PT78415B - Method for genetically modifying a plant cell - Google Patents
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Abstract
Description
Descrição detalhada do Invento
São dadas as definições que se seguem para tirar ambiguidade ao intento ou objectivo da sua utilização nas especificações e reivindicações.
T-DNA: Um segmento de DNA derivado de um principio indutor de tumores (TIP) que se integra no genoma de plantas. Como aqui é usado, o termo inclui DNA originalmente derivado de qualquer estirpe de Agrobacterium indutora de tumores incluindo A.tumefaciens e A.rbizogenes. o segmento inserido desta última sendo por vezes referido em trabalhos anteriores como R-DNA. Em adição como aqui é usado o termo T-DNA inclui quaisquer alterações, modificações, mutações, inserções e delecções naturais ou intiç duzidas por técnicas laboratoriais, sendo o requesito
estrutural básico e limitação a tais modificações que estejam presentes quantidades suficientes das extremidades direita e esquerda dos T-DNAs naturais para assegurar a função esperada de integração estável no genoma de células vegetais transformadas a qual é caracteristica do T-DNA. En adição o T-DNA deve conter pelo menos um promotor do T-DNA numa forma suficientemente completa de modo a controlar a iniciação da transcrição e iniciação da tradução de um gene estrutural de planta inserido.
De preferência o local de inserção será a jusante na direcção e a tradução iniciada pelo promotor, assim localizado em relação ao promotor para permitir que um gene estrutural de planta aí inserida seja expresso sob o controle do promotor, quer directamente ou sob a forma de uma proteína de fusão.
Gene Estrutural de Plantas.
Tal como aqui ê usado inclui a porção de um gene vegetal compreendendo um segmento de DNA codificador de uma proteína ou polipeptídeo vegetal ou apenas uma parte deste mas sem os elementos funcionais de um gene vegetal que regulam a iniciação da transcrição e iniciação da tradução, vulgarmente referido como a região do promotor. Um gene estrutural de plantas pode conter um ou mais intrões ou pode constituir uma sequência codificadora ininterrupta. Um gene estrutural de pltanta pode derivar na sua totalidade ou em parte de um DNA genémico vegetal, cDNA ou DNA obtido por síntese química. Pode ainda o gene estrutural de planta incluir modificações nos segmentos codificadores ou nos intrões as quais podem afectar a estrutura química do produto de expressão, a taxa de expressão ou o processo de controle da expressão. Tais modificações podem incluir mas não estão limitadas a, metaçÕes, inserções, deleções e modificações “silenciosas” que não alteram a estrutura química
do produto de expressão mas que afectam a localização intercelular, transporte excreção ou estabilidade do pro* duto de expressão. 0 genes estrutural pode ser uma composição de segmentos derivados de uma série de fontes di, versas, naturais ou sintéticas, codificadora de uma proteína composta sendo em parte uma proteína vegetal.
Promotor do T-DNA:
Refere-se a quaisquer promotores naturais vulgarmente associados a T-DNA integrado. Estes incluem mas não estão limitados, promotores do gene octopina sintetase, do gene nopalina sintetase, dos genes tms, tml e tmr, dependendo em parte da fonte TIP do T-DNA. A expressão sob o controle de um promotor de T-DNA pode tomar a forma de expressão directa na qual o genes estrutural normalmente controlado pelo promotor ê removido e substituído pelo gene estrutural vegetal, sendo o codão de iniciação dado pelo gene estrutural do T-DNA ou sendo pertencendo ao gene estrutural vegetal inserido, ou por expressão de uma proteína de fusão na qual parte ou a totalidade do gene estrutural vegetal é inserido na fase de leitura correcta dentro do qual gene estrutural do T-DNA existente. Neste último caso, o produto de expressão é referido como proteína de fusão.
Tecido vegetal
Inclui tecidos diferenciados ou não diferenciados de e derivados de plantas superiores incluindo raízes, rebentos, polén, sementes, tecido tumoral, tal como galhas em coroa e várias formas de agregados de células vegetais em cultura, tais como embriões e calos
Célula Vegetal:
Como aqui é usado inclui células vegetais in planta e células e protoplastos vegetais em cultura.
A produção de uma planta modificada genéticamente expressamente um gene estrutural vegetal introduzido via T-DNA combina ou os ensinamentos específicos da presente divulgação com uma variedade de técnicas e recursos conhecidos na especialidade. Na maior parte dos casos existem recursos alternativos para cada fase do processo global. A escolha dos recursos depende de variáveis tais como a escolha dos recursos depende de variáveis tais como a escolha do TIP básico, da espécie de planta a ser modificada e da estratégia de regeneração desejada, todas elas apresentam passos com processos alternativos que os familiarizados com a matéria sabem seleccionar e usar para conseguir um resultado desejado. Os aspectos fundamentais do invento são a natureza e estrutura do gene estrutural vegetal e o seu método de inserção no T-DNA. Os restantes passos para obter uma planta modificada genéticamente incluem transferência do T-DNA modificado para uma célula vegetal em que o T-DNA modificado fique estávelmente integrado como parte do genoma da célula vegetal, técnicas para cultura in vitre e eventual regeneração em plantas inteiras, o que pode incluirpassos de selecção e detecção de células vegetais transformadas e passos de transferência do gene introduzido da estirpe originalmente transformada para cultivares comercialmente aceitáveis.
Uma característica fundamental do presente invento é a construção de T-DNA tendo inserido um gene estrutural vegetal sob o controle de um promotor do T-DNA, tal como estes termos foram definidos supra.
0 genes estrutural vegetal deve ser inserido na posição e orientação correctas em relação ao promotor do T-DNA.
A posição tem dois aspectos. 0 primeiro relaciona-se com o lado do promotor em que é inserido o gene estrutural. Sabe-se que a maioria dos promotores controlam a iniciação da transcrição e tradução apenas numa direcção ao longo do DNA. A região d'o DNA que fica sob o controle do promocor diz-se estar a "jusante" ou altemativamente "atrás" do promotor. Assim, para ser controlado pelo promotor, a posição correcta da inserção do gene estrutural vegetal deve ser a "jusante" do promotor, (sabe-se qus alguns promotores conhecidos exercem um controle bi-direccional, sendo neste caso "ualquer dos lados do promotor considerado estar a "jusante" dele). 0 segundo aspecto da posição refere-se à distancia em pares de bases, entre os elementos funcionais conhecidos do promotor,por exemplo o local de iniciação da transcrição e o local de iniciação de tradução do gene estrutural. Parece haver bastante variação relativamente a esta distância do promotor para promotor. Portanto, as· necessidades estruturais neste aspecto são melhor descritas em termos funcionais. Como uma primeira aproximação pode-se obter uma operacionalidade razoável quando a distância entre o promotor e o gene estrutural inserido é semelhante à distância entre o promotor e o gene do T-DNA que ele normalmente controla. A orientação refere-se à Uirecção do gene estrutural. Por convenção, a porção de um gene estru tural que codifica a extremidade amínica da proteína vegetal é designada por extremidade s’ do gene estrutural, enquanto que a extremidade que codifica os aminoácidos perto da extremidade carboxílica da proteína é designada extremidade 3* do gene estrutural. A orientação correcta do gene estrutural vegetal é com a sua extremidade 5* proximal relativamente ao promotor do T-DNA. Um requesito adicional no caso das construções que conduzem à expressão de uma proteína de fusqo é que a inserção do gene
estrutural vegetal ua sequência do gene estrutural do T-DNA deve ser tal que as sequências codificadoras dos dois genes estejam na mesma fase de leitura, um requesito estrutural que é bem compreendido na matéria. Uma excepção a esta necessidade, de relevo para o presente invento, existe no caso em que um intrão separa o gene do TDNA do primeiro segmento codificador do gene estrutural vegetal. Nesse caso os locais de excisã®. do intrão devem estar situados de tal modo que a fase de leitura correcta do gene do T-DNA e do gene estrutural vegetal sejam restaurados em fase apés remoção do intrão paio processamento pós-transcrição. A fonte de T-DNA pode ser qualquer um dos plasmídeos TIP. 0 gene estrutural vegetal é inserido por técnicas "Standard” bem conhecidas na especialidade.
Diferenças nas taxas de expressão podem ser observadas quando um dado gene estrutural vegetal é inserido sob o controle de diferentes promotores do T-DNA. Propriedades diferentes, incluindo propriedades como sejam a localização intercelular ou excreção, antigenicidade e outras propriedades funcionais da própria proteína expressa podem ser observadas no caso das proteínas de fusão dependendo do local de inserção, do comprimento e propriedades do segmento de proteína do T-DNA incluído na proteína de fusão, e interacções mútuas entre os componentes da proteína de fusão que determinam a sua configuração enrolada, tudo isto apresenta numerosas oportunidades de manipular e controlar as propriedades funcionais de produto de expressão dependendo do fim desejado. A expressão do gene estrutural da faseolina foi encontrada quando este gene foi inserido sob o controlo do promotor da nopalina sintetase de p058, num plasmídeo do tipo nopalina de A.tumefaciens.
Um meio conveniente para inserção de um gene estrutural vegetal no T-DNA envolve a utili zação de vectores "vai-vem”, como descrito supra, tendo um segmento de T-DNA (segmento esse em que se quer a inserção) incorporado num plasmídeo capaz de se replicar em E. coli. 0 segmento de T-DNA contem um local de restrição de preferência um qne seja único para o vector"vai-vem". 0 gene vegetal pode ser inserido neste local único no segmento de T-DNA e o vector "vai-vsm" ser transferido para células da estirpe de Agrobacterium apropriada^ de preferência uma cujo T-DNA seja homólogo do segmento de T-DNA do vector ”vai-vem" .
A estirpe de Agrobacterium transfor mada é crescida em condições que permitem a selecção de um caso de recombinação homóloga dupla que resulta na substituição de um segmento pré-existente do plasmídeo Ti por um segmento de T-DNA do vector "vai-vem".
Seguindo a estratégia acabada de descrever, o T-DNA modificado pode ser trasnferido para células vegetais por qualquer técnica conhecida na especialidade. Por exemplo, esta transferência é mais convenieentemente conseguida por infecção directa das plantas com a nova estirpe de Agrobacterium contendo um gene estrutural vegetal incorporado no seu T-DNA ou por cocultnra da estirpe de Agrobacterium com células vegetais.
A primeira técnica, infecção directa, resulta a seu tempo no aparecimento de uma massa tumoral, ou galha em coroa no local da infecção. As células galhas em coroa podem ser snbsequentemente crescidas em cultura e em circunstancias apropriadas, conhecidas dos familiarizados com a matéria regeneradas para plantas inteiras que têm o segmento de T-DNA inserido. Usando o método de co-cultura uma certa proporção de células vegetais são transformadas, ou seja têm T-DNA transferido e inserido no genoma da célula vegetal. Em ambos os casos, as células transformadas devem ser seleccionadas ou testadas para as distinguir das células não transformadas. A selecção é
fáeilmente conseguida tendo uma marca seleccionável incorporada no T-DNA além do gene estrutural vegetal. Exem pios incluem a di-hidrofolato reductase ou a neomicina fosfotransferase expressas sob o controle de um promotor da nopalina sintetase. Estas marcas são seleccionadas através do crescimento em meio contendo metotrexato ou cana micina, respectivamente, ou os seus análogos. Em adição o T-DNA tem marcas endógenas tais como o gene ou genes que controlam o crescimento independente de hormonas dos tumores induzidos por Ti em cultura o gene ou genes que controlam a morfologia anormal das raízea de tumores induzidos por Ri e genes que controlam a resistência a compostos tóxicos tais como análogos de aminoácidos, sendo essa resistência dada por uma opina sintetase. Os métodos de rasteio bem conhecidos dos familiarizados com a matéria incluem ensaios para a produção de opinas^ hibridação específicas com sequências de RNA ou de T-DNA características ou ensaios imunológicos para proteínas especificas incluindo "ELISA11 (sigla para "enzyme linked immunosorbent assay"), testes radioimunes e transferências "Western".
Uma alternativa para a estratégia dos vectores "vai-vem" envolve a utilização de plasmídeos compreendendo T-DNA ou T-DNA modificado, no qual ê inserido um gene estrutural vegetal, sendo os referidos plasmídeos capazes de replicação independeite numa estirpe de Agrobacterium. Resultados recentes indicam que o T-DNA de tais plasmídeos pode ser transferido de uma estirpe de Agrobacterium para uma célula vegetal desde que a estirpe de Agrobacterium contenha certos genes actuando em trans cuja função é promover a transferência do T-DNA para uma célula vegetal. Os plasmídeos que contêm T-DNA e são capazes de se replicar independentemente numa estirpe de Agrobacterium são aqui designados por plasmídeos "sub-TIP".
Ê possível um espectro de variações em que os plasmídeos "sub-TIP" diferem na quantidade de T-DNA que contêm. Um dos
extremos do espectro retem todos os T-DNA do plasmídeo TIP é por vezes designado um plasmídeo "mini-TIP”. No outro extremo do espectro todo o DNA com excepção da quantidade minima que rodeia as extremidades do T-DNA está removido, sendo as porções restantes o mínimo necessário para se poder dar a transferência e integração na célula hospedeira Tais plasmídeos são designados "micro-TIP". Os plasmídeos "sub-TIP" são vantajosos por serem pequenos e relativamente fáceis de manipular directamente. Apés o gene desejado ter sido inserido eles podem facilmente ser introduzidos directamente numa célula vegetal contendo os genes que actuam em trans que promovem a transferência de T-DNA. A introdução numa estirpe de Agrobacterium é conseguido convenientemente por transformação da estirpe de Agrobacterium ou por transferência conjugativa a partir de uma célula bacteriana dadora por técnicas bem conhecidas na especialidade.
A regeneração ê conseguida recorrendo a técnicas conhecidas. Um objectivo do passo de regeneração é a obtenção de uma planta inteira que cresce e se reproduz normalmente mas que retem o T-DNA integrado. As técnicas de regeneração variam de acordo com princípios conhecidos na especialidade, dependendo da origem do T-DNA da natureza de quaisquer modificações nele efectuadas e das espécies de plantas transformadas. As células vegetais transformadas por um T-DNA do tipo Ri são facilmente regeneradas, usando técnicas bem conhecidas dos familiarizados com a matéria, sem experimentação excessiva. As células vegetais transformadas por T-DNA do tipo Ti podem ser regeneradas, nalguns casos, por manipulação apropriada dos níveis de hormonas na cultura. De preferência, no entanto, o tecido transformado com Ti é mais facilmente regenedrado se o T-DNA foi mutado em um ou em ambos os genes tmr e tms. A inactivação destes genes restitui o equilíbrio hormonal normal no tecido transformado e aumenta substancialmente a facilidade de manipulação dos níveis hormonais dos teci-33-
dos em cultura, levando a uma planta com a fisiologia hormonalynais normal que é facilmente regenerada. Nalguns casos as células tumorais são capazes de regenerar reben tos que possuem T-DNA integrado e que expressam genes do T-DNA, tais como nopalina sintetase^ juntamente com um gene estrutural vegetal inserido. Os rebentos podem ser mantidos vegetativamente por enxertia em plantas enraizadas e podem originar flores férteis. Os rebentos servem assim como material vegetal parental para plantas filhas
normais tendoTDNA e expressando o gene vegetal nele inseri·
í
do.
Exemplos
Os exemplos seguintes utilizam muitas técnicas bem conhecidas e acessíveis aos familiarizados com biologia molecular e manipulação de TIPs e Agrobacterium; tais métodos nem sempre são descritos detalhadamente.
As enzimas são obtidas de fontes comerciais e sao usadas de acordo com as recomendações do vendedor ou seguindo variações conhecidas na especialidade. Reagentes tampões e condições de cultura são também do conhecimento dos entendidos na matéria. Trabalhos de referência contendo tais técnicas "Standard" incluem os seguintes: R. Wu, ed. (1979) Meth. Enzymol. 68; J.H.Miller(1972)Experiments in Molecular Genetics; R.Davis et al.(1980) Advanced Bacterial Genetics; e R.P.Schleif e P.C.Wnesink (1982) Praticai Methods in Molecular Biology.
Nos Exemplos são usados símbolos especiais para melhor compreensão das sequências. As sequências que efectivamente codificam ou poderiam codificar p^o teínas estão sublinhadas e os codões sao separados por barras (1). As posições dos cortes em cada cadeia provocados
por endonucleases de restrição ou de outro modo estão assinalados por asteriscos (*) (Num Exemplo uma molécula de DNA de cadeia dupla está representada por uma única linha ladeada por asteriscos nos locais de corte por enzimas de restrição: a posição aproximada de um gene é nesse caso indicada através da sublinhação com ”X" da linha única"). Com excepção do plasmídeo IIc, os plasmídeos e apenas plasmídeos, são precedidos de um ”pn, e.g.*p3.8 ou pKS4. As células contendo plasmídeos estão indicados através da identificação da célula e indicação entre parêntesis do plasmídeo, e.g.A.tumefaciens (pTi 15955) ou K802 (pKS4-KB). A tabela 1 fornece um índice útil para identificação de plasmídeos e as suas inter-relações. A Tabela 2 dá um indice das estirpes depositadas.
A fig.39 proporciona essa comparação útil das construções descritas nos Exemplos 11,12 e 14. A Fig. 40 mostra o código genético e ê útil para interpretar sequências. A sequência de nucleotídeos de um gene importante de T-DNA, tml. apesar de não usado nos Exemplos, está apresentado na Fig.41: é util na esquematização de construções que não são aqui descritas.
Exemplo 1
Construiu-se um gene para uma proteína de fusão consistindo no promotor da octopina sintetase, os 90 aminoácidos da terminação amínica do gene estrutural da octopina sintetase, uma sobreposição 3 aminoácidos entre os dois genes e toda a faseolina excepto os codões codificadores dos seus 11 primeiros aminoácidos. Antes do inicio da construção, um clone T-DNA em pTi 15955» p233 (as sequências definidas por p203 e p3O3, em pBR322, ver Fig.l) foi sequenciado entre o local BamHI e o local
PvuII. Isto inclui todo o gene da octopina sintetase (Fig.2). A sequência da octopina sintetase e fase de leitura perto de um local cortado pela enzima de restrição EcoRI verificou-se serem como se segue:
EcoRI
5'...ATG/GGC/CAG/CAA/GG*A/ATT/CTT... 3 ’ 3’...TAC CCG GTC GTT CC T TAA*GAA...5‘ .. .Met Gly Gin Gin Gly Ile Leu... 84 85 86 87 88 89 90
0 corte com EcoRI dá um fragmento com a seguinte extremidade:
•··ATG/GGC/CAG/CAA/GG 3'
...TAC CCG GTC GTT CCTT 5»
0 gene estrutural para a proteína de reserva da semente do feijoeiro faseolina(previamente sequenciada, Fig.3) contem um local EcoRI perto da sua extremidade 5’ (terminação amínica) como se segue:
EcoRI
...CIG/TTG/CTG/GG*A/ATT/CTT/TTC...
...GAC AAC GAC CC T TAA*GAA AAG...
...Leu Leu Leu Gly Ile Leu Phe...
9 10 11 12 13 14 15
0 corte com EcoRI dá um fragmento com uma extremidade como se segue:
5’
3’
A/ATT/CTT/TTC... GAA AAG.·.
Estes dois fragmentos, após ligação formam a seguinte estrutura:
84 85 86 87
Não só são preservados as mesmas são não geradas quaisquer sinais
fases de leitura como de paragem intervenientes
Assim resumindo, o fragmento obtido por restrição EcoRI/BamHI do gene da Faseolina foi ligado no local EcoRI ao gene da octopina sintetase do T-DNA de ptil5955· Este gene de fusão contem o promotor ocs, os 90 primeiros aminoècidos da octopina sintetase, o gene da faseolina menos o seu promotor e os seus 11 primeiros aminoácidos e uma junção de três aminoácidos idêntica às sequências presentes em ambas as proteínas parentais.
1.1 Remoção do local EcoRI do pBR322
0 local EcoRI no pBR322 foi removido por digestão com EcoRI preenchido com a T4-DNA polime rase, ligado pelas extremidades cerses e usado para transformar a estirpe HB101 de E.coli. A selecção dos transformantes foi feita com ampicilina e as colónias foram testadas através de isolamento de pequenas quantidades do DNA de plasmídeos (D.Horowitz) (1982) em Molecular Cloning, C.S.H) e selecção de um clone sem um local EcoRI designado pBR-322-R.
1.2 Clonagem do fragmento BamHI do T-DNA em pBR322-R p203 (Fig.24) foi isolado e digerido com BamHI. 0 frag
mento de 4,7 kpb do T-DNA foi isolado por electroforese em gel de agarose e ligado ao local BamHI do pBR322-R.
Este plasmídeo foi usado para transformar a estirpe HB101 de E.coli e seleccionado relativamente à resistência à ampicilina e sensibilidade à tetraciclina. Um clone positivo foi seleccionado e designado pk5169.
I
1.3 Remoção dos locais EcoRI e fragmentos do gene da octopina sintetase
pk5169 foi isolado e digerido com EcoRI. Um fragmento de 8,6 kpb foi isolado por electroforese em gel de agarose e purificado. Este fragmento tem removidos os 2 fragmentos pequenos (0,36 kpb e 0,2kpb) do gene oos.
1.4 Isolamento do fragmento EcoRI contendo o fragmento de DNA do gene da faseolina e o gene de resistência à canamicina
pk54-kB(Fig.7) foi purificado e digerido com EcoRI, Um fragmento de 4,8 kpb foi isolado usando o fragmento EcoRI/BamHI de 3,0 kpb do gene da faseolina ligado no local BamHI a pm fragmento de DNA de 1,85 kpb contendo o gene de resistência à canamicina codificadora da neomicina fosfotransferase II (NPTII):
1.5 Ligação do gene da faseolina à octopina sintetase
0 fragmento faseolina/NPTII foi então ligado nos locais EcoRI ao fragmento EcoRI descrito no Exemplo 1.3· 0 DNA ligado foi usado para transformar
HB101 e as colónias foram seleccionadas ampicilina e canamicina. Uma colónia designada pks-B17-KB3.O (Fig.43) foi
seleccionada e continha um plasmídeo com a orientação correcta (i.e. o gene da faseolina ligado ao gene ocs na direcção e fase de leitura correctas). Isto foi verificado fazendo mapas de restrição dos plasmídeos de um pequeno número de colónias. A sequência do DNA da região adequada foi determinada para verificar a construção.
1.6 Transferência do fragmento de T-DNA contendo o DNA de BPIII, faseolina e ocs para pEE29O.
pE£29O, um plasmídeo com uma gama larga de hospedeiros, foi digerido com BglII e ligado a um fragmento BamHI com 9,lkpb contendo o T-DNA, o gene NPTII e o DNA da faseolina de pkS-B17-KB3.O. Isto foi conseguido através de digestão parcial de p£5-B17-KB3.O com BamHI e isolamento de um fragmento de 9,llepb de 6 outras bandas de uma electroforese em gel de agarose. Após ligação e transformação da estirpe £802 de E.coli. seleccionaram-se colónias em canamicina e tetraciclina. Seleccionou-se uma colónia que tinha o padrão de restrição desejado e designou- se p£S-£B3.0.
1.7 Substituição da octopina sintetase no pTi 15955 pelo gene da proteína de fusão octopina sintetase faseolina.
Usando conjugação triparental de A.tumefaciens (resistente à estreptomicina), E.coli (pKS0SI-EB3.0). e E.coli(pR£2015), seleccionaram-se colónias resistentes à estreptomicina, canamicina e tetraciclina. Uma colónia foi conjugada com E.coli (pPHlJl). Seleccionou -se uma cólonia resistente à canamicina e gantamicina.
Esta verificou-se ser A.tumefaciens com pl5955-12A, um pTil5955 que tem o gene da faseolina e o gene de resistência à canamicina inseridos por engenharia genética no local EcoRI do gene ocs. fazendo mapas de restrição e hibridação em filtros de fragmentos de restrição separados por
electroforese. (Exemplo 19). Uma conjugação triparental análoga é feita com A.tumefaciens (pTiA66). Rebentos transformados pelo plasmídeo resultante, pA66-12A, verificou-se conterem faseolina como descrito acima.
1.8 Formação e expressão de galhas em coroa.
Plantas de girassol foram incubadas com o plasmídeo Ti transformado por engenharia genética Foram estabelecidos em cultura de tecidos de galhas em coroa. A expressão foi testada fazendo ELISAse por hibri dação em filtros de mRNA separado por electroforese. (trans ferências Northern”, Exemplo 19)· RNA do tamanho esperado foi detectado com sondas de hibridação dos genes da faseolina e octopina sintetase e compreendia cerca de 0,5% do RNA poli(A) 5+4. RNA poli(A) 5+4 isolado de galhas foi traduzido in vitro dando uma proteína com o tamanho esperado precipitável por anticorpos contra a faseolina.
Exemplo 2
Um gene de uma proteína de fusão semelhante ao construído no Exemplo 1 foi construído com faseolina e nopalina sintetase, sob o controle do promotor deste último gene. Contem o promotor da nopalina sintetase e codifica os 59 primeiros aminoácidos da nopalina sintetase (dos quais foi adicionado sintéticamente o último resíduo), uma junção de um aminoácido e todo o gene estrutural da faseolina com excepção dos seus 12 primeiros aminoácidos. Antes de se iniciar a construção, foi sequênciado um clone de T-DNA de pTiC58(pCF44A, Fig6) desde o local BglIIno extremo esquerdo até ao local HindIII médio, o qual está fora da região do T-DNA. Isto inclui todo o gene nos (Fig.4). A sequência da nopalina sintetase
-40-
e fase de leitura verificou-se serem como se segue perto de um local cortado pelo enzima de restrição Ciai.
Olal
5‘.OOA/GGA/T*CG/ATC/TCA... 3'
3'...GGT COT A GO*TAG ACT...5’
...Pro Gly Ser Ile Ser...
56 57 58 59 60
0 corte com Ciai dá um fragmento com a extremidade seguinte:
...CCA/GGA/T 5’
...GGT CGT AGC 5’
Como foi estabelecido no Exemplo 1 o local EcoRI da faseolina seguinte:
pode ser cortado para dar a seguinte estrutura:
podem ser ligados para formar a seguinte estrutura:
5' CGATCCC 3’ (a
3' TAGGGTTAA 5' (b
a qual pode ligar todos os fragmentos de DNA para formar a seguinte estrutura:
•··COA/GGA/TXCG/ATC/GO*A/ATT/CTT/TTC...
...GGT COT A GC*TAG GG T TAA*GAA AAG...
...Pro Gli Ser Ile Pro Ile Leu Een...
56 57 58 59 nopalina sintetase
13 14 15 faseolina
Leve-se notar que o adaptador serve várias funções : é introduzido um novo aminoácido; parte da sequência retirada ao gene da nopalina sintetase é reconstruída; dois locais de restrição incompatíveis são tomados compatíveis e é preservada uma fase de leitura aberta.
Resumindo o fragmento de restrição EcoRI/BAmHI do gene da faseolina foi ligado ao local Ciai j do gene da nopalina sintetase após um adaptador ter conver-i tido o local EcoRI num local Ciai. Ogene de fusão continha! o promotor da nopalina sintetase, os 58 primeiros aminoá- ;
i
eidos da nopalina sintetase, um adaptador o qual reconstru-í iu parte da sequência da nopalina sintetase e um novo ami- j noácido inserido e todo o gene da faseolina com excepção dos doze primeiros resíduos de aminoácidos.
2.1 Sintese de adaptadores
Sintetizaram-se os dois adaptadores seguintes:
a) 5' CGATCCC 3*
b) 5» AATTGGGAT 3’
Estes foram sintetizados pelos métodos do Exemplo 17. 0 oligonucleotídeo a) e b) foram
ligados um ao outro para formar a estrutura:
5’ CGATCCC 3’ (a
3' TAGGGTTAA 5’ (b
2.2 Preparação do vector "vai-vem"
pks-nopIV, cuja cnnstrução foi des. crita no Pig.6., é pEK29O com o T-DNA do tipo nopalina cio nado no seu local BglII. Este T-DNA do tipo nopalina contêm um único local Ciai resultante da delecção entre o local Ciai em nos e o local 01al a jusante fora do gene nos (Figs. 5 θ 6)· Purificou-se pKS4-KB (FIg.7) e digeriu -se com EcoRI. 0 fragmento de resistência com feijão de
4,8 Kpb., foi purificado por electroforese em gel. Este fragmento contem o fragmento EcoRI/BamHI do DNA da faseolina (referido como feijão na notação can/feijão ligado ao local BamHI do fragmento BamHI/EcoRI do gene de resisten cia à canamicina xcan) de Tn5·
Ligou-se pkS-nopIV linearizado com Ciai com o fragmento can/feijão purificado e os adaptadores do Exemplo 2.1. E.coli k802 foi transformada e seleccionadas colónias quanto à resistência à canamicina e tetraciclina. Estavam presentes duas orientações, uma com o DNA da faseolina ligado ao gene da nopalina sintetase e a outra com o gene de resistência à canamicina ligado a seguir ao
gene da nopalina sintetase. TJsaram-se mapas de restrição para determinar quais as células que continham um plasmídeo, pNNNl, tendo a orientação desejada como se mostra na Fig.8.
2.3 Substituição do gene da nopalina sintetase no pTiC58 por faseolina modificada.
Uma conjugação triparental (ver Fundamento -vectores "vai-vem") com A.tumefaciens-str RC58 E.coli (pRK2O13) e E.coli (pNNNl) foi usado para inserir a construção num plasmideo Ti. Seleccionou-se células de A.tumefaciens resistentes à estreptomicina, canamicina e tetraciclina. Os transformantes seleccionados foram conjugados com E.coli (pEHlJl) e seleccionadas e colónias resistentes à canamicina e gentamicina.
2.4 Formação e expressão de galhas em coroa.
Girassóis foram inoculados e galhas em coroa estabelecidos em cultura de tecidos A expressão foi testada por ELISA e hibridação com nERA como descrito nos Exemplos 17 θ 20.
Exemplo 3
0 fim deste exemplo é reconstruir a sequência completa codificadora do gene da faseolina a partir do sinal de iniciação da tradução até ao local EcoRI que pode então ser ligado ao restante do gene estru tural. Um local Ciai será construído na extremidade 5’ de modo a o gene poder ser facilmente recuperado. Serão sintetizados as duas sequências de oligonucleotídeos seguintes:
a) 5’ AÂTTCCCAGCAACAGGAGTGGAACCCTTGCTCTCATCAT 3'
b) 5' CGATGATGAGAGCAAGGGTTCCACTCCTGTTGCTGGG 3*
Estas podem ser ligadas para formar a estrutura seguinte:
Clal EcoRI
5' WaTG/ATG/AGA/GCA/AGG/GTT/CCA/CTC/CTG/TTG/CTG/GG“"- 3' ( a TAC TAC TCT CGT TCC CAA GGT GAG GAC AAC GAC CCT TAA5’(b
Met Met Arg Ala Arg Vai Pro Leu Leu Leu Leu Gli IIe
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Como estabelecido no Exemplo, o local seguinte EcoRI da faseo lina:
•·»CTG/GG*A/ATT/CTT/TTC...
...GAC CC T TAA*GAà AAG...
Leu Gli Ile Leu Fen.
11 12 13 14 15
pode ser cortado para dar a seguinte estrutura:
5' A/ATT/CTT/TTC...
3' GAA AAG...
I
A ligação desta extremidade ao oli- í gonucleotídeo sintético de cadeia dupla descrito acima resulta num gene estrutural codificador do um polipeptídeo completo da faseolina, com extremidades coesivas Clal imedia tamente à frente do inicio da sequência codificadora.
3·1 Síntese dos adaptadores
Os dois adaptadores seguintes foram sintetizados pelo método do Exemplo 17:
a) 5' AATTCCCAGCAACAGGAGTGGAACCCTTGCTCTCATGAT 3’
b) 5’ CGATGATGAGAGCAAGGGTTCCACTCCTGTTGCTGGG 3'
Estes foram ligados para dar a estrutura que se segue:
5« CGATGATGAGAGCAAGGGTTCCACTCCTGTTGCTGGG 3' (b
3' TACTACTCTCGTTCCCAAGGTGAGGACAACGACCCTTAA 5' (a
3.2 Construção do gene completo da faseolina e gene da re sistência à canamicina clonado em pKS-nopIV.
pKS-nopIV linearizado com Ciai é ligado com o adaptador religado do Exemplo 3·1 β purificado o fragmento EcoRI can/feijão a partir K54-KB (ver Exemplo 2.2).E.coli K802 ê transformada e seleccionada colónias
resistentes à tetraciclina e canamicina. De novo, apesar de duas orientações serem possíveis, apenas uma ê o gene da faseolina ligado a seguir ao gene da nopalina sintetase.
A orientação correta é seleccionada após feitos os mapas de restrição dos clones.
3.3 Formação e expressão de galhas em coroa
A recombinação homóloga e isolamento de galhas em coroa em cultura de tecidos é efectuado como descrito no Exemplo 21 e a detecção de expressão do gene da faseolina em tecidos de galhas em coroa é como nos Exemplos 19 e 20.
Exemplo 4
0 objectivo desta construção ê ensi. nar a construir um vector "vai-vem" para ser usado no sistema pTi para expressão de genes estranhos em células de galhas; em coroa, o gene estranho quer estando sob o controle do promotor nos, parte do qual é sintetizado quimicamente e tendo falta de codões para o gene da nopalina sintetase. An tes de se iniciar a construção um clone de T-DNA de pTiC58 (pCP 44A) foi sequenciado para se descobrir o promotor nos (fig.4).
φ
+»
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33
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Isolamento da porção 5’ do promotor nos
o
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Este é digerido com Ciai e SstII dando um veículo linearizado de 22 kpb e um fragmento de 555 pb. Estes são fácilmente separáveis por centrifugação através de um gradiente salino. Após o fragmento pequeno ser digerido com Hinfl os fragmentos SstII/Hinfl de 149pb e Clal/Hinfl de 208 pb são isolados por electroforese em gel.
4.2 Síntese de adaptadores
Os dois adaptadores seguintes foram sintetizados pelo método do Exemplo 17:
a) 5' AGTCTGATACTCACTCTCAA.TCCAAATAATCTGCCATGGAT 3*
b) 5’ CGATCCAIGGGAGATTATTTGGATTGAGAGTGAGTATGAG 3’
Foram ligados um ao outro para formar a seguinte estrutura:
5’AGTOTCATACTCACTCTCAATCCAAATAATCTGCCATGGAT 3’ (a
3’ GAGTATGAGTGAGAGTTAGGTTTATTAGACGGTACCTAGC 5’ (b
Esta sequência tem um local Hinfl à esquerda e locais Ncol e Ciai à direita. Uma sequência alternativa terá um local Bell entre os locais Ncol e Ciai A sequência é idêntica à encontrada no T-DNA excepto para as bases sublinhadas as quais substituem um par de bases A-T por um par de bases C-G.
4.3 Formação de pNNN2
I
í
I
0 veículo Clal/SstII é ligado como i se mostra na Fig.9 ao fragmento SstII/Hinfl de 149 pb e [ ao adaptador sintético, formando a estrutura seguinte:
ΙΑ ΓΑ
4.4 Inserção e expressão de um gene da faseolina
pNNN2, o plasmídeo construído no Exemplo 4.3 (Fig. 9) ê cortado com Ciai, misturado com o adaptador Clal/EcoRI sintetizado no Exemplo 4.2 e o fragmento caB/feijão EcoEI/Clal purificado por electroforese a partir de pKS4-KB, ligados usado para transformar, isolado e feito o mapa de restrição. 0 plasmídeo apropriado, pNNN4, é transferido e testada a sua expressão como descrito nos Exemplos 21, 19 e 20.
4.5 Inserção e expressão de um gene da faseolina sem intrões.
0 processo esquematizado no Exemplo 4.4 é repetido com a substituição de pKS4-KB por um pcDNA 31 ou um análogo de pKS4-KB derivado de cDNA de pMC6. (ver Exemplo 9).
4.6 Inserção e expressão de um cDNA da faseolina
Esta construção é análoga ao Exemplo 10 no que respeita à utilização de cDNA, um adaptador PstI de cadeia simples e o fragmento PstI can e é análogo aos Exemplos 4.1, 4.2 e 4.3 no que respeita à utilização do promotor nos semi-sintético. A caracterização, transferâi cia e detecção da expressão é como descrito no Exemplo 4.4.
pNNN2, o plasmídeo construído no Exemplo 4.3(Fig.9) é cortado com Olal, misturado e ligado ao adaptador Clal/E.coEi sintetizado no Exemplo 4.2, o fragmento feijão EcoEI/PstI de 1,7 Kpb isolado a partir de pKS4-EB e purificado por electroforese, o fragmento can PstI de Tns com 0,93 kpb purificado por electroforese e o adaptador Clal/PstI de cadeia simples 5’0GAATT3’, préviamente sintetizado pelo método do Exemplo 17
Exemplo 5
0 objectivo desta construção é ligai? o gene da faseolina desde o local EcoRI até ao local BamHI ao gene activo do T-DNA que fica entre os locais HindIII de p403 cujo mRNA ê designado 1.6 no mapa, apresentado na Fig.l. A sequência foi determinada (ver Fig. 10) desde o local HindIII de p401 atê para lá do local Clal à sua direita (ver Fig. 11). Há uma fase de leitura aberta que começa entre os locais HindIII e Clal indo na direcção do local Hind III(ver o nRNA de 1450 pb mapeado na Fig.11).
0 local Clal está no condutor ("leader”) não traduzido do mRNA do gene entre os locais Hind III. Criou-se um veículo promotor por excisão do fragmento Clal no meio de p403. Isto é possível porque os locais Clal internos não são metilados nalgumas estirpes de E.coli, enquanto que o local Clal a seguir ao local EcoRI ê metilado.
0 gene da faseolina é agora ligado ao local Clal trazendo consigo um ATG. Isto pode ser !
conseguido usando pKS4-0KB. A sequência de bases desde ί
o local Clal do pBR322 atê ao local EcoRI da faseolina ê como se segue.
Clal EcoRI
’ · · · AT*C/G AT/GAT/AAG/CTG/CTG/TCA/AAC/ATG/AG*A/AÍ?T/CTT/TTC. .3» '...TA G C*TA CTA TTC GAC GAC AGT TTG TAC TC T TAA*GAA AAG..5»
Met Arg/ Ile Leu Fen...
13 14 15 |
derivado do pBR322/faseolina
Note-se a fase de leitura aberta e o ATG. Há 18 pb entre o local Clal e o sinal de iniciação da tradução (ATG). Isto
ê comparável às 12pb desde o local Ciai atê à iniciação do gene do T-DNA.
Ciai
5'...AT*CG A/TGG/ACA/TGC/TGT/ATG... 3'
3'...TA GC*T ACC TGT ACG ACA TAC...5'
Met...
De novo, deve-se notar a fase de leitura aberta e o ATG. Assim, a ligação ao local Ciai do clone do promotor deverá criar um gene de faseolina activo no T-DNA. 0 gene da faseolina tem uma substituição de 2 aminoácidos pelos 12 resíduos naturais da extremidade amínica.
5.1 Construção de um veículo promotor
pKSIII que é um clone de p.E£29O correspondente ao clone p403 de T-DNA (ver Fig.l) ê digerido com 01al e depois religado. A mistura de ligação é usada para transformar K802 e feita a selecção para resistência à canamicina. Os plasmídeos são isolados fazendo "mini-preps" (preparações de plasmídeos feitas a partir de um pequeno volume de cultura de células) e mapas de res, trição para verificar a estrutura. 0 novo veículo, pKSprol, não é digerido por HindIII mas pode ser linearizado por Ciai (fig.12). pKS-prol é purificado e moléculas linea res são produzidas por digestão com Ciai.
5.2 Ligação de um gene parcial de faseolina a uma resistência à canamicina
Um fragmento de 3.03t^b contendo extensas sequências ladenantes 3* θ todas as sequências
codificadores do gene da faseolina com excepção da extremidade 5’ foi obtido por eluição de um gel de agarose após electroforese dos produtos de digestão com HindIII e BamHI do ρ7·2 (Fi.13), um subclone em pBR322 do clone genómico de faseolina 177«4 cuja construção foi descrita no Exemplo
6.1. Isto foi misturado com e ligado a um fragmento Hind III/BamHI com 3,0Kpb de resistência à canamicina isola do de um modo semelhante a partir de pKS4 (Fig.18) e pBR 322 linearizado com HindIII. Após execução dos mapas de restrição dos plasmídeos isolados a partir de transformantes resistentes à ampicilina, um plasmídeo tendo a estrutura mostrada na Fig.7 foi designado pKS4-KB.
5.3 Purificação do fragmento can/feijão de pKS4-3.OKB
pKS4-KB (Fig.7) θ digerido com 01al e 0 fragmento de 4,9 Kpb purificado por electroforese em gel de agarose.
5.4 Ligação do gene de resistência Can/feijão Clal ao pKS-Prol digerido com Clal.
pKs-prol ê linearizado por digestão com Clal e o fragmento gene de resistência à canamicina/feijão do Exemplo 5·3 são ligados um ao outro e usados para transformar K802. Os transformantes resistentes à cana micina são seleccionados e os plasmídeos isolados por "mini-preps" são feitos mapas de restrição para detectar um com a orientação adequada. 0 plasmídeo é designado j pKS ProI-KB (Fig.14). !
5.5 Transformação e expressão
Células contendo pKS-proI-KB são conjugadas com células de Agrobacterium contendo pTI 15955 ou pTi A60 ou outros plasmídeos TIP apropriados. Apés selecção dos recombinantes com canamicina, as plantas são inoculadas e as galhas em coroa sao estabelecidas em cultura de tecidos. 0 ensaio para detecção de síntese da faseolina é como descrito nos Exemplos 19 e 20.
Exemplo 6
Este exemplo ensina as manipulações de um gene da faseolina, a principal proteína armazenada na semente de feijão Phaseolus vulgaris, L., preparatórios para outras manipulações que inserem o gene de faseolina em vectores descritos noutros exemplos.
6.1 Subclonagem de um gene da faseolina
Um clone genómico da faseolina num Charon 24AAG-PVPh 177-4(ar 177.4; S.M.Sun. et al (1981) Nature 289: 37-41, J.L.Slighton et al.(1983) Proc.Natl. Acad. Sei. USA 80; Pigl5)· Poi digerido com BglII e BamHI. 0 fragmento de 3,8 kpb tendo o gene da faseolina e as suas sequências ladeantes, isolado por electroforese em gel de agarose, foi misturado com e ligado a pBR322 linearizado com BamHI. A mistura foi usada para transformar HB101 e seleccionadas as colónias resistentes à ampicilina e sensíveis à tetraciclina. Aos plasmídeos isolados a partir destes clones foram feitos mapas de restrição. Um plasmídeo tendo a estrutura mostrada na Fig.16 foi seleccionado e designado AG-pPVPh3.8(ou alternativamente, ρ 3.9). A ligação dos locais BglII e BamHI inactiva ambos os locais.
Um outro subclone de 177*4 foi construído por digestão com EcoRI. isolamento de um fragmen to com 7,2 kpb contendo extensas sequências ladeantes 3’ e todo o gene da faseolina com excepção da extremidade 5’ e isolado após selecção com ampicilina dos transformantes HB101 e feito o mapa de restrição. Um plasmideo tendo a inserção de modo a o local HindiII do pBR 322 estar adjacente à extremidade 5’ do gene da faseolina e distai ! relativamente à região 3' não traduzida, foi designado | AG-pPVPh 7.2 (ou p*7*2; Fig.13, Sun et al e Slightom et al | supra) I
6.2 Clonagem ê isolamento de um gene de resistência à cana-j micina j
pRZ102( R.A. Jorgenson et al(1979) Molec. gen. Genet 177' 65-72) um plasmideo Col Ε 1 tendo uma cópia de transposão Tn5, foi digerido com BamHI e HindIII. misturado com pBR322 (Fig·17) previamente linea- j rizado com aquelas duas enzimas, ligado e usado para trans.' formar K802. Aos plasmídeos, isolados a partir de transformantes seleccionados relativamente à resistência â ampicilina e canamicina foram feitos mapas de restrição e ’ um tendo a estrutura apresentada na Fig.18 foi designado pKS-4.
I
6.3 Ligação do gene da faseolina a um gene de resistência à canamicina '
I
p 3-8 foi digerido com Ciai e BamHI e um fragmento de 4,2Kpb contendo o gene da faseolina e algumas sequências do pBR322 foi isolado por electroforese em gel de agarose.
Isto foi misturado com um fragmento Clal/BamHI de Tn5 tendo um gene de resistência à canamicina (neomicina fosfotransferase II) de pK54(Fig,18) e pBR322 (Fig.17) que tinha sido linearizado com Ciai. A mistura foi ligada e usada para transformar K802. Apôs selecção das colónias resistentes à ampicilina e canamicina, os plasmideos foram isolados e feitos os mapas de restrição. Uma colónia! tendo a estrutura apresentada na Fig. 19 foi designada ' pKS-KB3.8.
I
!
A construção de um outro plasmídeo j útil, pKS4-KB está descrita no Exemplo 5· 2. '
Exemplo 7
!
Este exemplo é análogo à construção descrita no Exemplo 5, excepto no que respeita à subs- i tituição de um clone genómico de faseolina por um clone j
de cDNA. Esta construção resultara num gene sem introes. ι
í
7.1 Construção de pKS4-KB2.4 (análogo ao pKS4-KB). :
Após digestão de pMC6(Fig. 20) com EcoRI e BamHI, isola-se para um fragmento de cDNA de faseolina com 2,4 kpb por centrifugação através de um gradi-r ente salino ou electroforese em gel. Um fragmento de 1,9 !
kpb contendo um gene de resistência à canamicina ê purificado a partir dos produtos de digestão de pKS4 com EcoRI e BamHI (Fig. 18), misturado com o fragmento de cDNA e pBR322 linearizado com EcoRI, ligado a usado para transformar K802 As colónias são seleccionadas quanto à resistência à cana, micina e após isolamento dos plasmideos e feitos os mapas de restrição, um plasmídeo como o apresentado na Fig.21
foi designado pKS4-KB2-4
7.2 Ligação do DNA Ciai can/feijão ao pKS-Prol digerido Ciai
pKS4-KB2.4 é digenido com Ciai e ligado a pKS-prol (Fig.12) linearizado com Ciai. Após transformação selecção, isolamento de plasmideos e sua caracterização , a construção desejada, tendo as sequências da faseolina adjacentes ao promotor do T-DNA, é transferido para um plasmídeo Ti. A inoculação e rastreio é como descrito nos Exemplos 21, 19 e 20.
Exemplo 8
Este exemplo ensina um método para remoção de intrões de um gene. Isto é 0 mesmo que colocar um cDNA num ambiente genómico. Os locais sensíveis às enzimas de restrição já se encontram, ou são eriados por metagénese especifica de local, nos exões em ambas as extremidades 5’ e d1 do produto de transcrição não processado. Estes locais existem quer nos clones genómicos quer no cDNA. 0 DNA contem intrões e pode ser removido do clone genómico e ser substituído pelo correspondente fragmento do clone de cDNA sem intrões delimitado pelos dois locais. A operação reversa é também possível sequências genómice.s contendo intrões podem ser colocadas num ambiente de cDNA. Insere-se um fragmento interno do clone genómico no espaço correspondente deixado pelo clone de cDNA. Esta última estratégia ê análoga, se bem que muitas vezes têcnicamente mais dificil pois os intrões podem conter locais susceptíveis às enzimas escolhidas para criar 0 fragmento de troca. J^sta dificuldade pode ser ultrapassada por selecção cuidadosa das condições de digestão parciai e por purificação do fragmento desejado por electrofo rese em gel de agarose. Outras elaborações desta estratégia incluem a manipulação de intrões individuais dentro de um gene deixando outros intrões e exões sem serem afectados e a troca pouco a pouco de sequências quando surgem locais de restrição inconvenientes dentro de intrões como foi discutido atrás. I
8.1 Substituição de um fragmento contendo intrões de faseq lina por cDNA.
p 3.8, um clone em plasmídeo do gene da faseolina e suas sequências ladeantes, foi digeridc parcialmente com EcoRI e completamente com Saci e um fragmento de 6,4 kpb, contendo o vector pBR322 e ambas as extremidades 5‘ θ 3' do gene, foi isolado por electroforese em gel de agarose. pcDNA 31, um clone no plasmídeo pBR322 de cDNA feito a partir do mRNA da faseolina, foi digerido parcialmente com Saci e totalmente com EcoRI e um fragmen to de 1,33 kpb, contendo a totalidade do cDNA da faseolina com excepção das sequências das terminações das extremidades 5’ θ 3’, foi isolado por electroforese em gel de agarose. Estes dois fragmentos foram ligados um ao outro e usados para transformar HB101. Após selecção das colónias crescimento das células e isolamento de plasmídeos, a efeç. tuação de mapas de restrição, permitiu identificar um pias, mídeo tendo a estrutura desejada. Este plasmídeo foi desi£ nado p3.S~cDNA (Fig.22).
8.2 Utilização de p3.8-cDNA
Deve-se notar que p3.8-cDNA pode substituir a fonte de DNA genómicr, e.g. ρ3·8, usado noutros Exemplos e que quando assim usado resulta em construções análogas diferindo apenas na ausência de intrões.
Como alternativa, esta estratégia pode ser usada para remover intrões de construções já feitas.
Exemplo 9
Este exemplo ensina a expressão
de um gene sem intrões. 0 cDNA de faseolina ê preparado como descrito no Exemplo 8, mas também se pode usar um gene natural sem intrões.
Usa-se uma construção análoga à
ensinada no Exemplo 8. pKS4-K3 e pMC6 são digeridos com EcoRI e Saci como ensinado no Exemplo 8 e como lá se descreve a inserção de cDNA ê ligado ao fragmento pKS4-KB contendo o vector e as extremidades 5’ θ 3’ do gene da faseolina. 0 novo plasmideo, pKS4-KBc, é usado em construções de um modo análogo ao pKS4-KB.
Exemplo 10
0 objectivo deste exemplo ê ensinar a colocação no T-DNA de um cDNA de uma lectina de Phaseolus vulgarus sob o controle do promotor de um gene do T-DNA, a transferência desta construção, para uma célula vegetal e a detecção da expressão desta construção no tecido vegetal. Esta construção utiliza um adaptador de cadeia simples para ligar as extremidades coesivas resul_ tantes da digestão com as enzimas de restrição PstI e Hind
III. Quando os locais PstI e HindIII
PstI
HindIII
5'...C TCCA*G...3’
3'...G*ACGT C...5'
5’...A*AGCT T...3' 3'...T TCGA*A...5‘
são cortados para formar as extremidades seguintes:
na presença de um adaptador
PstI
5'...CTG0A
3’...G
e misturados uns com os outros com uma sequência apropriada
HindIII
AGCTT...3’
A...5’
5»...CTGCA AGOTT...3’
3'...G A...5’
+
3'ACGTTCGA5‘
podem ser ligados para formar a seguinte estrutura:
5’...C TGCA*AGCT T...3’
3'...G*ACGT TCGA*A...5‘
Note-se que o local HindIII é reconstituído.
0 cDNA de lectina ê obtido a partir de um clone em plasmídeo, pPVL134, ATCC39181, que foi construído através da colecção de caudas poliC em cDNA de cadeia dupla seguido de inserção num pBR322 com
caudas poliG e cortado com PstI . Este clone está descri to por L.Hoffman et al (1982) Nucleic Acids Res.10: 78197828.
10.1 Sintese do adaptador
0 adaptador 5’ AGCTTGCA3’ é sintetizado pelo método do Exemplo 17·
10.2 Construção de um clone contendo o cDNA de lectina e um gene de resistência à canamicina.
pPVL134 ê digerido com Bell e
PstI e o fragmento de tamanho intermédio contendo a sequên cia codificadora da lectina, a região 3’ não traduzida e uma cauda C/G é isolado por eluição de um gel de agarose após separação por electroforese. pBR325 é digerido com Bell e HindIII e 0 fragmento maior é isolado após sedimentação através de um gradiente salino. 0 vector pBE325 BclI/HindIII é misturado com e ligado ao fragmento Bcll/Pstj I de lectina e ao adaptador PstI/HindIII preparado no Exemplo 10.1. E.coli K802 é transformada, seleccionada quanl to à resistência à droga e presença de sequência de lectinaj e 0 plasmídeo isolado de tais células ê designado Ilo. 0 fragmento maior resultante da digestão de IIc com HindIII e BamHI é misturado com e ligado ao fragmento HindIII/BamHI de pKS-4 tendo o gene de resistência à canamicina e que ' foi préviamente isolado por electroforese em gel de agarose (Fig.23) K802 é transformada, são seleccionadas colóni- j as relativamente à resistência à canamicina, os plasmíde- ί os são isolados e caracterizados por mapas de restrição. j 0 plasmídeo desejado êdesignado pL-B. !
10.3 Troca de um local Clal por um local BamHI em pKS-prol
!
pKS-prol, cuja construção foi des- ί crita no Exemplo 5.1(ver Fig.12) ê digerido com ClaIP 0 ;
local de corte está situado entre o promotor e 0 sinal de í iniciação da tradução ATG do produto de transcrição com : 1,6 kpb (ver Fig.l). As extremidades coesivas são convertidas em extremidades cerses através do preenchimento com DNA polímerase I. Os adaptadores BamHI são ligados ao intervalo e cordados para expór as extremidades coesivas BamHI, ligados e usado para transformar K802. As colónias tendo o plasmídeo desejado, pKS-proIA (Fig.24), são selec-
10.4 Inserção dos genes de lectina e de resistência à canamicina no pKS-proIA
!
pL-B (Exemplo 10.2) ê digerido ; com Bell e BamHI e o fragemnto tendo o gene de resistên- !
í
cia à canamicina e sequências de lectina ê eluído de um ' gel de agarose após separação por electroforese. Este fragmento ê misturado com e ligado ao pKS-proIA linearizado com BamHI. A mistura de ligação ê usada para transfor ! mar E802. Os plasmídeos são isolados de colónias resis- j tentes à canamicina, caracterizados por mapas de restrição ' e a construção desejada designada pLK-pro IA (Fig.25)·
í
j
I
10.5 Expressão em plantas ’
pLK-proIA é transferido para um plasmídeo Ti por conjugação triparental (Exemplo 21) de K802 (pLK-proIA), E.coli (2013) e A.tumefaciens(pTil5955) (resistente à estreptomicina). Após transferência conjugativa adicional de pPHlJl para Agrobacterium, os recombinantes duplos-homólogos são seleccionados por crescimento das células em canamicina, estreptomicina e gentamicina. A lectina é detectada por E1ISA com os anticorpos adequados.
i
Exemplo 11
0 fim deste exemplo é produzir um plasmídeo Ti com uma deleção desde tms (locus de "indução" de rebentos") até tmr (locus de indução de raízes) do pTI
15955 e outros plasmídeos do tipo octopina. Este derivado ê util porque as células transformadas por ele são mais fáceis de regenerar plantas inteiras do que as células transformadas por pTil5955 com genes tms e tmr intactos.
0 ptil5955 com delecção em tms e tmr é por fim modificada de duas maneiras ainactivaçao de tms-tmr e a inserção de um gene estranho. Estas duas alterações devem ser feitas em pontos diferentes do T-DNA cada alteração ê feita independentemente Ia outra através de vectores ''vai-vem" diferentes. Cada alteração dependen te de um vector "vai-vem" ê seleccionada independentemente opelo que é necessário a utilização de pelo menos duas marcas seleccionáveis em Agrobacterium. Em adição à habitual resistência à canamicina, este exemplo utilizou uma resistência ao cloranfenicol derivada do pBR325·
11.1 Construção de um clone do gene de resistência ao cloranfenicol
pBR325 é digerido com Hind III e ligado por extremidades cerses a adaptadores HindIII. A preparação resultante é digerida com Hind III , realizada seleccionada quanto à resistência ao cloranfenicol (cam) e designada pKS-5 que servirá como fonte do fragmento HindIII/Bcl I que contem o gene çam(Fig.26).
11.2 Construção de um clone de T-DNA com uma delecção e um gene cam em pBR322.
Um fragmento de DNA linear com 9,2 kpb é isolado a partir da digestão completa com HindIII e parcial com BamHI de p203. 0 fragmento tendo o gene cam
é isolado a partir de pKS-5, misturado com o fragmento 'linear de 9,2 kpb ligado, usado para transformar E.coli, séleccionado quanto à resistência ao cloranfenicol e desig
*·
nado pKS-Octm. Cam 203 (Fig.27).
pKS-oct. Cam 203 é um clone em plasmídeo que pode agora ser usado para construir uma série de mutantes de pTi 15955 com delecção TL. Contem o braço direito de TL e um gene de resistência para a esquer da dobraço direito. Pode-se ligar vários braços esquerdos de TL à esquerda do gene cam (lcoal HindIII). Por exemplo se pl02 for ligado a delecção ê de 5,2 kpb e inclui a totalidade de tms e tmr. Se pl03 for ligado a delecção é de 3,2 kpb e inclui parte de tms e todo o tmr. Ver Fig.l.
pKS-oct. Cam 203 é digerido com HindIII. pl02 ou pl05 é digerido com HindIII e o fragmento de T-DNA com 2,2 kpb ou 2,0 kpb é isolado e ligado ao pES-oct. Cam 203 linearizado usado para transformar e isolai do dando pKS-oct.delll (Fig.28), respectivamente. Estas construções são transferidas para A.tumefaciens por conjugação recombinações homólogas e selecção dos resistentes ao cloranfenicol. Como alternativa transfere-se as construções para pEK290 utilizando métodos estabelecidos através da linearização dos plasmídeos tendo a da construção com Bam HI e ligação ao local BglII de pEK29O(Flg.3O). ;
Exemplo 12
0 pias Ideo Ti é mtuado neste exemplo por delecção do T-DNA entre o local Hoal e tmr
até ao local Smal em tml. Os plasmídeos Ti que podem ser j
i
modificados incluem ptil5955, pTiB6,pTiA66 e outros. Esta ] construção está esquematizada na Fig. 31· í
12.1 Isolamento do gene cam
pKS-5(Fig»26) é digerido com. Hind III e Bell. 0 fragemtno menor é isolado após separação num gel de agarose, como foi ensinado no Exemplo 11.
12.2 Construção de um clone em pBR322 do T-BRA com uma delecção
0 braço direito da delecção do I-DHA é construído por inserção dos locais BglII nos locais Smal de p20f (Ver Fig. 1). p"Cr é digerido por Sma I, ligado com adaptador BglII. digerido com BglII, realizado e usado pera transformar K802. Ruma construção alternativa, os adaptadores BamHI podem substituir os adaptadores BglII e isolados os produtos adequados da digestão parcial com BamHI. 0 plasmídeo resultante é designado p203-BglII e é digerido com BglII e HindlII. 0 fragmento grande BglII/ HindlII contendo o vector é ligado ao fragmento de resistência ao cloranfenicol cujo isolamento foi descrito no Exemplo 12.1. Após transformação de K802 ê feita a selecç de resistentes ao cloranfenicol. 0 plasmídeo resultante é designado p2f(Fig.31)·
12.3 Construção do braço esquerdo do clone com delecção
no T-BRA
Locais HindlII são inseridos no local Hpal de p202 por digestão com Hpal e ligação com adaptadores HindlII. Após postas a descoberto as extre- í midades coesivas HindlII por digestão com esta enzima de restrição, isola-se o fragmento Hpal com 2kpb que agora tem extremidades HindlII. O fragmento Hpal com extremidades HindlII produzidas por digestão com HindlII é usado para ! transformar K802. Após isolamento de uma colónia contendo
-65-
a construção desejada e sua caracterização o plasmídeo é designado p3e (Fig.32).
12.4 Construção do clone com delecção no T-DNA
0 braço esquerdo do clone é obti- j do por purificação de um fragmento de 2 kpb, produsido
I
pela digestão de p3e com HindIII. fazendo eluição a partir de um gel de agarose após electroforese. p2f é cor tado com HindIII. tratado com fosfatase alcalina, misturado com o fragmento de 2kpb,ligado e usado para transformar £802, seguindo-se selecção de resistência ao cloranfenicol. Os plasmídeos são isolados a partir de colónias individu- j ais e caracterizado por mapas de restrição. Um plasmídeo ί tendo os dois braços na orientação tandem desejada ó escolhido e designado pKS-Oct. delIII (Fig.33). j
pKS-Oct.del III é transferido para A.tnmefaciens por conjugação e os recombinantes homólogos ί são seleccionados com cloranfenicol. As raizes e rebentos )
I
de girassol e tabaco são inoculadas como descrito noutros ί
ι
Exemplos e os tumores produzidos são testados relativamente à produção de opinas.
Exemplo 13
Este exemplo ensina uma construção j com delecção de tmr e tml que constitui uma alternativa j à ensinada no Exemplo 12.
13*1 Construção de um fragmento resistente ao cloranfenic^· com um local BglII
pBR325 ó digerido com HincII. ligm :
do por extremidades cerses adaptadores BglII e realizado (Fig. 34). Após transformação de £802 ou GM33 selecciona-se os resistentes ao cloranfenicol. 0 plasmideo resultan te, pKS-6 serve como fonte de fragmento BglII/Bcll tendo 0 gene cam.
13·2 Construção do clone com delecção de tmr e tml
p203 é digerido com Hpal e Smal. Após ligação por extremidades cerses aos adaptadores BglII é digerido com BglII para expor as extremidades coesivas BglII. realizado e usado para qransformar K802. A construção desejada êidentificada e designada p2 (Fig.35)·
13.3 Construção do clone com delecção no T-DNA(pKS-oct.del. Illa)·
0 fragmento BglII tendo o gene cam ó isolado a partir de pKS-6 e ligado cortado com BglII·
Após transformação de £802 seleccionam-se os resistentes ao cloranfenicol. 0 plasmideo resultante é designado pESoct.del III a (fig.3θ) β é testado como descrito no Exemplo 12.4.
Exemplo 14
0 fim desta construção é dar um exemplo da mutação no locus tmr apenas no local Hpal por inserção do gene de resistência ao cloranfenicol. Este gene ê isolado como 0 fragmento BglII/Bcll de pKS-6 e ê ligado ao local Hpal de p203 após este local ter sido trocado por um local BglII.
14.1 Conversão do local Hpal num local BglII
p203 ê digerido com Hpal. ligado a adaptadores BglII. cortado com BglII e religado. Após transformação de K802, faz-se selecção de colónias e mapas de restrição para detectar a inserção de locais BglII (Fig.37).
14.2 Isolamento do gene cam
pKS-6 ê digerido com BgHEe Bell:
G fragmento menor é isolado por electroforese em gel de agarose:
14.3 Construção do clone mutado no T-DNA
0 p203 modificado do Exemplo 14.1 ó digerido com Bgl II, ligado ao gene cam purificado do Exeaplo 14.2 e usado para traaaforaar K802. Baleooiona-sa ! relativamente à resistência ao cloranfenicol e após isola- > mento dos transformantes resistentes e caracterização por ί mapas de restrição, o plasmídeo ê desejado pKS-oct.tmr j (Fig.38).
Exemplo 15
A regeneração neste exemplo envolve tumores de cenouras induzidos por um plasmídeo TIF basea, do em Ei e ê feita essencialmente como descrito por M.D. Chilton et al.(1982) Nature 295: 432-434. j
15.1 Infecção com raízes em cabeleira
Discos de cenoura são inoculados
com cerca de 10594 bactérias em 0,1 ml de ãgua· Segmentos com 1 a 1,5 cm das extremidades das raízes obtidas são cortados, colocados em meio Monier sélido (1-1,5% de agar) sem hormonas (D.Á.Tepfer e J.C. Tempe (l98l)C.R.Hebd. Seanc. Acad· Sei. Paris, 222: 155-156) e cultivados entre 25°0 e 27°C no escuro. As culturas não contaminadas com bactérias são transferidas todas as 2 ou 3 semanas e são subcultivadas em meio Monier sem hormonas e agar.
15·2 Regeneração das raízes em plantas
0 tecido de raiz em cultura descri
to no Exemplo 9·1 é colocado em meio Monier sélido (0,8% de agar) suplementado com 2,4-D 0,36 uM e cinetina 0,72 uM. Apés 4 semanas, o tecido de calo resultante é colocado em meio Monier sem cormonas. Durante um mês de incubação entre 22 e 25°0 num agitador (150 r.p.m.), o calo dissocia -se para dar uma cultura em suspensão a partir da qual se diferenciam embriões, os quais quando colocados em caixas de Petri contendo meio Monier, sem hormonas, se desenvolvem em plântulas. Estas plântulas são crescidas em cultura e apés "endurecimento" por exposição a atmosferas com humidade progressivamente decrescente, são transferidas para o solo numa estufa ou num canteiro.
15·5 Utilização de vectores que não originam raízes em cabeleira
Vectores baseados em Ti que não
têm genes tmr funcionais são usados em vez de vectores baseados em Ri como descrito nos Exemplos 15·1 e 15.2. A construção de delecções adequadas está descrito nos Exemplos 12, 13 e 14.
'ηΊΒΤΙ-Ο'
Exemplo 16
A regeneração neste exemplo envolve tumores de tabaco induzidos por um plasmídeo TIP basea do em Ti e é feita essencialmente como descrito por K.A. Barton et al (1983) Cell.
16.1 Infecção com galhas em coroa
Tecido do tabaco é transformado usando uma abordagem que utiliza segmentos de caule invertidos descrita por A.C.Braun (1956) Oan.Res.16:55-56.
Os caules são esterilizados superficialmente com uma solução contendo 7% de Chlorox comercial e 80% de etanol, lavados com água destilada estéril, cortados em segmentos de 1 cm, colocados com a extremidade basal para cima ea caixas de Petri contendo meio MS solidificado com agar (T.Murashige e F.Skoog (1962) Physiol. Plant. 15:475-497) sem hormonas.
A inoculação ê feita ficando a superfície basal do corte de caule com uma agulha de seringa e injectanau bactérias. Os caules são cultivados a 25°C com 16 horas de luz por dia. Os calos que se desenvolvem são removidos a partir da superfície superior dos segmentos de caule, são colocados em meio MS sólido contendo 0,2 mg/ml de carbenicilina e sem hormonas, são transferidos para meio MS fresco com carbenicilina três vezes com intervalos de cerca de um mês e são testados para verificar se as culturas continham com as bactérias. Os tecidos axénicos são mantidos em meio MS sólido sem suplementos nas condições de cultura descritas acima (25°0; 16hr; 8 hrj luz»escuro).
jWm:
16.2 Cultura de tecidos transformados
A partir dos tecidos oxênicos trang formados obtem-se clones como descrito por A.Binns e P. tteins (1979) Planta 145: 365-369· Os calos são convertidos em suspensões de células através de cultura em meio líquido MS tendo 0,02 mg/1 de ácido naftaleno-acetico (NAA) a 25°0 durante 2 ou 3 dias com agitação a 135 r.p*m. e filtração através de filtros de aço inoxidável primeiro com 543 pm e depois com 215 pm. 0 filtrado passado através dos filtros é concentrado, semeado em 5 al de meio MS con- | tendo 0,5% de agar fundido, 2,0 mg/1 de NAA 0,3 mg/1 de 1 cinetina e 0,4 g/l de extracto de levedura Difco com uma densidade de cerca de 8 x 10534 cêlulas/ml. As colónias ao atingirem um diâmetro de cerca de 1 mm são repicadas colcoadas e crescidas sobre meio MS sólido tendo 2,0 mg/1 de NAA e 0,3 mg/1 de cinetina. Os calos resultantes são divididos em pedaços e testados relativamente aos íenó tipos transformados.
16.3 Regeneração de plantas
Os clones transformados são colocados em meio MS sólido tendo 0,3 mg/1 de cinetina e cultivados como descrito no Exemplo 16.1 Os rebentos que se formam criam raizes ao serem colocados em meio sólido (1,0% de agar) contendo 1/10 da concentração dos sais do meio MS, 0,4 mg/1 de tiamina, sem sucrose e hormonas e ten do um pH 7.0. As plântulas com raízes são crescidas em cultura, endurecidas como descrito no Exemplo 15·2 e trajos feridas para o solo numa estufa ou canteiro.
16.4 Vectores usados
Os métodos descritos nos Exemplos 16.1, 16.2, e 16.3 são adequados aos vectores baseados em QL
seu genes tmr funcionais. A construção de delecçSes adequa das está descrito nos Exemplos 12, 13 β 14. Estes métodos são também eficazes quando usados com vectores baseados em Ki. 0 método descrito no Exemplo 16.1 para infecção dos segmentos de caule invertidos é muitas vezes útil para o estabelecimento de linhas celulares vegetais transformadas com TIP.
Exemplo 17
As técnicas para síntese química de fragmentos de DNA usados nestes Exemplos utilizam uma série de técnicas bem conhecidas dos familiarizados com a síntese de DNA. A modificação de nucleosídeos está descrito por H.Schallor et al (1963) J.Amer.Ohem.Soc. 85:5820 e H. Buchi e H.G.Ehorana (1965) J.Amer.Ohem.Soc. 82:2990. A preparação de fosforamiditos de deoxinucleosídeos está descrita por S.L.Beaucage e M.H. Caruthers (1981) Tetrahedron Let.22: 1859· A prezaração de resina em fase sólida está descrita por S.P.Adams et al(1983) J.Amer. Chem.Soc. Os processos de hibridação úteis para a formação de adaptadores sintéticos de cadeia dupla estão descritos por J.J.Eossi et al.(1982) J. Biol. Ohem. 257: 11070.
Exemplo 18
A faseolina é a proteína de reserva mais abundante (aproximadamente 50% da proteína total da semente) de Phaseolis vulgaris. A transferência dos genes funcionais de faseolina para plantas de alfafa e tradução do m-BNA da faseolina em faseolina de reserva tem uma importância económica significativa de uma vez
que introduz uma proteína de reserva em material foliar a ser usado como forragem. A alfafa é uma planta importante para a transferência e expressão do gene da faseolina devido à sua aceitáção como forragem para gado, ao seu crescimento rápido, à sua capacidade de fixação de azoto através de simbiose Rhizobial, à sua susceptibilidade à infecção por galhas em coroa e à sua capacidade de regenerar plantas de alfafa a partir de células ou protoplastos isolados. Este exemplo ensina a introdução de um gene de faseolina suseeptível de ser expresso em plantas inteiras de alfafa.
18.1 Construção do vector "vai-vem".
Ás plantas de alfafa são regeneradas a partir de tecido de galhas em coroa contendo plasmídeos de Agrobacterium modificada por engenharia genética como descrito a seguir. No primeiro passo constrói-se um "vector vai-vem" contendo um mutante de T-DNA tmr 5-4 e outro tms-5 ligado a um gene estrutural de faseolina sob o controle de um promotor do T-DNA. Esta construção é, por sua vez, ligada a um promotor da nopalina sintetase o qual tem um gene estrutural da neomicina fosfotransferase (NPTII) funcional ajusante (divulgado por M.D.Chilton, et al.(18 de Janeiro de 1983) 15a Simpósio de Inverno de Miami; ver também J.L Marx (1983) Science 219:830 β R. Horsch et al (18 de Janeiro de 1983) 15a Simpósio de inverno de Miami). ^ste tipo de construção é ilustrado no Exemplo 1.
18.2 Transferência para Agrobacterium e células vegetais
0 "vector vai-vem" é depois usado para transformar por técnicas convencionais (Exemplo 21) uma estirpe de Agrobacterium contendo um plasmídeo Ti como seja a pTil5955· As bactérias contendo plasmídeos recombi-73-
nantes são seleccionados e co-cultivads coa protoplastos de alfafa os quais têm paredes celulares regeneradas (Marton et al(1979) Nature 277: 129-131, G. J. Wullems et al (1981) Proc. Natl. Acad. Sei. (U.S.A.) £8: 4344-4348; e R.B.Horsch e R.T. Fraly (18 de Janeiro de 1983) 15a Simpésito de Inverno de Miami).
As células são cultivadas em cultura e o tecido de calo resultante ê testado relativamente à presença de mENA apropriado por transferência Northern (Exemplo 19) e & presença das proteínas apropriadas pos ensaios de ELISA (Exemplo 20) (ver J.L.Marx (1983) Science 219:830: R.B.Horsch e R.T.Fraley (18 de Janeiro de 1983) 15aSimpésio de Inverno de Miami).
18.3 Regeneração de plantas
Plantas de alfafa são então regeneradas a partir de tecido de calo por métodos semelhantes aos previamente usados por A.V.P. dos Santos et al(198Q)
Z. Pflanzenphysiol. 99:261-270. T.J. McCoy e E.T.Bingham (1977) Plant. Sei. Leters 10u 59-66 e K.A. Walker et al (1979) Plant. Sei. Leters 16:23-30. Estas plantas regeneradas são então propagadas por técnicas convencionais de cruzamento de plantas formando a base de novas variedades comerciais.
Exemplo 19
Em todos os Exemplos o SNA foi extraído, fraccionado e detectado pelos processos que se seguem.
19.1 Extracção de RIA
Este processo é uma modificação de Silflow et al.(!981) Biochemistry 13:2725-2731· A substituição da centrifugação em GsCl por precipitação com LiOl foi descrita por Murray et al (1981) J.Mol.Evol.17: 31-42.
A utilização de LiOl 2M mais ureia 2M para precipitar foi tirada de Bhodes (1975) J.Biol.Ohem. 25:8088-8097.
0 tecido foi homogeneizado usando um homogeneizador de "polytron" ou de vidro moído em 4-5 volumes de Tris-H01 5θ®Μ frio(pH 8,0) contendo 4% de ácido p-amino salicilico, 1% de ácido tri-isopropilnaftalenossulfónico, ditiotreitol lOmM(feito na altura) e Nametahissulfito 10 mM (feito na altura). Para controlar a formação de espuma usou-se um octanol. Um volume igual de fenol saturado com Tris contendo 1% de 8-hidroxiquinolina foi adicionado ao homogenato que foi então agitado para emulsionar e centrifugado a 20000-30000 g durante 15 minutos a 4®0. A fase superior aquosa foi extraída uma vez com clorofórmio/octanol (24:1) e centrifugada como acima. Adicionou-se então uma solução concentrada de LiCl-ureia para uma concentração final de 2M de cada e a mistura foi deixada em repouso a 20°0 durante várias horas. 0 precipitado de SNA foi então centrifugado e lavado com LiOl 2M para dispersar o sedimento. 0 precipitado foi então lavado com etanol a 70%“0»3MNa-acetato de e dissolvido em água estéril suficiente para dar uma solução límpida. Metade do volume de etanol foi acidificado e a mistura posta em gelo durante 1 hora, após o que foi centrifugado ; para remover polissacáridos vários. 0 precipitado de SNA foi então recuperado e redissolvido em água ou em tampqo ! poli(U) estéril sem sal.
f
í
19.2 Cromatografia em Poli(U)/Sephadex |
Usaram-se dois tampões poli(U) sephadex (marca registada): Pharmacia, Inc.Uppsala Sweden) j 0 primeiro sem sal contendo Tris 2QmM, EDTA, lmM e 0,1% J de SDS β o segundo com NaCl O,1M adicionado ao primeiro. Para obter bons resultados a A42605, deve-se fazer um tam- ;
pão "stock”2x e o sal adicionado a uma parte. Apés ajustamento das concentrações finais, os tampões foram autoclavados.
Poli(U) Sephadex foi adquirido à Bethesda Research Laboratories e usou-se 1 g de poli(U) Sephadex por 100 pg de RNA poli(A). 0 poli(U) Sephadex foi hidratado em tampão poli__U sem sal e vertido numa coluna com uma camisa. A temperatura foi levantada atê 60°C e a coluna foi lavada com tampão sem sal atê a linha de base a 260 nm ser horizontal. Finalmente a coluna foi equilibrada com o sal tampão poli(U) contendo sal a 40°0. 0 RNA a uma concentração de menos de 500 pg/ml foi então aquecida em tampão sem sal a 65 C durante 5 minutos, apôs o que foi arrefecido em gelo e NaCl adicionado a uma concentração de O,1M. 0 RNA foi então colocado na coluna que deve ter um fluxo de não mais de 1 ml/min atê a densidade ôptica ter caído para uma linha de base estável. A temperatura da coluna foi então levantada para 60°C e o RNA foi eluído oom tampão poli(U) sem sal. 0 BM. sai normalmente oom três! volumes de coluna. 0 RNA eluído foi então concentrado com ! butanol secundário para um volume conveniente apês adição | de NaCl até lQmM precipitado com 2 volumes de etanol. 0 precipitado de etanol foi dissolvido em água e NH445-acetato para O,1M, seguido de reprecipitação cm etanol. Finalmente o RNA foi redissolvido em água estéril e guardado ! a -70°C.
1
19.3 Géis de RNA em formaldeído ;
!
0 método usado foi o de Thomas í (1980) Proc.Natl. Acad. Soi.(U.S.A.)77:5201 e Hoffman, et al.(1981) J.Biol.Chem.256:2597
i
Foram feitos géis de 0,75-1,5% de agarose contendo Na-fosfato 20 mM (pH6,8-7,0). Se aparecessem bandas de agregados de alto peso molecular então as experiências eram repetidas com a adição de formaldeído a 6% ou 2,2M (utilização da solução "stock" a 36%) aos géis. 0 formaldeído foi adicionado à agarose após arrefecimento até 65°C. A adição de formaldeído faz com que a visualização com brometo de etídio seja mais dificil. 0 tampão de electroforese era Na-fosfato lOmM (pH 6,8-7,0).
Antes da electroforese o ENA foi tratado com um tampão desnaturante tendo as concentrações finais de 6% de formaldeído, 50% de formamida, tampão Na-fosfato 20mM e EDTA 5 mM· 0 ENA foi incubado no tampão a 60°C durante 10-20 minutos. A incubação terminou com a adição de tampão de paragem. Para uma amostra de 20 P1 adicionou-se 4pl de glicerol a 5θ%·, EDTA lQmM, Na-Fosfato, 5 mM e azul de bromofenol.
Usou-se electroforese submersa. 0 ENA foi aplicado antes da submersão do gel e entrou no gel a 125 mA durante 5 minutos. Os géis foram então submersos e a corrente reduzida até 3θ (durante a noite) ou 50 mA(6-8 horas). 0 tampão foi recirculado e a electroforese foi feita numa câmara fria.
19.4 Transferências "Northern”
Se o gel é usado para em transferên cia para detectar um ENA especifico não é corado; usa-se uma faixa separada com marcadores para corar. A coloração é feita com 5 p.g/ml de brometo de etídio em Na-acetato j O,1M e a descoloração faz-se durante várias horas em Na- ; acetato O,1M. Tratamento em água a 60-70°C durante 5-10 minutos antes da coloração ajuda a visualização.
Um gel a ser transferido é embebido durante 15 minutos em citrato salino "Standard" (SSC)
10 χ -3% de formaldeído. Se ae moléculas grandes de SNA não são eluídas do gel então um tratamento prévio em NaOH 5θ»Μ durante 10-30 minutos ajuda a quebrar o SNA.
Caso use o tratamento com uma base, o gel é neutralizado e embebido em SSC-formaldeído antes J da transferência. A transferência do ENA para nitrocelulo-j se foi feita por métodos "Standard”. j
I
ι
Pré-hibridação foi feita a 42°C du-! rante um mínimo de 4 horas em 5θ% de formamida, 10% de sul-! fato de dextran, 550 5 x, solução de Denhardt 5 x, 100 jag/ I ml de DNA veículo desnaturado, 20 pg/ml de poli(A), Na-fosfato 40 mM(pH 6,8-7,0) e 0,20% de SDS. A hibridação j foi feita através da adição da sonda ao mesmo tampão com incubação durante a noite. A sonda não foi usada a mais de aproximadamente 5 x 10554 c.p.m./ml. j
!
I
Apés hibridação, a nitrocelulose ! foi lavada uma série de vezes a 42 C com SSC 2x, Na-fosfato 25 mM, EDTA 5aM e Na-pirofosfato 2mM seguido de uma lavagem final durante 20 minutos a 64°C em SSC 1Σ. Os melhores resultados foram obtidos no caso de o filtro não ser seco antes da autoradiografia e a sonda removida por j lavagem abundante em EDTA lmM a 64° C.
Exemplo 20
i
Transferências "Western” para deteci tar antigénios apôs electroforese em gel de poliacrilamida,' co. SDS, forM íeitao 00.0 descrito po, S.P.
Legocki e D.P.S. Verma(1981) Analyt. Biochem.III:385-392. ;
Testes micro-ELISA(enzyme-liinked immuno-^orbant assay). ! foram feitos usando placas do tipo Immulon-2 com 96 poços através dos passos que se seguem:
5 9
POBTl'C;V
I ·
«*»
20.1 Ligação do anticorpo às placas
No dia 1, os poços foram revestidos com uma diluição 1:1000 de anticorpo (igG de coelho antifaseolina) em tampão de revestimento 200 pl/poço incubado a 37°C durante 2-4 horas· Ás placas foram cobertas com Saran Wrap. As placas foram então lavadas três vezes com tampão fosfato salino-Tween(PBS-Tween) deixando um intervalo de 5 minutos entre cada lavagem. Adicionou-se à solução de lavagem 1% de albumina de soro bovino (BSA) e, apés adição ao poço, deixada permanecer durante 20 minutos antes de ser rejeitada. Repetiu-se mais cinco vezes a lavagem com PBS-Tween.
20.2 Homogeneização de tecidos
0 tecido foi cortado em pequenos pedaços e depois homogeneizado com "polytron" usando 1 g de tecido/ml de tampão fosfato salino-Tween-2% de polivinil pirrolidona-40 (PBS-Tween-2% FVP-40). Todas as amostras foram guardadas em gelo antes e apés trituração e feitas curvas padrão da faseolina. Uma curva padrão foi feita com homogenatos de tecido e outra curva padrão foi também feita em tampão para testar a recuperação de faseolina quando triturada no tecido. Apés centrifugação das amostras homogeneizadas, 100 pl de cada amostra foi colocado num poço e deixado durante a noite a 4°0. Para evitar erro: foram feitos duplicados de cada amostra. Ás placas foram seladas durante a incubação.
20.3 Enzima de ligação
Apés incubação durante a noite, o antigênio foi rejeitado e os poços lavados cinco vezes com PBS-Tween deixando um intervalo de 5 minutos entre cada lavagem.
Um conjugado (IgG de coelho antifaseolina ligado & fosfatase alcalina) foi então diluído a 1:3000 em PBS-Tween-2%PVP contendo 0,2% de BSA e 1*50 jil foi adicionado a cada poço; seguiu-se incubação durante 3-6 horas a 37°0. Após incubação o conjugado foi rejeitado e os poços foram lavados cinco vezes com PBS-Tween, dei. xando cinco minutos entre cada lavagem como anteriormente.
20.4 Teste
Imediatamente antes de ser feito o teste, um comprimido de 5 mg de fosfato de p-nitrofenilo (adquirido à Sigma e guardado congelado no escuro) foi adicionado a cada 10 ml de substracto e agitado com vortex até dissolução do comprimido. Adicionou-se rápida- ! mente 200 |il de solução à temperatura ambiente a> cada poço. A reacção foi medida a vários tempos, e.g. t«0, 10, j 20, 40, 60, 9θ, β 120 minutos, usando um leitor Dynatech j Micro-ELISA. Quando o fosfato de p-nitrofenilo, que é incolor, ê hidrolisado pela fosfatase alcalina para fosfato inorgânico e p-nitrofenol, este último composto dá à solução uma côr amarela a qual pode ser lida no espectofotómetro a 410 nm. 0 limite inferior de detecção é infe rior a 0,1 mg.
I
I
í
I
Exemplo 21
Conjugações triparentais foram geralmente conseguidas como descrito abaixo; são também aceitáveis outras variações conhecidas dos familiarizados com a matéria.E.coli K802 ("vector vai-vem” baseado em pRK 290) foi conjugada com E.coli (pKE2013) e com uma S estirpe de A.tumefaciens resistente à estreptomicina. 0 |
pEE 2013 foi transferido para a estirpe portadora do ”vec I tor vai-vem" e mobilizado 0 "vector vai-vem" para transfe- j
-80-
rência para Agrobacterium. 0 crescimento num meio contendo estreptomicina e a droga a qúe o"vector vai-vem" é resistente, muitas vezes canamicina ou cloranfenicol, resul tou na selecção de células de Agrobacterium contendo sequências do "vector vai-vem". Uma conjugação destas células com E.coli (pEHl Jl) resultou na transferência de pPHlJl para as células de Agrobacterium. Os "vectores vai-vem" pPHlJl e o baseado em pEK290 não podem coexistir durante muito tempo na mesma célula. 0 crescimento em gentamicina à qual pPHlJl tem um gene de resistência, resultou na selecção de células tendo perdido as sequências pEX290. Ás únicas células resistentes à estreptomicina, gentamicina e canamicina ou cloranfenicol são aquelas que têm plasmídeos Ti que sofreram recombinação dupla homóloga com o "vector vai-vem" e que têm agora a construção desejada.
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Detailed Description of the Invention
The following definitions are given to render ambiguous the intent or purpose of its use in the specifications and claims.
T-DNA: A segment of DNA derived from a tumor-inducing principle (TIP) that integrates into the plant genome. As used herein, the term includes DNA originally derived from any tumor-inducing Agrobacterium strain including A.tumefaciens and A.rbizogenes. the inserted segment of the latter being sometimes referred to in previous works as R-DNA. In addition as used herein the term T-DNA includes any changes, modifications, mutations, insertions and deletions natural or inciped by laboratory techniques, the requirement being that
structural structure and limitation to such modifications that sufficient amounts of the right and left ends of the natural T-DNAs are present to ensure the expected function of stable integration into the transformed plant cell genome which is characteristic of T-DNA. In addition the T-DNA must contain at least one T-DNA promoter in a sufficiently complete form so as to control initiation of transcription and initiation of translation of an inserted plant structural gene.
Preferably the site of insertion will be downstream in the direction and the translation initiated by the promoter, thus located in relation to the promoter to allow a plant structural gene inserted therein to be expressed under the control of the promoter, either directly or in the form of a fusion protein.
Structural Gene of Plants.
As used herein includes that portion of a plant gene comprising a DNA segment encoding a plant protein or polypeptide or only a part thereof but without the functional elements of a plant gene which regulate the initiation of transcription and initiation of translation, commonly referred to as the promoter region. A plant structural gene may contain one or more introns or may constitute an uninterrupted coding sequence. A pltanta structural gene may derive from all or part of a plant genomic DNA, cDNA or DNA obtained by chemical synthesis. The structural plant gene may further comprise modifications in the coding or intron segments which may affect the chemical structure of the expression product, the expression rate or the expression control process. Such modifications may include, but are not limited to, "silent" meta-positions, insertions, deletions, and modifications that do not alter the chemical structure
of the expression product but which affect the intercellular location, transport excretion or stability of the expression product. The structural genes may be a segment composition derived from a variety of natural or synthetic diol sources, encoding a composite protein being in part a plant protein.
T-DNA promoter:
Refers to any naturally occurring promoters commonly associated with integrated T-DNA. These include, but are not limited to, promoters of the octopine synthetase gene, the nopaline synthetase gene, the tms, tml and tmr genes, depending in part on the TIP DNA source. Expression under the control of a T-DNA promoter can take the form of direct expression in which the structural genes normally controlled by the promoter are removed and replaced by the plant structural gene, the initiation codon being given by the T-DNA structural gene or belonging to the inserted plant structural gene, or by expression of a fusion protein in which part or all of the plant structural gene is inserted into the correct reading frame within which the existing T-DNA structural gene. In the latter case, the expression product is referred to as fusion protein.
Vegetable tissue
It includes differentiated or non-differentiated tissues of and derivatives of higher plants including roots, shoots, pollen, seeds, tumor tissue, such as crown galls and various forms of crop cell aggregates in culture, such as embryos and calluses
Plant Cell:
As used herein it includes plant cells in plant and plant cells and plant protoplasts in culture.
The production of a plant expressly genetically modified a plant structural gene introduced via T-DNA combines or the specific teachings of the present disclosure with a variety of techniques and resources known in the art. In most cases there are alternative resources for each phase of the overall process. The choice of resources depends on variables such as the choice of resources depends on variables such as the choice of the basic TIP, the plant species to be modified and the desired regeneration strategy, all of them present steps with alternative processes that those familiar with the matter to select and use to achieve a desired result. The fundamental aspects of the invention are the nature and structure of the plant structural gene and its method of insertion into the T-DNA. The remaining steps to obtain a genetically modified plant include transfer of the modified T-DNA to a plant cell in which the modified T-DNA is stably integrated as part of the plant cell genome, techniques for in vitro cultivation and eventual regeneration in whole plants, which may include selection and detection pathways of transformed plant cells and steps of transferring the introduced gene from the originally transformed strain to commercially acceptable cultivars.
A key feature of the present invention is the construction of T-DNA having inserted a plant structural gene under the control of a T-DNA promoter, as these terms have been defined supra.
The plant structural genes must be inserted in the correct position and orientation in relation to the T-DNA promoter.
The position has two aspects. The first relates to the side of the promoter on which the structural gene is inserted. Most promoters are known to control initiation of transcription and translation in only one direction along the DNA. The region of the DNA that is under the control of the promoter is said to be "downstream" or alternatively "behind" the promoter. Thus, in order to be controlled by the promoter, the correct position of the plant structural gene insert should be the "downstream" of the promoter, (some known promoters are known to exert a bi-directional control, in which case "either side of the promoter considered to be "downstream" thereof.) The second aspect of the position refers to the distance in base pairs between known functional elements of the promoter, for example the transcription initiation site and the translation initiation site of the structural gene The structural requirements in this regard are better described in functional terms As a first approximation a reasonable operability can be obtained when the distance between the promoter and the structural gene inserted is similar to the distance between the promoter and the T-DNA gene it normally controls. By convention, the portion of a structural gene encoding the amino acid end of the plant protein is designated the s' end of the structural gene, whereas the end coding for the amino acids near the carboxyl end of the protein is designated the end 3 * of the structural gene. The correct orientation of the plant structural gene is with its 5 'end proximal to the T-DNA promoter. A further requirement in the case of constructs leading to the expression of a fusion protein is that the insertion of the gene
The structural sequence of the T-DNA structural gene must be such that the coding sequences of the two genes are in the same reading step, a structural requirement that is well understood in the art. An exception to this need, of relevance to the present invention, exists in the case where an intron separates the TDNA gene from the first coding segment of the plant structural gene. In this case the excision sites. of the intron must be located such that the correct reading phase of the T-DNA gene and the plant structural gene are restored in phase after removal of the intron from post-transcription processing. The source of T-DNA may be any of the TIP plasmids. The plant structural gene is inserted by standard techniques well known in the art.
Differences in expression rates can be observed when a given plant structural gene is inserted under the control of different T-DNA promoters. Different properties including properties such as intercellular localization or excretion, antigenicity and other functional properties of the expressed protein itself may be observed in the case of fusion proteins depending on the insertion site, length and properties of the included T-DNA protein segment in the fusion protein, and mutual interactions between the components of the fusion protein that determine its coiled configuration all provide numerous opportunities to manipulate and control the functional properties of expression product depending on the desired purpose. Phaseolin structural gene expression was found when this gene was inserted under the control of p058 nopaline synthetase promoter in a nopaline plasmid of A. tumefaciens.
A convenient means for insertion of a plant structural gene into T-DNA involves the use of shuttle vectors as described supra, having a T-DNA segment (which segment the insertion is desired) embedded in a plasmid capable of replicating in E. coli The T-DNA segment contains a restriction site preferably one that is unique to the "shuttle" vector The plant gene can be inserted at this unique site on the T-DNA segment and the "V'-V vs" vector is transferred to cells of the appropriate Agrobacterium strain, preferably one whose T-DNA is homologous to the T-DNA segment of the "shuttle" vector.
The transformed Agrobacterium strain is grown under conditions allowing selection of a case of double homologous recombination that results in the replacement of a preexisting segment of the Ti plasmid by a T-DNA segment of the shuttle vector.
Following the strategy just described, the modified T-DNA can be transferred to plant cells by any technique known in the art. For example, this transfer is most conveniently achieved by direct infection of plants with the new Agrobacterium strain containing a plant structural gene incorporated into its T-DNA or by coculture of the Agrobacterium strain with plant cells.
The first technique, direct infection, results in time in the appearance of a tumor mass, or crown gall at the site of infection. The crown gill cells may be subsequently grown in culture and under appropriate circumstances, known to those skilled in the art to be regenerated for whole plants having the inserted T-DNA segment. Using the co-culture method a certain proportion of plant cells are transformed, ie have T-DNA transferred and inserted into the plant cell genome. In both cases, the transformed cells must be selected or tested to distinguish them from untransformed cells. The selection is
easily achieved having a selectable marker incorporated into the T-DNA in addition to the plant structural gene. Examples include dihydrofolate reductase or neomycin phosphotransferase expressed under the control of a nopaline synthetase promoter. These tags are selected by growth in methotrexate or canine mycin medium containing, respectively, or analogues thereof. In addition, the T-DNA has endogenous tags such as the gene or genes that control the hormone independent growth of the Ti-induced tumors in culture, the gene or genes that control the abnormal morphology of the Ri-induced tumors and the genes that control the resistance to toxic compounds such as amino acid analogues, such resistance being given by a synthetic synthetase. Trace methods well known to those skilled in the art include assays for the production of specific hybridizations with characteristic RNA or T-DNA sequences or immunological assays for specific proteins including "ELISA 11 (enzyme linked immunosorbent assay" ), radioimmunoassays and Western blots.
An alternative to the "shuttle" strategy involves the use of plasmids comprising modified T-DNA or T-DNA in which a plant structural gene is inserted, said plasmids being capable of replication independently in an Agrobacterium strain. Recent results indicate that the T-DNA of such plasmids can be transferred from an Agrobacterium strain to a plant cell provided that the Agrobacterium strain contains certain trans acting genes whose function is to promote T-DNA transfer to a plant cell. Plasmids which contain T-DNA and are capable of replicating independently in an Agrobacterium strain are referred to herein as " sub-TIP " plasmids.
A spectrum of variations in which the "sub-TIP" plasmids differ in the amount of T-DNA they contain is possible. One of the
In the other end of the spectrum all of the DNA except for the minimal amount surrounding the T-DNA ends is removed, the The plasmid "sub-TIP" plasmids are advantageous in that they are small and relatively easy to manipulate directly, after which the desired gene has been removed from the host cell The introduction into a strain of Agrobacterium is conveniently accomplished by transforming the Agrobacterium strain or by conjugative transfer from a transgenic strain of the Agrobacterium strain. donor bacterial cell by techniques well known in the art.
Regeneration is achieved using known techniques. An aim of the regeneration step is to obtain an entire plant which grows and reproduces normally but retains the integrated T-DNA. Regeneration techniques vary according to principles known in the art, depending on the origin of the T-DNA of the nature of any modifications thereof and the species of transformed plants. Plant cells transformed by a Ri-type T-DNA are easily regenerated using techniques well known to those skilled in the art without undue experimentation. Ti-type T-DNA transformed plant cells can be regenerated, in some cases, by appropriate manipulation of hormone levels in the culture. Preferably, however, the Ti-transformed tissue is more easily regened if the T-DNA has been mutated in one or both of the tmr and tms genes. Inactivation of these genes restores normal hormonal balance in the transformed tissue and substantially increases the ease of manipulation of the hormone levels of the 33-
in culture, leading to a plant with normal hormonalynal physiology that is easily regenerated. In some cases the tumor cells are able to regenerate rebounds having integrated T-DNA and expressing T-DNA genes, such as nopaline synthetase, together with an inserted plant structural gene. The shoots can be vegetatively maintained by grafting on rooted plants and can produce fertile flowers. Sprouts thus serve as parent plant material for dairy plants
normal cells having TdNA and expressing the plant gene in it
i
of.
Examples
The following examples utilize many techniques well known and accessible to those familiar with molecular biology and manipulation of TIPs and Agrobacterium; such methods are not always described in detail.
Enzymes are obtained from commercial sources and are used according to the recommendations of the vendor or following variations known in the art. Buffer reagents and culture conditions are also known to those skilled in the art. Reference works containing such Standard techniques include the following: R. Wu, ed. (1979) Meth. Enzymol. 68; JHMiller (1972) Experiments in Molecular Genetics; R. Davis et al. (1980) Advanced Bacterial Genetics; and RPSchleif and PCWnesink (1982) Practice Methods in Molecular Biology.
In the Examples, special symbols are used for better understanding of the sequences. Sequences that actually encode or could encode proteins are underlined and the codons are separated by rods (1). The positions of the cuts in each chain caused
by restriction endonucleases or otherwise marked by asterisks (*) (In one example a double-stranded DNA molecule is represented by a single line flanked by asterisks at restriction enzyme cleavage sites: the approximate position of a gene is in this case indicated by the single line "X" subheading). Except for plasmid IIc, plasmids and plasmids only, are preceded by a "p n , eg * p3.8 or pKS4. Plasmid-containing cells are indicated by cell identification and indicated in parentheses of the plasmid, egAtumefaciens (pTi 15955) or K802 (pKS4-KB). Table 1 provides a useful index for identification of plasmids and their interrelationships. Table 2 gives an index of the deposited strains.
Fig. 39 provides such a useful comparison of the constructs described in Examples 11, 12 and 14. Fig. 40 shows the genetic code and is useful for interpreting sequences. The nucleotide sequence of an important T-DNA gene, tml. although not used in the Examples, is shown in Fig. 41: it is useful in schematizing constructs which are not described herein.
Example 1
A gene for a fusion protein consisting of the octopine synthetase promoter, the 90 amino acids of the amino terminus of the octopine synthetase structural gene, a 3 amino acid overlap between the two genes, and the entire phaseolase were constructed except for the codons encoding their first 11 amino acids. Prior to the start of the construct, a T-DNA clone in pTi 15955? P233 (the sequences defined by p203 and p3O3 in pBR322, see Fig. 1) was sequenced between the BamHI site and the site
PvuII. This includes the entire octopine synthetase gene (Fig. 2). The octopine synthetase sequence and reading step near an EcoRI restriction enzyme cut site were found to be as follows:
EcoRI
5 '... ATG / GGC / CAG / CAA / GG * A / ATT / CTT ... 3' 3 '... TAC CCG GTC GTT CC T TAA * GAA ... 5' ... Met Gly Gin Gin Gly Ile Leu ... 84 85 86 87 88 89 90
Cutting with EcoRI gives a fragment with the following end:
• · · ATG / GGC / CAG / CAA / GG 3 '
... TAC CCG GTC GTT CCTT 5 »
The structural gene for the seed bean seed protein phaseolin (previously sequenced, Fig. 3) contains an EcoRI site near its 5 'end (amine terminus) as follows:
EcoRI
... CIG / TTG / CTG / GG * A / ATT / CTT / TTC ...
... GAC AAC GAC CC T TAA * GAA AAG ...
... Leu Leu Leu Gly Ile Leu Phe ...
9 10 11 12 13 14 15
Cutting with EcoRI gives a fragment with one end as follows:
5 '
3 '
A / ATT / CTT / TTC ... GAA AAG.
These two fragments, upon ligation, form the following structure:
84 85 86 87
Not only are they preserved they are not generated any signs
stages of reading and stopping
Thus, the fragment obtained by EcoRI / BamHI restriction of the Phaseolin gene was ligated at the EcoRI site to the ptil5955 T-DNA octopine synthase gene. This fusion gene contains the ocs promoter, the first 90 amino acids of the octopine synthase, the phaseolin gene minus its promoter and its first 11 amino acids and a three amino acid junction identical to the sequences present in both parent proteins.
1.1 Removal of the EcoRI site from pBR322
The EcoRI site on pBR322 was removed by EcoRI digestion filled with the T4-DNA polymyrase, ligated by the erected ends and used to transform E. coli strain HB101. Transformants were selected from ampicillin and colonies were tested by isolation of small amounts of the plasmid DNA (D.Horowitz) (1982) in Molecular Cloning, CSH) and selection of a clone lacking an EcoRI site designated pBR-322 -R.
1.2 Cloning of the BamHI fragment of T-DNA into pBR322-R p203 (Fig. 24) was isolated and digested with BamHI. 0 frag
4.7 kbp of the T-DNA was isolated by agarose gel electrophoresis and ligated to the BamHI site of pBR322-R.
This plasmid was used to transform E. coli strain HB101 and selected for ampicillin resistance and sensitivity to tetracycline. A positive clone was selected and designated pk5169.
I
1.3 Removal of the EcoRI sites and fragments of the octopine synthase gene
pk5169 was isolated and digested with EcoRI. An 8.6 kbp fragment was isolated by agarose gel electrophoresis and purified. This fragment has removed the 2 small fragments (0.36 kbp and 0.2 kbp) of the oos gene.
1.4 Isolation of the EcoRI fragment containing the DNA fragment of the phaseolin gene and the kanamycin resistance gene
pk54-kB (Fig. 7) was purified and digested with EcoRI. A 4.8 kbp fragment was isolated using the 3.0 kbp EcoRI / BamHI fragment of the phaseol gene bound at the BamHI site to a DNA fragment of 1 , 85 kpb containing the kanamycin resistance gene encoding neomycin phosphotransferase II (NPTII):
1.5 Binding of the phaseolin gene to octopine synthetase
The phaseolin / NPTIl fragment was then ligated into the EcoRI sites to the EcoRI fragment described in Example 1.3. The bound DNA was used to transform
HB101 and the colonies were selected ampicillin and kanamycin. A colony designated pks-B17-KB3.O (Fig. 43) was
selected and contained a plasmid with the correct orientation (ie the phaseolin gene linked to the ck gene in the correct reading direction and phase). This was found by making restriction maps of plasmids from a small number of colonies. The DNA sequence of the appropriate region was determined to verify the construct.
1.6 Transfer of the T-DNA fragment containing the BPIII DNA, phaseolin and ocs to pEE29O.
pE29O, a plasmid with a wide host range, was digested with BglII and ligated to a 9.1 kbp BamHI fragment containing the T-DNA, the NPTII gene and the pkS-B17-KB3.O phaseolin DNA. This was achieved by partial digestion of β5-B17-KB3 O with BamHI and isolation of a 9-well fragment from 6 other bands of an agarose gel electrophoresis. After ligation and transformation of E. coli strain 802. colonies were selected in kanamycin and tetracycline. A colony having the desired restriction pattern was selected and designated p-S-β-B3.0.
1.7 Substitution of the octopine synthetase in pTi 15955 by the octopine synthase fusion protein gene phaseolin.
Using triparental conjugation of A.tumefaciens (resistant to streptomycin), E.coli (pKS0SI-EB3.0). and E. coli (pR 2015), streptomycin, kanamycin and tetracycline resistant colonies were selected. A colony was conjugated to E. coli (pPH11). A kanamycin and gantamycin resistant colon was selected.
This was found to be A.tumefaciens with pl5955-12A, a pTil5955 having the phaseolin gene and the kanamycin resistance gene genetically engineered into the EcoRI site of the cc gene. making restriction and hybridization maps on restriction fragment filters separated by
electrophoresis. (Example 19). An analogous triparental conjugation is done with A.tumefaciens (pTiA66). Rebutations transformed by the resulting plasmid, pA66-12A, were found to contain phaseolin as described above.
1.8 Formation and expression of crown galls.
Sunflower plants were incubated with the genetically engineered Ti plasmid. They were established in tissue culture of crown galls. Expression was assayed ELISAse by hybridization in mRNA filters separated by electrophoresis. (Northern blots, Example 19) RNA of the expected size was detected with hybridization probes of the phaseolin and octopine synthetase genes and comprised about 0.5% of poly (A) 5 + 4 RNA. Poly (A) 5 + 4 RNA isolated from galls was translated in vitro giving a protein of the expected size precipitated by antibodies against phaseolin.
Example 2
A fusion protein gene similar to that constructed in Example 1 was constructed with phaseolin and nopaline synthetase, under the control of the promoter of the latter gene. It contains the nopaline synthetase promoter and encodes the first 59 amino acids of the nopaline synthetase (from which the latter residue was synthetically added), a junction of an amino acid and the entire structural gene of phaseolin with the exception of its first 12 amino acids. Prior to construction, a T-DNA clone of pTiC58 (pCF44A, Fig6) was sequenced from the BglII site on the far left to the medium HindIII site, which is outside the T-DNA region. This includes the entire gene in (Fig. 4). The nopaline synthase sequence
-40-
and the reading phase were found to be as follows near a site cut by the restriction enzyme ClaI.
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3 '... GGT COT A GO * TAG ACT ... 5'
... Pro Gly Ser Ile Ser ...
56 57 58 59 60
The Ciai cut gives a fragment with the following end:
... CCA / GGA / T 5 '
... GGT CGT AGC 5 '
As was established in Example 1 the EcoRI site of the following phaseolin:
may be cut to give the following structure:
may be attached to form the following structure:
5 'CGATCCC 3' (a
3 'TAGGGTTAA 5' (b
which can bind all DNA fragments to form the following structure:
• · · COA / GGA / T X CG / ATC / GO * A / ATT / CTT / TTC ...
... GGT COT A GC * TAG GG T TAA * GAA AAG ...
... Pro Gli Ser Ile Pro Ile Leu Een ...
56 57 58 59 nopaline synthetase
13 14 15 phaseolina
It should be noted that the adapter serves several functions: a new amino acid is introduced; part of the sequence removed from the nopaline synthase gene is reconstructed; two incompatible restraint locations are made compatible and an open reading frame is preserved.
Summarizing the EcoRI / BAmHI restriction fragment of the phaseolin gene was ligated to the ClaI site of the nopaline synthetase gene after an adapter had converted the Eco RI site to a ClaI site. Ogene Fusion contained! the nopaline synthetase promoter, the first 58 amino acids ;
i
ethers of the nopaline synthetase, an adapter which rebuilt part of the nopaline synthetase sequence and a new inserted amino acid and the entire phaseolin gene with the exception of the first twelve amino acid residues.
2.1 Adapter Synthesis
The following two adapters were synthesized:
a) 5 'CGATCCC 3 *
b) 5 'AATTGGGAT 3'
These were synthesized by the methods of Example 17. The oligonucleotide a) and b) were
connected together to form the structure:
5 'CGATCCC 3' (a
3 'TAGGGTTAA 5' (b
2.2 Preparation of the "shuttle" vector
pks-nopIV, whose construction was des. found in Pig.6, is pEK29O with the nopaline type T-DNA grown at its BglII site. This nopaline-type T-DNA contains a single ClaI site resulting from the deletion between the ClaI site in nos and the site 01a downstream of the gene in (Figs. 5θ6). PKS4-KB (FIg.7) and digested with EcoRI. The resistance fragment with
4.8 Kpb., Was purified by gel electrophoresis. This fragment contains the EcoRI / BamHI fragment of phaseolin DNA (referred to as bean in the can / bean notation attached to the BamHI site of the BamHI / EcoRI fragment of the kanamycin resistance gene xcan) of Tn5 ·
Ciai-linearized pkS-nopIV was ligated with the purified can / bean fragment and the adapters of Example 2.1. E. coli k802 was transformed and colonies were selected for resistance to kanamycin and tetracycline. Two orientations were present, one with phaseolin DNA linked to the nopaline synthetase gene and the other with the kanamycin resistance gene attached after
nopaline synthetase gene. Restriction maps were determined to determine which cells contained a plasmid, pNNNI, having the desired orientation as shown in Fig.
2.3 Replacement of the nopaline synthetase gene in pTiC58 by modified phaseolin.
A triparental conjugation (see Background - vectors "going") with A.tumefaciens-str RC58 E.coli (pRK2O13) and E. coli (pNNN1) was used to insert the construct into a Ti plasmid. Cells from A .tumefaciens resistant to streptomycin, kanamycin and tetracycline. The selected transformants were conjugated to E.coli (pEH1) and selected and colonies resistant to kanamycin and gentamicin.
2.4 Formation and expression of crown galls.
Sunflowers were inoculated and crown galls established in tissue culture Expression was tested by ELISA and hybridization with nERA as described in Examples 17-20.
Example 3
The purpose of this example is to reconstruct the complete coding sequence of the phaseolin gene from the translation initiation signal to the EcoRI site which can then be ligated to the remainder of the structural gene. A Ciai site will be constructed at the 5 'end so that the gene can be easily recovered. The following two oligonucleotide sequences will be synthesized:
a) 5 'AÂTTCCCAGCAACAGGAGTGGAACCCTTGCTCTCATCAT 3'
b) 5 'CGATGATGAGAGCAAGGGTTCCACTCCTGTTGCTGGG 3 *
These may be attached to form the following structure:
Clal EcoRI
(A) TAC TAC TCT CGT TCC CAA GGT GAG GAC AAC GAC CCT TAA5 (b)
Met Met Arg Ala Arg Go Pro Leu Leu Leu Leu Gli IIe
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
As set forth in the Example, the following EcoRI site of the phase:
• · »CTG / GG * A / ATT / CTT / TTC ...
... GAC CC T TAA * GAà AAG ...
Leu Gli Ile Leu Fen.
11 12 13 14 15
may be cut to give the following structure:
5 'A / ATT / CTT / TTC ...
3 'GAA AAG ...
I
Binding of this end to the double-stranded synthetic oligonucleotide described above results in a structural gene encoding a complete phaseolin polypeptide with cohesive ends Clal immediately ahead of the start of the coding sequence.
3 · 1 Synthesis of adapters
The following two adapters were synthesized by the method of Example 17:
a) 5 'AATTCCCAGCAACAGGAGTGGAACCCTTGCTCTCATGAT 3'
b) 5 'CGATGATGAGAGCAAGGGTTCCACTCCTGTTGCTGGG 3'
These were ligated to give the following structure:
5 'CGATGATGAGAGCAAGGGTTCCACTCCTGTTGCTGGG 3' (b
3 'TACTACTCTCGTTCCCAAGGTGAGGACAACGACCCTTAA 5' (a
3.2 Construction of the complete phaseolin gene and kanamycin resistance gene cloned in pKS-nopIV.
pKS-nopIV is ligated with the ligated adapter of Example 3 · 1β purified the EcoRI / bean fragment from K54-KB (see Example 2.2). E. coli K802 is transformed and selected colonies
resistant to tetracycline and kanamycin. Again, although two orientations are possible, only one is the phaseolin gene attached following the nopaline synthetase gene.
The correct orientation is selected after the restriction maps of the clones have been made.
3.3 Formation and expression of crown galls
Homologous recombination and isolation of crown galls in tissue culture is performed as described in Example 21 and detection of expression of the phaseolin gene in crown gill tissues is as in Examples 19 and 20.
Example 4
The purpose of this construction is. to construct a "shuttle" vector for use in the pTi system for expression of foreign genes in gill cells; in crown, the foreign gene is either under the control of the promoter in the part of which is synthesized chemically and lacking codons for the nopaline synthase gene. Prior to the construction, a T-DNA clone of pTiC58 (pCP 44A) was sequenced to detect the promoter in (fig. 4).
φ
+ »
d
Rl
The
φ
frog
frog
ft
33
frog
Isolation of the 5 'portion of the promoter in
O
C \ 1
Lft
Lft
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oo to 43 o'clock.
frog
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φ ft
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H
H
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This is digested with ClaI and SstII giving a linearized 22 kbp vehicle and a 555 bp fragment. These are readily separable by centrifugation through a salt gradient. After the small fragment is digested with Hinfl the 149 bp SstII / Hinfl fragments and 208 bp Clal / Hinfl fragments are isolated by gel electrophoresis.
4.2 Overview of adapters
The following two adapters were synthesized by the method of Example 17:
a) 5 'AGTCTGATACTCACTCTCAA.TCCAAATAATCTGCCATGGAT 3 *
b) 5 'CGATCCAIGGGAGATTATTTGGATTGAGAGTGAGTATGAG 3'
They were connected together to form the following structure:
5'AGTOTCATACTCACTCTCAATCCAAATAATCTGCCATGGAT 3 '(the
3 'GAGTATGAGTGAGAGTTAGGTTTATTAGACGGTACCTAGC 5' (b
This sequence has a local Hinfl on the left and local Ncol and Ciai on the right. An alternative sequence will have a Bell location between the NcoI and CiaI sites. The sequence is identical to that found in the T-DNA except for the underlined bases which replace a base pair AT by a base pair CG.
4.3 Formation of pNNN2
I
i
I
The Clal / SstII vehicle is ligated as shown in Fig. 9 to the 149 bp SstII / Hinfl fragment and [to the synthetic adapter, forming the following structure:
(I.e.
4.4 Insertion and expression of a phaseolin gene
pNNN2, the plasmid constructed in Example 4.3 (Fig. 9) is cut with ClaI, mixed with the Clal / EcoRI adapter synthesized in Example 4.2, and the EcoRI / Clal bean caB / bean fragment purified by electrophoresis from pKS4-KB, ligated to transform, isolated and made the restriction map. The appropriate plasmid, pNNN4, is transferred and tested for expression as described in Examples 21, 19 and 20.
4.5 Insertion and expression of an intron-free phaseolin gene.
The procedure outlined in Example 4.4 is repeated with the replacement of pKS4-KB by a pcDNA 31 or a pKS4-KB analog derived from pMC6 cDNA. (see Example 9).
4.6 Insertion and expression of a phaseolin cDNA
This construct is analogous to Example 10 with respect to the use of cDNA, a single chain PstI adapter, and the PstI fragment and is analogous to Examples 4.1, 4.2 and 4.3 with respect to the use of the promoter in the semi-synthetic. The characterization, transfer and expression detection is as described in Example 4.4.
pNN2, the plasmid constructed in Example 4.3 (Fig.9) is cut with Olal, mixed and ligated to the Clal / E.coEi adapter synthesized in Example 4.2, the 1.7 Kbp EcoEI / PstI bean fragment isolated from pKS4- EB and purified by electrophoresis, the PstI fragment of Tns with 0.93 kbp purified by electrophoresis and the 5'-GAATT3 'single stranded Clal / PstI adapter, previously synthesized by the method of Example 17
Example 5
Is the purpose of this construction simple? the phaseolin gene from the EcoRI site to the BamHI site to the active T-DNA gene that lies between the HindIII sites of p403 whose mRNA is designated 1.6 on the map, shown in Fig. The sequence was determined (see Fig. 10) from the HindIII site of p401 beyond the Clal site to its right (see Fig. 11). There is an open reading frame that begins between the HindIII and Clal sites going towards the Hind III site (see 1450 bp nRNA mapped in Fig. 11).
The Clal site is in the untranslated leader of the gene mRNA between the Hind III sites A promoter vehicle was created by excising the Clal fragment in the p403 medium This is possible because the internal Clal sites are not methylated in some E.coli strains, whereas the Clal site following the EcoRI site is methylated.
The phaseolin gene is now attached to the Clal site carrying an ATG. This can be !
achieved using pKS4-0KB. The sequence of bases from
the Clal site of pBR322 to the EcoRI site of the phaseolin is as follows.
Clal EcoRI
AT / GAT / AAG / CTG / CTG / TCA / AAC / ATG / AG * A / T / T / CTT / TTC. .3 '' ... TA GC * TA CTA TTC GAC GAC AGT TTG TAC TC T TAA * GAA AAG..5 »
Met Arg / Ile Leu Fen ...
13 14 15 |
derived from pBR322 / phaseolin
Note the open reading frame and the ATG. There are 18 bp between the Clal site and the translation initiation signal (ATG). This
is comparable to 12bp from the ClaI site until the initiation of the T-DNA gene.
Ciai
5 '... AT * CG A / TGG / ACA / TGC / TGT / ATG ... 3'
3 '... TA GC * T ACC TGT ACG ACA TAC ... 5'
Met ...
Again, the open reading frame and the ATG should be noted. Thus, binding to the Cla I site of the promoter clone should create a T-DNA active phaseolin gene. The phaseolin gene has a substitution of 2 amino acids for the 12 natural residues of the amino terminus.
5.1 Construction of a promoter vehicle
pKSIII which is a pE299 clone corresponding to the p403 T-DNA clone (see Fig. 1) is digested with 1α and then religated. The ligation mixture is used to transform K802 and made the selection for resistance to kanamycin. Plasmids are isolated by making mini-preps (plasmid preparations made from a small volume of cell culture) and resorption maps to verify the structure. The new vehicle, pKSprol, is not digested by HindIII but can be linearized by ClaI (Fig.12). pKS-pro is purified and linear molecules are produced by digestion with ClaI.
5.2 Binding of a partial phaseolin gene to a kanamycin resistance
A 3.03 t -b fragment containing extensive 3 * θ leader sequences all sequences
encodes of the phaseolin gene with the exception of the 5 'end was obtained by elution of an agarose gel after electrophoresis of the HindIII and BamHI digestion products of ρ7 · 2 (Fi.13), a pBR322 subclone of the phaseolin genomic clone 177 The construction of which was described in Example
6.1. This was mixed with and ligated to a HindIII / BamHI fragment with 3.0 kbp kanamycin resistance similarly isolated from pKS4 (Fig. 18) and pBR322 linearized with HindIII. After the restriction maps of the plasmids isolated from ampicillin resistant transformants were run, a plasmid having the structure shown in Fig. 7 was designated pKS4-KB.
5.3 Purification of the can / bean fragment of pKS4-3.OKB
pKS4-KB (Fig.7) θ was digested with 1α and the 4,9 kbp fragment purified by agarose gel electrophoresis.
5.4 Binding of the Can / Bean resistance gene to Clal-digested pKS-Prol.
pKs-pro is linearized by Clal digestion and the kanamycin / bean resistance gene fragment of Example 5,3 are linked to one another and used to transform K802. The myxin resistant transformants are selected and the plasmids isolated by mini-preps are made restriction maps to detect one with the appropriate orientation. The plasmid is designated pKS ProI-KB (Fig. 14). !
5.5 Transformation and expression
Cells containing pKS-proI-KB are conjugated to Agrobacterium cells containing pTI 15955 or pTi A60 or other appropriate TIP plasmids. After selection of the recombinants with kanamycin, the plants are inoculated and the crown galls are established in tissue culture. The assay for detection of phaseolin synthesis is as described in Examples 19 and 20.
Example 6
This example teaches the manipulations of a phaseolin gene, the main protein stored in the bean seed Phaseolus vulgaris, L., preparatory to other manipulations that insert the phaseolin gene into vectors described in other examples.
6.1 Subcloning of a phaseolin gene
A genomic clone of Choline 24AAG-PVP 177-4 (ar 177.4; SMSun et al (1981) Nature 289: 37-41, JLSlighton et al. (1983) Proc. Natl. Acad Sci USA 80, Pigl5 ) · Poi digested with BglII and BamHI. The 3.8 kbp fragment having the phaseolin gene and its linking sequences, isolated by agarose gel electrophoresis, was mixed with and ligated to BamHI linearized pBR322. The mixture was used to transform HB101 and selected the ampicillin resistant and tetracycline sensitive colonies. Restriction maps were made to the plasmids isolated from these clones. A plasmid having the structure shown in Fig. 16 was selected and designated AG-pPVPh3.8 (or alternatively, ρ 3.9). BglII and BamHI site binding inactivates both sites.
Another 177 * 4 subclone was constructed by EcoRI digestion. isolation of a 7.2 kbp fragment containing extensive 3 'flanking sequences and the entire phaseolin gene except for the 5' end and isolated after ampicillin selection of the HB101 transformants and the restriction map. A plasmid having the insertion so that the HindIII site of pBR 322 is adjacent the 5 'end of the phaseolin gene is distal; relative to the 3 'untranslated region, has been designated | AG-pPVPh 7.2 (or p * 7 * 2; Fig. 13, Sun et al. And Slightom et al., Supra) I
6.2 Cloning is the isolation of a myxin cane resistance gene
pRZ102 (RA Jorgenson et al. (1979) Molec Gen Gen 177, 65-72) a ColE-1 plasmid having a Tn5 transposon copy was digested with BamHI and HindIII. mixed with pBR322 (Fig. 17) previously linearized with those two enzymes, ligated and used for trans. forming K802. Plasmids, isolated from transformants selected for ampicillin and kanamycin resistance, were made restriction maps and one having the structure shown in Fig. 18 was designated pKS-4.
I
6.3 Binding of the phaseolin gene to a kanamycin resistance gene '
I
p 3-8 was digested with ClaI and BamHI and a 4.2 kbp fragment containing the phaseolin gene and some pBR322 sequences was isolated by agarose gel electrophoresis.
This was mixed with a Clal / BamHI fragment of Tn5 having a kanamycin resistance gene (neomycin phosphotransferase II) of pK54 (Fig, 18) and pBR322 (Fig. 17) which had been linearized with ClaI. The mixture was coupled and used to transform K802. After selection of the ampicillin and kanamycin resistant colonies, the plasmids were isolated and the restriction maps were made. A colony ! having the structure shown in Fig. 19 was designated pKS-KB3.8.
I
!
Construction of another useful plasmid, pKS4-KB is described in Example 5 · 2.
Example 7
!
This example is analogous to the construction described in Example 5, except for the substitution of a phaseolin genomic clone by a clone j
of cDNA. This construct will result in a gene with no introes. ι
i
7.1 Construction of pKS4-KB2.4 (analogous to pKS4-KB). :
After digestion of pMC6 (Fig. 20) with EcoRI and BamHI, it is isolated to a 2.4 kPb phaseolin cDNA fragment by centrifugation through a salt gradient or gel electrophoresis. A fragment of 1.9!
kpb containing a kanamycin resistance gene is purified from the pKS4 digestion products with EcoRI and BamHI (Fig. 18), mixed with the EcoRI-ligated cDNA fragment and pBR322 bound to used to transform K802. The colonies are selected for cane resistance, mycin and after isolation of the plasmids and the restriction maps were made, a plasmid as shown in Fig. 21
was designated pKS4-KB2-4
7.2 Binding of the Ciai can / bean DNA to the digested pKS-Prol ClaI
pKS4-KB2.4 is digested with ClaI and linked to ClaI-linear pKs-pro (Fig. 12). After transformation, selection, plasmid isolation and characterization, the desired construct having the phaseolin sequences adjacent to the T-DNA promoter is transferred to a Ti plasmid. Inoculation and screening is as described in Examples 21, 19 and 20.
Example 8
This example teaches a method for removing introns from a gene. This is the same as putting a cDNA in a genomic environment. Restriction enzyme-sensitive sites are already found or are bound by site-specific metagenesis in the exons at both the 5 'and 1 ' ends of the unprocessed transcription product. These sites exist both in the genomic clones and in the cDNA. The DNA contains introns and can be removed from the genomic clone and replaced by the corresponding non-intron cDNA clone delimited by the two sites. Reverse operation is also possible for genomic sequences containing introns can be placed in a cDNA environment. An internal fragment of the genomic clone is inserted into the corresponding space left by the cDNA clone. The latter strategy is analogous, though often technically more difficult, since the introns may contain sites susceptible to the enzymes chosen to create the exchange fragment. This difficulty can be overcome by careful selection of the partial digestion conditions and by purification of the desired fragment by electrophoresis on agarose gel. Further elaborations of this strategy include manipulation of individual introns within a gene leaving other introns and exons unaffected, and bit-by-bit sequencing when inconvenient restriction sites arise within introns as discussed above. I
8.1 Replacement of a fragment containing quadraphore introns by cDNA.
p 3.8, a plasmid clone of the phaseolin gene and its targeting sequences, was partially digested with EcoRI and completely SacI and a 6.4 kbp fragment containing the pBR322 vector and both the 5 '3' ends of the gene, was isolated by agarose gel electrophoresis. pcDNA 31, a clone in cDNA plasmid pBR322 made from the phaseolin mRNA, was partially digested with SacI and completely EcoRI and a fragment of 1.33 kbp containing the entire phaseolin cDNA except for the sequences of the terminations of the 5 'θ 3' ends, was isolated by agarose gel electrophoresis. These two fragments were ligated together and used to transform HB101. After selection of the colonies cell growth and plasmid isolation, restriction mapping, allowed to identify a sink, having the desired structure. This plasmid was described p3.S-cDNA (Fig. 22).
8.2 Use of p3.8-cDNA
It should be noted that p3.8-cDNA can replace the source of genomic DNA, eg ρ3 · 8, used in other Examples and that when so used results in analogous constructs differing only in the absence of introns.
Alternatively, this strategy can be used to remove introns from already constructed constructs.
Example 9
This example teaches expression
of a gene without introns. The phaseolin cDNA is prepared as described in Example 8, but a naturally occurring intronless gene can also be used.
A construction similar to
taught in Example 8. pKS4-K3 and pMC6 are digested with EcoRI and SacI as taught in Example 8 and as described therein the cDNA insert is attached to the pKS4-KB fragment containing the vector and the 5 'θ 3' ends of the gene of the phaseolin. The novel plasmid, pKS4-KBc, is used in constructs in a manner analogous to pKS4-KB.
Example 10
The purpose of this example is to teach the T-DNA placement of a cDNA of a Phaseolus vulgarus lectin under the control of the promoter of a T-DNA gene, the transfer of this construct, to a plant cell and the detection of the expression of this construct in the vegetable tissue. This construct utilizes a single-stranded adapter to bind the cohesive ends resulting from digestion with the restriction enzymes Pst I and Hind
III. When the PstI and HindIII sites
PstI
HindIII
5 '... C TCCA * G ... 3'
3 '... G * ACGT C ... 5'
5 '... A * AGCT T ... 3' 3 '... T TCGA * A ... 5'
are cut to form the following ends:
in the presence of an adapter
PstI
5 '... CTG0A
3 '... G
and mixed with each other in an appropriate sequence
HindIII
AGCTT ... 3 '
The ... 5 '
5 '... CTGCA AGOTT ... 3'
3 'G A ... 5'
+
3'ACGTTCGA5 '
may be attached to form the following structure:
5 '... C TGCA * AGCT T ... 3'
3 '... G * ACGT TCGA * A ... 5'
Note that the HindIII site is reconstituted.
The lectin cDNA is obtained from a plasmid clone, pPVL134, ATCC39181, which was constructed through the collection of polyC tails in double-stranded cDNA followed by insertion into a pBR322 with
polyG tails and cut with PstI. This clone is described by L. Hoffman et al (1982) Nucleic Acids Res.10: 78197828.
10.1 Adapter Synthesis
The 5 'AGCTTGCA3' adapter is synthesized by the method of Example 17
10.2 Construction of a clone containing the lectin cDNA and a kanamycin resistance gene.
pPVL134 is digested with Bell and
PstI and the intermediate size fragment containing the lectin coding sequence, the 3 'untranslated region and a C / G tail is isolated by elution of an agarose gel after separation by electrophoresis. pBR325 is digested with Bell and HindIII and the larger fragment is isolated after sedimentation through a salt gradient. The BclI / HindIII pBE325 vector is mixed with and connected to the lectin BclI / PstI fragment and the PstI / HindIII adapter prepared in Example 10.1. E. coli K802 is transformed, selected from drug resistance and presence of lectin sequence, and the plasmid isolated from such cells is designated as Ilo. The larger fragment resulting from the digestion of IIc with HindIII and BamHI is mixed with and ligated to the HindIII / BamHI fragment of pKS-4 having the kanamycin resistance gene and which was previously isolated by agarose gel electrophoresis (Fig. 23) K802 is transformed, colonies are selected for resistance to kanamycin, the plasmids are isolated and characterized by restriction maps. The desired plasmid is designated pL-B. !
10.3 Exchanging a Clal location for a BamHI location in pKS-pro
!
pKS-support, whose construction was discontinued ί crita in Example 5.1 (see Fig.12) is digested with Cla I P 0;
The cut-off site is situated between the promoter and the ATG translation initiation signal of the transcription product with: 1.6 kbp (see Fig. 1). The cohesive ends are converted at the blunt ends by filling with DNA polymerase I. The BamHI adapters are bound to the range and chordate to expel bound BamHI ends and used to transform K802. Colonies having the desired plasmid, pKS-proIA (Fig. 24), are selected from
10.4 Insertion of lectin genes and kanamycin resistance in pKS-proIA
!
pL-B (Example 10.2) is digested; with Bell and BamHI and the fraction having the resistance gene.
i
to kanamycin and lectin sequences is eluted from an agarose gel after separation by electrophoresis. This fragment is mixed with and bound to the BamHI linearized pKS-proia. The bonding mixture is used to make sea E802. Plasmids are isolated from kanamycin-resistant colonies, characterized by restriction maps and the desired construct designated pLK-pro IA (Fig.25).
i
j
I
10.5 Expression in plants'
pLK-proIA is transferred to a Ti plasmid by triparental conjugation (Example 21) of K802 (pLK-proIA), E. coli (2013) and A.tumefaciens (pTil5955) (streptomycin resistant). After further conjugative transfer of pPH1 to Agrobacterium, double-homologous recombinants are selected by growth of the cells in kanamycin, streptomycin and gentamicin. The lectin is detected by E1ISA with the appropriate antibodies.
i
Example 11
The end of this example is to produce a Ti plasmid with a deletion from tms ("shoot induction" locus) to tmr (root induction locus) of the pTI
15955 and other octopine-like plasmids. This derivative is useful because cells transformed by it are easier to regenerate whole plants than cells transformed by pTil5955 with intact tms and tmr genes.
The p55955 with deletion in tms and tmr is finally modified in two ways by the activation of tms-tmr and the insertion of a foreign gene. These two changes are to be made at different points of the T-DNA each change is made independently by the other through different shuttle vectors. Each dependent change of a "shuttle" vector is selected independently as needed the use of at least two selectable tags in Agrobacterium In addition to the usual resistance to kanamycin, this example used a resistance to chloramphenicol derived from pBR325
11.1 Construction of a clone of the chloramphenicol resistance gene
pBR325 is digested with Hind III and ligated by cersed ends to HindIII linkers. The resulting preparation is digested with Hind III, performed selected for resistance to chloramphenicol (cam) and designated pKS-5 which will serve as the source of the HindIII / Bcl I fragment containing the gene (Fig. 26).
11.2 Construction of a T-DNA clone with a deletion and a cam gene in pBR322.
A 9.2 kbp linear DNA fragment is isolated from complete HindIII and partial BamHI digestion of p203. The fragment having the cam gene
is isolated from pKS-5, mixed with the bound 9.2 kbp linear fragment, used to transform E. coli, selected for resistance to chloramphenicol and desig
(I.e.
pKS-Octm. Cam 203 (Fig. 27).
pKS-oct. Cam 203 is a plasmid clone that can now be used to construct a series of TL-deletion pTi 15955 mutants. It contains the right arm of TL and a resistance gene for the left of the right folded. Several left TL arms can be ligated to the left of the cam gene (HindIII lcoal). For example if p02 is linked to deletion is 5.2 kbp and includes the totality of tms and tmr. If pl03 is connected to deletion it is 3.2 kbp and includes part of tms and all tmr. See Fig.
pKS-oct. Cam 203 is digested with HindIII. pl02 or p05 is digested with HindIII and the 2.2 kbp or 2.0 kbp T-DNA fragment is isolated and ligated to pES-oct. Cam 203 used to transform and isolate the pKS-oct.delll (Fig. 28), respectively. These constructs are transferred to A.tumefaciens by conjugation homologous recombination and selection of chloramphenicol resistant. Alternatively, the constructs for pEK290 are transferred using established methods by linearization of the plasmids with that of the Bam HI construct and binding to the BglII site of pEK29O (Flg3O). ;
Example 12
The TiO2 Ti column is annealed in this example by deletion of the T-DNA between the Hoal site and tmr
to the local Smal in tml. Plasmids Ti that may be j
i
The modified peptides include ptil5955, pTiB6, pTiA66 and the like. This construction is shown schematically in Fig.
12.1 Isolation of the cam gene
pKS-5 (Fig. 26) is digested with. Hind III and Bell. The minor fraction is isolated after separation on an agarose gel, as taught in Example 11.
12.2 Construction of a clone in pBR322 of the T-BRA with a deletion
The right arm of the I-DHA deletion is constructed by insertion of the BglII sites into the SmaI sites of p20f (See Fig. 1). p 'C r is digested by SmaI, ligated with BgIII adapter. digested with BglII, held and used pear transform K802. Ruma alternative construction, BamHI linkers may be substituted for Bgl II adapters and isolated suitable products of partial digestion with BamHI. 0 plasmid is designated p203-BglII and is digested with BglII and HindIII The BglII / HindIII fragment containing the vector is ligated to the chloramphenicol resistance fragment whose isolation was described in Example 12.1 After transformation of K802 the selection of resistant The resulting plasmid is designated p2f (Fig. 31).
12.3 Construction of the left arm of the clone with deletion
in T-BRA
HindIII sites are inserted into the HpaI site of p202 by Hpal digestion and binding to HindIII adapters. After the HindIII cohesive ends are exposed by digestion with this restriction enzyme, the 2 kbp Hpal fragment which is now HindIII ends is isolated. The Hpal fragment with HindIII ends produced by HindIII digestion is used for: transform K802. After isolation of a colony containing
-65-
the desired construct and its characterization the plasmid is designated p3e (Fig. 32).
12.4 Construction of clone with deletion in T-DNA
The left arm of the clone is obtained by purification of a 2 kbp fragment, pro-
I
by digestion of p3e with HindIII. eluting from an agarose gel after electrophoresis. p2f is cleaved with HindIII. treated with alkaline phosphatase, mixed with the 2 kbp fragment, bound and used to transform Î "802, followed by selection for resistance to chloramphenicol. Plasmids are isolated from individual colonies and characterized by restriction maps. A plasmid having the two arms in the desired tandem orientation is chosen and designated pKS-Oct. delIII (Fig.33). j
pKS-Oct.del III is transferred to A.tnmefaciens by conjugation and homologous recombinants are selected with chloramphenicol. Roots and shoots)
I
sunflower and tobacco are inoculated as described elsewhere
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Examples and tumors produced are tested for the production of opines.
Example 13
This example teaches a construct j with deletion of tmr and tml which constitutes an alternative to that taught in Example 12.
13 * 1 Construction of a chloramphenic-resistant fragment with a BglII site
pBR325 or HincII digested. ligm:
(Fig. 34). Fig. After conversion of £ 802 or GM33 the chloramphenicol resistant is selected. The resulting plasmid, pKS-6 serves as the source of BglII / BclI fragment having the cam gene.
13 · 2 Construction of clone with deletion of tmr and tml
p203 is digested with Hpal and Smal. After ligation by blunt ends to the BglII adapters is digested with BglII to expose the BglII cohesive ends. performed and used to transform K802. The desired construct is identified and designated p2 (Fig.35)
13.3 Construction of clone with deletion in T-DNA (pKS-oct.del. Illa) ·
The BglII fragment having the cam gene isolated from pKS-6 and ligated cut with BglII.
After conversion of  £ 802 chloramphenicol resistant are selected. The resulting plasmid is designated pESoct.del IIIa (fig.3θ) β is tested as described in Example 12.4.
Example 14
The purpose of this construction is to give an example of the mutation at the tmr locus only at the Hpal site by insertion of the chloramphenicol resistance gene. This gene is isolated as the BglII / BclI fragment from pKS-6 and is attached to the H20 site of p203 after this site has been replaced by a BglII site.
14.1 Conversion of the Hpal site to a BglII site
p203 is digested with Hpal. connected to BglII adapters. cut with BglII and reconnected. After transformation of K802, colonies and restriction maps are selected to detect the insertion of BglII sites (Fig. 37).
14.2 Isolation of the cam gene
pKS-6 is digested with BgHEe Bell:
The smaller fragment is isolated by agarose gel electrophoresis:
14.3 Construction of the T-DNA Mutated Clone
The modified p203 of Example 14.1 is digested with Bgl II, linked to the purified cam gene of Exeaplo 14.2 and used to transform K802. Baleooiona-sa! for resistance to chloramphenicol and after isolation of the resistant transformants and characterization by restriction maps, the plasmid is desired pKS-oct.tmr j (Fig. 38).
Example 15
Regeneration in this example involves carrot tumors induced by a TIF plasmid based on E1 and is done essentially as described by MD Chilton et al. (1982) Nature 295: 432-434. j
15.1 Infection with hair roots
Carrot discs are inoculated
with about 10594 bacteria in 0.1 ml of water. Segments 1 to 1.5 cm from the ends of the obtained roots are cut, placed on solid Monier medium (1-1.5% agar) without hormones (D. .Tepfer and JC Tempe (1981) CRHebd Seanc., Acad, Paris, 222: 155-156) and grown at 25-27 ° C in the dark. Cultures not contaminated with bacteria are transferred every 2 to 3 weeks and are subcultured in Monier medium without hormones and agar.
15 · 2 Regeneration of roots in plants
The root tissue in culture described
in Example 9.1 is placed in solid Monier medium (0.8% agar) supplemented with 0.36 æM 2,4-D and 0.72æM kinetin. After 4 weeks, the resulting callus tissue is placed in Monier medium without cormones. During one month of incubation at 22-25 ° C on a shaker (150 rpm), the callus dissociates to give a suspension culture from which embryos are differentiated, which when placed in Petri dishes containing Monier medium, without hormones, grow into seedlings. These seedlings are grown in culture and after "hardening" by exposure to atmospheres with progressively decreasing humidity, are transferred to the soil in an oven or on a bed.
15 · 5 Use of vectors that do not originate roots in hair
Ti-based vectors that do not
have functional tmr genes are used in place of R1-based vectors as described in Examples 15.1 and 15.2. Construction of suitable deletions is described in Examples 12, 13 and 14.
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Example 16
The regeneration in this example involves tobacco tumors induced by a TIP-based TIP plasmid and is made essentially as described by KA Barton et al (1983) Cell.
16.1 Infection with crown galls
Tobacco tissue is transformed using an approach using inverted stem segments described by ACBraun (1956) Oan.Res.16: 55-56.
The stems are surface sterilized with a solution containing 7% commercial Chlorox and 80% ethanol, washed with sterile distilled water, cut into 1 cm segments, placed with the basal end up and the Petri dishes containing MS medium solidified with agar (T.Murashige and F.Skoog (1962) Physiol. Plant 15: 475-497) without hormones.
The inoculation is done by placing the basal surface of the stem cut with a syringe needle and injecting bacteria. The stems are grown at 25 ° C with 16 hours of light per day. The growing callus is removed from the upper surface of the stem segments, placed on solid MS medium containing 0.2 mg / ml carbenicillin and without hormones, transferred to fresh MS medium with carbenicillin three times at about of one month and are tested to see if the cultures contained with the bacteria. Axenic tissues are maintained on solid MS medium without supplements under the above described culture conditions (25 ° C; 16hr; 8h dark light).
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16.2 Culture of processed fabrics
From transgenic oxidative tissues obtained clones are obtained as described by A.Binns and P.Tteins (1979) Plant 145: 365-369 · Callus is converted into cell suspensions by culture in MS liquid medium having 0.02 mg / l naphthaleneacetic acid (NAA) at 25 ° C for 2 or 3 days with shaking at 135 rpm. and filtration through stainless steel filters first with 543 pm and then with 215 pm. The filtrate passed through the filters is concentrated, seeded in 5 ml of MS medium, having 0.5% molten agar, 2.0 mg / l NAA 0.3 mg / l 1 kinetin and 0.4 g / l Difco yeast extract having a density of about 8 x 10534 cells / ml . Colonies reaching a diameter of about 1 mm are peeled and grown on solid MS medium having 2.0 mg / l NAA and 0.3 mg / l kinetin. The resulting calluses are divided into pieces and tested for the transformed types.
16.3 Regeneration of plants
The transformed clones are placed in solid MS medium having 0.3 mg / l kinetin and grown as described in Example 16.1. The shoots that are formed create roots when placed in solid medium (1.0% agar) containing 1/10 of the concentration of the MS medium salts, 0.4 mg / l thiamine, without sucrose and hormones and had a pH 7.0. Root seedlings are grown in culture, hardened as described in Example 15.2 and wounds to the soil in an oven or bed.
16.4 Vectors used
The methods described in Examples 16.1, 16.2, and 16.3 are suitable for QL-based vectors
its functional tmr genes. Construction of suitable deletions is described in Examples 12, 13β. These methods are also effective when used with Ki-based vectors. The method described in Example 16.1 for infection of the inverted stem segments is often useful for the establishment of TIP-transformed plant cell lines.
Example 17
Techniques for chemical synthesis of DNA fragments used in these Examples utilize a number of techniques well known to those skilled in the art of DNA synthesis. Modification of nucleosides is described by H. Schallor et al (1963) J.Amer.Ohem.Soc. 85: 5820 and H. Buchi and HGEhorana (1965) J.Amer.Ohem.Soc. 82: 2990. The preparation of deoxynucleoside phosphoramidites is described by SLBeaucage and MH Caruthers (1981) Tetrahedron Let.22: 1859. Solid resin resin titration is described by SPAdams et al (1983) J.Amer. Chem.Soc. Hybridization processes useful for the formation of double-stranded synthetic linkers are described by JJossi et al (1982) J. Biol. Ohem. 257: 11070.
Example 18
Phaseolin is the most abundant protein reserve (approximately 50% of the total seed protein) of Phaseolis vulgaris. The transfer of the functional genes from phaseolin to alfalfa plants and translation of the m-BNA from the phaseolin in reserve phaseolin has significant economic importance at one time
which introduces a reserve protein in leaf material to be used as fodder. Alfalfa is an important plant for the transfer and expression of the phaseolin gene due to its acceptability as cattle fodder, its rapid growth, its ability to fix nitrogen through Rhizobial symbiosis, its susceptibility to infection by crown galls and to their ability to regenerate alfalfa plants from isolated cells or protoplasts. This example teaches the introduction of a sustaminable phaseolin gene to be expressed in whole alfalfa plants.
18.1 Construction of the "shuttle" vector.
Alfalfa plants are regenerated from crown-gill tissue containing engineered-modified Agrobacterium plasmids as described below. In the first step a "shuttle vector" is constructed containing a T-DNA mutant tmr 5-4 and another tms-5 bound to a phaseolin structural gene under the control of a T-DNA promoter. This construct is, in turn, linked to a nopaline synthetase promoter which has an adjunct functional neomycin phosphotransferase (NPTII) structural gene (published by MDChilton, et al. (January 18, 1983) at the Winter Symposium of Miami; also see JL Marx (1983) Science 219: 830 β R. Horsch et al (18 January, 1983) 15th Miami winter Symposium). This type of construction is illustrated in Example 1.
18.2 Transfer to Agrobacterium and plant cells
The "shuttle vector" is then used to transform by conventional techniques (Example 21) an Agrobacterium strain containing a Ti plasmid such as pTil5955. Bacteria containing recombi-73-
are selected and co-cultivated with alfalfa protoplasts which have regenerated cell walls (Marton et al (1979) Nature 277: 129-131, GJ Wullems et al (1981) Proc. Natl Acad Sci. 8: 4344-4348; and RBHorsch and RT Fraly (18 January 1983) 15th Miami Winter Simpésito).
The cells are cultured and the resulting callus tissue is tested for the presence of appropriate mENA by Northern blotting (Example 19) and presence of appropriate proteins after ELISA assays (Example 20) (see JLMarx (1983) Science 219: 830: RBHorsch and RTFraley (18 January 1983) 15th Miami Winter Simpésio).
18.3 Regeneration of plants
Alfalfa plants are then regenerated from callus tissue by methods similar to those previously used by AVP dos Santos et al (198)
Z. Pflanzenphysiol. 99: 261-270. TJ McCoy and ETBingham (1977) Plant. Know. Leters 10u 59-66 and KA Walker et al (1979) Plant. Know. Leters 16: 23-30. These regenerated plants are then propagated by conventional plant crossing techniques forming the basis of new commercial varieties.
Example 19
In all Examples the SNA was extracted, fractionated and detected by the following processes.
19.1 Extracting RIA
This process is a modification of Silflow et al. (! 981) Biochemistry 13: 2725-2731. Substitution of the GsCl centrifugation by LiO1 precipitation has been described by Murray et al (1981) J. Mol. 42.
The use of 2M LiO2 plus 2M urea to precipitate was taken from Bhodes (1975) J. Biol. 25: 8088-8097.
The tissue was homogenized using a polytron or glass ground homogenizer in 4-5 volumes of cold Tris-H01 5θ® (pH 8.0) containing 4% p-amino salicylic acid, 1% tri- isopropylnaphthalenesulfonic acid, 10mM dithiothreitol (made at the time) and 10mM Nametahisulfite (made at the time). To control foaming an octanol was used. An equal volume of Tris-saturated phenol containing 1% 8-hydroxyquinoline was added to the homogenate which was then stirred to emulsify and centrifuge at 20,000-30000 g for 15 minutes at 40 ° C. The aqueous upper phase was extracted once with chloroform / octanol (24: 1) and centrifuged as above. A concentrated solution of LiCl-urea was then added to a final concentration of 2M each and the mixture was allowed to stand at 20 ° C for several hours. The SNA precipitate was then centrifuged and washed with 2M LiO2 to disperse the pellet. The precipitate was then washed with 70% ethanol 0 3 M aa-acetate and dissolved in sterile water sufficient to give a clear solution. Half of the ethanol volume was acidified and the mixture put on ice for 1 hour, after which it was centrifuged; to remove various polysaccharides. The SNA precipitate was then recovered and redissolved in water or buffer! poly (U) without salt.
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19.2 Poly (U) / Sephadex Chromatography |
Two poly (U) sephadex (trade mark): Pharmacia, Inc. Upsala Sweden) buffers were used containing the first salt containing Tris 2mM, EDTA, 1mM and 0.1% J SDS β second with 0.1M NaCl added to the first. To obtain good results for A42605, a tam-;
2x stock bread and the salt added to one part. After adjusting the final concentrations, the buffers were autoclaved.
Poly (U) Sephadex was purchased from Bethesda Research Laboratories and 1 g of poly (U) Sephadex was used per 100 pg of poly (A) RNA. The poly (U) Sephadex was hydrated in poly-UU buffer without salt and poured onto a column with a jacket. The temperature was raised to 60øC and the column was washed with unsalted buffer until the baseline at 260 nm was horizontal. Finally the column was equilibrated with the poly (U) buffer salt containing 40 ° C salt. RNA at a concentration of less than 500 μg / ml was then heated in salt-free buffer at 65 ° C for 5 minutes, after which it was cooled on ice and NaCl added at a concentration of 0.1M. The RNA was then placed on the column which should have a flow of not more than 1 ml / min until the optical density has dropped to a stable baseline. The column temperature was then raised to 60øC and the RNA was eluted with unsalted poly (U) buffer. BM. Normally, it leaves three! column volumes. The eluted RNA was then concentrated with! butanol for a convenient volume after addition | NaCl to 1mM precipitated with 2 volumes of ethanol. The ethanol precipitate was dissolved in water and NH445-acetate to 0.1M, followed by reprecipitation in ethanol. Finally the RNA was redissolved in sterile water and stored! at -70 ° C.
1
19.3 Gels of RNA in formaldehyde;
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The method used was Thomas (1980) Proc. Natl. Acad. (USA) 77: 5201 and Hoffman, et al (1981) J. Biol. Chem. 256: 2597
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Gels of 0.75-1.5% agarose containing 20 mM Na-phosphate (pH6.8-7.0) were made. If bands of high molecular weight aggregates appeared then experiments were repeated with the addition of 6% formaldehyde or 2.2M (use of the 36% stock solution) to the gels. The formaldehyde was added to the agarose after cooling to 65 ° C. The addition of formaldehyde makes visualization with ethidium bromide more difficult. The electrophoresis buffer was 10 mM Na-phosphate (pH 6.8-7.0).
Prior to electrophoresis the ENA was treated with a denaturing buffer having the final concentrations of 6% formaldehyde, 50% formamide, 20 mM Na-phosphate buffer and 5 mM EDTA. The ENA was incubated in the buffer at 60 ° C for 10-20 minutes. The incubation was terminated with the addition of stop buffer. To a sample of 20 P-1 was added 4pl% glycerol at 5θ · EDTA lQmM Na-phosphate, 5 mM bromophenol blue.
Submerged electrophoresis was used. The ENA was applied prior to submerging the gel and entered the gel at 125 mA for 5 minutes. The gels were then submerged and the stream reduced to 3θ (overnight) or 50 mA (6-8 hours). The buffer was recirculated and electrophoresed in a cold chamber.
19.4 "Northern"
If the gel is used for transference to detect a specific ENA it is not stained; A separate strip is used with markers to blush. The staining is done with 5æg / ml of ethidium bromide in 0.1M Na-acetate, and the discoloration is for several hours in Na₂; 0.1M acetate. Treatment in water at 60-70 ° C for 5-10 minutes before staining helps visualization.
A gel to be transferred is soaked for 15 minutes in standard saline citrate (SSC)
10 χ -3% formaldehyde. If large SNA molecules are not eluted from the gel then a pretreatment in 5θ NaOH for 10-30 minutes helps to break the SNA.
If using the base treatment, the gel is neutralized and soaked in SSC-formaldehyde prior to transfer. The transfer of ENA to nitrocellulose-j was done by "Standard" methods.
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Prehybridization was done at 42 ° C. For a minimum of 4 hours in 5θ% formamide, 10% Indeed dextran, 5 x 550, 5 x Denhardt's solution, 100 ug / ml I denatured carrier DNA, 20 pg / ml of poly (A), 40mM Na-phosphate (pH 6.8-7.0) and 0.20% SDS. Hybridization was done by adding the probe to the same buffer with incubation overnight. The probe was not used at more than about 5 x 10554 cpm / ml. j
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After hybridization, nitrocellulose! was washed a number of times at 42 ° C with 2x SSC, 25 mM Na-phosphate, 5 mM EDTA and 2 mM Na-pyrophosphate followed by a final wash for 20 minutes at 64 ° C in 1 x SSC. The best results were obtained in case the filter was not dried prior to autoradiography and the probe removed by washing abundantly in 1mM EDTA at 64Â ° C.
Example 20
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Western blotting to detect antigens after polyacrylamide gel electrophoresis, SDS, Form I- 00 described by, SP
Legocki and DPS Verma (1981) Analyt. Biochem.III: 385-392. ;
Micro-ELISA (enzyme-l i inked immuno-assay assay) assays. ! were made using 96-well Immulon-2 type plates by the following steps:
5 9
POBT1'C ; V
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20.1 Binding the antibody to the plates
On day 1, the wells were coated with a 1: 1000 dilution of antibody (rabbit anti-phosphokinase IgG) in 200 μl / well coating buffer incubated at 37 ° C for 2-4 hours. The plates were covered with Saran Wrap. The plates were then washed three times with phosphate buffered saline-Tween buffer (PBS-Tween) leaving a 5 minute interval between each wash. 1% bovine serum albumin (BSA) was added to the lavage solution and, after addition to the well, allowed to stand for 20 minutes before being discarded. The wash was repeated five more times with PBS-Tween.
20.2 Homogenization of tissues
The tissue was cut into small pieces and then homogenized with polytron using 1 g of tissue / ml of phosphate buffer-Tween-2% polyvinyl pyrrolidone-40 (PBS-Tween-2% FVP-40) buffer. All samples were stored on ice before and after grinding and made standard phaseolin curves. A standard curve was made with tissue homogenates and another standard curve was also made in buffer to test for phaseolin recovery when comminuted in the tissue. After centrifugation of the homogenized samples, 100 μl of each sample was placed in a well and left overnight at 4 ° C. To avoid error: Duplicates of each sample were made. The plates were sealed during incubation.
20.3 Binding enzyme
After overnight incubation, the antigen was discarded and the wells washed five times with PBS-Tween leaving a 5 minute interval between each wash.
One conjugate (rabbit anti-phosphokinase IgG bound & alkaline phosphatase) was then diluted 1: 3000 in PBS-Tween-2% PVP containing 0.2% BSA and 1x 50æl was added to each well; followed by incubation for 3-6 hours at 37 ° C. After incubation the conjugate was discarded and the wells were washed five times with PBS-Tween, five minutes between each wash as before.
20.4 Testing
Immediately prior to the test, a 5 mg p-nitrophenyl phosphate tablet (purchased from Sigma and stored frozen in the dark) was added to each 10 ml of substrate and vortexed until the tablet was dissolved. Rapid addition was added. 200 æl solution at room temperature at each well. The reaction was measured at various times, eg t 0, 10, 20, 40, 60, 9θ, β 120 minutes, using a Dynatech micro-ELISA reader. When the colorless p-nitrophenyl phosphate is hydrolyzed by alkaline phosphatase to inorganic phosphate and p-nitrophenol, the latter compound gives the solution a yellow color which can be read on the spectrophotometer at 410 nm. The lower limit of detection is less than 0.1 mg.
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Example 21
Triparental conjugations were generally achieved as described below; other variations known to those skilled in the art are also acceptable.E.coli K802 ("shuttle vector" based on pRK 290) was conjugated to E.coli (pKE2013) and to a streptomycin-resistant S.tumefaciens strain. 0 |
pEE 2013 was transferred to the carrier strain of the "shuttle vector" and mobilized the "shuttle vector" for transfer
-80-
for Agrobacterium. Growth in a medium containing streptomycin and the drug the "shuttle vector" is resistant, often kanamycin or chloramphenicol, resulted in the selection of Agrobacterium cells containing "vector" sequences. A conjugation of these cells with E. coli (pEH11) resulted in the transfer of pPH11 to the Agrobacterium cells. The "shuttle vectors" pPH1J1 and pEK290-based can not coexist for a long time in the same cell. Growth in gentamicin to which pPH1J1 has a resistance gene resulted in the selection of cells having lost the pEX290 sequences. The only cells resistant to streptomycin, gentamycin and kanamycin or chloramphenicol are those having Ti plasmids that have undergone homologous double recombination with the "shuttle vector" and which now have the desired construction.
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