KR940001266B1 - Process for preparation of plant with anti-freeze protein - Google Patents

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Abstract

An antifreeze protein gene bases on a gene of antifreeze protein from Arabidopsis was synthesized. The antifreeze protein gene was cloned into a plasmid pGA643 and E.coli JM109 was transformed with recombinant vector pOST1100. A strain (Agrobacterium LBA 4404) carrying the recombinant vector pOST1100 was isolated from E.coli JM109 (pOST1100), Agrobacterium LBA 4404 and E.coli MC1000 carrying pRK2013 by triparental mating method. After Agrobacterium- mediate transformation of tobacco tissue, the expression and transcription of antifreeze protein gene was analyzed by Southern and Northern hybridization and the antifreeze protein expressed in the tobacco tissue was determinated by electrophoresis.

Description

내빙 단백질이 발현되는 식물체의 제조방법Manufacturing method of plant expressing ice protein

제1도는 합성한 내빙 단백질 유전자의 염기 서열 및 그로부터 번역되는 아미노산 서열을 나타내고,1 shows the nucleotide sequence of the synthesized icing protein gene and the amino acid sequence translated therefrom,

제2도는 CaMV35S 프로모터의 조절을 받도록 벡터 pGA643의 Xba I 과 Bg1 II제한 효소인식부위 사이에 합성 내빙 단백질 유전자를 연결시킨 벡터 pOST1100을 나타내고,2 shows the vector pOST1100 linking the synthetic icing protein gene between the Xba I and Bg1 II restriction enzyme recognition sites of vector pGA643 to be regulated by the CaMV35S promoter,

제3도는 내빙 단백질 유전자를 갖는 벡터 pOST1100을 도입시킨 담배 조직으로부터 네오마이신 인산기 전이 효소 II(NPTII)의 검정을 한 결과를 나타내고,FIG. 3 shows the results of the assay of neomycin phosphate transferase II (NPTII) from tobacco tissues into which the vector pOST1100 with the icing protein gene was introduced,

제4도는 내빙 단백질 유전자를 도입시킨 담배 및 야생종의 담배로부터 분리한 DNA를 제한 효소로 절단하여 서던(Southern) 하이브리디제이션 실험한 결과를 나타내고,Figure 4 shows the results of Southern hybridization experiments by cutting DNA isolated from tobacco and wild-type tobacco into which the indwelling protein gene was introduced, and with restriction enzymes.

제5도는 벡터 pOST1100을 도입시킨 담배 및 야생종 담배에서 전체 RNA를 분리하여 노던(Northern) 하이브리디제이션 실험한 결과를 나타내며,Figure 5 shows the results of Northern hybridization experiments by separating the total RNA from tobacco and wild-type tobacco introduced with the vector pOST1100,

제6도는 내빙 단백질 유전자가 도입된 담배 및 야생종의 담배잎에서 단백질을 분리하여 SDS-PAGE(SDS-폴리아크릴 아마이드젤 전기영동)한 후 설비 염색한 결과를 나타낸다.FIG. 6 shows the results of facility staining after SDS-PAGE (SDS-polyacrylamide gel electrophoresis) by separating proteins from tobacco leaves of tobacco and wild species to which the icing protein gene was introduced.

본 발명은 일부 생물종의 체내에서 생성되어 생물체가 저온에서 생존할 수 있게 해 주는 내빙(anti-freeze) 단백질을 코딩하는 유전자에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상기 유전자를 담배 등의 식물 세포내에 도입하여 발현시키는 방법과도 관련이 있다.The present invention relates to genes encoding anti-freeze proteins that are produced in the body of some species and allow the organism to survive at low temperatures. The present invention also relates to a method of introducing and expressing the gene into plant cells such as tobacco.

대부분의 생물은 빙점이하의 저온에 장기간 노출될 경우 세포질이 동결되고 결빙에 의한 세포질의 탈수 및 얼음결정의 성장에 의한 세포 및 조직구조의 물리적 파괴를 초래하므로 치명적이라 할 수 있다. 그러나, 어류를 비롯한 한대 또는 극지방 생물종의 다수는 소위 내빙 단백질(anti-freeze proteins ; AFPs)의 체내 합성을 통하여 세포질 내부에서의 얼음결정의 형성과 성장을 억제하는 기작으로 저온의 환경에서도 생존 할 수 있는 능력을 가지고 있다(참조 : Feenet, R. E. et al., Ann, Rev. Biophys. C hem., 15, 59-78(1986)). 이러한 생물종들이 합성해 내는 내빙 단백질은 최소한 1종 이상의 내빙 글라이코 단백질(anti-freeze glycoproteins ; AFGPs)과 3종의 내빙 단백질로 알려져 있다.Most organisms are fatal because long-term exposure to low temperatures below freezing point causes the cytoplasm to freeze, dehydrate the cytoplasm by freezing, and physically destroy cell and tissue structures by the growth of ice crystals. However, a large number of cold or polar species, including fish, can survive in low temperature environments by inhibiting the formation and growth of ice crystals within the cytoplasm through the synthesis of so-called anti-freeze proteins (AFPs). (Feetnet, RE et al., Ann, Rev. Biophys. Chem., 15, 59-78 (1986)). The indwelling proteins synthesized by these species are known as at least one anti-freeze glycoprotein (AFGPs) and three types of indwelling proteins.

현재까지 다양한 생물종, 특히 극지어류로 부터 분리 정제된 모든 내빙 글라이코 단백질은 알라닌 2개와 곁사슬(side chain)에 이당류가 결합된 트레오닌으로 된 알라닌, 알라닌, 트레오닌(Ala-ala-Thr)의 글라이코 단백질 단위체 (glycotri peptide unit)가 중합된 중합체로서 어류종의 구분없이 매우 유사한 화학적 구조를 가지고 있다 .To date, all icing glycoproteins isolated and purified from various species, especially polar species, have been written by alanine, alanine, and threonine (Ala-ala-Thr) consisting of two alanines and a threonine with a disaccharide linked to the side chain. Glycotri peptide units are polymerized polymers that have very similar chemical structures, regardless of fish species.

이에 비해 내빙 단백질은 어류중간에도 구조적으로 매우 다양하여 알라닌이 많이 함유된 내빙 단백질, 시스테인이 많이 함유된 내빙 단백질 및 알라닌과 시스테인이 둘다 많이 함유되지 않는 단백질로 구분된다(참조 : Hew, C. L. et al., 1986, Living in the Cold, Physiological and Biochemical Adaptation, (eds., Heller, H. D. et al.) 117-123, Elsevier, New York, U.S.A). 이들 내빙 단백질과 내빙 글라이코 단백질은 단일속일성(monocolligative) 현상에 의해 결빙점을 감하시키는데 분자 당량의 기준에서 볼 때 소금(NaCl)에 비하여 300-500배 이상 효과적인 것으로 알려져 있다( 참조 : Yang. D.S.C. et al., Nature 333, 232-237 (1988)).In comparison, icy proteins are structurally diverse among fish, and they are classified into soluble proteins containing alanine, cysteine-containing proteins, and proteins containing neither alanine nor cysteine (see Hew, CL et al.). , 1986, Living in the Cold, Physiological and Biochemical Adaptation, (eds., Heller, HD et al.) 117-123, Elsevier, New York, USA). These ice- and ice-glycoproteins are known to be 300-500 times more effective than salt (NaCl) in terms of molecular equivalents in reducing the freezing point by monocolligative phenomena (see Yang. DSC). et al., Nature 333, 232-237 (1988)).

내빙 단백질중 알라닌이 많이 함유된 내빙 단백질의 경우 X선 결정 구조분석 결과 약 5nm 정도의 단일 알파-헤릭스(single α-helix) 구조를 가지고 있는 것으로 보고되었으며 현재 4종의 극지어류로부터 추출한 다양한 내빙 단백질중 7종의 아미노산 서열이 밝혀져 있다. 또한 65개의 알라닌과 35개의 아스파르트산으로 구성된 불규칙한 α-헤릭스의 인공 합성 중합체에 의해서도 상당한 빙점 강하 현상이 관찰되었다.X-ray crystal structure analysis of the ice-rich protein containing alanine among the ice-collected proteins shows that it has a single alpha-helix structure of about 5 nm. Seven amino acid sequences of proteins have been identified. Significant freezing point degradation was also observed with an artificial α-helix synthetic polymer composed of 65 alanines and 35 aspartic acids.

어류와는 달리 식품의 경우에 있어서는 세포질내의 폴리하이드록시 알콜 또는 글라이코지질에 의해 냉해 저항성이 생기나 극지의 버드나무류나 송백류는 이외에도 거대한 내빙 단백질 분자를 가지고 있어 이들간의 상가적 효과에 의해 -30℃ 이하에서도 생존하고 있음이 밝혀졌다.(참조 : Roger, H. P., 1988, Nature 333, 207-208, Levitt, J., 1980, Responses of plants to environmental stresses and high tempe rature stresses pp 10-180, Academy Press, New York., U.S.A.).Unlike fish, in the case of food, cold resistance is caused by polyhydroxy alcohol or glycolipid in the cytoplasm, but polar willow and pine white have huge icing protein molecules. It has been found to survive below ℃ (Roger, HP, 1988, Nature 333, 207-208, Levitt, J., 1980, Responses of plants to environmental stresses and high tempe rature stresses pp 10-180, Academy Press, New York., USA).

본 발명의 목적은 상기 자료를 바탕으로 이미 알려진 어류의 내빙 단백질 아미노산 서열을 응용하여 식물에 발현되기에 적당하게 제조한 내빙 단백질 유전자를 제공하는데 있으며 또한 적합한 벡터에 내빙 단백질 유전자를 삽입하여 제조한, 식물 세포를 형질 전환시키기에 적당한 재조합 벡터를 제공하고자 한다.It is an object of the present invention to provide an indwelling protein gene suitably prepared for expression in a plant by applying an indwelling protein amino acid sequence of a known fish based on the above data, and also by inserting an indwelling protein gene into a suitable vector. It is intended to provide a recombinant vector suitable for transforming plant cells.

또한 본 발명은 상기의 재조합 벡터로 형질전환되어 세포에서 내빙 단백질이 생성되는 식물체를 제조하는 방법을 제공하여 저온에서 생장이 제약받는 식물, 특히 담배등의 난온대성 식물을 재배하는데 있어서 온도의 제약을 최소화하고자 하는 목적을 가지고 있다.In another aspect, the present invention provides a method for producing a plant that is transformed with the recombinant vector to produce an ice-free protein in the cell to reduce the temperature constraints in cultivating plants that are restricted in growth at low temperatures, particularly in warm-tolerant plants such as tobacco It has a purpose to minimize.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다. 내빙단백질 유전자를 식물세포내에서 발현되기 쉬운 구조와 염기 서열을 갖도록 설계한 다음 DNA 합성기를 사용하여 적당한 길이 (약 40-100 뉴클레오티드)로 올리고뉴클레오티드를 합성한다. 합성한 올리고뉴클레오티드를 고온(약 80 내지 90℃)으로 처리하여 변성화시킨후 서로 상보적인 염기서열을 가진 것끼리 혼합한 다음 오랜시간(1시간 이상)동안 서서히 온도를 내려 상보적으로 결합하게 한다. 결합한 이중 가닥 DNA만을 전기염동에 의해 분리하여 5'말단을 인산화시킨후 T4DNA 리가제를 사용하여 마찬가지 방법으로 제조된 다른 이중가닥 DNA와 연결시킴으로써 원하는 서열을 갖는 유전자를 제조한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail. The endogenous protein gene is designed to have a structure and a nucleotide sequence that are easily expressed in plant cells, and then oligonucleotides are synthesized to a suitable length (about 40-100 nucleotides) using a DNA synthesizer. The synthesized oligonucleotide is denatured by treating at high temperature (about 80 to 90 ° C.), and then mixed with those having complementary nucleotide sequences, and then gradually lowered for a long time (1 hour or more) to complementarily bind. . Only the bound double-stranded DNA is separated by electrophoresis to phosphorylate the 5 'end, and then linked to other double-stranded DNA prepared in the same manner using a T 4 DNA ligase to prepare a gene having a desired sequence.

내빙 단백질 유전자는 상기의 합성 방법외에도 흔히 알려진 유전자 검색 및 클로닝 방법에 의해 어류등의 생물체로 부터 분리할 수 있으며 식물세포내에서 효과적으로 발현할 수 있게 하기 위해, 발현되는 단백질의 기능에 큰 차이가 없는 범위에서 염기서열에 적절한 변형을 가할 수 있다.Inland protein genes can be separated from organisms such as fish by the gene search and cloning methods commonly known in addition to the above synthetic methods, and in order to be effectively expressed in plant cells, there is no significant difference in the function of the expressed protein. Appropriate modifications may be made to the sequence within the range.

내빙 단백질 유전자를 식물세포내로 도입 및 발현시키기 위해 대장균내에서 증폭이 가능하고 식물세포내에서 이용될 수 있는 프로모터등의 발현조절 장치를 가진 적당한 벡터를 사용할 수 있다. 이러한 벡터로는 pGA 643(참조 : Gynheung An, et al., Plant Molecular Biology Manual A3 : pp 1-19(1988)), pGA492 (KTCC11056), pGA580(KCTC 580) 등을 예로 들 수 있으나 여기에 한정 되지는 않는다. 또한 상기 벡터에 삽입된 내빙 단백질 유전자를 발현시키기 위한 식물체로는 담배, 벼, 옥수수 및 채소류등의 난온 대성 식물이 바람직하게 이용될 수 있으나 여기에 한정되지는 않는다.Suitable vectors with expression control devices such as promoters that can be amplified in Escherichia coli and used in plant cells can be used to introduce and express the indwelling protein genes into plant cells. Such vectors include, but are not limited to, pGA 643 (Gynheung An, et al., Plant Molecular Biology Manual A3: pp 1-19 (1988)), pGA492 (KTCC11056), pGA580 (KCTC 580), and the like. It doesn't work. In addition, warm plants such as tobacco, rice, corn, and vegetables may be preferably used as the plant for expressing the indwelling protein gene inserted into the vector, but are not limited thereto.

식물에서 발현될 수 있도록 만들어진 내빙 단백질 유전자를 식물 세포내로 도입하기 위하여 아그로박테리움-매개(Agrobacterium-mediate) 형질전환을 이용하였는데, 식물체의 형질 전환에 앞서 공지된 방법으로 헬퍼(helper) 플라스미들 이용하여 아그로박테리움에 내빙 단백질 유전자 플라스미드 공동도입 시킨다(참조 : Stephen, G. R. et al., Plant Molecular Biology pp 1-12(1988)). 로버트등의 방법(참조 : Ro bert, B. H., et al., Plant Molecular Biology Manual A 42, 1-9(1988))에 따라 이 박테리아를 사용하여 MS 배지에서 식물체인 세포의 유전자를 형질전환시키고 카나마이신(kanamycine)에서 저항성을 갖는 싹(shoot)을 선별하여 몇번 계대 배향한 후 잎이 형성되었을 때 뿌리 형성 배지로 옮겨 뿌리가 형성되면 토양으로 옮겨 완전한 식물체로 성장시킨다.Agrobacterium-mediate transformation was used to introduce into the plant cells an indwelling protein gene made to be expressed in the plant, using helper plasmids in a known manner prior to plant transformation. And co-introduced plasmid genes into Agrobacterium (Stephen, GR et al., Plant Molecular Biology pp 1-12 (1988)). According to the method of Robert et al. (Ro bert, BH, et al., Plant Molecular Biology Manual A 42, 1-9 (1988)), the bacteria are used to transform genes of plant cells in MS medium and to kanamycin. (kanamycine) screening resistant shoots (shoot) are selected and passaged several times, when the leaves are formed in the root formation medium, the roots are formed in the soil to grow to complete plants.

이 식물에서 내빙 단백질 유전자의 형질전화 내빙여부를 확인하기 위하여 에스트렐라(Estrella)등의 방법(Estrella, L. H., et al., Plant Molecular Biology Manual B1, pp 1-22(1988))을 사용하여 네오마이신 인산기 전이효소II(neomycin phosphot rans-feraseII)(NPT-II)효소의 검정을 하거나, 전체 게놈 DNA를 분리하여 제한효소로 절단한 후 아가로스 젤에 전기 영동한 후 나이론 필터에 전달시켜 적당한 프로브를 사용하여 서던 하이브리디 제이션등을 수행한다.In order to confirm the transgenic inland transgenic genes in this plant, Neo using a method of Estrella et al. (Estrella, LH, et al., Plant Molecular Biology Manual B1, pp 1-22 (1988)) Nemiccin phosphot rans-ferase II (NPT-II) enzyme assay or whole genomic DNA was isolated and digested with restriction enzymes, electrophoresed on agarose gels, and transferred to a nylon filter to provide a suitable probe. Use Southern hybridization and more.

또한, 내빙 단백질 유전자가 도입된 식물에서 내빙 단백질 유전자가 전사되는지의 여부를 조사하기 위하여 전체 RNA를 분리하여 변성용 포름알데히드 젤에 전기영동한 후 니트로셀루로스 필터에 흡착시켜 γ-P32[ATP]로 말단 표지한 프로브와 함께 노던 하이브리디제이션을 한다. 또한 내빙 단백질이 생성 되었는지를 알기 위하여 식물체의 전체 단백질을 추출한 후 SDS-PAGE와 실버염색(silver staining)으로 야생종과 비교하여 단백질 생성 여부를 확인한다.In addition, in order to investigate whether the indwelling protein gene is transcribed in plants in which the indwelling protein gene is introduced, the whole RNA is isolated, electrophoresed in a denatured formaldehyde gel, and then adsorbed onto a nitrocellulose filter to adsorb the γ-P 32 [ATP]. Northern hybridization with terminal labeled probes. In addition, the whole protein of the plant is extracted in order to know whether the indwelling protein has been generated, and then compared with the wild species by SDS-PAGE and silver staining (silver staining) to check the protein production.

이하 본 발명을 다음 실시예에 의거하여 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 설명을 위해 제공되는 것일 뿐이고 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. The following examples are merely provided to illustrate the invention and are not intended to limit the scope of the invention.

[실시예 1]Example 1

내빙 단백질 유전자의 제조Preparation of Inland Protein Genes

쇼톤 스컬핀 어류의 SS-8 내빙 단백질의 아미노산 서열(참조 : Leutwiler, L. S. et al., Nucl. Acids Res. 14, 4051-4076(1986)) 및 아라비돕시스 캡 I 유전자의 5'리더 서열(참조 : Pickett, M. H. et al., Eur. J. Biochem. 143, 35-38(1985))을 모델로하여 내빙 단백질 유전자를 설계하였다. 상기 단백질은 내빙의 기작에 크게 관여하는 α-헤릭스의 구조이고 N-말단이 메티오닌이며 45개의 아미노산으로 이루어져 있어서 식물세포내에서도 번역후 조작(processing)에 비교적 문제없이 내빙 단백질이 생성될 것으로 추측하였다.Amino acid sequence of SS-8 icing protein of Shoten sculptin fish (Leutwiler, LS et al., Nucl.Acids Res. 14, 4051-4076 (1986)) and 5 'leader sequence of Arabidopsis cap I gene (see: The Iceberg protein gene was designed by modeling Pickett, MH et al., Eur. J. Biochem. 143, 35-38 (1985). Since the protein is a structure of α-heryx which is involved in the mechanism of ice-breaking, N-terminal methionine and 45 amino acids, it is assumed that the protein is produced without any problem in post-translational processing even in plant cells. .

이 아미노산 서열을 사용하여 DNA 염기서열을 설계하였는데, 식물 세포에서 잘 발현 할 수 있도록 이미 밝혀진 식물의 코돈 사용성향(참조 : Murray, E. E. et al., Nu cl. Acids Res. 17, 477-498(1989), Messing, J., Genetic Engineering, 6, 2-46, Academic Press, London)을 고려하여 알라닌은 거의 GCT 코돈을 사용하였고, 반복 및 역반복 서열을 배제하기 위하여 GCC 코돈도 사용하였다. 또한 식물 세포에서 전사를 증진시키기 위하여 5'리더 서열은 아라비돕시스 식물의 캡 I 유전자를 사용하였다. 이들 유전자의 연결을 위하여 중간에 4개의 접착말단을 배치하였다. 리더 서열 다음에는 제한 효소 Xba I 과 Bgl II 부위를 배치하였다. 리더 서열 다음에는 번역 개시 코돈(ATG), 코돈의 마지막엔 종결 코돈(TAA)을 배치하였다.Using this amino acid sequence, the DNA sequence was designed, and the codon usage tendency of the plants already known to be well expressed in plant cells (Murray, EE et al., Nu cl. Acids Res. 17, 477-498 ( (1989), Messing, J., Genetic Engineering, 6, 2-46, Academic Press, London), alanine almost used GCT codons, and GCC codons were used to rule out repeat and reverse repeat sequences. The 5 'leader sequence also used the Cap I gene of Arabidopsis plants to enhance transcription in plant cells. Four adhesion ends were placed in the middle for linking these genes. The restriction enzymes Xba I and Bgl II sites were placed after the leader sequence. The leader sequence was followed by a translation initiation codon (ATG) and a codon at the end of the codon (TAA).

DNA 합성을 용이하게 하기 위하여 76 염기씩 2개로 나누었으며, 이들과 상보적으로 2개를 더하여 전체 4개의 가닥으로 설계하였다. 제1도에서 설계한 내빙 단백질 유전자의 올리고뉴클레오티드 서열 및 그에 의해 코딩되는 아미노산을 잘보여주고 있다(제1도 및 본 명세서에서는 뉴클레오티드와 아미노산을 표준 단일 약자로 나타내고 있는데 이 약자의 의미는 통상의 생화학 교재에 나와 있다).In order to facilitate DNA synthesis, 76 bases were divided into two, and two complementary to these were designed into four strands. The oligonucleotide sequence of the icing protein gene designed in FIG. 1 and the amino acid encoded by the well are shown well. (In FIG. 1 and the present specification, nucleotides and amino acids are denoted by standard single abbreviations. In the textbook).

설계한 유전자를 76뉴클레오티드씩 2개 가닥 및 이에 상보적인 2개의 가닥으로 합성하였다. DNA 합성기는 밀리겐 7500 DNA 합성기(Milligen 7500 DNA Synthe sizer, Milligen Co.)를 사용하였으며 β-시아노 에틸 포스포라미다이트 방법에 의해 합성 및 정제하였다.(참조 : Matteucci et al., J. Am. Chem. Soc., 103 : 3185(1981 )).The designed gene was synthesized into two strands of 76 nucleotides and two strands complementary thereto. The DNA synthesizer was used by Milligen Co., Ltd. (Milligen 7500 DNA Synthe sizer, Milligen Co.) and synthesized and purified by β-cyano ethyl phosphoramidite method (see Matteucci et al., J. Am). Chem. Soc., 103: 3185 (1981)).

정제된 오리고 뉴클레오티드 A, B, C 및 D를 각 1㎍ 씩 취하여 각각 다른 튜브에서 변성화 완충 용액(최종 농도 : 0.18M NaCl, 100mM Tris, 1mM EDTA, pH 7.0 )과 섞어 최종 부피가 100㎕ 되도록 하여 86℃에서 2시간 가열함으로써 변성화시켰다. 변성화된 올리고뉴클레오티드 A와 B, C와 D를 각각 0.5㎍씩 어닐링 (annealing) 완충용액과 섞어 최종 용액 농도가 0.18M NaCl, 10mM Tris, 1mM EDTA, pH 7.0이 되게 하고 최종 부피는 100㎕가 되도록 한 후 10시간 동안 61℃에서 시작하여 25℃까지 천천히 냉각되도록 하였다. 어닐링 반응이 끝난 반응물을 4% 저융점 아가로스(low melting agarose)젤에서 70볼트로 3시간동안 전기 영동한 후 두개의 올리고 뉴클레오티드가 상보적으로 결합된 DNA 절편만을 투석 막을 통해 0.5배 농도 TBE 완충용액( 45mM Tris-borate, 45mM boric acid, 0.1mM EDTA)중에서 전기 용출시키고 에탄올 침전으로 농축하였다. 최종 농도가 0.1㎍/㎕가 되도록 TE 완충용액(10mM Tris, 1mM EDTA, pH 7.5)에 용해시켰다.Take 1 μg of each purified Oligigo nucleotides A, B, C and D and mix them in different tubes with denatured buffer solution (final concentration: 0.18M NaCl, 100mM Tris, 1mM EDTA, pH 7.0) so that the final volume is 100µl. The mixture was denatured by heating at 86 ° C. for 2 hours. 0.5 μg of denatured oligonucleotides A, B, C, and D were mixed with annealing buffer solution to a final solution concentration of 0.18 M NaCl, 10 mM Tris, 1 mM EDTA, pH 7.0 and final volume of 100 μl. It was then allowed to cool slowly to 25 ° C. starting at 61 ° C. for 10 hours. After the annealing reaction was electrophoresed at 70 volts for 3 hours on a 4% low melting agarose gel, only two fragments of the oligonucleotides complementarily bound to the 0.5-fold concentration of TBE buffer were passed through the dialysis membrane. Electrolyzed in solution (45 mM Tris-borate, 45 mM boric acid, 0.1 mM EDTA) and concentrated by ethanol precipitation. It was dissolved in TE buffer (10 mM Tris, 1 mM EDTA, pH 7.5) to a final concentration of 0.1 μg / μl.

각 DNA 절편의 5' 말단을 인산화시키기 위해 상기 DNA 2㎕(200mg), T4폴리뉴클레오티드 키나제 1㎕(0.5unit), 10mM ATP 3㎕, 10배농도 키나제 완충용액( 0.5M Tris, 10mM MgCl2, 1mM ZnCl2, 10mM spermidine) 3㎕ 및 증류수 21㎕를 혼합하여 37℃에서 30분간 반응시킨 후 에탄올 침전하여 최종 농도 50ng/㎕가 되도록 TE 완충용액에 용해시켰다.To phosphorylate the 5 'end of each DNA fragment, 2 μl of the DNA (200 mg), 1 μl of T 4 polynucleotide kinase (0.5 unit), 3 μl of 10 mM ATP, 10 fold concentration kinase buffer solution (0.5M Tris, 10 mM MgCl 2 3 μl of 1 mM ZnCl 2 , 10 mM spermidine and 21 μl of distilled water were mixed and reacted at 37 ° C. for 30 minutes, followed by ethanol precipitation to dissolve in TE buffer solution to a final concentration of 50ng / μl.

각각 인산화시킨 A와 B 올리고뉴클레오티드가 결합된 DNA 절편(A/B)과 C와 D 올리고뉴클레오티드가 결합한 DNA의 절편(C/D)을 연결시키기 위해 하기와 같이 반응시켰다 A/B DNA 절편 2㎕(100ng)와 C/D DNA 절편 2㎕(100ng), T4DNA 리가제 1㎕(2units), 10배 농도 연결반응 완충용액(0.5M Tris(pH 7.4), 0.1M MgCl2, 0. 1M DTT(dithiothreitol), 10mM spermidine, 1mg/ml BSA(소 혈청 알부민) 2.5㎕ 10mM ATP 2.5㎕ 및 증류수 15㎕를 넣어 혼합한 다음 14℃에서 15시간 정치시켜 연결반응이 일어나도록 하였다. 반응후 페놀 : 클로로포름(1 : 1 v/v)으로 추출하고 2배 부피의 에탄올로 침전시켜 최종농도 50ng/㎕가 되도록 TE 완충용액에 용해시켜 전기영동에 의해 연결 된 DNA 절편을 확인하였다.2 μL of the A / B DNA fragment was reacted to link the DNA fragments (A / B) to which the phosphorylated A and B oligonucleotides were bound, and the fragments (C / D) to which the C and D oligonucleotides were bound, respectively. (100 ng) and 2 μl of C / D DNA fragment (100 ng), 1 μl of T 4 DNA ligase (2 units), 10-fold concentration ligation buffer (0.5 M Tris pH 7.4, 0.1 M MgCl 2 , 0.1 M) 2.5 μl of DTT (dithiothreitol), 10 mM spermidine, 1 mg / ml BSA (bovine serum albumin), 2.5 μl of 10 mM ATP and 15 μl of distilled water were mixed and left to stand at 14 ° C. for 15 hours to allow the ligation reaction. Extracted with chloroform (1: 1 v / v), precipitated with 2 times the volume of ethanol, dissolved in TE buffer solution to a final concentration of 50ng / μl, and confirmed the DNA fragments connected by electrophoresis.

[실시예 2]Example 2

발현 벡터 pOST1100의 제조 및 이. 콜라이(Eschrichia coli의 형질전환Preparation of Expression Vector pOST1100 and E. Transformation of E. coli

Xba I 및 Bgl II 제한 절단 효소로 이중 절단한 pGA 643 200ng에 상기한 실시예 1의 생성물인 152bp 합성 내빙 단백질 유전자 50ng을 혼합하고, T4DNA 리가제 1unit, 10배 농도 연결반응 완충용액 2㎕, 10mM ATP 2㎕를 첨가한 후 증류수로 최종부피가 20㎕ 되도록 맞추었다. 상기 혼합물을 14℃로 15시간 동안 반응시켜 pGA 643 벡터의 Xba I 및 Bgl II인지 부위 사이에 합성 내빙 단백질 유전자가 연결되도록 하였다. 상기 DNA에 의한 이. 콜라이의 형질전환은 염화 칼슘 방법에 의해 수행 하였고(참조 : Maniatis et al., Molecular Cloning, A labora-tory manual, pp250-251, Cold Spring Harbor Laboratory, 1982). 테트라사이클린을 13㎍/㎖ 함유한 LB 고체 배지 (리터당 박토-트립톤 10g, 효모 추출물 5g, NaCl 10g, 박토-아가 16g)에 도포하여 37℃에서 12 내지 16시간 배양하여 제조합 벡터를 포함하는 콜로니를 선별하였다.50 ng of the 152 bp synthetic icing protein gene, the product of Example 1, was mixed with 200 ng of pGA 643 double digested with Xba I and Bgl II restriction cleavage enzymes, and 2 μl of T 4 DNA ligase, 10-fold concentration ligation buffer After adding 2 μl of 10 mM ATP, the final volume was adjusted to 20 μl with distilled water. The mixture was reacted at 14 ° C. for 15 hours to allow a synthetic icing protein gene to be linked between the Xba I and Bgl II recognition sites of the pGA 643 vector. E. by the DNA. E. coli transformation was carried out by calcium chloride method (Maniatis et al., Molecular Cloning, A labora-tory manual, pp250-251, Cold Spring Harbor Laboratory, 1982). 13 μg / ml tetracycline was applied to an LB solid medium (10 g of bacto-trypton per liter, 5 g of yeast extract, 10 g of NaCl, 16 g of bacto-agar) and incubated at 37 ° C. for 12 to 16 hours to include a prepared vector. Colonies were selected.

상기 클로니로부터 알칼리 용해 방법에 의해 플라스미드를 분리하였다. 알칼리 용해 방법 (alkaline lysis method)은 문헌 (Maniatis et al., Molecular Cloning, A laboratory manual, pp368-369, Cold Spring Har bor Laboratory, 1982)에 따라 수행하였고, CsCl 농도구배 초원심분리 방법(상기와 같은 문헌 pp93-94)에 의해 순서 정제하였다. 상기와 같이 분리정제한 플라스미드를 Eco RI 및 Bgl II 제한절단효소로 절단한 후 아가로스 젤 전기영동하여 내빙단백질 유전자 절편이 벡터내에 삽입된 것을 확인하였고, 벡터의 프로모터 부위의 올리고뉴클레오티드 (5'-TTCGCAAGACCCTTCCTCTA-3')를 상기 실시예 1에서와 같은 방법으로 합성 및 정제한 후 이를 프라이머로 사용하여 생거의 디데옥시 방법에 의한 염기서열 결정 방법(Sanger, et al., Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.74 : 5463(1977)으로 합성된 유전자의 염기 서열을 확인하였다. 내빙 단백질 유전자가 도입된 상기 플라스미드를 pOST 1100이라 명명하였으며 이를 제2도에 나타내었다. 제2도에서는 B는 제한효소 Bam HI의 인식부위를 나타내고 S는 Sac II, Sa는 Sal I, H는 Hind III, Bg는 Bgl II , X는 Xba I, P는 Pst I, N은 Nae I, St는 Stu I, Hi는 Hinc II, Ss는 Sst I, 그리고 R은 EcoR I 인식부위를 각가 나타낸다. pOST 1100을 포함하는 E.coli JM109를 1991년 7월 8일자로 한국과학 기술원 유전공학연구소 유전자은행(KCTC)에 기탁번호 KCTC 0015BP로 기탁하였다.The plasmid was isolated from the clones by the alkali dissolution method. Alkaline lysis method was performed according to Maniatis et al., Molecular Cloning, A laboratory manual, pp368-369, Cold Spring Har bor Laboratory, 1982, and CsCl concentration gradient ultracentrifugation method (see above) Purified by the same document pp93-94). Plasmids isolated and purified as described above were digested with Eco RI and Bgl II restriction digestases, followed by agarose gel electrophoresis to confirm that the icing protein gene fragment was inserted into the vector, and the oligonucleotide (5'-) of the promoter region of the vector was inserted. TTCGCAAGACCCTTCCTCTA-3 ') was synthesized and purified in the same manner as in Example 1, and then used as a primer to determine the sequence by Sanger's dideoxy method (Sanger, et al., Proc.Natl.Acad.Sci The nucleotide sequence of the gene synthesized by USA 74: 5463 (1977) was identified The plasmid into which the indwelling protein gene was introduced was named pOST 1100 and is shown in Fig. 2. In Fig. 2, B is the restriction enzyme Bam. HI represents the recognition site, S is Sac II, Sa is Sal I, H is Hind III, Bg is Bgl II, X is Xba I, P is Pst I, N is Nae I, St is Stu I, Hi is Hinc II , Ss is Sst I, and R is EcoR I recognition Shows were deposited with the E.coli JM109 containing the pOST 1100 by the Korea Institute of Science and Technology Genetic Engineering Research deposited in the gene bank (KCTC) No. KCTC 0015BP July 08, 1991.

[실시예 3]Example 3

세가지 균주의 접합 방법(triparental mating method)Trialal mating method of three strains

상기 실시예 2에서 제조된 pOST1100를 아그로박테리움에 도입하기 위해 다음과 같은 실험을 수행하였다.In order to introduce pOST1100 prepared in Example 2 to Agrobacterium, the following experiment was performed.

pOST1100 플라스미드를 포함하고 있는 E.coli JM109(ATCC 번호 53323)는 테트라사이클린이 13㎍/㎖ 함유된 YEP 액체 배지(1리터당 박토-펩톤 10g, 효모추출물 10g, NaCl 5g), 아그로박테리움 LBA 4404(Clontech Laboratories Inc.Cat.# 60 27-01 U.S.A.)는 스트랩토마이신이 25㎍/㎖, 리팜피신이 100㎍/㎖ 들어 있는 YEP 액체 배지, pRK 2013 헬퍼 플라스미드(ATCC 37159)를 포함하고 있는 E.coli MC10 00(ATCC 39531)은 파나마이신이 50㎍/㎖ 들어 있는 YEP 액체 배지에서 650nm에서의 광학적 밀도(O.D.)가 0.4가 될 때까지 각각 배양하였다.E. coli JM109 (ATCC No. 53323) containing the pOST1100 plasmid was prepared in YEP liquid medium containing 10 μg / ml of tetracycline (10 g of bacto-peptone per liter, 10 g of yeast extract, 5 g of NaCl), Agrobacterium LBA 4404 ( Clontech Laboratories Inc. # 60 27-01 USA) is an E.coli containing YEP liquid medium containing 25 μg / ml of strapomycin and 100 μg / ml of rifampicin, pRK 2013 helper plasmid (ATCC 37159). MC10 00 (ATCC 39531) was incubated in YEP liquid medium containing 50 g / ml of Panamamycin until the optical density (OD) at 650 nm was 0.4.

상기 배양액을 각각 100㎕씩 취해 혼합한 후 원심분리 하여 침전된 세포를 1ml YEP 액체 배지에 재현탁시켜 원심분리한 다음 침전된 세포를 100㎕의 YEP 액체 배지에 현탁시켰다. 상기 현탁액 중 50㎕를 사용하여 YEP 고체 배지(YEP 액체 배지 조성물에 식물아가(phytagar, Gibco Co.)를 1리터당 15g 첨가한것) 위 2-3군데에 반점을 찍은 후 28℃에서 2일간 배양하여 서로 접합(mating)되게 하였다.Each 100 μl of the culture solution was taken, mixed, and centrifuged to resuspend the precipitated cells in 1 ml YEP liquid medium, followed by centrifugation, and the precipitated cells were suspended in 100 μl of YEP liquid medium. 50 μl of the suspension was used to spot 2 or 3 spots on YEP solid medium (15 g of phytagar, Gibco Co.) in YEP liquid medium composition and incubated at 28 ° C. for 2 days. To be mated to each other.

배양된 콜로니를 취하여 YEP 액체 배지로 희석한 다음 스트랩토마이신, 테트라사이클린, 리팜피신을 포함하는 YEP 고체 배지에 도달한 후 48시간이상 배양하여 형성된 각 콜로니로부터 상기 실시예 2의 알칼리 용해 방법에 의해 플라스미드를 분리한 다음 하나 또는 둘이상의 제한 효소로 절단하여 접합 유무를 확인하였다. 상기 세가지 균주가 접합하여 pOST1100 플라스미드가 아그로박테리움 LBA 4404에 도입된 것으로 확인된 콜로니를 다음 과정에 사용하였다.Cultured colonies were taken, diluted with YEP liquid medium, and then reached for YEP solid medium containing strapomycin, tetracycline, and rifampicin, followed by incubation for at least 48 hours. Was isolated and then cleaved with one or more restriction enzymes to confirm the conjugation. Colonies confirmed to have been introduced into the Agrobacterium LBA 4404 by the three strains conjugated to the pOST1100 plasmid was used in the following procedure.

[실시예 4]Example 4

아그로박테리움 매개에 의한 식물세포의 형질전환Agrobacterium-mediated plant cell transformation

MS 배지(리터당 MS염 혼합물(Gibco Co.) 4.3g, 슈크로스 30g, 이노시톨 0.1 g 식물호르몬들(phytohormones), 기타 비타민류 및 영양분 약간, 식물아가(phytaga r, Gibco Co.) 8g에 소독된 종자를 파종하여 3 내지 4주동안 무균상태에서 배양한 후 형성된 담배 식물체로부터 잎(Nicotiana tabacco xanthileaf)을 절단하여 여러 군데 상처를 낸후 새로운 MS 배지 위에 놓고, 상기 실시예 3에서 얻은 접합된 아그로박테리움 LBA 4404를 YEP 액체 배지에서 18시간 배양한 배양액을 상처부위에 200㎕ 도포하여 3일간 공동 배양하였다. 이때 잎의 표면이 아래로 향하도록 MS 배지에 놓은 후 배양하였으며, 3일간 배양한 후 항생물질인 카르베니시린을 포함하는(500㎍/㎖) YEP 액체 배지로 세척하였다. 세척된 잎 조직을 MS 배지[카나마이신(300㎍/㎖) 및 카르베니시린(500㎍/㎖)을 포함한 MS 배지]에서 2 내지 3주간 배양한 후, 배양 잎 조직에서 형성된 카나마이신 저항성을 갖는 싹(shoot)을 MS 배지(카나마이신 300㎍/㎖ 포함)에 다시 옮겨서 2 내지 3㎝ 정도 자랄 때까지 배양하였다. 그 후 상기 배양 식물체를 M S 뿌리 형성 배지(MS rooting media, 인돌 아세트산이 2mg/ℓ농도로 포함된 MS 배지 )에 옮겨 배양하여 2 내지 3주후 뿌리가 충분히 형성된 다음 식물체를 흙으로 옮겨 심어 완전한 실물체로 성장시켰다.Sterilized in MS medium (4.3 g of MS salt mixture per liter (Gibco Co.), 30 g of sucrose, 0.1 g of inositol, phytohormones, other vitamins and nutrients, 8 g of phytaga r, Gibco Co. After seeding and incubating in sterile conditions for 3 to 4 weeks, the leaves (Nicotiana tabacco xanthileaf) were cut from the tobacco plants formed, cut in several places and placed on fresh MS medium, and then the conjugated Agrobacterium obtained in Example 3 above. LBA 4404 was cultured for 18 hours in a YEP liquid medium, and 200 µl of the culture solution was applied to the wounded area, and co-cultured for 3 days, in which the surface of the leaf was placed in MS medium with the surface facing down, and cultured for 3 days, followed by antibiotics. Washed with YEP liquid medium containing phosphorus carbenicillin (500 μg / ml) Washed leaf tissue was MS medium [MS medium containing kanamycin (300 μg / ml) and carbenicillin (500 μg / ml)] 2-3 weeks in After liver culture, shoots with kanamycin resistance formed in cultured leaf tissues were transferred back to MS medium (including 300 µg / ml of kanamycin) and cultured until they grew to 2 to 3 cm. It was transferred to rooting medium (MS rooting media, MS medium containing indole acetic acid at a concentration of 2mg / ℓ), and after 2-3 weeks, the roots were sufficiently formed, and then the plants were transferred to soil and planted as full objects.

[실시예 5]Example 5

네오마이신 인산기 전이효소 II의 검정에 의해 담배 세포내로 도입된 내빙 단백질 유전자의 확인Identification of Naked Protein Genes Introduced into Tobacco Cells by Assay of Neomycin Phosphate Transferase II

상기 실시예 4에서 제조한 담배에서 조직을 취해 내빙 단백질 유전자에 의해 형질전환 되었는지를 확인하기 위해 네오마이신 인산기 전이효소 II(NPT-II)의 검정을 하였는데, 공지된 방법(참조 : Estrella, L. H., et al., Plant Molecular Biology Manu al, Bl, pp 15-17(1988), Reiss, B et al., Gene 30, 211-218(1981))에 따라 다음과 같이 실험을 수행하였다.To confirm whether the tissues were taken from the tobacco prepared in Example 4 and transformed by the icing protein gene, a test of neomycin phosphate transferase II (NPT-II) was performed, and known methods (see: Estrella, LH, et al., Plant Molecular Biology Manu al, Bl, pp 15-17 (1988), Reiss, B et al., Gene 30, 211-218 (1981)).

담배 조직 0.5g에 0.5ml 추출용 완충액[최종농도 : 0.5% β-머캅토에탄올, 25 mM Tris-Hcl, pH 6.8 65㎍/㎖ 루펩틴(leupeptin)]을 넣은 다음 유리알(glass bead )을 첨가하고 조직을 분쇄시킨 후 마이크로 원심분리기에서 2 내지 3분간 원심분리 하였다. 상등액을 취해 다른 에펜돌프 튜브에 넣고 1/10 부피의 10배 농도 완충액(50% 글리세롤, 0.5% SDS, 40㎍/㎖ 브로모페놀 블루)을 섞어 10% 폴리아크릴아마이드젤에 50 내지 60㎍를 가하였다.To 0.5 g of tobacco tissue, 0.5 ml extraction buffer [final concentration: 0.5% β-mercaptoethanol, 25 mM Tris-Hcl, pH 6.8 65 μg / ml leupeptin] was added, followed by the addition of glass beads. After crushing the tissue and centrifuged for 2 to 3 minutes in a micro centrifuge. Take the supernatant and place in another Eppendorf tube and mix 1/10 volume of 10-fold concentration buffer (50% glycerol, 0.5% SDS, 40 μg / ml bromophenol blue) to 50-60 μg in 10% polyacrylamide gel. Was added.

4℃에서 젤 전기영동후(150 내지 200볼트, 4 내지 5시간)젤을 떼어내어 찬물( 4℃)에 5분간씩 2번 세척한다음 4℃ 반응 완충액(최종농도 : 50mM, Tris-HCl, pH 7.7., 25mM MgCl2, 200mM NH4Cl, 0.5mM DTT)에 넣고 약간씩 흔들어 주며 30분간 평형화시켰다. 1% 아가로스 젤(카나마이신 0.1㎍/㎖,32p-α-ATP 4μci/㎖ 포함)을 45℃로 만들어 상기 폴리아크릴아마이드 젤에 골고루 퍼지도록 부은 다음 상기 반응 완충액에 적신 P81 와트만 여과지(Whatman paper)를 아가로스 젤 위에 올려놓고 30분간 37℃에 두었다.After gel electrophoresis at 4 ° C. (150 to 200 volts, 4 to 5 hours), the gel was removed and washed twice in cold water (4 ° C.) for 5 minutes and then at 4 ° C. reaction buffer (final concentration: 50 mM, Tris-HCl, pH 7.7., 25mM MgCl 2 , 200mM NH 4 Cl, 0.5mM DTT) and allowed to shake slightly for 30 minutes. A 1% agarose gel (containing 0.1 μg / ml of kanamycin and 4 μci / ml of 32 p-α-ATP) was poured at 45 ° C. to be evenly spread over the polyacrylamide gel and then wetted with P81 Whatman filter paper (Whatman). paper) was placed on agarose gel and placed at 37 ° C. for 30 minutes.

상기 와트만 여과지 위에 종이 타올을 쌓아 올려놓고 2 내지 3시간 또는 그이상 두어 블럿팅(blotting)시킨 다음, 와트만 여과지를 떼어내어 세척액(5mM Na2HPO4)으로 80℃에서 40 내지 50분간 세척하였다. 와트만 여과지를 건조시켜 X-레이 필름에 감광시켰다. pOST1100내에 존재하는 네오마이신 인산기 전이효소 유전자가 식물세포내에서 발현되면 생성된 효소 부분위에 놓인 아가로스 젤 부분에 포함된 카나마이신은 γ-32p-ATP로 인산화되므로 와트만 여과지에 흡착시켜 오토라디오그래피를 통해 네오마이신 인산기 전이효소의 존재여부를 알 수 있다.Paper towels were stacked on the Whatman filter paper and blotted for 2 to 3 hours or longer, and then the Whatman filter paper was removed and washed at 80 ° C. for 40 to 50 minutes with a washing solution (5 mM Na 2 HPO 4 ). It was. Whatman filter paper was dried and exposed to an X-ray film. When the neomycin phosphate transferase gene present in pOST1100 is expressed in plant cells, kanamycin contained in the agarose gel portion placed on the generated enzyme portion is phosphorylated by γ- 32 p-ATP, so it is adsorbed on watman filter paper to autoradiography. Through the presence of neomycin phosphate transferase can be seen.

그 결과는 제3도에 나타내었는데, 제1열은 벡터 pGA 643에 의해 형질전환된 담배조직, 제2열은 야생종의 담배 조직을 나타내며 제3열 내지 제8열은 pOST1100이 도입된 담배 조직을 나타낸다. 벡터 pGA 643 및 pOST1100이 도입된 담배에서만 모두 양성시그날이 존재하여 네오마이신 인산기 전이효소 II 유전자가 세포내에 도입되었음을 입증해 주며, 이로부터 pOST1100내에 있는 내빙 단백질 유전자도 함께 도입되었음을 추측할 수 있다.The results are shown in FIG. 3, where column 1 represents tobacco tissue transformed with vector pGA 643, column 2 represents tobacco tissue of wild species, and columns 3 to 8 represent tobacco tissue into which pOST1100 has been introduced. Indicates. Only in cigarettes into which the vectors pGA 643 and pOST1100 were introduced, there was a positive signal, demonstrating that the neomycin phosphate transferase II gene was introduced into the cell, from which the indwelling protein gene in pOST1100 was also introduced.

[실시예 6]Example 6

담배의 형질전환 여부를 알기 위한 서던 하이브리디제이션 분석(Southern hyb ridization analysis)Southern hyb ridization analysis to determine the transformation of tobacco

상기 실시예 4에서 제조한, 내빙 단백질 유전자에 의해 형질전환된 식물체 1g을 3ml의 프로테나제 K 반응용액(0.2M Tris-HCl, pH 8.0., 0.1M EDTA (ethylenedia mine tetraacetic acid), 1% 사르코실, 100㎍/㎖ 프로테나제 K)과 0.5g 유리알(glass bead)을 넣은 후 액체질소를 넣어 분쇄시킨 다음 40 내지 50℃에서 1시간 반응시켜 3,0 00rpm으로 10분간 원심분리한 후 상등액을 취해 2배 부피 에탄올을 넣어 DNA를 침전시켰다. 상기 DNA 침전물을 TE 완충용액(10mM Tris, 1mM EDTA)에 녹여 공지된 방법(예를 들면 Maniatis, T.et al., Molecular Cloning, A laboratory manual, Co ld Spring Harbor Laboratory (1982), 281)에 따라 CsCl 구배 초고속 원심분리에 의해 DNA를 정제하였다. 상기의 정제된 DNA 10㎍을 제한효소 EcoR I 및 Xba I으로 절단하여 0.7% 아가로스 젤에 전기영동한 다음, 0.45㎛ 구경을 가진 나일론 필터(ICN Biochemicals Inc., U.S.A.)에 전달(blot)시킨 후 자외선 조사에 의해 교차 결합시켰다. 이어서 상기 필터를 예비 하이브리디제이션 용액(prehybridization solution : 7% SDS, 0.5M NaPO4, 1mM EDTA, 1% BSA, pH 7.2)에 넣어 60℃에서 2시간동안 약하게 흔들어 주면서 반응시킨 다음 하이브리디제이션 용액(32P로 표지된 프로브를 예비 하이브리디제이션 용액에 첨가한 것)에 넣어 60℃에서 14시간동안 하이브리디제이션 하였다.1 g of the plant transformed with the icing protein gene prepared in Example 4, 3 ml of proteinase K reaction solution (0.2 M Tris-HCl, pH 8.0., 0.1 M EDTA (ethylenedia mine tetraacetic acid), 1% After adding sarcosyl, 100 ㎍ / ml proteinase K) and 0.5 g glass beads, liquid nitrogen was added and pulverized, and then reacted at 40 to 50 ° C. for 1 hour, followed by centrifugation at 10,00 rpm for 10 minutes. The supernatant was taken and double volume ethanol was added to precipitate DNA. The DNA precipitate was dissolved in TE buffer solution (10 mM Tris, 1 mM EDTA) and then known in a known method (e.g. Maniatis, T. et al., Molecular Cloning, A laboratory manual, Cod Spring Harbor Laboratory (1982), 281). DNA was purified by CsCl gradient ultrafast centrifugation. 10 μg of the purified DNA was digested with restriction enzymes EcoR I and Xba I, electrophoresed in 0.7% agarose gel, and then blotted to a nylon filter (ICN Biochemicals Inc., USA) having a 0.45 μm diameter. It was then crosslinked by ultraviolet irradiation. Subsequently, the filter was added to a prehybridization solution (prehybridization solution: 7% SDS, 0.5M NaPO 4 , 1 mM EDTA, 1% BSA, pH 7.2) and reacted by shaking gently at 60 ° C. for 2 hours, followed by a hybridization solution. ( 32 P labeled probe was added to the preliminary hybridization solution) and hybridized at 60 ° C. for 14 hours.

프로브는 다음과 같은 방법으로 제조하였다. pOST1100를 제한효소 Xba I, Ec oR I으로 절단하여 아가로스 젤에서 전기영동한 후 약 0.9Kb의 DNA 절편을 전기 용출(electroelution)에 의해 분리한 후 공지된 방법(참조 : Maniatis, T.et al., Molecu lar Cloning, A laboratory manual, Cold Spring Harbor (1982), pp 109-112)에 따라 닉 트랜스레이션(nick ranslation)하여 특이 활성도(specific activity)가 107cp m 이상 되도록32P로 표지된 프로브를 제조하였다. 필터를 세턱액(2×SSC(1리터당 NaCl 17.53g, 나트륨 시트레이트 8.82g 포함), 0.1% SDS)으로 상온에서 5분간씩 2회 세척한 다음 동일 세척액으로 40℃에서 10분간 세척한 후 건조시켜 X-레이 필름에 24시간 노출시켰다(제4도 참조). 제4도에서 제1열과 제3열은 pOST1100이 도입된 담배, 제2열은 내빙 단백질 유전자가 없는 벡터(pGA 643)만 도입된 담배, 제4열은 야생종의 담배로부터 각각 DNA를 추출한 후 Xba I 및 EcoR I으로 이중 절단한 것이고, 제5열은 벡터 pGA643을 제한효소 Xba I 및 EcoR I로 이중 절단한 것, 제6열은 pOST 1100을 제한효소 Xba I 및 Bgl II로 이중 절단한 것을 각각 나타내며, 제7열과 제8열은 분자량 표시체로서 제7열은 파아지람다 DNA를 HindIII로 절단한 것이고, 제8열은 람다 DNA를 Bst EII로 절단한 것인데 분자량 표시는 Kb(킬로염기쌍) 단위이다.Probes were prepared in the following manner. pOST1100 was digested with restriction enzymes Xba I, Ec oR I, electrophoresed on agarose gels, and DNA fragments of about 0.9 Kb were isolated by electroelution, followed by known methods (see Maniatis, T. et al. , Nick ranslation according to Molecu lar Cloning, A laboratory manual, Cold Spring Harbor (1982), pp 109-112), labeled with 32 P so that the specific activity is greater than 10 7 cpm. Probes were prepared. The filter was washed twice at room temperature with a wash solution (2 × SSC (containing 17.53 g of NaCl, 8.82 g of sodium citrate) and 0.1% SDS) at room temperature for 5 minutes and then washed at 40 ° C. for 10 minutes with the same washing solution and dried. And exposed to the X-ray film for 24 hours (see Figure 4). In FIG. 4, columns 1 and 3 are cigarettes in which pOST1100 was introduced, column 2 was tobacco introduced only with a vector (pGA 643) without an icing protein gene, and column 4 was extracted from wild tobacco. Double cleavage with I and EcoR I, column 5 double cleavage of vector pGA643 with restriction enzymes Xba I and EcoR I, column 6 double cleavage of pOST 1100 with restriction enzymes Xba I and Bgl II, respectively Columns 7 and 8 are molecular weight indicators, column 7 is the cleavage of phagelamida DNA with HindIII, column 8 is the cleavage of lambda DNA with Bst EII, and the molecular weight is in Kb (kilobase pair) units. .

[실시예 7]Example 7

형질전환된 담배의 노던(Northern) 하이브리디제이션 분석Northern hybridization analysis of transformed tobacco

합성 내빙 단백질 유전자가 도입된 담배에서 내빙 단백질 유전자의 전사도(tran scription level)를 조사하기 위해 식물체로부터 전체 RNA는 콕스 등의 방법(Cox, K. H.and Goldberg, R.B., Plant Molecular Biology, pp1-35, IRL Press, Oxford, 19 88)에 따라 분리 정제하였으며, 공지된 방법(Thomas, P.S., Proc.Natl. Acad. Sci.U .S.A., 77, 5201(1980))에 따라 식물체로부터 전체 RNA를 분리하여 변성용 포름알데히드 젤에 전체 RNA를 전기 영동한 후 니트로 셀룰로스 필터에 옮긴다음 제1도의 B, D 올리고뉴클레오타드를 γ-32P로 말단 표지한 프로브(specific activity ; 108cpm)을 사용하여 노던 하이브리디제이션 실험을 수행하였으며 세척액(2×SSC, 0.1% SDS)으로 10분씩 2번 세척하고 같은 세척액으로 50℃에서 30분간 더 세척하고 필터를 건조시켰다.To examine the transcription level of the endogenous protein gene in tobacco in which the synthetic endogenous protein gene was introduced, total RNA from the plant was determined by Cox et al. (Cox, KHand Goldberg, RB, Plant Molecular Biology, pp1-35, IRL). Press, Oxford, 19 88), and purified, and denatured by separating total RNA from plants according to known methods (Thomas, PS, Proc. Natl. Acad. Sci. U. SA, 77, 5201 (1980)). Electrophoresis of total RNA on a formaldehyde gel followed by transfer to a nitro cellulose filter followed by Northern-labeled probes (specific activity; 10 8 cpm) end-labeled B, D oligonucleotides of γ- 32 P Hybridization experiments were carried out and washed twice with a washing solution (2 × SSC, 0.1% SDS) twice for 10 minutes, further washing at 50 ° C. for 30 minutes with the same washing solution, and drying the filter.

제5도는 상기 필터를 X-레이 필름에 노출시킨 결과인데 제1열은 야생종의 담배로부터 추출한 RNA, 제2열은 pOST1100으로 형질전환시킨 담배로부터 추출한 RN A이다. 또한 제5도(a)는 전체 RNA를 전기영동한 후 에티디움 브로마이드로 염색한 젤의 사진이고 제5도(b)는 노던 하이브리디제이션 후 오토라디오그래피 (autoradiogr aphy)한 사진을 나타낸다. 상기 결과로 볼때 pOST1100으로 형질전환시킨 담배에서 내빙 단백질 유전자가 높게 전사됨을 알 수 있다.FIG. 5 shows the result of exposing the filter to an X-ray film. The first column is RNA extracted from wild tobacco and the second row is RN A extracted from tobacco transformed with pOST1100. In addition, Figure 5 (a) is a picture of a gel stained with ethidium bromide after electrophoresis of the entire RNA and Figure 5 (b) shows an autoradiogr (autoradiogr aphy) after the northern hybridization. As a result, it can be seen that the transgenic protein is highly transcribed in tobacco transformed with pOST1100.

[실시예 8]Example 8

내빙 단백질 생성여부를 알기 위한 단백질 전기영동Protein electrophoresis to determine whether icing protein is produced

담배잎 1g을 3ml의 분쇄 완충용액(100mM Tris, pH 7.4, 5mM DTT, 0.1% SDS)에 넣어 균질분쇄한 다음 10만rpm에서 20분간 원심분리하여 상등액을 취한 다음 2배 농도의 시료 완충용액(62.5mM Tris, pH 6.8, 1% SDS, 15% 글리세롤, 15m M DTT, 0.05% 브로모페놀블루)을 같은 부피로 첨가하여 3분간 끓여 주었다. 각각 10%의 글리세롤을 함유한 10% 폴리아크릴아마이드 및 20% 폴리아크릴아마이드로 제조한 불연속 젤(discontinuousgel)에 상기 시료를 70㎕씩 가하여 60mA에서 6시간동안 전기영동하였다.1 g of tobacco leaves were homogenized in 3 ml of grinding buffer (100 mM Tris, pH 7.4, 5 mM DTT, 0.1% SDS), followed by centrifugation at 100,000 rpm for 20 minutes to obtain a supernatant, followed by double concentration of sample buffer ( 62.5 mM Tris, pH 6.8, 1% SDS, 15% glycerol, 15 mM DTT, 0.05% bromophenol blue) was added to the same volume and boiled for 3 minutes. 70 μl of the sample was added to a discontinuous gel made of 10% polyacrylamide and 20% polyacrylamide, each containing 10% glycerol, and electrophoresed at 60 mA for 6 hours.

상기 젤을 실버 염색 키트(Gelcode Silverstaining Kit, PIERCE Co.)로 피어스(PIERCE)사의 지침서(manual)에 따라 실버 염색하였다. 그 결과를 제6도에 나타내었으며 제1열은 pOST1100에 의해 형질전환된 담배의 잎으로부터 추출한 단백질, 제2열은 pGA 643만 도입된 담배의 잎으로부터 추출된 단백질, 제3열은 야생종의 담배잎으로부터 추출한 단백질, 제4열은 표준 분자량 표시체를 각각 나타내었는데 분자량 표시체의 단위는 킬로달톤이다. 제1열에만 화살표 위치에 내빙 단백질 띠(band)가 나타났으며 상기 결과로 볼때 pOST1100에 의해 형질전환된 담배세포에서 내빙 단백질이 생성되었음을 확인할 수 있다.The gel was silver stained with a Silver Staining Kit (PIERCE Co.) according to the manual of PIERCE. The results are shown in FIG. 6, where column 1 is protein extracted from tobacco leaves transformed with pOST1100, column 2 is protein extracted from tobacco leaves introduced only with pGA 643, and column 3 is wild tobacco. The protein extracted from the leaves, column 4, showed the standard molecular weight indicators, respectively, and the unit of the molecular weight indicator was kilodaltons. An icing protein band appeared at an arrow position only in the first column, and as a result, the icing protein was generated in tobacco cells transformed by pOST1100.

Claims (5)

하기 아미노산 서열을 갖는 내빙 단백질 : MNGETPAQKAARLAAAAALAAKTAADAAAAAAAKAAAIAAAAASAInland protein having the following amino acid sequence: MNGETPAQKAARLAAAAALAAKTAADAAAAAAAKAAAIAAAAASA 내빙 단백질을 코팅하는, 제1도에 나타낸 뉴클레오티드 서열을 갖는 DNA.DNA having a nucleotide sequence shown in FIG. 1, which coats an icing protein. 제1도에 나타낸 뉴클레오티드 서열을 갖는 DNA를 포함하는 발현 벡터 pOST 1100.Expression vector pOST 1100 comprising DNA having the nucleotide sequence shown in FIG. 발현 벡터 pOST1100을 사용하여 아그로박테리움-매개 형질전환 방법에 의해 식물세포를 형질전환시킨 후 이를 배양함으로써 내빙 단백질을 생성하는 식물체를 제조하는 방법.A method of producing a plant that produces an icy protein by transforming plant cells by culturing the Agrobacterium-mediated transformation method using an expression vector pOST1100 and then culturing them. 제4항에 있어서, 식물체가 담배인 방법.The method of claim 4 wherein the plant is tobacco.
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