KR20170034771A - Transgenic plants transformed with PNGase T gene derived from tomato and methods of producing PNGase T protein by using the same - Google Patents

Transgenic plants transformed with PNGase T gene derived from tomato and methods of producing PNGase T protein by using the same Download PDF

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KR20170034771A
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박기영
위수진
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순천대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a transgenic plants transformed with PNGase T (peptide:N-glycanase) gene derived from tomato and a method of producing PNGase T protein by using the same. According to the present invention, in order to design a gene expression composition for producing PNGase T protein from plants, a stepwise experiment is performed and finally, a PNGase T composition directly derived by 35S promoter is produced, transformed into tobacco plants, and can be used to produce PNGase T protein which is an enzyme industrially used to remove glycosylation through molecular farming. Furthermore, when genes of recombinant protein for production are introduced into plants, in which PNGase T gene is over-expressed, and are simultaneously expressed, the utilization thereof is expected to increase because additional removal of glycosylation can be omitted.

Description

토마토로부터 분리된 PNGase T 유전자로 형질전환된 식물체 및 및 이를 이용하여 PNGase T 단백질을 생산하는 방법 {Transgenic plants transformed with PNGase T gene derived from tomato and methods of producing PNGase T protein by using the same}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a plant transformed with a PNGase T gene isolated from tomato and a method for producing PNGase T protein using the same.

본 발명은 토마토로부터 분리된 PNGase (peptide:N-glycanase) T 유전자로 형질전환된 식물체 및 이를 이용하여 PNGase T 단백질을 생산하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 토마토로부터 분리된 당질화 제거효소인 PNGase T (peptide:N-glycanase)가 도입된 발현벡터, 이를 이용하여 형질전환된 식물체 및 이를 이용하여 PNGase T 단백질을 생산하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a plant transformed with a PNGase T gene isolated from tomato and a method for producing PNGase T protein using the same. More specifically, the present invention relates to a method for producing a glycosylation enzyme PNGase T (peptide: N-glycanase), a transformed plant using the same, and a method for producing PNGase T protein using the same.

Peptide:N-glycanase (PNGase 또는 glycoamidase, peptide-N4-(N-acetyl-β-D-glucosaminyl)asparagine amidase; EC 3.5.1.52)는 식물, 동물 및 미생물 등 거의 모든 생물체에 존재하는데 N-결합형 당단백질 (glycoproteins/glycopeptides)의 β-aspartyl-glycosylamine 결합을 가수분해시키는 효소이다 (Suzuki et al. 2002). PNGase의 작용에 의하여 당단백질의 아스파라긴산 잔기의 NH2에 결합되어 있는 N-결합형 당사슬이 분리된다 (Wi and Park, 2014). PNGase T는 아몬드 종자에서 PNGase A가 처음 분리된 이후 (Takahashi, 1977; Taga et al. 1984) 박테리아인 Flavobacterium meningosepticum에서 PNGase F (Plummer et al. 1984)가 분리되었으며 이후 수많은 종의 박테리아를 비롯하여 효모 (PNGase Y) 및 다양한 식물과 동물 모두에서 PNGase가 분리되었다. Peptide: N -glycanase (PNGase or glycoamidase, peptide-N 4 - ( N-acetyl-β-D-glucosaminyl) asparagine amidase; EC 3.5.1.52) is present in the N to almost all living organisms, such as plant, animal and microorganism-binding Is an enzyme that hydrolyzes the β-aspartyl-glycosylamine linkage of glycoproteins / glycopeptides (Suzuki et al. 2002). Due to the action of PNGase, the N-linked oligosaccharide bound to the NH 2 of the asparaginic acid residue of the glycoprotein is isolated (Wi and Park, 2014). Since PNGase T was first isolated from PNGase A in almond seeds (Takahashi, 1977; Taga et al. 1984), the bacterial Flavobacterium After PNGase F (Plummer et al. 1984) was isolated from meningosepticum , PNGase was isolated from yeast (PNGase Y) and various plants and animals including many species of bacteria.

당질화 (glycosylation)는 소포체 막의 세포질 쪽에서 돌리콜 (dolichol) 지질에 부착된 당사슬이 합성되기 시작한 후 이것이 소포체 루멘 속으로 유입되어 당사슬 합성이 완성된 후 아스파라긴산-X-세린/트레오닌의 아미노산 서열 모티브 (NxS/T)에 존재하는 아스파라긴산 잔기에 아마이드 결합 (amide bond, N-glycosylation)을 통하여 단백질에 결합하여 당단백질을 이루에 된다 (Song et al. 2011). 당사슬이 지질로부터 단백질로 이동되는 과정은 단백질이 번역되어 분비되기 위해 소포체 속으로 이동되는 과정에서 일어난다. 분비되는 단백질에 존재하는 NxS/T 모티브의 약 70% 정도에서 실제 당질화가 일어난다 (Mellquist et al. 1998).Glycosylation is initiated by the oligosaccharide attached to the dolichol lipid at the cytoplasmic membrane of the endoplasmic reticulum and then introduced into the endoplasmic reticulum lumen to complete the oligosaccharide synthesis and the amino acid sequence motif of aspartic acid-X-serine / threonine (Song et al. 2011), which binds to proteins via an amide bond (N-glycosylation) in asparaginic acid residues in NxS / T. The process in which the oligosaccharide is transferred from the lipid to the protein takes place during the process of translocation of the protein into the endoplasmic reticulum to be secreted. Actual glycosylation occurs at about 70% of the NxS / T motif present in the secreted protein (Mellquist et al. 1998).

이렇게 형성된 당단백질은 골지체에서 종에 따른 특이적 변형이 일어나는데 식물에서는 여러 개의 만노오즈 (mannose)가 결합된 구조에서 만노오즈 한개가 mannosidase에 의해 짤려 나간 후 N-acetylglucosaminetransferase 1에 의해 N-acetylglucosamine moiety가 만노오즈에 결합한다. 이 반응은 이후 두 종류의 당사슬이 형성되는 반응이 이어진다. 한가지 반응은 α-1,3 결합으로 fucose 잔기가 첫 번째 N-acetylglucosamine에 결합하거나 혹은 만노오즈 끝에 β-1,2 xylose가 결합하는 반응이 일어난다 (Song et al. 2011). 그러나 동물의 당단백질에서는 α-1,3 fucose 대신에 α-1,6 fucose가 N-acetylglucosamine에 결합하고 이후 당사슬에 β-1,4 galatose가 추가된다. 이후 골제체를 거치면서 매우 다양한 당사슬이 추가되어 최종적으로 조직 특이적인 당단백질이 생성된다. 동물의 당단백질을 탈당질화 (deglycosylation)시키는 효소인 PNGase F는 식물의 α-1,3 fucose가 결합된 식물의 당사슬은 인지할 수 없다 (Wi and Park, 2014).The glycoprotein thus formed undergoes a specific modification depending on the species in the Golgi apparatus. In the plant, a mannose is bound by mannosidase, and N- acetylglucosaminetransferase 1 cleaves N- acetylglucosamine moiety And bind to mannose. This reaction then leads to the formation of two types of oligosaccharides. One reaction involves the binding of the fucose moiety to the first N- acetylglucosamine via α-1,3 linkages or the binding of β-1,2 xylose to the end of mannose (Song et al. 2011). However, in animal glycoproteins, instead of α-1,3 fucose, α-1,6 fucose binds to N- acetylglucosamine and β-1,4 galatose is added to the oligosaccharide. Subsequently, a wide variety of oligosaccharides are added through the bone matrix to finally produce tissue-specific glycoproteins. PNGase F, an enzyme that deglycosylates animal glycoproteins, is not recognized as a glycosyltransferase in plant α-1,3 fucose-linked plants (Wi and Park, 2014).

진핵세포에서 소포체나 혹은 골지체에서 만노오즈에 의한 당질화는 단백질의 접힘에 영향을 주게 된다 (Helenius and Aebi 2004). 동물세포에서 단백질의 당사슬은 생리적 역할이 많이 연구된 것은 아니지만 일반적으로 수용체 결합, 세포 신호, 단백질 접힘, 세포내 구획 이동 및 분포, 단백질 안정성, 면역반응인지, 내포작용, 염증반응 및 병원성에 관여하는 것이 보고되고 있다 (Song et al. 2011). 그러나 식물세포에서의 당단백질의 당사슬의 생리적 기능에 대해서는 연구된 내용이 더욱 없는 편이다. 식물 세포에서의 당단백질의 역할은 당단백질로 이루어진 효소의 촉매활성, 열안정성, 단백질 접힘, 세포 내 구획 이동 및 분비 등에 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며, 특히 최근 연구 결과를 보면 병원균 인지를 비롯하여 세포간의 상호작용에 중요한 역할을 하는 것으로 여겨지며 조직의 분화 등에도 생리적 기여를 할 것으로 예상되고 있는 정도이다 (Haweker et al. 2010). 특히 탈당질화 과정을 거쳐서 생성된 유리형의 N-당사슬이 분화와 발달 등 생장에 중요한 생리적 역할을 수행할 것으로도 예측하여 볼 수 있다.In eukaryotic cells, glycosylation by the organozoan in the endoplasmic reticulum or Golgi affects protein folding (Helenius and Aebi 2004). Although the physiological role of the protein in animal cells has not been well studied, it is generally thought to be involved in receptor binding, cell signaling, protein folding, intracellular compartmentalization and distribution, protein stability, immune response, encapsulation, inflammatory response and pathogenicity Are reported (Song et al. 2011). However, the physiological function of glycoprotein oligosaccharides in plant cells has not been studied yet. The role of glycoprotein in plant cells is known to affect the catalytic activity of enzymes composed of glycoproteins, thermal stability, protein folding, intracellular compartmentalization and secretion. In particular, recent studies have shown that pathogenicity, It is believed that it plays an important role in interaction and is expected to contribute physiologically to tissue differentiation (Haweker et al. 2010). In particular, it is predicted that the free N-glycoside produced through the desulfurization nitrification process will play an important physiological role in growth such as differentiation and development.

최근 치료용 단백질과 항체들이 유전자 재조합 과정을 거쳐 발현용 숙주로서 대장균이나 효모에서 생산되었지만 당질화 패턴이 인간의 당단백질과는 다르게 나타나고 있다. 따라서 높은 단백질 활성과 고유의 단백질 구조를 요구하는 고부가가치 의약용 당단백질은 인간과 당사슬 부착이 유사한 동물세포를 이용하여 생산하고 있다. Recently, therapeutic proteins and antibodies have been produced in Escherichia coli or yeast as a host for expression through gene recombination, but glycosylation pattern is different from human glycoprotein. Therefore, high-value-added pharmaceutical glycoproteins that require high protein activity and unique protein structure are produced using animal cells similar in human and oligosaccharide adhesion.

그러나 최근 동물 유래 병원성 단백질이나 바이러스의 인체 감염 가능성이 증가하면서 동물세포에서 생산되는 재조합 의약용 단백질의 오염가능성에 대한 우려가 높아져 가고 있다. 따라서 이러한 우려에 대한 대안으로서 의약용 재조합 단백질을 비교적 동물 유래 병원성 단백질이나 바이러스 오염으로부터 안전한 식물시스템을 이용하기 위해 식물생명공학을 활용하는 시도들이 증가하고 있다. 또한 식물생명공학적 방식의 재조합 단백질 생산은 동물세포를 활용하는 것보다 비교적 경제성도 우수한 것으로 분석되고 있다 (Wi and Park, 2014).However, recent increases in the possibility of human infection with animal-derived pathogenic proteins or viruses have raised concerns about possible contamination of recombinant protein produced in animal cells. Therefore, as an alternative to these concerns, attempts have been made to utilize plant biotechnology to utilize plant-based systems that are relatively safe from animal-derived pathogenic proteins or virus contamination. In addition, plant biotechnology production of recombinant proteins has been reported to be relatively more economical than using animal cells (Wi and Park, 2014).

식물세포에서 생산된 재조합 단백질은 당질화 유형은 세포질에서 이루어지는 과정은 동일하지만 골지체에서 진행되는 당질화 과정은 종 특이성이 높기 때문에 동물세포에서 진행되는 당질화 유형과 상당히 다른 유형을 띠게 된다. 특히 식물세포 특이적인 당질화가 부가되어 생산된 재조합 단백질은 인체에서 면역반응을 야기할 가능성이 있다. 필요에 따라서는 당단백질의 당사슬을 제거하야 하는 경우도 존재한다. 특히 식물에서 비정상적인 유형의 당질화가 일어났을 경우 재조합 단백질의 생리적 특성을 유지하고 고유의 단백질 구조를 유지하기 위해서는 당단백질에서 당사슬을 절단하는 과정이 필요하다 (Mamedov et al. 2012).The recombinant proteins produced in plant cells have the same process of glycosylation in the cytoplasm, but the glycosylation process in Golgi is very different from the glycosylation type in animal cells because of the high species specificity. In particular, recombinant proteins produced by plant cell specific glycosylation are likely to cause an immune response in the human body. If necessary, the oligosaccharide of the glycoprotein may need to be removed. In particular, when abnormal glycosylation occurs in plants, it is necessary to cleave the oligosaccharide in the glycoprotein (Mamedov et al. 2012) in order to maintain the physiological characteristics of the recombinant protein and to maintain the original protein structure.

그동안 많이 활용되고 있는 당사슬을 제거하는 효소로는 박테리아(Flavobacterium meningosepticum)에서 유래한 PNGase T F를 주로 사용하고 있는데 PNGase F는 식물에서 생성된 당단백질의 α-1,3 fucose 당사슬은 제거할 수 없다 (Tarentino and Plummer 1981). 따라서 식물을 이용한 유전자 재조합 단백질의 경우 N-acetylglucosamine에 α-1,3 fucose 결합 당사슬을 절단하기 위해서는 미생물 유래의 PNGase F와는 다른 식물의 아몬드 종자에서 분리된 PNGase A를 활용하고 있다 (Altmann et al. 1998). 아몬드로부터 정제되어 판매되고 있는 PNGase A는 비교적 고가이며, PNGase F와는 달리 당단백질의 전처리로서 펩티드 상태로 전환시키는 과정을 필요로 한다 (Kolarich and Altmann 2000). PNGase F, which is derived from bacteria ( Flavobacterium meningosepticum ), is mainly used as an enzyme that eliminates the most commonly used oligosaccharides. PNGase F can not remove α-1,3 fucose oligosaccharides from plant-produced glycoproteins Tarentino and Plummer 1981). Therefore, in order to cleave α-1,3 fucose-linked oligosaccharides from N- acetylglucosamine, plant-based recombinant proteins utilize PNGase A isolated from plant almond seeds other than microbial PNGase F (Altmann et al. 1998). PNGase A, purified and sold from almonds, is relatively expensive and, unlike PNGase F, requires a process to convert it to a peptide state as a pretreatment of the glycoprotein (Kolarich and Altmann 2000).

PNGase A의 이러한 한계점을 극복하기 위하여 효모인 Yarrowia lipolytica로부터 PNGase를 분리하여 활용하려는 시도 (특허 10-2012-0053963)를 비롯하여 다양한 연구들이 진행되고 있는 편으며, 특히 산업적 생산 목적의 표적단백질을 과발현시킨 식물체에 박테리아 유래 PNGase F 유전자를 동시에 발현시켜 in vivo 상태에서 당질화를 제거하는 연구에서 당질화 제거를 확인한 논문이 보고되었다 (Mamedov and Yusibov, 2013).To overcome this limitation of PNGase A, yeast, Yarrowia (Patent No. 10-2012-0053963), and in particular, a method of simultaneously expressing a bacterial-derived PNGase F gene in a plant overexpressing a target protein for industrial production to produce an in A study confirming the elimination of glycosylation in studies that remove glycosylation in vivo has been reported (Mamedov and Yusibov, 2013).

이에 본 발명자들은 토마토로부터 산업용 동물 단백질이나 인간 단백질을 식물에서 생산한 후 당질화를 제거하는데 사용할 수 있는 PNGase T의 유전자를 분리해내어 PNGase T 유전자가 도입된 식물체 발현용 발현벡터를 제조하고, 이를 이용하여 형질전환시킨 담배 식물체를 제조함으로써 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors isolated a PNGase T gene that can be used for removing glycosylation from a tomato after producing an industrial animal protein or a human protein from a plant, and then producing an expression vector for expression of a plant into which a PNGase T gene has been introduced, To produce a transformed tobacco plant.

따라서, 본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 토마토로부터 분리된 PNGase T의 유전자가 도입된 식물체 발현용 발현벡터를 제공하기 위한 것이다.Accordingly, a technical problem to be solved by the present invention is to provide an expression vector for expression of a plant into which a gene of PNGase T isolated from tomato is introduced.

또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 발현벡터로 형질전환된 형질전환 식물체를 제공하기 위한 것이다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a transgenic plant transformed with the expression vector.

또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 발현벡터를 이용하여 식물체를 형질전환하는 방법을 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for transforming a plant using the expression vector.

또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 형질전환 식물체를 이용하여 재조합 PNGase T 단백질을 생산하는 방법을 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing recombinant PNGase T protein using the transgenic plant.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에서는 서열번호 7의 염기서열을 가지는 PNGase T의 유전자를 포함하는 식물체 발현용 발현벡터를 제공한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides an expression vector for plant expression comprising the gene of PNGase T having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 7.

또한, 본 발명에서는 상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 상기 발현벡터로 형질전환된 식물체를 제공한다.The present invention also provides a plant transformed with the expression vector to achieve the above technical object.

또한, 본 발명에서는 상기한 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 상기 발현벡터를 이용하여 식물체를 형질전환하는 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for transforming a plant using the expression vector.

또한, 본 발명에서는 상기한 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 상기 서열번호 7의 염기서열을 가지는 PNGase T의 유전자를 포함하는 식물체 발현용 발현벡터로 형질전환된 식물체를 이용하여 재조합 PNGase T 단백질을 생산하는 방법을 제공한다. In order to achieve the above and other objects of the present invention, there is provided a method for producing a recombinant PNGase T protein using a plant transformed with an expression vector for plant expression comprising a PNGase T gene having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: . ≪ / RTI >

본 발명에 따르면, PNGase T의 유전자가 과발현된 식물체에 생산 목적의 재조합 단백질의 유전자를 도입하여 동시 발현시킨다면 추가적인 탈당질화 과정이 생략될 수 있어 이의 활용도를 높일 수 있다. According to the present invention, when a gene of a recombinant protein for production is introduced into a plant overexpressing the gene of PNGase T and coexpressed, additional desalting nitrification process can be omitted and its utilization can be enhanced.

본 발명에서 PNGase T의 유전자는 서열번호 7의 염기서열 및 서열번호 8의 아미노산 서열을 가지는 단백질로서, 서열번호 8의 아미노산 서열을 가지는 PNGase T의 유전자를 코딩하는 단백질과 기능적 동등물일 수 있다. In the present invention, the gene of PNGase T is a protein having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 7 and the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8, and may be a functional equivalent to a protein encoding the PNGase T gene having the amino acid sequence of SEQ ID NO:

상기 "기능적 동등물"이란, 아미노산의 부가, 치환 또는 결실의 결과, 서열번호 6으로 표시되는 아미노산 서열과 적어도 60%, 바람직하게는 70%, 보다 바람직하게는 80% 이상의 서열 상동성을 갖는 것으로서 본 발명의 PNGase T를 코딩하는 단백질과과 실질적으로 동질의 활성을 나타내는 단백질을 의미한다. The "functional equivalents" have a sequence homology of at least 60%, preferably 70%, more preferably 80% or more, with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6 as a result of amino acid addition, substitution or deletion Quot; means a protein that exhibits substantially the same activity as the protein encoding PNGase T of the present invention.

상기 기능적 동등물에는, 예를 들어, 서열번호 8의 아미노산 서열의 아미노산 중 일부가 치환되거나, 결실 또는 부가된 아미노산 서열 변형체가 포함된다. 아미노산의 치환은 바람직하게는 보존적 치환이다. 천연에 존재하는 아미노산의 보존적 치환의 예는 다음과 같다; 지방족 아미노산(Gly, Ala, Pro), 소수성 아미노산(Ile, Leu, Val), 방향족 아미노산(Phe, Tyr, Trp), 산성 아미노산 (Asp, Glu), 염기성 아미노산(His, Lys, Arg, Gln, Asn) 및 황 함유 아미노산(Cys, Met). 아미노산의 결실은 바람직하게는 본 발명의 PNGase T의 활성에 직접 관여하지 않는 부분에 위치한다. 또한 상기 기능적 동등물의 범위에는 PNGase T의 기본 골격 및 이의 생리활성을 유지하면서 단백질의 일부 화학 구조가 변형된 단백질 유도체도 포함된다. 예를 들어, 본 발명의 단백질의 안정성, 저장성, 휘발성 또는 용해도 등을 변경시키기 위한 구조변경 및 생리활성을 유지하면서 GFP(Green Fluorescent Protein)와 같은 다른 단백질과 융합으로 만들어진 융합단백질 등이 이에 포함된다.Such functional equivalents include, for example, amino acid sequence variants in which some of the amino acids of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8 are substituted, deleted or added. Substitution of amino acids is preferably conservative substitution. Examples of conservative substitutions of amino acids present in nature are as follows: (Gly, Ala, Pro), hydrophobic amino acids (Ile, Leu, Val), aromatic amino acids (Phe, Tyr, Trp), acidic amino acids (Asp, Glu), basic amino acids (His, Lys, Arg, Gln, Asn ) And sulfur-containing amino acids (Cys, Met). The deletion of the amino acid is preferably located at a site that is not directly involved in the activity of the PNGase T of the present invention. The functional equivalents also include protein derivatives in which the basic structure of PNGase T and its chemical structure is modified while maintaining its physiological activity. These include, for example, fusion proteins made by fusion with other proteins such as GFP (Green Fluorescent Protein) while retaining the structural modification and physiological activity to change the stability, storage stability, volatility or solubility of the protein of the present invention .

본 발명의 PNGase T의 유전자는 서열번호 7의 염기서열을 가지는 유전자로, 토마토(Solanum lycopersicum)에서 유래된 것이다. The gene of PNGase T of the present invention is a gene having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 7, which is derived from tomato ( Solanum lycopersicum ).

본 발명의 구체적인 실시양태에 따르면, 토마토에서 유래한 상기 PNGase T 유전자를 형질전환용 벡터, pTRAkt vector에 삽입하여 형질전환용 벡터인 pTRAkt-PNGase T를 제작한 후, 이를 이용하여 담배 형질전환체들을 제조하였으며, 형질전환 담배식물체에서 토마토 유래 PNGase T의 발현을 확인하였다.According to a specific embodiment of the present invention, pTRAkt-PNGase T, which is a transformation vector, is prepared by inserting the above-mentioned PNGase T gene derived from tomato into a transformation vector, pTRAkt vector, and then transforming tobacco transformants And the expression of PNGase T from tomato was confirmed in transgenic tobacco plants.

상기와 같이 PNGase T 유전자는 서열번호 7에 기재된 염기서열을 가지는데, 상기 유전자는 첨부한 서열목록에 기재된 서열번호 7의 염기서열에 한정되지 않으며, 기능적으로 균등한 코돈 또는 동일한 아미노산을 코딩하는 코돈, 또는 생물학적으로 균등한 아미노산을 코딩하는 코돈을 포함하는 염기서열을 포함한다. 생물학적으로 균등 활성을 갖는 변이를 고려한다면, 본 발명에서 이용되는 염기서열은 서열목록에 기재된 서열과 실질적인 동일성(substantial identity)을 나타내는 서열도 포함하는 것으로 해석된다. 상기의 실질적인 동일성은, 상기한 본 발명의 서열과 임의의 다른 서열을 최대한 대응되도록 얼라인하고, 당업계에서 통상적으로 이용되는 알고리즘을 이용하여 얼라인된 서열을 분석한 경우에, 최소 60%의 상동성, 보다 바람직하게는 70%의 상동성, 보다 더 바람직하게는 80%의 상동성, 가장 바람직하게는 90%의 상동성을 나타내는 서열을 의미한다. As described above, the PNGase T gene has the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 7, and the gene is not limited to the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 7 in the attached Sequence Listing, and may be a functionally equivalent codon or a codon , Or a nucleotide sequence comprising a codon that encodes a biologically equivalent amino acid. Considering a mutation having biologically equivalent activity, the nucleotide sequence used in the present invention is interpreted to include a sequence showing substantial identity with the sequence described in the sequence listing. The above-mentioned substantial identity is determined by aligning the sequence of the present invention with any other sequence as much as possible and analyzing the aligned sequence using an algorithm commonly used in the art. Homology, more preferably 70% homology, even more preferably 80% homology, and most preferably 90% homology.

본 발명의 하나의 구현예에 따르면, 본 발명에서는 서열번호 7의 염기서열을 가지는 PNGase T의 유전자를 포함하는 식물체 발현용 플라스미드에 도입시킨 발현벡터를 제공한다. 상기 플라스미드로는 식물체 발현용으로, 그 종류에는 제한이 없다. 본 발명에서는 pTRAkt vector를 사용하였다.According to one embodiment of the present invention, there is provided an expression vector introduced into a plant expression plasmid containing the gene of PNGase T having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 7. The plasmid is used for expression of a plant, and there is no restriction on its kind. In the present invention, a pTRAkt vector was used.

본 발명의 바람직한 실시양태에 따르면, 서열번호 7의 염기서열을 가지는 PNGase T의 유전자를 포함하는 식물체 발현용 발현벡터는 pTRAkt-PNGase T이다.According to a preferred embodiment of the present invention, the expression vector for plant expression comprising the gene of PNGase T having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 7 is pTRAkt-PNGase T.

본 발명에서 "형질전환용 재조합 벡터"란 유전자 삽입물이 발현되도록 작동가능하게 연결된 필수적인 조절 요소를 포함하는 유전자 작제물로, 플라스미드 벡터, 코스미드 벡터, 박테리오파지 벡터 및 바이러스 벡터 등을 포함한 통상의 모든 벡터를 포함한다.In the present invention, a "transgenic recombinant vector" is a gene construct containing an essential regulatory element operatively linked to the expression of a gene insert, and includes all plasmid vectors, cosmid vectors, bacteriophage vectors, .

본 발명의 "형질전환용 재조합 벡터"는 상기 PNGase T 유전자가 발현될 수 있도록, 발현조절 서열과 기능적으로 연결되어 있다. 예를 들어, 벡터는 프로모터, 오퍼레이터, 개시코돈, 종결코돈, 폴리아데닐화 시그널, 인핸서 같은 발현 조절 요소 외에도 막 표적화 또는 분비를 위한 신호 서열 또는 리더 서열을 포함하며 목적에 따라 다양하게 제조될 수 있다. 또한, 벡터는 선택성 마커를 포함할 수 있으며, 벡터는 자가 복제하거나 숙주 DNA에 통합될 수 있다. 본 발명의 벡터는 당해 기술 분야에서 잘 알려진 유전자 재조합 기술을 이용하여 제조할 수 있으며, 부위-특이적 DNA 절단 및 연결은 당해 기술 분야에서 일반적으로 알려진 효소 등을 사용한다.The "recombinant vector for transformation" of the present invention is functionally linked to an expression control sequence so that the PNGase T gene can be expressed. For example, the vector may comprise a signal sequence or leader sequence for membrane targeting or secretion in addition to an expression regulatory element such as a promoter, an operator, an initiation codon, a stop codon, a polyadenylation signal, an enhancer, . In addition, the vector may comprise a selectable marker, and the vector may be self-replicating or integrated into the host DNA. The vector of the present invention can be produced using gene recombination techniques well known in the art, and site-specific DNA cleavage and linkage are performed using enzymes generally known in the art.

본 발명의 다른 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 재조합 벡터에 의해 형질전환된 식물체를 제공한다. In another aspect of the present invention, the present invention provides a plant transformed with said recombinant vector.

본 명세서에서, 용어 "식물체"는 성숙한 식물체 뿐만 아니라 성숙한 식물로 발육할 있는 식물 세포, 식물 조직 및 식물의 종자 등을 모두 포함하는 의미로서 이해된다. 본 발명에서 상기 벡터로 식물체를 형질전환하는 것은 당업자에게 공지된 형질전환기술에 의해 수행될 수 있다. 바람직하게는 아그로박테리움을 이용한 형질전환방법, 미세사출법(microprojectile bombardment), 일렉트로포레이션(electroporation), PEG-매개 융합법(PEG-mediated fusion), 미세주입법(microinjection), 리포좀 매개법(liposome-mediated method), 인-플란타 형질전환법(In planta transformation), 진공 침윤법(Vacuum infiltration method), 화아침지법(floral meristem dipping method), 및 아그로박테리아 분사법(Agrobacteria spraying method)을 이용할 수 있으며, 더 바람직하게는 아그로박테리움을 이용한 형질전환방법을 이용할 수 있다.As used herein, the term "plant" is understood to include not only mature plants but also plant cells, plant tissues and plant seeds that develop into mature plants. Transformation of a plant with the vector in the present invention can be carried out by a transformation technique known to a person skilled in the art. The microorganism is preferably transformed with Agrobacterium, microprojectile bombardment, electroporation, PEG-mediated fusion, microinjection, liposome (liposome) method, mediated method, In planta transformation, Vacuum infiltration method, floral meristem dipping method, and Agrobacteria spraying method can be used. And more preferably, a transformation method using Agrobacterium can be used.

본 발명에서 상기 식물체는 벼, 밀, 보리, 옥수수, 콩, 감자, 밀, 팥, 귀리 또는 수수를 포함하는 식량 작물류; 애기장대, 배추, 무, 고추, 딸기, 토마토, 수박, 오이, 양배추, 참외, 호박, 파, 양파 또는 당근을 포함하는 채소 작물류; 인삼, 담배, 목화, 참깨, 사탕수수, 사탕무우, 들깨, 땅콩 또는 유채를 포함하는 특용작물류; 사과나무, 배나무, 대추나무, 복숭아, 양다래, 포도, 감귤, 감, 자두, 살구 또는 바나나를 포함하는 과수류; 장미, 글라디올러스, 거베라, 카네이션, 국화, 백합 또는 튤립을 포함하는 화훼류; 및 라이그라스, 레드클로버, 오차드그라스, 알파알파, 톨페스큐 또는 페레니얼라이그라스를 포함하는 사료작물류로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이며, 바람직하게는 인삼, 담배, 목화, 참깨, 사탕수수, 사탕무우, 들깨, 땅콩 또는 유채를 포함하는 특용작물류이며, 더욱 바람직하게는 담배이나, 이에 제한되지 않는다. In the present invention, the plant is a food crop including rice, wheat, barley, corn, soybean, potato, wheat, red bean, oats or millet; Vegetable crops including Arabidopsis, cabbage, radish, pepper, strawberry, tomato, watermelon, cucumber, cabbage, melon, squash, onions, onions or carrots; Special crops including ginseng, tobacco, cotton, sesame, sugar cane, beet, perilla, peanut or rapeseed; Fruit trees including apple trees, pears, jujube trees, peaches, sheep grapes, grapes, citrus fruits, persimmons, plums, apricots or bananas; Roses, gladioluses, gerberas, carnations, mums, lilies or tulips; And feed crops including raglass, red clover, orchardgrass, alpha-alpha, tall fescue or perennial rice, preferably ginseng, tobacco, cotton, sesame, sugarcane, beet, Perilla, peanut or rapeseed, more preferably cigarette, but not limited thereto.

본 발명의 구현에에 따르면, 상기 발현벡터를 이용하여 식물체를 형질전환하는 방법을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method for transforming a plant using the expression vector.

본 발명에서 용어 "유전자의 발현"은 유전자의 전사를 의미하며, 구체적으로는 mRNA로의 전사를 의미한다. 상기 "전사"는 DNA의 전사 및 생성된 mRNA 산물의 가공을 포함한다. 본 발명에서, 상기 용어 "향상"은 본 발명에서 정의된 대조군 식물과 비교하여 적어도 5% 또는 10%, 바람직하게는 적어도 20% 또는 40%, 더욱 바람직하게는 50%, 60%, 70% 또는 80% 이상의 내건성을 의미하며, 식물이 원래 가지고 있는 내건성에 비해 상기 유전자를 도입하여 내건성이 증가되는 것을 의미한다. The term "expression of a gene" in the present invention means transcription of a gene, and specifically, transcription into mRNA. Said "transcription" involves the transcription of DNA and the processing of the resulting mRNA product. In the present invention, the term " enhancement "is intended to mean at least 5% or 10%, preferably at least 20% or 40%, more preferably 50%, 60%, 70% Means 80% or more resistant to weathering, and means that the resistance to harshness is increased by introducing the gene as compared with the original resistance of the plant.

본 발명의 하나의 구현예에 따르면, 서열번호 7의 염기서열을 가지는 PNGase T의 유전자를 포함하는 식물체 발현용 발현벡터로 식물체를 형질전환시킨 다음 배양하여 PNGase T 단백질을 생산하는 방법을 제공한다. 상기 형질전환 및 배양에는 목적하는 재조합 PNGase T 단백질을 고수율로 효과적으로 발현시킬 수 있기만 하면 유전공학 분야에서 통상적인 어떠한 방법이라도 사용될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, there is provided a method for producing a PNGase T protein by transforming a plant with an expression vector for plant expression comprising the gene of PNGase T having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 7, followed by culturing. Any of the conventional methods for genetic engineering can be used for the transformation and culturing as long as the desired recombinant PNGase T protein can be efficiently expressed at a high yield.

이와 같이, 본 발명에 따르면 PNGase T 단백질을 식물체에서 생산하기 위한 유전자 발현 구성물을 설계하기 위하여 단계적 실험을 수행하여 최종적으로 35S 프로모터에 의해 직접 유도되는 PNGase T 구성물을 제조하여 담배 식물체에 형질전환시켜 분자농업을 통해 당질화제거를 위해 산업적으로 사용할 효소인 PNGase T 단백질을 생산하는데 사용할 수 있다. 또한, PNGase T의 유전자가 과발현된 식물체에 생산 목적의 재조합 단백질의 유전자를 도입하여 동시 발현시킨다면 추가적인 탈당질화 과정이 생략될 수 있어 이의 활용도를 높일 수 있을 것으로 기대된다. Thus, according to the present invention, in order to design a gene expression construct for producing PNGase T protein in a plant, stepwise experiments were conducted to finally produce a PNGase T construct directly induced by the 35S promoter, It can be used to produce PNGase T protein, an enzyme used industrially for the elimination of glycosylation through agriculture. In addition, when the gene of the recombinant protein for production is introduced into the plant overexpressing the PNGase T gene and co-expressed, it is expected that the additional desulfurization nitrification process can be omitted and the utilization thereof can be increased.

도 1은 토마토의 과육이 푸른 녹색에서부터 붉은색을 거쳐 숙성되는 과정에서 발현되는 PNGase T의 mRNA의 발현량을 조사한 결과이다.
도 2는 12 식물종에서 분리된 PNGase T 유전자의 아미노산 서열 분석을 통한 phylogenetic tree를 나타낸 결과이다.
도 3은 고효율로 발현되는 재조합 단백질 발현용 시스템 (pTRAkt vector)에 토마토 유래 PNGase T 유전자 (PNGase T)에 단백질 분리를 위한 6개의 Histidine을 결합시키고 소포체에서의 잔류를 유도하는 KDEL 아미노산 서열이 추가된 재조합 유전자가 35S 프로모터에 의해 발현되도록 디자인한 35S::PNGase T consturct의 모식도이다.
도 4는 형질전환되어 항생제 선별배지에서 선발된 형질전환 담배식물체로부터 Genomic DNA을 분리한 후 Genomic DNA PCR 확인을 위하여 재조합 PNGase T+His6+KDEL 유전자 construct의 염기서열을 바탕으로 6개의 특이적 프라이머를 제조하였으며 그의 염기서열을 나타내었다.
도 5는 두개 라인의 형질전환 담배식물체를 대상으로 genomic DNA를 분리한 후 특이적 프라이머를 사용하여 PCR을 수행하여 획득한 PCR 산물을 전기영동한 결과 두 라인 모두 형질전환이 확인된 결과를 나타내었다.
도 6은 형질전환이 확인된 담배식물체 라인 PNGase T-10이 흙에서 6주 (왼쪽), 12주 (오른쪽) 경과한 식물체의 표현형을 나타낸 것이다.
도 7은 형질전환이 확인된 담배식물체 라인 PNGase T-11이 흙에서 4주 (왼쪽), 8주 (오른쪽) 경과한 식물체의 표현형을 나타낸 것이다.
도 8은 PNGase T가 과발현된 형질전환 담배식물체로부터 PNGase T mRNA의 발현양을 조사하기 위하여 quantitative RT-PCR을 수행하기 위한 PNGase T 특이적 프라이머 (A)와 PNGase T mRNA가 과발현된 것을 확인한 결과 (B)를 나타낸 것이다.
도 9는 PNGase T가 과발현된 형질전환 담배식물체의 초장, 잎의 면적, 절의 수 및 광합성율을 측정하여 표현형의 변화를 조사한 것이다.
FIG. 1 shows the result of examining the expression level of PNGase T mRNA expressed during ripening of tomato pulp from green to red.
FIG. 2 shows phylogenetic tree of amino acid sequence analysis of PNGase T gene isolated from 12 plant species.
FIG. 3 is a graph showing the results of the addition of a KDEL amino acid sequence that binds six histidines for protein cleavage to a pTRAkt vector for expression of recombinant proteins (PNGase T) derived from tomato and induces residues in the endoplasmic reticulum Is a schematic diagram of a 35S :: PNGase T consturct designed to express a recombinant gene by the 35S promoter.
FIG. 4 shows the results of genomic DNA PCR of the transformed tobacco plants selected in the antibiotic screening medium. In order to confirm the genomic DNA, 6 specific primers were constructed based on the nucleotide sequence of the recombinant PNGase T + His6 + KDEL gene construct And its nucleotide sequence was shown.
FIG. 5 shows the result of sequencing of the genomic DNA of the transgenic tobacco lines of two lines, followed by electrophoresis of the PCR product obtained by performing PCR using specific primers, .
FIG. 6 shows the phenotype of the transformed tobacco plant line PNGase T-10 after 6 weeks (left) and 12 weeks (right) in the soil.
Figure 7 shows the phenotype of plants transfected with tobacco plant line PNGase T-11 elicited 4 weeks (left) and 8 weeks (right) in soil.
FIG. 8 shows the overexpression of PNGase T-specific primers (A) and PNGase T mRNAs for quantitative RT-PCR to examine the expression level of PNGase T mRNA from transgenic tobacco plants overexpressing PNGase T B).
FIG. 9 is a graph showing changes in phenotype by measuring plant height, leaf area, number of sections and photosynthetic rate of transgenic tobacco plants overexpressing PNGase T. FIG.

이하, 실시예 등을 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예 등은 단지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예 등에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples and the like. It is to be understood that the present invention is not limited by these examples in view of the spirit and scope of the present invention, It will be obvious to you.

재료 및 방법Materials and methods

본 실험에서는 토마토(Solanum lycopersicum L. cv MicroTom) 잎에서 분리한 total RNA로부터 합성된 cDNA를 전남대학교에서 분양받아 토마토 PNGase T 유전자 분리에 사용하였다. Quantitative real time RT-PCR 분석을 위한 재료는 부여 토마토시험장에서 분양받은 토마토(Solanum lycopersicum L. cv Styx TY) 과육으로부터 total RNA를 분리한 후 cDNA를 합성하여 사용하였다.In this experiment, tomato ( Solanum lycopersicum L. cv MicroTom) cDNA synthesized from the total RNA isolated from the leaves was used in Chonnam National University and used for the isolation of the tomato PNGase T gene. Materials for quantitative real time RT-PCR analysis were tomatoes ( Solanum lycopersicum L. cv Styx TY) Total RNA was isolated from flesh and cDNA was synthesized.

<< 실시예Example 1> Total RNA 분리 및 cDNA 합성 1> Total RNA isolation and cDNA synthesis

탈당질화는 식물 세포에서 당단백질에서 당을 제거하는 과정인데 N-당사슬이 식물의 분화와 발달이나 생장 등의 생리적 과정에서 작용하는 역할에 대해서는 거의 연구된 바가 없다. 만노오즈의 연쇄결합이 긴 유형의 N-당사슬의 양이 토마토 과육의 숙성 과정에서 증가한다는 연구보고가 있어 (Nakamura et al. 2009) 탈당질의 활성이 높은 시기의 토마토 잎으로부터 PNGase T cDNA를 분리하였다. Nitrification is the process of removing sugars from glycoproteins in plant cells. The role of N-glycosylation in the physiological processes of plant differentiation, development, and growth has hardly been studied. (Nakamura et al. 2009), PNGase T cDNA was isolated from tomato leaves with a high activity of desquamating activity, while long-chain N-glycosylation of mannose increased in the aging process of tomato pulp .

우선 토마토에서 PNGase T가 잘 발현되는가를 조사하기 위하여 과육에서 mRNA를 분리한 후 과육의 발달 및 숙성에 따라 qRT-PCR을 통해 PNGase T의 유전자 발현을 조사하였다. 도 1은 토마토의 과육이 푸른 녹색에서부터 붉은색을 거쳐 숙성되는 과정에서 발현되는 PNGase T의 mRNA의 발현량을 조사한 결과이다. 여기에서 보듯이, 과육의 숙성이 진행되는 시기에 PNGase T 유전자의 발현양이 증가함을 알 수 있었다. In order to investigate the expression of PNGase T in tomato, mRNA was isolated from pulp and the gene expression of PNGase T was examined by qRT-PCR according to development and aging of pulp. FIG. 1 shows the result of examining the expression level of PNGase T mRNA expressed during ripening of tomato pulp from green to red. As shown here, the expression level of the PNGase T gene was increased during the aging of the pulp.

Total RNA 분리는 액체질소하에서 약 0.1 g의 조직을 막자사발로 완전히 마쇄한 후 1 ml의 TRI Reagent. (Molecular Research Center, Inc.)와 30초간 혼합한 뒤 실온에서 5분간 방치하였다. 4℃, 12,000 rpm에서 10분 동안 원심분리하여 얻는 상등액을 새 tube에 옮기고, 0.1 ml의 BCP (1-bromo-3-chloropropane)를 첨가하여 30초간 혼합하고, 5분간 실온에 방치하였다. 4℃, 12,000 rpm에서 15분간 원심분리를 재차 수행하여 얻은 상등액을 새로운 tube에 옮기고 0.5 ml의 isopropanol을 첨가하여 상온에서 10분간 RNA를 침전시킨 후 4℃, 12,000 rpm에서 10분간 원심분리한 후 침전된 RNA pellet은 70% 에탄올로 세척하였고 0.1% diethyl pyrocarbonate (DEPC) 증류수에 녹여 spectrophotometer (UV-1601; Shimadzu, Japan)를 이용하여 RNA 순수도 및 양을 확인한 후 실험에 사용할 때까지 -70℃에 보관하였다. 유전자 클로닝 및 유전자 발현 분석을 위해 필요한 1st strand cDNA는 PrimeScriptTM1st strand cDNA synthesis kit (Takara Bio Inc. Japan)를 사용하여 합성하였다. cDNA 합성의 주형으로는 1㎍의 total RNA를 사용하였으며, oligodT primer를 사용하여 1st strand cDNA를 합성하였다.Total RNA isolation was carried out using 1 ml of TRI Reagent. (Molecular Research Center, Inc.) for 30 seconds and then left at room temperature for 5 minutes. The supernatant obtained by centrifugation at 12,000 rpm for 10 minutes at 4 ° C was transferred to a new tube, mixed with 0.1 ml of 1-bromo-3-chloropropane (BCP), mixed for 30 seconds, and left at room temperature for 5 minutes. After centrifugation at 12,000 rpm for 15 min at 4 ° C, the supernatant was transferred to a new tube, and 0.5 ml of isopropanol was added. The RNA was precipitated at room temperature for 10 min, centrifuged at 12,000 rpm for 10 min at 4 ° C, The RNA pellet was washed with 70% ethanol and dissolved in 0.1% diethyl pyrocarbonate (DEPC) distilled water. The RNA purity and amount were determined using a spectrophotometer (UV-1601; Shimadzu, Japan) Respectively. The first strand cDNA required for gene cloning and gene expression analysis was synthesized using the PrimeScript 1st strand cDNA synthesis kit (Takara Bio Inc. Japan). As a template for cDNA synthesis, 1 ㎍ of total RNA was used and 1st strand cDNA was synthesized using oligodT primer.

<< 실시예Example 2> cDNA  2> cDNA 클로닝과Cloning and 염기서열 분석 Sequencing

합성된 cDNA를 이용하여 토마토 게놈 (Locus: LOC100316898 [3,613,961 nucleotid (nt) ~ 3,616,373 nt, GenBank accession No. NW_004194361)에 위치해 있는 PNGase T 유전자를 outer primer (forward, 5'-TCTACAGTATATTTTAGTCA-3'; reverse, 5'-AGCTTTAGCAGCAAATGAGTG-3')와 inner primer (forward, 5'-CCATGGCTATGGCTGCCTCCTCTTCC-3'; reverse, 5'-TCTAGATCAACCAGGAAGAGACCGC-3')를 제조하여 nested PCR 반응을 통하여 증폭하였고 PCR®4-TOPO cloning kit (Invitrogen, USA)를 이용하여 plasmid에 삽입하였다. 완성된 plasmid를 열충격 방법으로 대장균 DH5α에 도입한 후, 항생제 screening을 거쳐 배양한 다음 plasmid midi kit (Qiagen, Germany)를 사용하여 plasmid를 추출하였다. 추출한 plasmid는 전기영동으로 분리하고 염기서열을 확인하였으며 NCBI에 유전자를 등록하였다(GanBank accession No. KM401550, 서열번호 1).Using the synthesized cDNA, the PNGase T gene located in the tomato genome (Locus: LOC100316898 [3,613,961 nucleotid (nt) to 3,616,373 nt, GenBank accession No. NW_004194361) was amplified by an outer primer (forward, 5'- TCTACAGTATATTTTAGTCA- 5'-AGCTTTAGCAGCAAATGAGTG-3 ') and the inner primer (forward, 5'-CCATGGCTATGGCTGCCTCCTCTTCC -3'; reverse, 5'-TCTAGATCAACCAGGAAGAGACCGC-3 ') to prepare a PCR reaction was amplified by nested PCR ® 4-TOPO cloning kit ( Invitrogen, USA). The resulting plasmids were introduced into Escherichia coli DH5α by thermal shock method, cultured through antibiotic screening, and plasmids were extracted using plasmid midi kit (Qiagen, Germany). The extracted plasmids were separated by electrophoresis, and the nucleotide sequences were confirmed and genes were registered in NCBI (GanBank accession No. KM401550, SEQ ID NO: 1).

분리된 PNGase T의 ORF는 총 1,767 bp, 588개의 아미노산으로 이루어져 있었으며 예상된 분자량은 65.8 kDa이었으며, 예상된 pI 값은 8.69로 조사되었다 .The ORF of the isolated PNGase T was composed of 1,767 bp and 588 amino acids in total, the expected molecular weight was 65.8 kDa and the expected pI value was 8.69.

<< 실시예Example 3> Real time quantitative RT- 3> Real time quantitative RT- PCRPCR ( ( qRTqRT -- PCRPCR ) 분석) analysis

Real time qRT-PCR 분석을 위하여 토마토 열매의 성숙 과정을 6단계의 stage를 나누어 조직을 수확하였는데 1단계는 mature green (MG), 2단계는 Turning (T), 3단계는 Orange (O), 4단계는 Orange-Red (OR), 5단계는 Lignt-Red (LR), 6 단계는 Mature Red (MR)로서 구분하였다. 각 단계의 토마토 열매에서 total RNA를 추출하여 cDNA 합성에 사용하였다. qRT-PCR을 이용하여 분석하고자 하는 유전자들의 특이적 primer는 제조사의 제작방법을 이용하여 제작하였고(표 1), real-time qRT-PCR 분석은 Chromo 4TM Continuous Fluorescence Detector (MJ Research, MA, USA)를 이용하여 수행하였다. Strip PCR tube에 iQTM SYBR® Green supermix (2×, Bio-Rad, USA) 10 μl, Forward primer 0.25 μl, Reverse primer 0.25 μl, 합성한 cDNA 1 μl를 넣고 20 μl가 되도록 DEPC로 처리한 멸균수를 첨가하였다. PCR 조건은 95℃에서 15분 동안 holding 후 95℃에서 30초, 57℃에서 30초, 72℃에서 30초로 45 cycle 반응시킨 후 72℃에서 10 분간 처리하였으며, 95℃에서 65℃까지 0.2℃ 간격으로 1초씩 melt curve stage를 진행하였다. 데이타 분석은 Opticon MonitorTM software version 3.1 (MJ Research, MA, USA)을 이용하여 Applied Biosystems에서 제공한 Delta Delta CT 값을 기준으로 계산하여 비교하였다. For real-time qRT-PCR analysis, the ripening process of tomato fruit was harvested by dividing the stage into 6 stages. The first stage was mature green (MG), the second stage was turning (T) (OR), Lignt-Red (LR) in step 5, and Mature Red (MR) in step 6. Total RNA was extracted from tomato fruits at each stage and used for cDNA synthesis. The specific primers of the genes to be analyzed using qRT-PCR were constructed using the manufacturer's method (Table 1). Real-time qRT-PCR analysis was performed using Chromo 4TM Continuous Fluorescence Detector (MJ Research, MA, USA) . The Strip PCR tube iQTM SYBR ® Green supermix (2 ×, Bio-Rad, USA) 10 μl, Forward primer 0.25 μl, Reverse primer 0.25 μl, into the synthesized cDNA 1 μl on the number of sterilization treatment with DEPC such that 20 μl . The PCR conditions were 95 ° C for 15 min, 45 ° C for 30 sec at 95 ° C, 30 sec at 57 ° C and 30 sec at 72 ° C, followed by 10 min at 72 ° C. And the melt curve stage was performed for 1 second. Data were analyzed using Opticon Monitor ™ software version 3.1 (MJ Research, MA, USA) based on Delta Delta CT values provided by Applied Biosystems.

Figure pat00001
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Cultivar Micro Tom 토마토로부터 분리된 PNGase T의 염기서열은 분석하는데 사용한 프라이머의 유전자 정보를 제공하였던 heinz 1706 토마토의 10번 염색체에 존재하는 PNGase T 유전자와 (GenBank accession No. NW_004194361)는 뉴클레오타이드 염기 1개가 달랐다. 그러나 cultivar Momotaro 토마토에서 분리된 PNGase T-Le (GenBank accession No. FJ804752)의 유전자 염기서열 정보와 비교하여 보면 (Hossain et al. 2010) ORF의 염기서열 1,767 bp 중 3개의 염기가 달랐으나 아미노산 서열은 588개 중 586개가 동일하여 99.7%의 동일성을 나타내었다. PNGase T의 N 말단 부위에는 ribosome을 소포체로 표적시키는 21개의 아미노산으로 이루어진 signal sequence가 존재하였다. 당단백질의 N-당질화 부위인 아스파라긴산-X-세린/트레오닌의 아미노산 서열 모티브 (NxS/T)는 총 9개 (아미노선 서열 부위 266, 386, 397, 447, 481, 489, 551, 556, 570)가 존재하였는데 이는 10개의 N-당질화 부위가 존재하는 PNGase T-Le보다 한 개가 적었다.The nucleotide sequence of PNGase T isolated from Cultivar Micro Tom Tomato was different from that of PNGase T gene (GenBank accession No. NW_004194361) on the chromosome 10 of heinz 1706 tomato, which provided the gene information of the primers used for the analysis, with one nucleotide base . However, in comparison with the nucleotide sequence information of PNGase T- Le (GenBank accession No. FJ804752) isolated from cultivar Momotaro tomato (Hossain et al. 2010), 3 bases of the 1,767 bp nucleotide sequence of the ORF were different, 586 out of 588 were identical, indicating 99.7% identity. At the N-terminal region of PNGase T, there was a 21-amino acid signal sequence that targets the ribosome as an endoplasmic reticulum. The amino acid sequence motif (NxS / T) of asparaginic acid-X-serine / threonine, which is the N -glycosylation site of the glycoprotein, is a total of nine amino acid sequence motifs (amino acid sequence regions 266, 386, 397, 447, 481, 489, 551, 556, 570) was present, one less than the PNGase T-Le with 10 N-glycosylation sites.

특히 그동안 보고된 12개의 PNGase T 유전자 member들의 염기서열을 GenBank에서 정보를 획득한 후 N-당질화 부위를 비교하여 보면 아미노산 서열에서 비교적 보존성이 높은 부위로는 6개가 존재하였다. N-당질화 부위 주변으로 아미노산 서열의 유사성이 비교적 높은 부위가 존재하므로 이들 부위가 PNGase T의 활성부위일 것으로 판단되어 이 PNGase T 유전자를 과발현 시키는데 사용하기로 결정하였다.In particular, when the nucleotide sequences of the 12 PNGase T gene members reported in the past were obtained from GenBank, there were 6 regions with relatively high conserved amino acid sequence. It is determined that these sites are the active sites of PNGase T, and it was decided to use them for overexpression of this PNGase T gene.

기존에 보고된 여러 식물체로부터 분리된 PNGase T 유전자를 비교하여 본 결과 아미노산 서열상의 동일성은 castor bean, 포플라, 포도 등과는 약 61-62%의 동일성을 나타내었으며, 애기장대의 2개의 gene members와는 각각 54%, 38%의 동일성을 나타내었다. 벼의 2개의 PNGase T의 gene members와는 50%, 43%의 동일성을 나타내었다. 다른 외떡잎 식물인 수수와 옥수수와 PNGase T와는 42%정도의 동일성을 나타내었다. 따라서 총 10종의 식물체로부터 분리된 12개의 PNGase T 유전자의 단백질 서열을 분석한 계통수를 보면 PNGase T는 역시 PNGase-Le와 가장 높은 유연관계를 나타내었고 다음으로는 포도의 PNGase T와 비교적 높은 유연관계를 나타내었다.As a result of comparing the PNGase T genes isolated from several previously reported plants, the amino acid sequence identity was about 61-62% identical to the castor bean, poplar, and grape, and the two gene members of the Arabidopsis 54% and 38%, respectively. And 50% and 43% identity with the two PNGase T gene members of rice. The other cotyledons, sorghum and maize, showed about 42% identity with PNGase T. Therefore, in the phylogenetic analysis of 12 PNGase T genes isolated from 10 plants, PNGase T showed the highest affinity with PNGase- Le , followed by PNGase T with grape Respectively.

도 2는 12 식물종에서 분리된 PNGase T 유전자의 아미노산 서열 분석을 통한 phylogenetic tree를 나타낸 결과이다. FIG. 2 shows phylogenetic tree of amino acid sequence analysis of PNGase T gene isolated from 12 plant species.

최근 단백질의 접힘의 오류로 당단백질이 분해되는 과정인 ERAD에 작용하는 PNGase T인 AtPNG1 유전자가 애기장대에서 분리되었는데 기존에 보고된 PNGase T 유전자와는 아미노산 서열상의 동일성이 나타나지는 않았지만 PNGase T가 결핍되어 있는 Saccaromyces cerevisiae 돌연변이체에 AtPNG1 유전자를 도입하여 배양하면 N-glycanase의 활성을 회복하였다 (Diepold et al. 2007). 그러나 AtPNG1은 세포질에 존재하는 transglutaminase-like superfamily에 속하는 단백질로서 (Suzuki et al. 2002) N-당질화 부위를 절단함으로써 ERAD과정을 통하여 단백질의 3차구조의 정확성을 유지하는데 관여한다고 보고되었지만 실제 식물체 내에서 ERAD 과정에서 N-glycanase의 역할을 할지에 대해서는 더욱 많은 연구가 필요하다. AtPNG1과 PNGase T는 peptide-N(4)-(N-acetyl-beta-glucosaminyl)asparagine amidase로 알려져있지만 서로 염기서열의 동일성이 존재하지 않는 isoform으로 여겨진다. Recently, the AtPNG1 gene, which is a PNGase T acting on ERAD, which is a process of degradation of glycoprotein due to an error of protein folding, has been isolated from Arabidopsis thaliana. Although there is no amino acid sequence identity with the previously reported PNGase T gene, Saccaromyces When the AtPNG1 gene was introduced into the S. cerevisiae mutant, the activity of N-glycanase was restored (Diepold et al. 2007). However, AtPNG1 is a protein belonging to the transglutaminase-like superfamily present in the cytoplasm (Suzuki et al. 2002), but it has been reported that ERP is involved in maintaining the accuracy of the tertiary structure of the protein through cleavage of the N- More research is needed to determine the role of N-glycanase in the ERAD process. AtPNG1 and PNGase T are thought to be isoforms that are known as peptide-N (4) - (N-acetyl-beta-glucosaminyl) asparagine amidase but do not have nucleotide sequence identity.

물론 PNGase T가 단백질 접힘의 오류가 생긴 단백질을 분해하는 생리적 기능을 갖고 있지만 식물의 PNGase T가 과발현된 식물체 제조는 아직까지 보고된 바 없으며, 또한 PNGase T의 과발현으로 인한 생리적인 표현형 변화에 대한 연구도 아직 보고된 바 없다. 따라서 유연관계가 비교적 멀리 떨어져 있는 미생물의 PNGase T F의 유전자를 식물에서 과발현시켜 PNGase T의 생산을 시도한 경우는 있다. 아마도 PNGase T가 갖는 단백질 3차 구조의 정확성을 유지하기 위해 당단백질을 분해하는 특이성을 갖는다고 하더라도 식물 PNGase T의 과발현이 식물의 생육과 발달에 영향을 주기 때문일 것으로 판단된다. 그러나 식물을 분자농업용 platform으로 이용하기 위해서는 식물에서 의학용 고부가가치 단백질을 생산하기 위하여 인체에서의 면역 부작용을 초래할 가능성이 있는 아스파라긴산 잔기에 부착되어 있는 당사슬을 제거는 과정이 필요하다. 이를 위해 식물에서 생산된 단백질에 형성된 당질화를 제거하기 위해서는 식물 단백질에 보다 효과적으로 작용할 수 있는 식물 PNGase T 유전자로부터 PNGase T 단백질을 생산하는 것이 필요하다. Although PNGase T has a physiological function of degrading protein with the error of protein folding, the production of plants overexpressing PNGase T has not yet been reported, and the study of physiological phenotypic changes due to overexpression of PNGase T Have not yet been reported. Therefore, PNGase T is produced by overexpressing genes of PNGase T F of microorganisms, which are relatively far away from each other. It is presumed that the overexpression of plant PNGase T affects the growth and development of the plant, even if it has the specificity to decompose the glycoprotein in order to maintain the accuracy of the tertiary structure of the protein of PNGase T. However, in order to use the plant as a molecular agricultural platform, it is necessary to remove the oligosaccharide attached to asparaginic acid residues, which may cause immune side effects in the human body in order to produce high value-added protein for use in plants. For this purpose, it is necessary to produce PNGase T protein from a plant PNGase T gene which can act more effectively on a plant protein in order to eliminate the glycosylation formed in the plant-produced protein.

또한 다른 활용방안으로는 특정 시기에 발현되는 특이적 프로모터를 사용하여 일차적으로 형질전환함으로써 PNGase T 발현 유도 작물을 제조한 후 이에 다시 특정 의학용 재조합 단백질 유전자를 도입하여 PNGase T와 특정 의약용 단백질을 동시에 발현되는 식물체를 제조한다면 단백질 분리 후 N-당사슬을 제거하는 공정을 생략할 수 있을 것이며, 이는 재조합단백질의 처리 공정을 단순화시켜 보다 경제적으로 의학용 재조합 단백질을 생산할 수 있을 것이다. In addition, as another use method, a specific promoter expressed at a specific time is used to transform the PNGase T If a plant which expresses PNGase T and a specific medicinal protein simultaneously is prepared by introducing a specific medical recombinant protein gene after preparing the expression inducing crop, the step of removing N-glycans after protein separation may be omitted, This will simplify the processing of the recombinant protein and produce recombinant proteins for medical use more economically.

특히 PNGase T의 유전자의 염기서열 유사성이 60% 정도에 불과하므로 가지과 식물로서 담배 식물체나 토마토 식물체에서 재조합 단백질을 생산할 경우 N-당사슬을 절단하기 위해서 비교적 단백질의 유사성이 높은 토마토 유래 PNGase T를 활용하는 것이 아몬드 유래의 PNGase A 나 박테리아 유래의 PNGase F보다 효과적일 것으로 사료된다.In particular, the nucleotide sequence similarity of PNGase T gene is only about 60%. Therefore, when a recombinant protein is produced in a tobacco plant or a tomato plant as a branch plant, a tomato-derived PNGase T having relatively high protein similarity is used for cutting N- May be more effective than PNGase A derived from almonds or PNGase F derived from bacteria.

<< 실시예Example 4> PNGase T 유전자가 도입된 재조합 발현벡터 제조  4> Production of recombinant expression vector containing PNGase T gene

실제 식물에서 PNGase T 유전자를 생산하기 위해 분자농업을 활용하기 위해서는 식물에서 안정적으로 PNGase T가 생산되어야 하므로 식물에서 PNGase T가 과발현되도록 재조합 유전자 구성물을 제조하였다. 재조합 단백질 발현용 시스템 (pTRAkt vector)에 토마토에서 분리한 full-length의 PNGase T 유전자를 도입하도록 유전자를 디자인하였다.In order to utilize molecular agriculture to produce PNGase T gene in actual plants, PNGase T should be stably produced in the plant. Therefore, a recombinant gene construct was prepared so that PNGase T was overexpressed in the plant. The gene was designed to introduce the full-length PNGase T gene isolated from tomato into the recombinant protein expression system (pTRAkt vector).

도 3은 고효율로 발현되는 재조합 단백질 발현용 시스템 (pTRAkt vector)에 토마토 유래 PNGase T 유전자 (PNGase T)에 단백질 분리를 위한 6개의 Histidine을 결합시키고 소포체에서의 잔류를 유도하는 KDEL 아미노산 서열이 추가된 재조합 유전자가 35S 프로모터에 의해 발현되도록 디자인한 35S::PNGase T consturct의 모식도이다.FIG. 3 is a graph showing the results of the addition of a KDEL amino acid sequence that binds six histidines for protein cleavage to a pTRAkt vector for expression of recombinant proteins (PNGase T) derived from tomato and induces residues in the endoplasmic reticulum Is a schematic diagram of a 35S :: PNGase T consturct designed to express a recombinant gene by the 35S promoter.

다음으로는 식물 세포에서 도입된 유전자의 발현을 높은 상태로 유도하기 위해서는 소포체로 표적시키는 시그널 펩타이드가 필요하였는데 PNGase T의 N 말단에 21개의 아미노산이 signal sequence 인 것으로 판단되어 그대로 이용하기로 하였다. 또한 생성된 단백질을 소포체 내에 높은 효율로 축적하여 PNGase T 단백질을 합성할 수 있도록 최대화하기 위하여 ER retention signal인 KDEL 서열을 추가하였다. 또한 PNGase T 단백질의 정제를 용이하도록 만들기 위하여 His6-tag의 염기서열 (CATCATCATCATCATCAT)을 첨가하였다. Next, in order to induce the expression of the gene introduced from the plant cell to a high state, a signal peptide to be targeted as an endoplasmic reticulum was required. The 21 amino acids at the N-terminus of PNGase T were judged to be a signal sequence. The ER retention signal, KDEL sequence, was also added to maximize the synthesis of the PNGase T protein by accumulating the resulting protein at high efficiency in the endoplasmic reticulum. In addition, the nucleotide sequence of His6-tag (CATCATCATCATCATCAT) was added to facilitate the purification of PNGase T protein.

식물에서 고효율로 발현되는 의약용 단백질을 생산하기 위한 식물세포용 프로모터로는 독일 프라운호퍼 연구소 소장인 R. Fisher 박사와의 논의를 거쳐 35S 프로모터의 발현효율을 더 향상시킨 변형 35S 프로모터를 갖고 있는 식물발현용 pTRAkt vector를 분양 받아 사용하였다. 이 벡터를 이용하여 앞에서 설계된 재조합 PNGase T의 구성물(construct)을 제한효소 NcoI과 XbaI 사이에 식물 형질전환용 벡터에 삽입하여 라이게이션(ligation)하여 식물세포 발현용 구성물을 제조하였으며 최종적으로 염기서열까지 확인하여 식물 발현 벡터에 클로닝되었음을 확인하였다. 함 (도 3 참조).  As a plant cell promoter for producing a high-efficiency pharmaceutical protein expressed in plants, it has been discussed with Dr. R. Fisher, a director of the Fraunhofer Institute in Germany, and a plant expression having a modified 35S promoter that further improves the expression efficiency of the 35S promoter PTRAkt vector was used. Using this vector, constructs of the previously designed recombinant PNGase T were inserted between the restriction enzymes NcoI and XbaI in a plant transformation vector and ligation was carried out to prepare plant cell expression constructs. Finally, Confirming cloning into a plant expression vector. (See FIG. 3).

<< 실시예Example 5> 토마토 PNGase T가 도입된 형질전환 담배 식물체 제조 5> Production of Transgenic Tobacco Plant with Tomato PNGase T

토마토 PNGase T유전자가 도입된 식물발현벡터를 Tri-parental mating 방법으로 Agrobacterium tumafaciens GV3101에 형질전환하여 얻은 콜로니 2개를 배양하여 alkali lysis 방법에 근거한 quick-screen 방법으로 플라이스미드 DNA를 분리하여 제한효소를 처리하여 PNGase T 유전자의 도입 유무를 확인하였다. 이후 토마토 PNGase T 유전자가 도입된 Agrobacterium 배양액 (OD600=1.5)에 야생형 담배의 잎 절편(0.5cm2)을 1분동안 감염시킨 후 MS shooting 배지에 치상하여 2일 동안 암 배양하였다. 공조배양이 끝난 후 담배 잎 절편은 항생제 cefotaxime (250mg/L)과 kanamycin(100mg/L)이 첨가된 MS shooting 배지에서 2주 간격으로 계대배양 하면서 형질전환된 라인을 선별하였다. 항생제 선발로부터 살아남은 형질전환체는 뿌리 유도배지에 옮겨 흙에 순화시켰는데 지속적으로 형질전환 실험을 반복하면서 531개의 담배 잎 절편을 감염시켰는데 항생제 선발로부터 신초가 형성되어 살아남은 형질전환체는 25개로서 형질전환 효율이 4.7%이었다. 살아남은 형질전환체중 15개를 뿌리유도배지에 옮겨 뿌리 유도를 수행한 결과 최종적으로 2개의 독립적인 형질전환 담배 식물체 (PNGase T-10, PNGase T-11)를 최종 선발하였다.The plant expression vector into which the tomato PNGase T gene was introduced was subjected to tri-parental mating method using Agrobacterium Two colonies transformed with tumafaciens GV3101 were cultured, and plexamide DNA was isolated by a quick-screen method based on the alkali lysis method, and restriction enzyme was applied to confirm the introduction of the PNGase T gene. Subsequently, Agrobacterium with the tomato PNGase T gene introduced The leaf slices (0.5 cm 2 ) of wild-type tobacco were infected in the culture medium (OD 600 = 1.5) for 1 minute and then cultured for 2 days in the MS shooting medium. After air-conditioning, tobacco leaves were transfected with MS cultivation medium supplemented with cefotaxime (250 mg / L) and kanamycin (100 mg / L) at 2-week intervals. The transformants surviving the selection of antibiotics were transferred to roots induction medium and purified to soil. Continuous transfection experiments were repeated, and 531 tobacco leaf slices were infected. Twenty-five transformants surviving the formation of shoots from antibiotic screening The transformation efficiency was 4.7%. As a result, 15 independent transgenic tobacco plants (PNGase T- 10 , PNGase T- 11 ) were finally selected by transferring 15 surviving transformants to the root induction medium.

재조합 PNGase T 형질전환 식물체가 실질적으로 transgene인 토마토의 PNGase T 유전자를 갖고 있는지를 확인하기 위하여 genomic DNA를 분리한 후 genomic DNA PCR을 수행하기 위하여 우선 재조합 PNGase T (+His6 + KDEL) 유전자 구성물을 바탕으로 6개의 특이적 프라이머를 디자인하였다 (표 2). In order to confirm that the recombinant PNGase T transgenic plant has the PNGase T gene of tomato which is a transgene, genomic DNA is isolated and then recombinant PNGase T Six specific primers were designed based on the (+ His6 + KDEL ) gene constructs (Table 2).

Figure pat00002
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서열번호 1과 서열번호 2의 프라이머는 담배 식물체에 삽입한 토마토 PNGase T 유전자의 전체 길이가 증폭될 수 있는 프라이머이고, 서열번호 3 ~ 서열번호 6 pTRAkt 벡터 내의 부위가 증폭되는 프라이머이다. The primers of SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2 are primers in which the entire length of the tomato PNGase T gene inserted into the tobacco plant can be amplified and primers in which the sites in SEQ ID NO: 3 to SEQ ID NO: 6 pTRAkt vector are amplified.

라인 PNGase T-10과 라인 PNGase T-11의 형질전환 담배 식물체의 잎 조직에서 genomic DNA를 분리한 후 각각의 특이적 프라이머를 사용하여 genomic DNA PCR을 실시해 PNGase T 유전자가 담배 식물체에 잘 삽입되었는지 agarose gel에 전기영동하여 확인하였다. Genomic DNA was isolated from leaf tissues of transgenic tobacco plants of line PNGase T- 10 and line PNGase T- 11 , and genomic DNA PCR was performed using each specific primer to determine whether the PNGase T gene was well inserted into the tobacco plant and whether agarose gel electrophoresis.

도 5는 두개 라인의 형질전환 담배식물체를 대상으로 genomic DNA를 분리한 후 특이적 프라이머를 사용하여 PCR을 수행하여 획득한 PCR 산물을 전기영동한 결과 두 라인 모두 형질전환이 확인된 결과를 나타내었다. 여기에서 보듯이, 서열번호 1과 서열번호 2의 프라이머로 PCR한 경우 토마토 PNGase T 유전자의 전체 절편이 증폭되었으며 라인 PNGase T-10과 라인 PNGase T-11의 형질전환 담배 식물체에서 1,811bp의 밴드를 확인하였다 (도 5A 참조). pTRAkt 벡터에 삽입된 PNGase T 유전자 주변 벡터 서열의 프라이머를 이용하여 PCR을 수행한 경우 라인 PNGase T-10과 라인 PNGase T-11의 형질전환 담배 식물체에서 모두 2,001bp (도 5B 참조)와 2,332bp (도 5C 참조)의 PCR 밴드를 각각 확인하였다. 항생제 kanamycin 유전자인 neomycin phosphotransferase II (NPT II) 유전자의 primer로 PCR 한 경우 라인 PNGase T-10과 라인 PNGase T-11의 형질전환 담배 식물체에서 모두 780bp의 밴드를 확인하였다 (도 5D 참조). FIG. 5 shows the result of sequencing of the genomic DNA of the transgenic tobacco lines of two lines, followed by electrophoresis of the PCR product obtained by performing PCR using specific primers, . As shown here, when PCR was performed using the primers of SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2, the whole fragment of the tomato PNGase T gene was amplified and a band of 1,811 bp was amplified in the transformed tobacco plants of line PNGase T- 10 and line PNGase T -11 (See FIG. 5A). When PCR was performed using the primers of the vector sequence surrounding the PNGase T gene inserted in the pTRAkt vector, the transgenic tobacco plants transformed with line PNGase T - 10 and line PNGase T- 11 were found to contain 2,001 bp (see FIG. 5B) and 2,332 bp See Fig. 5C), respectively. When PCR was performed with the primer of the neomycin phosphotransferase II (NPT II) gene, which is an antibiotic kanamycin gene, a band of 780 bp was detected in the transformed tobacco plant of line PNGase T- 10 and line PNGase T -11 (see FIG. 5D).

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상기 표 3에서 genomic DNA PCR 분석을 통하여 토마토 유래 PNGase T (+His6+KDEL) 유전자가 도입된 형질전환 담배 식물체를 최종적으로 2개 라인 (PNGase T-10, PNGase T-11)을 확보하였다. Transgenic tobacco plants transfected with tomato-derived PNGase T (+ His6 + KDEL) gene were finally obtained through genomic DNA PCR analysis in Table 3 above to obtain two lines (PNGase T- 10 and PNGase T- 11 ).

이들 두개 라인의 형질전환 담배식물체는 순화과정을 거친 후 온실에서 생육시켜 표현형을 확인하였다. These two lines of transgenic tobacco plants were subjected to purification and then grown in the greenhouse to confirm the phenotype.

도 6은 형질전환이 확인된 담배식물체 라인 PNGase T-10이 흙에서 6주 (왼쪽), 12주 (오른쪽) 경과한 식물체의 표현형을 나타낸 것이다. FIG. 6 shows the phenotype of the transformed tobacco plant line PNGase T-10 after 6 weeks (left) and 12 weeks (right) in the soil.

도 7은 형질전환이 확인된 담배식물체 라인 PNGase T-11이 흙에서 4주 (왼쪽), 8주 (오른쪽) 경과한 식물체의 표현형을 나타낸 것이다.Figure 7 shows the phenotype of plants transfected with tobacco plant line PNGase T-11 elicited 4 weeks (left) and 8 weeks (right) in soil.

여기에서 보듯이, PNGase T-10 라인은 야생형 식물체와 잎 등의 크기를 비교할 경우 생장 속도는 약간 감소하였지만 줄기의 높이가 다소 크고 야생형보다 빠르게 개화되었으며 (도 6), PNGase T-11 라인은 비교적 야생형과 생장속도가 유사하였다 (도 7).As can be seen, the PNGase T-10 line showed a slight decrease in growth rate compared to wild-type plants and leaves, but the height of the stem was slightly larger and flowed faster than the wild type (FIG. 6) The growth rate was similar to that of wild type (Fig. 7).

<< 실시예Example 6> 형질전환  6> Transformation 담배식물체에서Tobacco plants 토마토 유래 PNGase T의  Tomato-derived PNGase T mRNAmRNA 발현 분석 Expression analysis

토마토 유래 PNGase T (+ His6 + KEDL ) 유전자가 도입된 형질전환 담배식물체 라인 PNGase T-10과 PNGase T-11의 잎 조직을 수확하여 total RNA를 분리한 후 cDNA를 제조하여 qRT-PCR과 semiquantitative RT-PCR을 수행하여 담배식물체에서 토마토 유래의 PNGase T의 mRNA의 양을 분석하였다. Transgenic tobacco plant lines PNGase T- 10 and PNGase T- 11 , in which tomato-derived PNGase T (+ His6 + KEDL ) gene was introduced, were harvested and total RNA was isolated and cDNA was prepared and subjected to qRT-PCR and semiquantitative RT -PCR was performed to analyze the amount of mRNA of PNGase T from tomato in tobacco plants.

Total RNA를 분리한 후 PrimeScriptTM  1st strand cDNA synthesis kit (Takara Bio Inc. Japan) 를 사용하여 1st strand cDNA를 제조하였다, cDNA 합성의 주형으로는 1μg의 total RNA를 사용하였으며, oligo dT primer를 사용하여 1st strand cDNA를 합성하였다. After total RNA isolation, PrimeScript TM   First strand cDNA was synthesized by using 1st strand cDNA synthesis kit (Takara Bio Inc. Japan). 1 μg of total RNA was used as the template for cDNA synthesis and 1st strand cDNA was synthesized using oligo dT primer.

이때 Real time quantitative RT-PCR (qRT-PCR) 분석을 위해 담배 식물체의 endogenous한 PNGase T 유전자가 증폭되지 않도록 담배와 토마토의 PNGase T 유전자의 multiple alignment 분석에 의해 3' 말단 region에서 DNA 염기서열이 크게 다른 부위를 대상으로 토마토 PNGase T의 특이적 프라이머 염기서열을 선정하였다 (도 9 A 참조). 형질전환 담배 식물체에서 토마토 PNGase T 유전자의 특이적 프라이머로 Forward primer : 5’- GAT GAT TCG TGC TGC TAC TCC - 3’와 Reverse primer : 5’- TCA ACC AGG AAG AGA CCG CTT - 3’를 사용하여 Chromo 4TM Continuous Fluorescence Detector (MJ Research, MA, USA) 를 이용하여 real-time qRT-PCR 분석을 수행하였다. Reference gene으로는 house keeping gene인 actin을 사용하였다. For analysis of real time quantitative RT-PCR (qRT-PCR), multiple sequence analysis of PNGase T gene of tobacco and tomatoes was performed to prevent amplification of endogenous PNGase T gene in tobacco plants. A specific primer sequence of tomato PNGase T was selected for other sites (see FIG. 9A). Forward primer: 5'- GAT GAT TCG TGC TGC TAC TCC-3 'and reverse primer: 5'-TCA ACC AGG AAG AGA CCG CTT-3' as specific primers for tomato PNGase T gene in transgenic tobacco plants Real-time qRT-PCR analysis was performed using a Chromo 4 TM Continuous Fluorescence Detector (MJ Research, MA, USA). A house keeping gene, actin, was used as a reference gene.

도 8은 PNGase T가 과발현된 형질전환 담배식물체로부터 PNGase T mRNA의 발현양을 조사하기 위하여 quantitative RT-PCR을 수행하기 위한 PNGase T 특이적 프라이머 (A)와 PNGase T mRNA가 과발현된 것을 확인한 결과 (B)를 나타낸 것이다.FIG. 8 shows the overexpression of PNGase T-specific primers (A) and PNGase T mRNAs for quantitative RT-PCR to examine the expression level of PNGase T mRNA from transgenic tobacco plants overexpressing PNGase T B).

토마토 PNGase T 유전자의 전사체 양을 확인한 결과 라인 PNGase T-10 형질전환 담배 식물체는 야생형에 비해 토마토 PNGase T 유전자의 전사체 양이 2.2배 증가하였고, 라인 PNGase T-11 형질전환 담배 식물체는 WT 보다 3.3배 증가하였다 (도 8 B 참조).Tomato results verify the transcript amount of lines PNGase T -10 PNGase T gene transgenic tobacco plants was a transcript amount of tomato PNGase T gene compared to the wild-type 2.2-fold increase in line PNGase T -11 transgenic tobacco plants is more than WT 3.3 fold (see Fig. 8B).

야생형 담배 식물체에서도 담배의 PNGase T 유전자가 발현되지만 형질전환식물체에서는 총 PNGase T 유전자의 발현량이 두 라인 모두에서 증가하였는데 이는 도입된 유전자의 발현 때문인 것으로 판단된다 (도 8 C 참조).Although the tobacco PNGase T gene was also expressed in the wild-type tobacco plants, the expression level of the total PNGase T gene in the transgenic plants was increased in both lines because of the expression of the introduced gene (see FIG. 8C).

하기 표 4 및 도 9는 PNGase T가 과발현된 형질전환 담배식물체의 초장, 잎의 면적, 절의 수 및 광합성율을 측정하여 표현형의 변화를 조사한 것이다.Table 4 and FIG. 9 show changes in phenotype by measuring plant height, leaf area, number of sections and photosynthetic rate of transgenic tobacco plants overexpressing PNGase T.

Figure pat00004
Figure pat00004

형질전환 담배 식물체의 표현형을 보면 같은 생육시기의 야생형 식물체와 표현형을 비교하여 보면 PNGase T-10의 경우 식물체 초장의 길이가 약간 증가하면서 개화시기가 다소 빨라진 점은 있지만 전반적으로 잎의 면적과 절의 수 등 생육 특성은 악화된 것으로 나타났다 (도 9A). 또한 같은 생육시기의 야생형 식물체와 비교한 PNGase T-11의 경우도 초장의 길이, 잎의 면적, 절의 수 등 생육특성이 크게 악화되었다. In the phenotype of transgenic tobacco plants, the phenotype of PNGase T-10 was slightly increased compared to the wild-type plant at the same growing stage, but the leaf area and number of leaves (Fig. 9A). In addition, PNGase T-11, compared to wild-type plants at the same growing stage, also significantly deteriorated growth characteristics such as plant length, leaf area, and number of sections.

그러나 이 두 형질전환 담배 식물체 모두에서 동일한 생육시기의 야생형 식물체와 광합성율을 비교하여 보면 차이가 없는 것으로 나타났다 (도 9B). However, there was no difference in the photosynthetic rates of wild-type plants of the same growth period in both transgenic tobacco plants (FIG. 9B).

따라서 토마토 유래 PNGase T 유전자가 형질전환된 담배 식물체 2종 (PNGase T-10, PNGase T- 11)은 토마토 PNGase T 유전자 (35S::PNGase T- His6 - KDEL)가 담배 식물체 chromosome 내에 안정적으로 잘 도입되었으며 mRNA의 발현 수율이 야생형보다 더욱 증가 됨을 확인하였고 특히 라인 PNGase T-11 형질전환 담배 식물체에서 PNGase T 유전자의 발현 효과가 더 우수함을 확인하였다. Therefore, two kinds of tobacco plants (PNGase T- 10 and PNGase T- 11 ) transformed with tomato-derived PNGase T gene were able to introduce the tomato PNGase T gene ( 35S :: PNGase T- His6 - KDEL ) into the chromosome of the tobacco plant And the expression of mRNA was further increased than that of wild type. Especially, PNGase T- 11 transgenic tobacco plants showed better expression of PNGase T gene.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았는데 상기의 실시의 예의 결과로 토마토 유래의 PNGase T가 담배식물체 잎에서 발현되고 있다는 것을 확인하였다. As a result of the above examples, it has been confirmed that PNGase T derived from tomato is expressed in leaves of tobacco plants.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.

<110> Industry-academic cooperation foundation of sunchon national university <120> Transgenic plants transformed with PNGase T gene derived from tomato and methods of producing PNGase T protein by using the same <130> PA-15-0202 <160> 8 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PNGase T-S1 primer <400> 1 ggatggctgc ctcctcttcc 20 <210> 2 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PNGase T-AS1 primer <400> 2 ggcaggaaga gaccgctttt tg 22 <210> 3 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> pTRAkt AS primer <400> 3 ctaagggttt cttatatgct caac 24 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> P35SS-F primer <400> 4 atacatggtg gagcacgaca 20 <210> 5 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> NPTII-F primer <400> 5 gaagaactcg tcaagaaggc g 21 <210> 6 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> NPTII-R primer <400> 6 gatggattgc acgcaggttc t 21 <210> 7 <211> 1767 <212> DNA <213> 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Thr Glu 355 360 365 Gly Lys Leu Leu Arg Tyr Ser Leu Leu Pro Leu Ser Leu Ser Val Leu 370 375 380 Thr Asn Phe Thr Gly Phe Asp Gly Ser Phe Ile Thr Asn Ala Ser Arg 385 390 395 400 Ser Ile Thr Leu Thr Gly Met Val Lys Ser Ser Tyr Gly Thr Ile Thr 405 410 415 Thr Lys Ser Ser Gln Ser Leu Ser Tyr Ser Asn His Met Val Met Gly 420 425 430 Asn Glu Gly Asn Leu Gln Ile Val Asp Gln Ile Ile Glu Phe Asn Asp 435 440 445 Thr Val Tyr Ala Thr Thr Pro Ser Ser Tyr Val His Ser Leu Glu Ser 450 455 460 Phe Lys Lys Tyr Leu Leu Lys Leu Tyr Ser Asp Asn Val Asp Gln Gly 465 470 475 480 Asn Gln Ser Tyr Thr Ser Ile Ser Asn Leu Thr Leu Gly Leu Asp Asp 485 490 495 Lys Arg Val Lys Gly Ser Lys Tyr Gly Ser Ser Val Ser Ser Val Asn 500 505 510 Asn Leu Gln Asn Ala Gln Gly Tyr Met Ile Val Lys Gly His Leu Val 515 520 525 Val Lys Gly Leu Gly Ser Thr Gln Gln Val Tyr Lys His Asn Asp Asp 530 535 540 Ser Cys Cys Tyr Ser Arg Asn Ile Ser Ser Ser Asn Tyr Thr Ile Leu 545 550 555 560 Tyr Asp Lys Val Ser Asn Ser Cys Ser Asn Ser Thr Trp Ser 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        115 120 125 Ser Cys Thr Ala Glu Pro Thr Lys Asn Gly Ile Phe Trp Thr Val Lys     130 135 140 Lys Asp Ile Thr Arg Tyr Ser Ser Leu Leu Met Lys Asn Gln Ile Phe 145 150 155 160 Ala Val Tyr Leu Gly Asn Ile Val Asp Ser Thr Tyr Thr Gly Val Tyr                 165 170 175 His Val Glu Ile Phe Val His Phe Tyr Pro Ala Lys Val Arg Leu Gly             180 185 190 Gly Phe Asp Ser Gly Ala Asp Leu Ile Val Pro Ile Ser Arg Asn Met         195 200 205 His Leu Asn Asp Gly Leu Trp Phe Glu Ile Glu Asn Ser Ala Asp Val     210 215 220 Gln Ser Lys Asp Phe Lys Ile Pro Pro Asn Val Tyr Arg Ala Val Leu 225 230 235 240 Glu Val Tyr Val Ser Phe His Glu Asn Asp Glu Phe Trp Asn Gly Asn                 245 250 255 Pro Pro Asn Glu Tyr Ile Ser Ser Asn Asn Leu Ser Ile Ala Gly Asn             260 265 270 Gly Ala Phe Arg Glu Val Val Val Ser Leu Asp Glu Met Val Val Gly         275 280 285 Val Val Trp Pro Phe Thr Val Ile Tyr Thr Gly Gly Val Asn Pro Leu     290 295 300 Phe Trp Arg Pro Ile Ser Gly Ile Gly Ser Phe Asp Leu 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Gly Ser Ser Ser Val Ser Ser Val Asn             500 505 510 Asn Leu Gln Asn Ala Gln Gly Tyr Met Ile Val Lys Gly His Leu Val         515 520 525 Val Lys Gly Leu Gly Ser Thr Gln Gln Val Tyr Lys His Asn Asp Asp     530 535 540 Ser Cys Cys Tyr Ser Arg Asn Ile Ser Ser Ser Asn Tyr Thr Ile Leu 545 550 555 560 Tyr Asp Lys Val Ser Asn Ser Cys Ser Asn Ser Thr Trp Ser His Trp                 565 570 575 Pro Leu Arg Ile Asp Lys Lys Arg Ser Leu Pro Gly             580 585

Claims (7)

서열번호 7의 염기서열을 가지는 PNGase T 유전자를 포함하는 식물체 발현용 발현벡터.An expression vector for expression of a plant comprising a PNGase T gene having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 7. 제 1 항에 있어서,
상기 PNGase T 유전자가 토마토로부터 유래된 것임을 특징으로 하는 발현벡터.
The method according to claim 1,
Wherein the PNGase T gene is derived from tomato.
제 1 항에 있어서,
pTRAkt-PNGase T 발현벡터.
The method according to claim 1,
pTRAkt-PNGase T expression vector.
제 1 항에 따른 PNGase T 유전자를 포함하는 식물체 발현용 발현벡터로 형질전환된 식물체.A plant transformed with an expression vector for plant expression comprising the PNGase T gene according to claim 1. 제 4 항에 있어서,
상기 식물체가 담배인 형질전환된 식물체.
5. The method of claim 4,
Wherein said plant is tobacco.
제 1 항에 따른 PNGase T의 유전자를 포함하는 식물체 발현용 발현벡터를 이용하여 식물체를 형질전환하는 방법. A method for transforming a plant using an expression vector for plant expression comprising the gene of PNGase T according to claim 1. 제 1 항에 따른 PNGase T의 유전자를 포함하는 식물체 발현용 발현벡터로 식물체를 형질전환한 다음 배양하여 재조합 PNGase T 단백질을 생산하는 방법.
A method for producing a recombinant PNGase T protein by transforming a plant with an expression vector for plant expression comprising the gene of PNGase T according to claim 1, followed by culturing.
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