530D), is located on the long arm of chromosome 3, and consists of 18 exon regions and 9 intron regions with an 1821 bp ORF. The OsASA2 gene with double mutation (S126F / L530D) was transformed by constructing a plant-overexpressing Ti-plasmid vector controlled by the PDG1 promoter for introduction into the rice genome. The transgenic plants were constructed by preparing specific primers of Bar selection gene and promoter region and OsASA2 gene region, and OsASA2 gene was detected by PCR. The transgenic plants transfected with a single copy by TaqMan PCR were selected and their expression levels were analyzed. As a result of RT-PCR and qRT-PCR, high expression levels of the genes introduced in most transformants were confirmed. The free amino acids were analyzed by free amino acid analysis of # 5 and # 20, which were introduced as a single copy of the transformant strains. The free amino acids were 1.8 times higher than the control, and the tryptophan content 6.7 times higher. Thus, overexpression of the OsASA2 gene with the double mutation (S126F / L530D) resulted in insensitivity to feedback suppression on the tryptophan biosynthetic pathway, resulting in an overall increase in amino acid content and a high specific amino acid, particularly tryptophan. Using the mutant OsASA2 gene of the present invention, it is possible to develop rice with a high content of tryptophan.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the present invention. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

<110> Chungbuk National University Industry Academic Cooperation Foundation <120> Anthranilate Synthase Mutant Having Activity of Increasing Amino Acid Content in Plant and Use Thereof <130> PN130580 <160> 7 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 606 <212> PRT <213> Oryza sativa <400> 1 Met Glu Ser Ile Ala Ala Ala Thr Phe Thr Pro Ser Arg Leu Ala Ala 1 5 10 15 Arg Pro Ala Thr Pro Ala Ala Ala Ala Ala Pro Val Arg Ala Arg Ala 20 25 30 Ala Val Ala Ala Gly Gly Arg Arg Arg Thr Ser Arg Arg Gly Gly Val 35 40 45 Arg Cys Ser Ala Gly Lys Pro Glu Ala Ser Ala Val Ile Asn Gly Ser 50 55 60 Ala Ala Ala Arg Ala Ala Glu Glu Asp Arg Arg Arg Phe Phe Glu Ala 65 70 75 80 Ala Glu Arg Gly Ser Gly Lys Gly Asn Leu Val Pro Met Trp Glu Cys 85 90 95 Ile Val Ser Asp His Leu Thr Pro Val Leu Ala Tyr Arg Cys Leu Val 100 105 110 Pro Glu Asp Asn Met Glu Thr Pro Ser Phe Leu Phe Glu Phe Val Glu 115 120 125 Gln Gly Pro Glu Gly Thr Thr Asn Val Gly Arg Tyr Ser Met Val Gly 130 135 140 Ala His Pro Val Met Glu Val Val Ala Lys Glu 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<211> 606 <212> PRT <213> Oryza sativa <400> 1 Met Glu Ser Ile Ala Ala Thr Phe Thr Pro Ser Arg Leu Ala Ala   1 5 10 15 Arg Pro Ala Thr Pro Ala Ala Ala Ala Ala Pro Val Arg Ala Arg Ala              20 25 30 Ala Val Ala Ala Gly Arg Arg Arg Thr Ser Arg Arg Gly Gly Val          35 40 45 Arg Cys Ser Ala Gly Lys Pro Glu Ala Ser Ala Val Ile Asn Gly Ser      50 55 60 Ala Ala Ala Arg Ala Ala Glu Glu Asp Arg Arg Phe Phe Glu Ala  65 70 75 80 Ala Glu Arg Gly Ser Gly Lys Gly Asn Leu Val Pro Met Trp Glu Cys                  85 90 95 Ile Val Ser Asp His Leu Thr Pro Val Leu Ala Tyr Arg Cys Leu Val             100 105 110 Pro Glu Asp Asn Met Glu Thr Pro Ser Phe Leu Phe Glu Phe Val Glu         115 120 125 Gln Gly Pro Glu Gly Thr Thr Asn Val Gly Arg Tyr Ser Met Val Gly     130 135 140 Ala His Pro Val Met Glu Val Val Ala Lys Glu His Lys Val Thr Ile 145 150 155 160 Met Asp His Glu Lys Gly Lys Val Thr Glu Gln Val Val Asp Asp Pro                 165 170 175 Met Gln Ile Pro Arg Ser Met Met Glu Gly Trp His Pro 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Arg Pro Ala Thr Pro Ala Ala Ala Ala Ala Pro Val Arg Ala Arg Ala              20 25 30 Ala Val Ala Ala Gly Arg Arg Arg Thr Ser Arg Arg Gly Gly Val          35 40 45 Arg Cys Ser Ala Gly Lys Pro Glu Ala Ser Ala Val Ile Asn Gly Ser      50 55 60 Ala Ala Ala Arg Ala Ala Glu Glu Asp Arg Arg Phe Phe Glu Ala  65 70 75 80 Ala Glu Arg Gly Ser Gly Lys Gly Asn Leu Val Pro Met Trp Glu Cys                  85 90 95 Ile Val Ser Asp His Leu Thr Pro Val Leu Ala Tyr Arg Cys Leu Val             100 105 110 Pro Glu Asp Asn Met Glu Thr Pro Ser Phe Leu Phe Glu Ser Val Glu         115 120 125 Gln Gly Pro Glu Gly Thr Thr Asn Val Gly Arg Tyr Ser Met Val Gly     130 135 140 Ala His Pro Val Met Glu Val Val Ala Lys Glu His Lys Val Thr Ile 145 150 155 160 Met Asp His Glu Lys Gly Lys Val Thr Glu Gln Val Val Asp Asp Pro                 165 170 175 Met Gln Ile Pro Arg Ser Met Met Glu Gly Trp His Pro Gln Gln Ile             180 185 190 Asp Gln Leu Pro Asp Ser Phe Thr Gly Gly Trp Val Gly Phe Phe Ser         195 200 205 Tyr Asp Thr Val Arg Tyr Val Glu Lys Lys Lys Leu Pro Phe Ser Gly     210 215 220 Ala Pro Gln Asp Asp Arg Asn Leu Pro Asp Val His Leu Gly Leu Tyr 225 230 235 240 Asp Asp Val Leu Val Phe Asp Asn Val Glu Lys Lys Val Tyr Val Ile                 245 250 255 His Trp Val Asn Leu Asp Arg His Ala Thr Thr Glu Asp Ala Phe Gln             260 265 270 Asp Gly Lys Ser Arg Leu Asn Leu Leu Leu Ser Lys Val His Asn Ser         275 280 285 Asn Val Pro Lys Leu Ser Pro Gly Phe Val Lys Leu His Thr Arg Gln     290 295 300 Phe Gly Thr Pro Leu Asn Lys Ser Thr Met Thr Ser Asp Glu Tyr Lys 305 310 315 320 Asn Ala Val Met Gln Ala Lys Glu His Ile Met Ala Gly Asp Ile Phe                 325 330 335 Gln Ile Val Leu Ser Gln Arg Phe Glu Arg Arg Thr Tyr Ala Asn Pro             340 345 350 Phe Glu Val Tyr Arg Ala Leu Arg Ile Val Asn Pro Ser Pro Tyr Met         355 360 365 Ala Tyr Val Gln Ala Arg Gly Cys Val Leu Val Ala Ser Ser Pro Glu     370 375 380 Ile Leu Thr Arg Val Arg Lys Gly Lys Ile Ile Asn Arg Pro Leu Ala 385 390 395 400 Gly Thr Val Arg Arg Gly Lys Thr Glu Lys Glu Asp Glu Met Gln Glu                 405 410 415 Gln Gln Leu Leu Ser Asp Glu Lys Gln Cys Ala Glu His Ile Met Leu             420 425 430 Val Asp Leu Gly Arg Asn Asp Val Gly Lys Val Ser Lys Pro Gly Ser         435 440 445 Val Lys Val Glu Lys Leu Met Asn Ile Glu Arg Tyr Ser His Val Met     450 455 460 His Ile Ser Ser Thr Val Ser Gly Glu Leu Asp Asp His Leu Gln Ser 465 470 475 480 Trp Asp Ala Leu Arg Ala Leu Pro Val Gly Thr Val Ser Gly Ala                 485 490 495 Pro Lys Val Lys Ala Met Glu Leu Ile Asp Glu Leu Glu Val Thr Arg             500 505 510 Arg Gly Pro Tyr Ser Gly Gly Leu Gly Gly Ile Ser Phe Asp Gly Asp         515 520 525 Met Leu Ile Ala Leu Ala Leu Arg Thr Ile Val Phe Ser Thr Ala Pro     530 535 540 Ser His Asn Thr Met Tyr Ser Tyr Lys Asp Thr Glu Arg Arg Arg Glu 545 550 555 560 Trp Val Ala His Leu Gln Ala Gly Ala Gly Ile Val Ala Asp Ser Ser                 565 570 575 Pro Asp Asp Glu Gln Arg Glu Cys Glu Asn Lys Ala Ala Ala Leu Ala             580 585 590 Arg Ala Ile Asp Leu Ala Glu Ser Ala Phe Val Asp Lys Glu         595 600 605

Claims (9)

식물에서 아미노산의 함량을 증가시키는 특성을 가지며 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 것을 특징으로 하는 안쓰라닐레이트 합성효소(Anthranilate Synthase) 변이체.
Anthranilate synthase mutant having an amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 and having the property of increasing the content of amino acids in plants.
제 1 항에 있어서, 상기 식물에서 함량이 증가되는 아미노산은 트립토판, 페닐알라닌, 트레오닌, 세린, 아스파라긴, 아르기닌 또는 발린인 것을 특징으로 하는 변이체.
The mutant according to claim 1, wherein the amino acid whose content is increased in the plant is tryptophan, phenylalanine, threonine, serine, asparagine, arginine or valine.
제 1 항의 변이체를 코딩하는 핵산 분자.
A nucleic acid molecule encoding a variant of claim 1.
제 3 항에 있어서, 상기 핵산 분자는 서열번호 2의 폴리뉴클레오타이드 서열을 갖는 것을 특징으로 하는 핵산 분자.
4. The nucleic acid molecule of claim 3, wherein the nucleic acid molecule has the polynucleotide sequence of SEQ ID NO: 2.
제 3 항의 핵산 분자를 포함하는 재조합 벡터.
A recombinant vector comprising the nucleic acid molecule of claim 3.
제 3 항의 핵산 분자를 포함하는 형질전환 숙주세포.
A transformed host cell comprising the nucleic acid molecule of claim 3.
제 3 항의 핵산 분자를 포함하는 형질전환 식물체.
A transgenic plant comprising the nucleic acid molecule of claim 3.
제 3 항의 핵산 분자를 식물체에 도입하여 형질전환시키는 단계를 포함하는 식물에서 아미노산의 함량을 증가시키는 방법.
A method for increasing the content of amino acids in a plant comprising the step of transforming a nucleic acid molecule of claim 3 into a plant.
다음의 단계를 포함하는 아미노산의 함량이 증가된 식물체의 제조 방법:
(a) 제 5 항 기재의 재조합 벡터를 제조하는 단계;
(b) 상기 단계 (a)에서 제조한 재조합 벡터를 식물체 세포에 도입하여 형질전환 식물체를 제조하는 단계; 및
(c) 상기 단계 (b)에서 제조한 형질전환 식물체 중에서 안쓰라닐레이트 합성효소 변이체 유전자가 도입된 형질전환 식물체를 선별하는 단계.
A method for producing a plant having an increased amino acid content comprising the steps of:
(a) preparing a recombinant vector according to claim 5;
(b) introducing the recombinant vector prepared in step (a) into a plant cell to produce a transgenic plant; And
(c) selecting transgenic plants into which the anthranilate synthase mutant gene has been introduced from the transgenic plants prepared in the step (b).
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