RU2145636C1 - Method of inducing plant flowering - Google Patents

Method of inducing plant flowering Download PDF

Info

Publication number
RU2145636C1
RU2145636C1 RU96121399A RU96121399A RU2145636C1 RU 2145636 C1 RU2145636 C1 RU 2145636C1 RU 96121399 A RU96121399 A RU 96121399A RU 96121399 A RU96121399 A RU 96121399A RU 2145636 C1 RU2145636 C1 RU 2145636C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plants
citrate synthase
dna
sequence
plant
Prior art date
Application number
RU96121399A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU96121399A (en
Inventor
Мюллер-Ребер Бернд
Ландшютце Фолькер
Ла Когната Урсула
Original Assignee
Хехст Шеринг Агрево ГмбХ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE4408629A external-priority patent/DE4408629A1/en
Priority claimed from DE4435366A external-priority patent/DE4435366A1/en
Application filed by Хехст Шеринг Агрево ГмбХ filed Critical Хехст Шеринг Агрево ГмбХ
Priority claimed from PCT/EP1995/000859 external-priority patent/WO1995024487A1/en
Publication of RU96121399A publication Critical patent/RU96121399A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2145636C1 publication Critical patent/RU2145636C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Breeding Of Plants And Reproduction By Means Of Culturing (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: plant growing. SUBSTANCE: DNA sequences encoding protein manifesting citrate-synthase activity is smoothly incorporated into plant cell genom. Whole plant is then regenerated from cell. Owing to strengthened production of citrate- synthase in plant cells, accelerated and extended flowering is induced in these cells. EFFECT: increased productivity of plant. 25 cl, 3 tbl, 10 ex

Description

Настоящее изобретение относится к способам ингибирования образования цветков и к способам индуцирования образования цветков у растений, а также к способам улучшения способности к хранению запасающих органов полезных растений и к способам уменьшения прорастания клубней у клубневых растений. Настоящее изобретение также относится к последовательностям ДНК, кодирующим цитрат-синтазу растений, и к новым плазмидам, содержащим эти последовательности ДНК, которые в результате интеграции с геномом растения изменяют активность цитрат-синтазы у растения, а также к трансгенным растениям, у которых изменения активности цитрат-синтазы получают путем введения указанных последовательностей ДНК. The present invention relates to methods of inhibiting the formation of flowers and to methods of inducing the formation of flowers in plants, as well as to methods of improving the storage ability of storage organs of useful plants and to methods of reducing tuber germination in tuberous plants. The present invention also relates to DNA sequences encoding plant citrate synthase, and to new plasmids containing these DNA sequences that, as a result of integration with the plant genome, alter the activity of citrate synthase in a plant, as well as transgenic plants in which changes in citrate activity synthases are obtained by introducing the indicated DNA sequences.

Вследствие непрерывного возрастания потребности в продовольствии, являющегося результатом постоянного роста численности населения земного шара, одной из задач биотехнологических исследований является стремление увеличить урожайность полезных растений. Одной из возможностей достижения этого является, например, изменение характера цветения полезных сельскохозяйственных растений. Возрастание количества цветков является, например, желательным для растений, цветки, плоды или семена которых имеют сельскохозяйственное значение. Более раннее образование цветков приводит к укорачиванию периода между посевом и цветением, что, таким образом, позволяет культивировать растения в климатических зонах с укороченными периодами вегетации или применять два посева в течение одного вегетационного периода. Ингибирование образования цветков может быть целесообразным в отношении растений, которые размножаются преимущественно вегетативным способом, и может привести к увеличению накопления запасаемых веществ в запасающих органах. Одним из примеров такого полезного сельскохозяйственного растения является картофель. Due to the continuous increase in food demand, resulting from the constant growth of the world's population, one of the tasks of biotechnological research is the desire to increase the yield of useful plants. One of the possibilities to achieve this is, for example, changing the nature of the flowering of beneficial agricultural plants. An increase in the number of flowers is, for example, desirable for plants whose flowers, fruits or seeds are of agricultural importance. Earlier flower formation leads to a shortening of the period between sowing and flowering, which, thus, allows you to cultivate plants in climatic zones with shorter vegetation periods or to use two crops during one vegetation period. Inhibition of flower formation may be appropriate for plants that propagate predominantly by the vegetative method, and can lead to increased accumulation of stored substances in storage organs. One example of such a useful agricultural plant is potato.

Однако направленное изменение характера цветения у растений до настоящего времени не было возможным, поскольку процесс индуцирования образования цветков у растений оставался до сих пор недостаточно ясным. В качестве индукторов образования цветков рассматриваются различные вещества, такие как, например, углеводы, цитокинины, ауксин, полиамины и кальций. Однако в целом было признано, что цветение представляет собой сложный процесс, являющийся результатом взаимодействия нескольких факторов, которые еще недостаточно изучены (Bernier и др., (1993), Plant Cell, 5:1147-1155). However, a directed change in the nature of flowering in plants has not yet been possible, since the process of inducing the formation of flowers in plants has still not been sufficiently clear. Various substances are considered as flower inducers, such as, for example, carbohydrates, cytokinins, auxin, polyamines and calcium. However, it was generally recognized that flowering is a complex process resulting from the interaction of several factors that have not yet been sufficiently studied (Bernier et al., (1993), Plant Cell, 5: 1147-1155).

В настоящее время для изменения характера цветения, как правило, применяют химические вещества. Так, например, известно, что ингибирование образования цветков у сахарного тростника, приводящее к значительному увеличению получения сахара, может быть достигнуто путем экзогенного внесения различных синтетических регуляторов роста (монурона, диурона, диквата). Применение таких синтетических веществ, однако, обычно связано со значительными затратами и опасностью для окружающей среды, которую трудно оценить. Currently, to change the nature of flowering, as a rule, chemicals are used. For example, it is known that inhibition of flower formation in sugarcane, which leads to a significant increase in sugar production, can be achieved by exogenously introducing various synthetic growth regulators (monuron, diuron, diquat). The use of such synthetic substances, however, is usually associated with significant costs and environmental hazards, which are difficult to assess.

В связи с этим желательно разработать способы, позволяющие осуществлять направленное изменение характера цветения, в частности ингибирование или индуцирование образования цветков различных полезных растений, исключив при этом использование синтетических веществ. In this regard, it is desirable to develop methods that allow for a directed change in the nature of flowering, in particular, inhibition or induction of flower formation of various useful plants, while eliminating the use of synthetic substances.

Таким образом, целью настоящего изобретения является разработка способов, позволяющих получать растения с измененной характеристикой цветения, в частности растения, у которых ингибируют образование цветков, или растения с более ранним образованием цветков и их увеличенным количеством. Thus, it is an object of the present invention to provide methods for producing plants with a modified flowering characteristic, in particular plants that inhibit flower formation, or plants with an earlier flower formation and an increased amount thereof.

В настоящем изобретении описаны способы генетической инженерии, которые приводят к изменению характеристики цветения растений в результате изменения активности фермента, вовлеченного в процессы дыхания в клетках. The present invention describes genetic engineering methods that lead to a change in the flowering characteristics of plants as a result of changes in the activity of the enzyme involved in the respiration processes in cells.

Неожиданно было установлено, что сильное ингибирование активности цитрат-синтазы в клетках растений картофеля приводит к полному ингибированию образования цветков у этих растений и что увеличение активности цитрат-синтазы в клетках трансформированных растений картофеля также приводит к изменению характера цветения растений, в частности к более раннему образованию цветков и к увеличению их количества. It was unexpectedly found that a strong inhibition of the activity of citrate synthase in the cells of potato plants leads to a complete inhibition of the formation of flowers in these plants and that an increase in the activity of citrate synthase in the cells of transformed potato plants also leads to a change in the nature of flowering plants, in particular to an earlier formation flowers and to increase their number.

Для получения растений со сниженной активностью цитрат-синтазы из различных видов растений выделяли последовательности ДНК, кодирующие ферменты с ферментативной активностью цитрат-синтазы. Этими последовательностями являются последовательности ДНК из растений семейства пасленовых (Solanaceae), в частности из Solanum tuberosum и Nicotiana tabacum, и последовательности из растений семейства маревых (Chenopodiacae), в частности из сахарной свеклы (Beta vulgaris). To obtain plants with reduced activity of citrate synthase, DNA sequences encoding enzymes with the enzymatic activity of citrate synthase were isolated from various plant species. These sequences are DNA sequences from plants of the nightshade family (Solanaceae), in particular from Solanum tuberosum and Nicotiana tabacum, and sequences from plants of the creeper family (Chenopodiacae), in particular from sugar beet (Beta vulgaris).

Следовательно, предметом настоящего изобретения являются последовательности ДНК из растений семейства пасленовых, в частности из видов Solanum tuberosum и Nicotiana tabacum, и из растений семейства маревых, в частности из вида Beta vulgaris, кодирующие ферменты, обладающие ферментативной активностью цитрат-синтазы, и которые после интеграции с геномом растения позволяют получать транскрипты, у которых может быть подавлена активность эндогенной цитрат-синтазы, или получать транскрипты, в клетках которых может быть повышена активность цитрат-синтазы. В частности, изобретение относится к последовательностям ДНК, кодирующим протеин, имеющий одну из аминокислотных последовательностей, представленных в Seq ID N 1, Seq ID N 2 или Seq ID N 3, или протеин, имеющий практически идентичную аминокислотную последовательность, и к последовательностям ДНК, имеющим одну из нуклеотидных последовательностей, представленных в Seq ID N 1, Seq ID N 2 или Seq ID N 3, или практически идентичную нуклеотидную последовательность. Изобретение также относится к производным последовательностей, представленных в Seq ID N 1-3, которые могут быть получены из них в результате вставки (инсерции), делеции или замещения одного или более нуклеотидов или путем рекомбинации и которые кодируют протеины, обладающие ферментативной активностью цитрат-синтазы. Therefore, the subject of the present invention is DNA sequences from plants of the nightshade family, in particular from the species Solanum tuberosum and Nicotiana tabacum, and from plants of the cinnamon family, in particular from the species Beta vulgaris, encoding enzymes having the enzymatic activity of citrate synthase, and which, after integration with the plant genome, it is possible to obtain transcripts in which the activity of endogenous citrate synthase can be suppressed, or to obtain transcripts in the cells of which citrate synthase activity can be increased. In particular, the invention relates to DNA sequences encoding a protein having one of the amino acid sequences shown in Seq ID N 1, Seq ID N 2 or Seq ID N 3, or a protein having an almost identical amino acid sequence, and to DNA sequences having one of the nucleotide sequences shown in Seq ID N 1, Seq ID N 2 or Seq ID N 3, or a substantially identical nucleotide sequence. The invention also relates to derivatives of the sequences shown in Seq ID N 1-3, which can be obtained from them by insertion, deletion or substitution of one or more nucleotides or by recombination, and which encode for proteins having the enzymatic activity of citrate synthase .

Рекомбинантные молекулы ДНК, например, плазмиды, и бактерии, содержащие эти последовательности ДНК или их участки, либо их производные, также являются предметом настоящего изобретения. Recombinant DNA molecules, for example, plasmids, and bacteria containing these DNA sequences or their parts, or their derivatives, are also the subject of the present invention.

Термин "практически идентичные" в отношении ДНК и аминокислотных последовательностей означает, что рассматриваемые последовательности имеют высокую степень гомологичности и что существует функциональная и/или структурная эквивалентность между рассматриваемыми последовательностями ДНК или аминокислотными последовательностями. Под высокой степенью гомологичности понимается, что последовательность идентична по крайней мере на 40%, предпочтительно более чем на 60% и особенно предпочтительно более чем на 80%. Последовательности, которые являются гомологичными последовательностям по изобретению и отличаются от последовательности ДНК или аминокислотной последовательности по изобретению по одной или нескольким позициям, как правило, являются вариациями или производными этой последовательности и представляют собой модификации, выполняющие ту же функцию. Кроме того, они также могут быть вариациями естественного происхождения, например последовательностями из других организмов, или мутациями, причем эти мутации могут быть вызваны естественным путем или быть интродуцированы в результате направленного мутагенеза. Эти вариации также могут представлять собой последовательности, полученные искусственным путем. The term “substantially identical” with respect to DNA and amino acid sequences means that the sequences in question have a high degree of homology and that there is functional and / or structural equivalence between the DNA sequences or amino acid sequences in question. A high degree of homology is understood to mean that the sequence is at least 40% identical, preferably more than 60% identical, and particularly preferably more than 80% identical. Sequences that are homologous to the sequences of the invention and differ from the DNA sequence or amino acid sequence of the invention in one or more positions, are usually variations or derivatives of this sequence and are modifications that perform the same function. In addition, they can also be variations of natural origin, for example sequences from other organisms, or mutations, moreover, these mutations can be caused naturally or be introduced as a result of directed mutagenesis. These variations may also be artificial sequences.

Протеины, кодирующие различные варианты последовательности ДНК по изобретению, обладают определенными общими характеристиками. Последние могут включать, например, ферментативную активность, иммунологическую реактивность, конформацию и т.д., и физические свойства, такие как, например, подвижность при гель-электрофорезе, хроматографическое поведение, коэффициенты седиментации, растворимость, спектроскопические характеристики, стабильность и т.д. Proteins encoding various variants of the DNA sequence of the invention have certain common characteristics. The latter may include, for example, enzymatic activity, immunological reactivity, conformation, etc., and physical properties, such as, for example, gel electrophoresis mobility, chromatographic behavior, sedimentation coefficients, solubility, spectroscopic characteristics, stability, etc. .

Было установлено, что ингибирование образования цветков происходит в трансформированных растениях, если последовательности ДНК, кодирующие цитрат-синтазу, вводят в клетки растения и экспрессируют в антисмысловой ориентации, что приводит к уменьшению цитрат-синтазной активности в клетках. It was found that inhibition of flower formation occurs in transformed plants if the DNA sequences encoding citrate synthase are introduced into plant cells and expressed in the antisense orientation, which leads to a decrease in citrate synthase activity in cells.

В контексте настоящего изобретения ингибирование образования цветков означает, что у трансформированных растений цветки либо более не развиваются совсем или образуется меньше цветков, чем у нетрансформированных растений, либо некоторые цветки могут образовываться, но не превращаются в цветки с нормальными функциями. Ингибирование образования цветков также означает, что у растений цветки все же развиваются, но они являются стерильными и не приводят к образованию семян или плодов, или они способны функционировать только в ограниченной степени и приводят к образованию меньшего количества семян по сравнению с растениями дикого типа. В частности, ингибирование образования цветков означает, что формируются мужские стерильные цветки или цветки, в мужских репродуктивных органах которых формируется только небольшое количество способной к оплодотворению пыльцы. Термин также означает, что у растений формируются цветки, в которых женские репродуктивные органы отсутствуют, не обладают нормальными функциями или их функции понижены по сравнению с растениями дикого типа. In the context of the present invention, inhibition of flower formation means that flowers in transformed plants either no longer develop at all or fewer flowers form than non-transformed plants, or some flowers may form, but do not turn into flowers with normal functions. Inhibition of flower formation also means that the plants still develop flowers, but they are sterile and do not lead to the formation of seeds or fruits, or they are able to function only to a limited extent and lead to the formation of fewer seeds compared to wild-type plants. In particular, inhibition of flower formation means that male sterile flowers or flowers are formed, in the male reproductive organs of which only a small amount of fertile pollen is formed. The term also means that flowers form in plants in which the female reproductive organs are absent, do not have normal functions or their functions are reduced compared to wild-type plants.

Ингибирование образования цветков также означает, что трансформированные растения, если они обладают способностью к зацветанию, зацветают позднее, чем нетрансформированные растения, как правило, позднее на несколько дней, предпочтительно позднее на одну или несколько недель, наиболее предпочтительно позднее на 2-4 недели. Inhibition of flower formation also means that transformed plants, if they have the ability to bloom, bloom later than non-transformed plants, usually later for several days, preferably later for one or several weeks, most preferably later for 2-4 weeks.

Следовательно, предметом настоящего изобретения является применение последовательностей ДНК, кодирующих цитрат-синтазу, для ингибирования образования цветков у растений и применение таких последовательностей для экспрессии нетранслируемой мРНК, которая препятствует синтезу эндогенных цитрат-синтаз в клетках. Therefore, the subject of the present invention is the use of DNA sequences encoding citrate synthase for inhibiting flower formation in plants and the use of such sequences for the expression of untranslated mRNA that inhibits the synthesis of endogenous citrate synthases in cells.

Настоящее изобретение также относится к способу ингибирования образования цветков у растений, отличающемуся тем, что в клетках растений снижают активность цитрат-синтазы, причем это снижение получают предпочтительно путем ингибирования экспрессии последовательностей ДНК, кодирующих цитрат-синтазы. The present invention also relates to a method of inhibiting the formation of flowers in plants, characterized in that the activity of citrate synthase is reduced in plant cells, moreover, this decrease is obtained preferably by inhibiting the expression of DNA sequences encoding citrate synthase.

Наиболее предпочтительными являются способы, в которых ингибирование образования цветков достигают путем ингибирования экспрессии генов эндогенной цитрат-синтазы, применяя антисмысловую РНК. Most preferred are methods in which inhibition of flower formation is achieved by inhibiting the expression of endogenous citrate synthase genes using antisense RNA.

Настоящее изобретение относится, в частности, к способам ингибирования образования цветков у растений, отличающимся тем, что
а) ДНК, комплементарную присутствующему в клетке гену цитрат-синтазы, стабильно интегрируют в геном клетки растения,
б) указанную ДНК экспрессируют присущим ей образом или ее индуцируют путем комбинации с соответствующими элементами, контролирующими транскрипцию,
в) экспрессию генов эндогенной цитрат-синтазы ингибируют в результате антисмыслового эффекта и
г) растения регенерируют из трансгенных клеток.
The present invention relates, in particular, to methods of inhibiting the formation of flowers in plants, characterized in that
a) DNA that is complementary to the citrate synthase gene present in the cell is stably integrated into the genome of the plant cell,
b) the specified DNA is expressed in its own way or it is induced by combination with the corresponding elements that control transcription,
c) the expression of endogenous citrate synthase genes is inhibited as a result of the antisense effect and
d) plants regenerate from transgenic cells.

Экспрессию ДНК, комплементарной гену цитрат-синтазы, присутствующему в клетке, как правило, получают путем интегрирования в геном растений рекомбинантной двухцепочечной молекулы ДНК, включающей полигенный экспрессирующий кластер, имеющий следующие составляющие и экспрессирующий их:
А) промотор, функционирующий в растениях,
Б) последовательность ДНК, кодирующую цитрат-синтазу, которую сливают с промотором в антисмысловой ориентации так, чтобы транскрибировалась некодирующая цепь, и при необходимости
В) функционирующий в растениях сигнал для прекращения транскрипции и полиаденилирования молекулы РНК.
The expression of DNA complementary to the citrate synthase gene present in the cell is usually obtained by integrating a recombinant double-stranded DNA molecule in the plant genome, including a polygenic expression cluster having the following components and expressing them:
A) a promoter that functions in plants,
B) a DNA sequence encoding a citrate synthase, which is fused with the promoter in an antisense orientation so that a non-coding chain is transcribed and, if necessary
C) a signal functioning in plants to terminate the transcription and polyadenylation of an RNA molecule.

Такие молекулы ДНК также являются предметом изобретения. Настоящее изобретение относится к таким молекулам ДНК, которые содержат описанные полигенные экспрессирующие кластеры в форме плазмиды pKS-CSa (DSM 8880), содержащей кодирующую область для цитрат-синтазы картофеля, и плазмиды TCSAS (DSM 9359), содержащей кодирующую область для цитрат-синтазы табака, строение которых описано в примерах 3 и 8 соответственно. Such DNA molecules are also the subject of the invention. The present invention relates to such DNA molecules that contain the described polygenic expression clusters in the form of pKS-CSa plasmid (DSM 8880) containing the coding region for potato citrate synthase and the TCSAS plasmid (DSM 9359) containing the coding region for tobacco citrate synthase , the structure of which is described in examples 3 and 8, respectively.

В принципе, в качестве промотора может быть использован любой активный в растениях промотор. Промотор должен гарантировать, что выбранный ген экспрессируется в растении. Возможно применение как таких промоторов, которые гарантируют существенную экспрессию во всех тканях растения, как, например, промотор 35S вируса мозаики цветной капусты, так и таких промоторов, которые гарантируют экспрессию только в определенной ткани, на определенной стадии развития растения или в момент времени, определенный внешними воздействиями. Промотор может быть гомологичным или гетерологичным по отношению к трансформируемому растению. In principle, any promoter active in plants can be used as a promoter. The promoter must ensure that the selected gene is expressed in the plant. It is possible to use such promoters that guarantee significant expression in all plant tissues, such as, for example, the 35S promoter of the cauliflower mosaic virus, and such promoters that guarantee expression only in a certain tissue, at a certain stage of plant development or at a time external influences. The promoter may be homologous or heterologous to the transformable plant.

Применение тканеспецифичных промоторов является предпочтительным предметом изобретения. The use of tissue-specific promoters is a preferred subject of the invention.

Последовательность ДНК, кодирующая протеин, обладающий ферментативной активностью цитрат-синтазы, может, в принципе, иметь происхождение из любого выбранного организма, предпочтительно из растений. Предпочтительно, чтобы используемая последовательность имела происхождение из тех видов растений, которые применяют для трансформации, или из близкородственных видов растений. A DNA sequence encoding a protein having the enzymatic activity of citrate synthase can, in principle, be from any selected organism, preferably from plants. Preferably, the sequence used is derived from those plant species that are used for transformation, or from closely related plant species.

Предпочтительный пример осуществления указанного выше способа состоит в том, что в качестве последовательности ДНК, кодирующей цитрат-синтазу, применяют последовательность ДНК, имеющую происхождение из растения семейства Solanaceae или семейства Chenopodiaceae, в частности из Solanum tuberosum, Nicotiana tabacum или Beta vulgaris. Наиболее предпочтительные примеры выполнения изобретения включают применение последовательности ДНК, кодирующей протеин, имеющий одну из аминокислотных последовательностей, представленных в Seq ID N 1, Seq ID N 2 или Seq ID N 3, или практически идентичную аминокислотную последовательность, в частности последовательность ДНК, которая идентична или практически идентична одной из последовательностей ДНК, представленных в Seq ID N 1, Seq ID N 2 или Seq ID N 3. A preferred embodiment of the above method is that a DNA sequence derived from a plant of the Solanaceae family or the Chenopodiaceae family, in particular Solanum tuberosum, Nicotiana tabacum or Beta vulgaris, is used as the DNA sequence encoding the citrate synthase. Most preferred embodiments of the invention include the use of a DNA sequence encoding a protein having one of the amino acid sequences shown in Seq ID N 1, Seq ID N 2 or Seq ID N 3, or a substantially identical amino acid sequence, in particular a DNA sequence that is identical or almost identical to one of the DNA sequences presented in Seq ID N 1, Seq ID N 2 or Seq ID N 3.

Кроме того, используя стандартные способы и уже известные последовательности ДНК, кодирующие цитрат-синтазы, могут быть выделены из любых организмов, предпочтительно из растений, другие последовательности ДНК, которые кодируют протеины, обладающие ферментативной активностью цитрат-синтазы. Эти последовательности также могут применяться в способах по настоящему изобретению. In addition, using standard methods and the already known DNA sequences encoding citrate synthase, can be isolated from any organisms, preferably from plants, other DNA sequences that encode proteins having the enzymatic activity of citrate synthase. These sequences can also be used in the methods of the present invention.

Антисмысловая ориентация по отношению к промотору кодирующей последовательности ДНК, указанная в п. Б), приводит к образованию нетранслируемой мРНК в трансформированных клетках растений, что препятствует синтезу эндогенной цитрат-синтазы. The antisense orientation with respect to the promoter of the coding DNA sequence indicated in paragraph B) leads to the formation of untranslated mRNA in transformed plant cells, which prevents the synthesis of endogenous citrate synthase.

Вместо полных последовательностей ДНК, представленных в Seq ID N 1, Seq ID N 2 и Seq ID N 3, в соответствии с настоящим изобретением для антисмыслового ингибирования также можно применять их частичные последовательности. Могут быть использованы последовательности, минимальная длина которых составляет 15 пар оснований. Однако ингибирующее действие не исключено и в том случае, когда используют более короткие последовательности. Предпочтительно применяют более длинные последовательности, состоящие из 100-500 пар оснований, в частности для эффективного антисмыслового ингибирования предпочтительно использовать последовательности, имеющие более 500 пар оснований. Как правило, применяют последовательности, имеющие менее 5000 пар оснований, предпочтительно последовательности, которые имеют менее 2500 пар оснований. Instead of the complete DNA sequences shown in Seq ID N 1, Seq ID N 2 and Seq ID N 3, partial sequences can also be used for antisense inhibition in accordance with the present invention. Sequences with a minimum length of 15 base pairs may be used. However, an inhibitory effect is not excluded when shorter sequences are used. Longer sequences of 100-500 base pairs are preferably used; in particular, sequences having more than 500 base pairs are preferred for effective antisense inhibition. Typically, sequences having less than 5,000 base pairs are used, preferably sequences that have less than 2,500 base pairs.

В способе по настоящему изобретению также возможно применять последовательности ДНК, имеющие высокую степень гомологичности с последовательностями ДНК по настоящему изобретению, но которые не являются полностью идентичными. Минимальная гомологичность должна быть выше чем приблизительно 65%. Предпочтительно использовать последовательности, гомологичные на 95-100%. In the method of the present invention, it is also possible to use DNA sequences having a high degree of homology with the DNA sequences of the present invention, but which are not completely identical. Minimum homology should be higher than approximately 65%. It is preferable to use sequences homologous to 95-100%.

Также могут использоваться последовательности ДНК, образованные из последовательностей, представленных в Seq ID N 1, Seq ID N 2 или Seq ID N 3, путем вставки, делеции или замещения так, чтобы не было нарушено ингибирующее действие антисмысловой последовательности. DNA sequences derived from the sequences shown in Seq ID N 1, Seq ID N 2 or Seq ID N 3 can also be used by insertion, deletion or substitution so that the inhibitory effect of the antisense sequence is not disturbed.

Фрагменты ДНК, применяемые для конструирования антисмысловых конструкций, также могут быть фрагментами синтетической ДНК, получаемыми с использованием современных методов синтеза ДНК. DNA fragments used to construct antisense constructs can also be synthetic DNA fragments obtained using modern DNA synthesis methods.

Растения, получаемые с помощью описанного способа и которые характеризуются тем, что они проявляют пониженную активность цитрат-синтазы в клетках в результате экспрессии антисмысловой РНК, которая комплементарна последовательностям ДНК, кодирующим протеин, обладающий ферментативной активностью цитрат-синтазы, также являются предметом изобретения. Такие растения также отличаются тем, что они содержат стабильно интегрированный в геном полигенный экспрессирующий кластер, содержащий следующие последовательности:
А) промотор, функционирующий в растениях,
Б) последовательность ДНК, кодирующую цитрат-синтазу, которую сливают с промотором в антисмысловой ориентации так, чтобы транскрибировалась некодирующая цепь, и при необходимости
В) функционирующий в растениях сигнал для прекращения транскрипции и полиаденилирования молекулы РНК.
Plants obtained using the described method and which are characterized by the fact that they exhibit reduced citrate synthase activity in cells as a result of the expression of antisense RNA that is complementary to DNA sequences encoding a protein having the enzymatic activity of citrate synthase are also the subject of the invention. Such plants are also characterized in that they contain a polygenic expression cluster stably integrated into the genome containing the following sequences:
A) a promoter that functions in plants,
B) a DNA sequence encoding a citrate synthase, which is fused with the promoter in an antisense orientation so that a non-coding chain is transcribed and, if necessary
C) a signal functioning in plants to terminate the transcription and polyadenylation of an RNA molecule.

Растения предпочтительно представляют собой указанные выше растения. Plants are preferably the above plants.

Как описано в примерах выполнения изобретения при использовании картофеля в качестве примера, в растениях картофеля ингибирование образования цветков в трансформированных растениях происходит вследствие снижения активности цитрат-синтазы в результате антисмыслового эффекта. В частности, трансформированные растения картофеля проявляют более или менее выраженные фенотипы в зависимости от степени снижения активности цитрат-синтазы. Существенное снижение активности цитрат-синтазы приводит к полному ингибированию образования цветков. Растения с менее выраженным ингибированием могут образовывать почки, из которых тем не менее не развиваются цветки с нормальной функцией. Также могут быть получены растения, на которых развиваются цветки, но женские репродуктивные органы которых не обладают нормальной функцией. As described in the exemplary embodiments of the invention, when using potato as an example, in potato plants, inhibition of flower formation in transformed plants occurs due to a decrease in citrate synthase activity as a result of the antisense effect. In particular, transformed potato plants exhibit more or less pronounced phenotypes depending on the degree of reduction of citrate synthase activity. A significant decrease in the activity of citrate synthase leads to a complete inhibition of flower formation. Plants with less pronounced inhibition can form buds, from which nevertheless flowers with normal function do not develop. Plants on which flowers develop, but whose female reproductive organs do not have normal function, can also be obtained.

Сходные эффекты наблюдают у трансгенных растений табака, которые обладают пониженной активностью цитрат-синтазы. В данном случае также развиваются цветки, женские репродуктивные органы которых сильно уменьшены в размере. Similar effects are observed in transgenic tobacco plants, which have reduced activity of citrate synthase. In this case, flowers also develop, the female reproductive organs of which are greatly reduced in size.

Ингибирование образования цветков путем снижения активности цитрат-синтазы представляет интерес, однако не только для картофеля или табака, но имеет более широкое значение для селекции растений и сельского хозяйства. Например, можно отметить возможность достижения хронологически заданной индукции или ингибирования цветения путем комбинации последовательностей ДНК по настоящему изобретению с экзогенно регулируемыми элементами контроля. Это может играть роль для повышения морозостойкости. Inhibition of flower formation by reducing the activity of citrate synthase is of interest, however, not only for potatoes or tobacco, but has a broader significance for plant breeding and agriculture. For example, it may be noted that chronologically defined induction or inhibition of flowering can be achieved by combining the DNA sequences of the present invention with exogenously controlled controls. This may play a role in increasing frost resistance.

Способы по настоящему изобретению могут быть использованы как в отношении двудольных, так и в отношении однодольных растений. Растениями, которые представляют особый интерес, являются полезные растения, такие как некоторые виды зерновых культур (например, рожь, пшеница, кукуруза, овес, ячмень, маис, рис и т.д.), некоторые виды фруктовых культур (например, абрикос, персик, яблоневые, слива и т.д.), некоторые виды овощных культур (например, томат, брокколи, спаржа и т.д.), декоративные растения или другие типы растений, имеющие экономическое значение (например, картофель, табак, рапс, соя, подсолнечник, сахарный тростник и т.д.). The methods of the present invention can be used both in relation to dicotyledonous and in relation to monocotyledonous plants. Plants of particular interest are useful plants, such as some types of crops (e.g. rye, wheat, corn, oats, barley, maize, rice, etc.), some types of fruit crops (e.g. apricot, peach (apple, plum, etc.), certain types of vegetable crops (e.g. tomato, broccoli, asparagus, etc.), ornamental plants or other types of plants of economic importance (e.g. potato, tobacco, rape, soybean , sunflower, sugarcane, etc.).

Применение настоящего изобретения, в частности, в отношении сахарной свеклы представляет особенный интерес, поскольку в данном случае путем ингибирования образования цветков может быть предотвращено "стеблевание". Поскольку стеблевание индуцируют низкие температуры, семена высаживают относительно поздно (в апреле/мае), чтобы предотвратить стеблевание. Уменьшение стеблевания сахарной свеклы может быть достигнуто путем ингибирования цитрат-синтазы. Это позволяет высаживать семена сахарной свеклы раньше, что впоследствии приводит к повышению урожая благодаря увеличению вегетационного периода. The use of the present invention, in particular with respect to sugar beets, is of particular interest, since in this case, “stem” can be prevented by inhibiting the formation of flowers. Since stem temperatures are induced by low temperatures, the seeds are planted relatively late (in April / May) to prevent stalking. Reducing the stalk of sugar beets can be achieved by inhibiting citrate synthase. This allows you to plant sugar beet seeds earlier, which subsequently leads to an increase in yield due to an increase in the growing season.

Кроме ингибирования образования цветков у трансформированных растений картофеля, которые обладают пониженной активностью цитрат-синтазы в клетках, наблюдали снижение прорастания клубней и снижение респирации в клетках клубней по сравнению с нетрансформированными растениями. Это приводит к снижению потерь при хранении и повышению стойкости клубней при хранении. Следовательно, способ по настоящему изобретению также пригоден для получения растений с повышенной устойчивостью при хранении запасающих органов, причем повышенная устойчивость при хранении, как это понимается в контексте настоящего изобретения, означает, что хранящиеся запасающие органы трансформированных растений имеют меньшую потерю массы сырой ткани и массы в сухом состоянии после периода хранения по сравнению с таковой для нетрансформированных растений. Под запасающими органами понимаются обычные органы растений, собираемые в виде урожая, такие как семена, плоды, клубни и корнеплоды. In addition to inhibiting the formation of flowers in transformed potato plants, which have a reduced activity of citrate synthase in the cells, a decrease in tuber germination and a decrease in respiration in tuber cells were observed compared to untransformed plants. This leads to a decrease in storage loss and an increase in shelf life of tubers. Therefore, the method of the present invention is also suitable for producing plants with improved storage stability of storage organs, and increased storage stability, as understood in the context of the present invention, means that stored storage organs of transformed plants have less loss of raw tissue mass and mass in dry state after a storage period compared to that for untransformed plants. Under storage organs are understood as ordinary plant organs harvested, such as seeds, fruits, tubers and root crops.

В частности, способ пригоден для получения трансгенных растений картофеля, клубни которых характеризуются повышенной устойчивостью при хранении, уменьшенными потерями при хранении и пониженной способностью клубней к прорастанию по сравнению с растениями дикого типа. Пониженная способность клубней к прорастанию означает, что на клубнях трансформированных растений образуются ростки, которые имеют меньшую массу сырой ткани и массу в сухом состоянии по сравнению с ростками нетрансформированных растений. Экономическая выгода этого очевидна. In particular, the method is suitable for producing transgenic potato plants, the tubers of which are characterized by increased storage stability, reduced storage losses and reduced tuber germination ability compared to wild-type plants. The reduced tuber germination ability of the tubers means that sprouts are formed on the tubers of the transformed plants, which have a lower mass of raw tissue and a dry mass compared to the sprouts of non-transformed plants. The economic benefits of this are obvious.

Следовательно, предметом изобретения также являются способы повышения устойчивости при хранении запасающих органов растений, отличающиеся тем, что активность цитрат-синтазы в клетках этих растений снижена, причем снижение активности предпочтительно достигается путем ингибирования экспрессии последовательностей ДНК, кодирующих цитрат-синтазы. Therefore, the invention also provides methods for enhancing storage stability of plant storage organs, characterized in that the activity of citrate synthase in the cells of these plants is reduced, and the decrease in activity is preferably achieved by inhibiting the expression of DNA sequences encoding citrate synthase.

Наиболее предпочтительными являются способы, в которых активность цитрат-синтазы понижают путем ингибирования экспрессии генов эндогенной цитрат-синтазы при использовании антисмысловой РНК. Most preferred are methods in which the activity of citrate synthase is reduced by inhibiting the expression of endogenous citrate synthase genes using antisense RNA.

Настоящее изобретение относится, в частности, к способам повышения устойчивости при хранении запасающих органов растений, отличающимся тем, что
а) ДНК, комплементарную присутствующему в клетке гену цитрат-синтазы, стабильно интегрируют в геном клетки растения,
б) указанную ДНК экспрессируют присущим ей образом или ее индуцируют путем комбинации с соответствующими элементами, контролирующими транскрипцию,
в) экспрессию генов эндогенной цитрат-синтазы ингибируют в результате антисмыслового эффекта и
г) растения регенерируют из трансгенных клеток.
The present invention relates, in particular, to methods for increasing storage stability of storage organs of plants, characterized in that
a) DNA that is complementary to the citrate synthase gene present in the cell is stably integrated into the genome of the plant cell,
b) the specified DNA is expressed in its own way or it is induced by combination with the corresponding elements that control transcription,
c) the expression of endogenous citrate synthase genes is inhibited as a result of the antisense effect and
d) plants regenerate from transgenic cells.

Такие способы могут быть использованы в отношении всех типов растений, у которых развиваются запасающие органы, предпочтительно в отношении полезных сельскохозяйственных растений и наиболее предпочтительно в отношении некоторых видов зерновых культур (например, ржи, ячменя, пшеницы, кукурузы, риса и т.д.), некоторых видов фруктовых культур, овощных культур, растений, у которых образуются клубни, таких как, например, картофель или маниок, и растений, у которых образуются корнеплоды в качестве запасающих органов, в частности сахарной свеклы. Such methods can be used for all types of plants that develop storage organs, preferably for beneficial agricultural plants, and most preferably for certain types of crops (e.g. rye, barley, wheat, corn, rice, etc.) , certain types of fruit crops, vegetables, plants in which tubers are formed, such as, for example, potatoes or cassava, and plants in which root crops are formed as storage organs, in particular sugar beets.

Предметом изобретения также являются способы получения трансгенных клубневых растений, клубни которых обладают пониженным прорастанием, отличающихся тем, что активность цитрат-синтазы в клетках этих растений снижена, причем снижение активности предпочтительно достигается путем ингибирования экспрессии последовательностей ДНК, кодирующих цитрат-синтазы. The invention also relates to methods for producing transgenic tuberous plants, the tubers of which have reduced germination, characterized in that the activity of citrate synthase in the cells of these plants is reduced, and a decrease in activity is preferably achieved by inhibiting the expression of DNA sequences encoding citrate synthase.

Наиболее предпочтительными являются способы, в которых активность цитрат-синтазы понижают путем ингибирования экспрессии генов эндогенной цитрат-синтазы при использовании антисмысловой РНК. Most preferred are methods in which the activity of citrate synthase is reduced by inhibiting the expression of endogenous citrate synthase genes using antisense RNA.

Настоящее изобретение относится, в частности, к способам получения трансгенных клубневых растений, клубни которых обладают пониженным прорастанием, отличающимся тем, что
а) ДНК, комплементарную присутствующему в клетке гену цитрат-синтазы, стабильно интегрируют в геном клетки растения,
б) указанную ДНК экспрессируют присущим ей образом или ее индуцируют путем комбинации с соответствующими элементами, контролирующими транскрипцию,
в) экспрессию генов эндогенной цитрат-синтазы ингибируют в результате антисмыслового эффекта и
г) растения регенерируют из трансгенных клеток.
The present invention relates, in particular, to methods for producing transgenic tuberous plants, the tubers of which have reduced germination, characterized in that
a) DNA that is complementary to the citrate synthase gene present in the cell is stably integrated into the genome of the plant cell,
b) the specified DNA is expressed in its own way or it is induced by combination with the corresponding elements that control transcription,
c) the expression of endogenous citrate synthase genes is inhibited as a result of the antisense effect and
d) plants regenerate from transgenic cells.

Такие способы предпочтительно могут быть применены для получения трансгенных растений картофеля и маниока. Such methods can preferably be used to produce transgenic potato and cassava plants.

Указанное выше в отношении способа ингибирования образования цветков также применимо и к различным вариантам осуществления данных способов, в частности в отношении выбора и длины используемой последовательности ДНК, которая кодирует цитрат-синтазу, и выбора промотора. The above in relation to the method of inhibiting the formation of flowers is also applicable to various variants of the implementation of these methods, in particular with respect to the choice and length of the used DNA sequence that encodes citrate synthase and the choice of promoter.

В качестве альтернативы снижению активности цитрат-синтазы в клетках растений с использованием антисмыслового эффекта это снижение может также быть достигнуто путем введения последовательности ДНК, кодирующей рибозиму, которая специфично расщепляет транскрипты генов эндогенной цитрат-синтазы эндонуклеотидным образом. Рибозимы представляют собой каталитически активные молекулы РНК, которые обладают способностью расщеплять молекулы РНК в специфических последовательностях-мишенях. Применяя методы генетической инженерии, оказывается возможным изменять специфичность рибозим. Существуют различные классы рибозим. При практическом применении для целенаправленного расщепления транскрипта определенного гена предпочтительно используют представителей двух различных групп рибозим. Первая группа включает рибозимы, которые могут быть отнесены к интронам группы I рибозим. Вторая группа включает рибозимы, имеющие основную характерную структурную особенность - последовательность-мотив, так называемую "молотообразную головку". Специфическое распознавание молекулы РНК-мишени может быть модифицировано путем изменения последовательностей, прилегающих к последовательности-мотиву. Путем спаривания оснований последовательностей молекулы-мишени эти последовательности определяют сайт, в котором происходит каталитическая реакция и, следовательно, расщепление молекулы-мишени. Поскольку требования к последовательности для эффективного расщепления чрезвычайно низки, то в принципе представляется возможным получить специфические рибозимы для практически любой молекулы РНК. As an alternative to reducing the activity of citrate synthase in plant cells using an antisense effect, this reduction can also be achieved by introducing a DNA sequence encoding a ribozyme that specifically cleaves endogenous citrate synthase gene transcripts in an endonucleotide manner. Ribozymes are catalytically active RNA molecules that have the ability to cleave RNA molecules in specific target sequences. Using methods of genetic engineering, it is possible to change the specificity of the ribozyme. There are various classes of ribozyme. In practical applications, for the targeted cleavage of the transcript of a particular gene, representatives of two different ribozyme groups are preferably used. The first group includes ribozymes, which can be assigned to the introns of group I ribozymes. The second group includes ribozymes, which have the main characteristic structural feature - the sequence-motive, the so-called "hammer head". The specific recognition of the target RNA molecule can be modified by changing the sequences adjacent to the motif sequence. By pairing the bases of the sequences of the target molecule, these sequences determine the site at which the catalytic reaction occurs and, therefore, the cleavage of the target molecule. Since the sequence requirements for efficient cleavage are extremely low, it is in principle possible to obtain specific ribozymes for almost any RNA molecule.

Генетически модифицированные растения, у которых активность цитрат-синтазы существенно понижена, следовательно, также могут быть получены путем введения в растения и экспрессии рекомбинантной двухцепочечной молекулы ДНК, содержащей:
а) промотор, функционирующий в растениях,
б) последовательность ДНК, кодирующую каталитическую область рибозимы и "по соседству" с которой располагают последовательности ДНК, гомологичные последовательностям молекулы-мишени, и при необходимости
в) функционирующий в растениях сигнал для прекращения транскрипции и полиаденилирования молекулы РНК.
Genetically modified plants in which the activity of citrate synthase is significantly reduced, therefore, can also be obtained by introducing into the plants and expression of a recombinant double-stranded DNA molecule containing:
a) a promoter that functions in plants,
b) a DNA sequence encoding the catalytic region of the ribozyme and "adjacent" to which are located DNA sequences homologous to the sequences of the target molecule and, if necessary
c) a signal functioning in plants to terminate the transcription and polyadenylation of an RNA molecule.

Под последовательности, определенные в п. б), подпадают, например, каталитическая область сателлитной ДНК вируса SCMo (Davies и др., 1990, Virology, 177:216- 224) или таковая сателлитной ДНК вируса TobR (Steinecke и др. , 1992, EMBO J., 11: 1525-1530; Haseloff и Gerlach, 1988, Nature 334: 585-591). The sequences defined in paragraph b) include, for example, the catalytic region of the satellite DNA of the SCMo virus (Davies et al., 1990, Virology, 177: 216-2224) or that of the satellite DNA of the TobR virus (Steinecke et al., 1992, EMBO J., 11: 1525-1530; Haseloff and Gerlach, 1988, Nature 334: 585-591).

Последовательности ДНК, расположенные по соседству с каталитической областью, образованы из последовательностей ДНК, которые гомологичны последовательностям генов эндогенной цитрат-синтазы. DNA sequences adjacent to the catalytic region are formed from DNA sequences that are homologous to endogenous citrate synthase gene sequences.

Указанное выше для конструирования антисмысловых структур применимо и к последовательностям, указанным в п.п. а) и в). The above for the construction of antisense structures is also applicable to the sequences indicated in clauses a) and c).

Еще одним предметом настоящего изобретения является экспрессия в смысловой ориентации последовательностей ДНК, кодирующих протеины, обладающие ферментативной активностью цитрат-синтазы, в клетках растений, чтобы повысить активность этой цитрат-синтазы. Для этого последовательность ДНК, кодирующую цитрат-синтазу, сливают с промотором в смысловой ориентации, т.е. 3'-конец промотора связывают с 5'-концом последовательности, кодирующей ДНК. Это приводит к экспресии мРНК, кодирующей цитрат-синтазу, и, следовательно, к увеличению синтеза этого фермента. Another subject of the present invention is the expression in the sense orientation of DNA sequences encoding proteins having enzymatic activity of citrate synthase in plant cells in order to increase the activity of this citrate synthase. For this, the DNA sequence encoding citrate synthase is fused with the promoter in a sense orientation, i.e. The 3 ′ end of the promoter is linked to the 5 ′ end of the DNA coding sequence. This leads to the expression of mRNA encoding citrate synthase, and, consequently, to an increase in the synthesis of this enzyme.

Неожиданно было установлено, что в результате увеличения активности цитрат-синтазы в клетках трансформированных растений происходит изменение характера цветения по сравнению с нетрансформированными растениями. В частности, индуцируется образование цветков. Под этим в контексте настоящего изобретения понимают следующее:
а) более раннее образование цветков (в этом случае это означает, что трансформированные растения зацветают раньше по сравнению с нетрансформированными растениями, как правило, раньше на несколько дней, предпочтительно раньше на одну или несколько недель), и/или
б) увеличение образования цветков (в этом случае это означает, что трансформированные растения образуют больше цветков, предпочтительно по крайней мере на 10% больше цветков по сравнению с нетрансформированными растениями).
It was unexpectedly found that as a result of an increase in the activity of citrate synthase in the cells of transformed plants, a change in the nature of flowering occurs compared with non-transformed plants. In particular, flower formation is induced. By this in the context of the present invention is meant the following:
a) earlier flower formation (in this case, this means that the transformed plants bloom earlier than non-transformed plants, usually several days earlier, preferably one or several weeks earlier), and / or
b) an increase in the formation of flowers (in this case, this means that the transformed plants form more flowers, preferably at least 10% more flowers compared to untransformed plants).

Такой эффект является желательным для ряда культивируемых и полезных растений, таких как некоторые виды овощных культур, например томаты, перец, тыква, дыня, огурец антильский, кабачок, рапс, некоторые виды зерновых культур, кукуруза или хлопчатник, и различных видов декоративных растений. This effect is desirable for a number of cultivated and useful plants, such as some types of vegetables, for example, tomatoes, peppers, pumpkin, melon, Antilles cucumber, zucchini, canola, some types of crops, corn or cotton, and various types of ornamental plants.

Еще одним предметом настоящего изобретения является, следовательно, применение последовательностей ДНК, кодирующих протеины, обладающие ферментативной активностью цитрат-синтазы, для индуцирования образования цветков у растений и способы индуцирования образования цветков у растений, отличающиеся тем, что активность цитрат-синтазы в клетках этих растений увеличена. Активность цитрат-синтазы увеличивают предпочтительно путем введения в клетки растений молекулы рекомбинантной ДНК, содержащей кодирующую область для цитрат-синтазы и приводящей к экспрессии цитрат-синтазы в трансформированных клетках. Another object of the present invention is, therefore, the use of DNA sequences encoding proteins having enzymatic activity of citrate synthase for inducing flower formation in plants and methods for inducing flower formation in plants, characterized in that the activity of citrate synthase in the cells of these plants is increased . The activity of citrate synthase is preferably increased by introducing into the plant cells a recombinant DNA molecule containing a coding region for citrate synthase and leading to the expression of citrate synthase in transformed cells.

Такие способы предпочтительно включают следующие стадии:
а) стабильную интеграцию в геном растительной клетки ДНК, которая является гомологичной или гетерологичной таковой, присущей данному организму, и которая кодирует протеин, обладающий цитрат-синтазной активностью,
б) экспрессию этой ДНК присущим ей образом или в результате индукции путем соединения с соответствующими элементами, контролирующими транскрипцию,
в) увеличение вследствие этого активности цитрат-синтазы в клетках и
г) регенерацию растений из трансгенных клеток.
Such methods preferably include the following steps:
a) stable integration into the genome of a plant cell DNA, which is homologous or heterologous to that inherent in a given organism, and which encodes a protein having citrate synthase activity,
b) the expression of this DNA in its own way or as a result of induction by combining with the appropriate elements that control transcription,
c) an increase due to this activity of citrate synthase in cells and
d) plant regeneration from transgenic cells.

Экспрессии ДНК, которая кодирует протеин, обладающий ферментативной активностью цитрат-синтазы, как правило, достигают путем интеграции в геном растений рекомбинантной двухцепочечной молекулы ДНК, включающей полигенный экспрессирующий кластер, имеющий следующие составляющие и экспрессирующий их:
А) промотор, функционирующий в растениях,
Б) последовательность ДНК, кодирующую цитрат-синтазу, которую сливают с промотором в смысловой ориентации, и при необходимости
В) функционирующий в растениях сигнал для прекращения транскрипции и полиаденилирования молекулы РНК.
The expression of DNA, which encodes a protein with the enzymatic activity of citrate synthase, is usually achieved by integration into the plant genome of a recombinant double-stranded DNA molecule, including a polygenic expression cluster, having the following components and expressing them:
A) a promoter that functions in plants,
B) a DNA sequence encoding a citrate synthase, which is fused with the promoter in a sense orientation, and if necessary
C) a signal functioning in plants to terminate the transcription and polyadenylation of an RNA molecule.

Такие молекулы ДНК также являются предметом изобретения. Настоящее изобретение относится к таким молекулам ДНК, которые содержат указанные полигенные экспрессирующие кластеры в форме плазмиды pHS-mCS, которая содержит кодирующую область для цитрат-синтазы из S.cerevisiae, и плазмиды pEC-mCS, которая содержит кодирующую область для цитрат-синтазы из E.coli. Such DNA molecules are also the subject of the invention. The present invention relates to such DNA molecules that contain the indicated polygenic expression clusters in the form of the plasmid pHS-mCS, which contains the coding region for citrate synthase from S. cerevisiae, and the plasmid pEC-mCS, which contains the coding region for citrate synthase from E .coli.

Кодирующие цитрат-синтазу последовательности ДНК, приведенные в п. а) указанного способа, могут быть как гомологичными или нативными, так и гетерологичными или чужеродного происхождения по отношению к растению-хозяину, которое должно быть трансформировано. Они могут иметь происхождение как из про-, так и из эукариот. Известны, например, последовательности ДНК, кодирующие цитрат-синтазу, из следующих организмов: Bacillus subtilis (U05256 и U05257), E. coli (V01501), R.prowazekii (М17149). P.aeruginosa (M29728), A. anitratum (M33037) (см. Schendel и др. (1992) Appl. Environ. Microbiol. 58: 335-345 и указанные в этом документе ссылки), Haloferax volcanii (James и др. (1992) Biochem. Soc. Trans. 20: 12), Arabidopsis thaliana (Z17455) (Unger и др. (1989) Plant Mol. Biol. 13: 411-418), B.coagulans (M74818), C. burnetii (M36338) (Heinzen и др. (1991) Gene 109: 63- 69), M.smegmatis (X60513), T. acidophilum (X55282), T.thermophila (D90117), свинья (M21197) (Bloxham и др. (1981) Proc. Natl. Acad. Sci. 78:5381-5385), N.crassa (M84187) (Ferea и др. (1994), Mol. Gen. Genet. 242:105-110) и S.cerevisiae (Z11113, Z23259, M14686, M54982, X00782) (Suissa и др. (1984) EMBO J. 3: 1773-1781). Числа в скобках в каждом случае представляют собой регистрационные номера, под которыми указанные последовательности зарегистрированы в банке данных GenEMBL. Последовательности могут быть выделены из указанных организмов с помощью современных методов молекулярной биологии или могут быть получены искусственным путем. The DNA sequences encoding citrate synthase shown in step a) of this method can be either homologous or native, or heterologous or of foreign origin to the host plant to be transformed. They can be of both pro- and eukaryotic origin. For example, DNA sequences encoding citrate synthase are known from the following organisms: Bacillus subtilis (U05256 and U05257), E. coli (V01501), R.prowazekii (M17149). P.aeruginosa (M29728), A. anitratum (M33037) (see Schendel et al. (1992) Appl. Environ. Microbiol. 58: 335-345 and references cited therein), Haloferax volcanii (James et al. ( 1992) Biochem. Soc. Trans. 20:12), Arabidopsis thaliana (Z17455) (Unger et al. (1989) Plant Mol. Biol. 13: 411-418), B. coagulans (M74818), C. burnetii (M36338 ) (Heinzen et al. (1991) Gene 109: 63-69), M.smegmatis (X60513), T. acidophilum (X55282), T.thermophila (D90117), pig (M21197) (Bloxham et al. (1981) Proc. Natl. Acad. Sci. 78: 5381-5385), N. crassa (M84187) (Ferea et al. (1994), Mol. Gen. Genet. 242: 105-110) and S. cerevisiae (Z11113, Z23259 , M14686, M54982, X00782) (Suissa et al. (1984) EMBO J. 3: 1773-1781). The numbers in parentheses in each case represent the registration numbers under which these sequences are registered in the GenEMBL database. Sequences can be isolated from these organisms using modern molecular biology methods or can be obtained artificially.

Предпочтительный пример осуществления способа по настоящему изобретению включает применение последовательностей ДНК, кодирующих цитрат-синтазы, которые по сравнению с цитрат-синтазами, обычно встречающимися в растениях, являются дерегулируемыми или нерегулируемыми, т.е. их ферментативная активность не регулируется регуляторными механизмами, которые оказывают воздействие на активность цитрат-синтазы в клетках растений. Дерегулируемые означает, в частности, что эти ферменты не ингибируются в той же степени ингибиторами или не активируются активаторами, которые в норме ингибируют или активируют цитрат-синтазы растений. В контексте настоящего описания под нерегулируемыми цитрат-синтазами понимают такие цитрат-синтазы, которые не поддаются регулированию ингибиторами или активаторами в клетках растений. A preferred embodiment of the method of the present invention includes the use of DNA sequences encoding citrate synthases, which are deregulated or unregulated compared to citrate synthases commonly found in plants, i.e. their enzymatic activity is not regulated by regulatory mechanisms that affect the activity of citrate synthase in plant cells. Deregulation means, in particular, that these enzymes are not equally inhibited by inhibitors or activated by activators that normally inhibit or activate plant citrate synthases. In the context of the present description, unregulated citrate synthases are understood to mean citrate synthases that are not regulated by inhibitors or activators in plant cells.

Предпочтительно применяют прокариотные, в частности бактериальные последовательности ДНК, которые кодируют цитрат-синтазы, поскольку они обладают тем преимуществом, что протеины, которые кодируются этими последовательностями, не поддаются регулированию или слабо регулируются в клетках растений. Поэтому возможно, что увеличение активности цитрат-синтазы происходит вследствие экспрессии дополнительной цитрат-синтазы в клетках растений. Preferred are prokaryotic, in particular bacterial, DNA sequences that encode citrate synthases, since they have the advantage that the proteins encoded by these sequences are unregulated or poorly regulated in plant cells. Therefore, it is possible that an increase in citrate synthase activity occurs due to the expression of additional citrate synthase in plant cells.

В предпочтительном примере осуществления указанного способа применяют последовательности ДНК из E.coli, которые кодируют протеин с цитрат-синтазной активностью, в частности ген glt A (Sarbjit и др., 1983, Biochemistry 22:5243-5249). In a preferred embodiment of the method, DNA sequences from E. coli are used that encode a protein with citrate synthase activity, in particular the glt A gene (Sarbjit et al., 1983, Biochemistry 22: 5243-5249).

Еще один предпочтительный пример способа по настоящему изобретению относится к применению последовательностей ДНК из Saccharomyces cerevisiae, которые кодируют цитрат-синтазу, в частности к применению последовательностей ДНК, описанных у Suissa и др., (1984, EMBO J. 3: 1773-1781). Another preferred example of the method of the present invention relates to the use of DNA sequences from Saccharomyces cerevisiae that encode citrate synthase, in particular to the use of DNA sequences described by Suissa et al. (1984, EMBO J. 3: 1773-1781).

В случае, когда применяют последовательности ДНК растительного происхождения, предпочтительно используют последовательности ДНК, кодирующие протеин, имеющий одну из аминокислотных последовательностей, приведенных в Seq ID N 1, или Seq ID N 2, или Seq ID N 3, или практически идентичную аминокислотную последовательность. Также могут применяться более короткие последовательности ДНК, кодирующие только части аминокислотных последовательностей, приведенных в Seq ID N 1, или Seq ID N 2, или Seq ID N 3, при условии, что образовавшийся протеин гарантирует получение ферментативной активности цитрат-синтазы. In the case where DNA sequences of plant origin are used, DNA sequences encoding a protein having one of the amino acid sequences shown in Seq ID N 1 or Seq ID N 2 or Seq ID N 3 or a substantially identical amino acid sequence are preferably used. Shorter DNA sequences encoding only portions of the amino acid sequences set forth in Seq ID N 1 or Seq ID N 2 or Seq ID N 3 can also be used, provided that the resulting protein guarantees the enzymatic activity of citrate synthase.

Наиболее предпочтительный пример осуществления относится к способу, в котором последовательность ДНК, кодирующая активность цитрат-синтазы, включает нуклеотидную последовательность, приведенную в Seq ID N 1, или Seq ID N 2, или Seq ID N 3, или практически идентичную нуклеотидную последовательность либо ее часть, причем эта часть является достаточно длинной, чтобы кодировать протеин, проявляющий цитрат-синтазную активность. The most preferred embodiment relates to a method in which the DNA sequence encoding the activity of citrate synthase comprises the nucleotide sequence shown in Seq ID N 1 or Seq ID N 2 or Seq ID N 3, or a substantially identical nucleotide sequence or part thereof and this part is long enough to encode a protein exhibiting citrate synthase activity.

Кроме того, с помощью стандартных методов с использованием уже известных последовательностей ДНК, кодирующих цитрат-синтазу, могут быть выделены другие последовательности ДНК, которые кодируют протеины, обладающие активностью цитрат-синтазы, из любых организмов, предпочтительно из растений и прокариотных организмов. Эти последовательности также могут быть применены в способах по настоящему изобретению. In addition, using standard methods using already known DNA sequences encoding citrate synthase, other DNA sequences that encode proteins with citrate synthase activity can be isolated from any organism, preferably from plants and prokaryotic organisms. These sequences can also be used in the methods of the present invention.

Применяя способы по настоящему изобретению, можно увеличить цитрат-синтазную активность в принципе в каждом компартменте трансформированной клетки. Предпочтительно увеличение активности должно происходить в митохондриях, глиоксисомах или цитозоле. Чтобы гарантировать локализацию цитрат-синтазы в определенном компартменте трансформированных клеток, кодирующая последовательность должна быть связана с последовательностями, необходимыми для локализации в соответствующем компартменте. Такие последовательности известны. Для локализации цитрат-синтазы, например, в митохондриях необходимо, чтобы экспрессируемый протеин имел на N-конце митохондриальную последовательность-мишень (сигнальную последовательность), гарантирующую транспортировку в митохондрии экспрессированного в цитозоле протеина. Если применяемый ген уже не включает последовательность, кодирующую сигнальный пептид, то такая последовательность должна быть интродуцирована с применением методов генетической инженерии. Последовательность, которая кодирует митохондриальную последовательность-мишень, известна, например, из публикации Braun и др. , (1992, EMBO J. 11: 3219-3227). Эта последовательность должна быть связана с кодирующей областью таким образом, чтобы полипептид, кодируемый последовательностью-мишенью, находился в той же самой рамке считывания, что и последующая последовательность ДНК, кодирующая цитрат-синтазу. Using the methods of the present invention, it is possible to increase citrate synthase activity in principle in each compartment of the transformed cell. Preferably, an increase in activity should occur in mitochondria, glyoxysomes, or a cytosol. In order to guarantee the localization of citrate synthase in a particular compartment of transformed cells, the coding sequence must be linked to the sequences necessary for localization in the corresponding compartment. Such sequences are known. To localize citrate synthase, for example, in mitochondria, it is necessary for the expressed protein to have a target mitochondrial sequence (signal sequence) at the N-terminus that guarantees the transport of the protein expressed in the cytosol to the mitochondria. If the gene used does not already include the sequence encoding the signal peptide, then such a sequence should be introduced using genetic engineering methods. The sequence that encodes the mitochondrial target sequence is known, for example, from Braun et al., (1992, EMBO J. 11: 3219-3227). This sequence should be linked to the coding region so that the polypeptide encoded by the target sequence is in the same reading frame as the subsequent DNA sequence encoding citrate synthase.

Если применяют бактериальные последовательности ДНК, кодирующие цитрат-синтазу, то в них предпочтительно удаляют все 5'-нетранслируемые области. Если бактериальный фермент имеет сигнальные последовательности, то их предпочтительно заменяют на сигнальные последовательности растений. If bacterial DNA sequences encoding citrate synthase are used, then all 5'-untranslated regions are preferably deleted. If the bacterial enzyme has signal sequences, they are preferably replaced with plant signal sequences.

Указанное выше в отношении способов по настоящему изобретению для ингибирования образования цветков равным образом применимо и к выбору соответствующих регулирующих транскрипцию последовательностей, в частности промоторов для экспрессии последовательности ДНК, кодирующей цитрат-синтазу, и сигналов для окончания транскрипции. The above with respect to the methods of the present invention for inhibiting flower formation is equally applicable to the selection of appropriate transcriptional regulatory sequences, in particular promoters for the expression of a DNA sequence encoding citrate synthase and signals for terminating transcription.

Описанный способ может быть применен как к двудольным, так и к однодольным растениям. Растениями, которые представляют особый интерес, являются такие полезные растения, как некоторые виды зерновых культур (например, рожь, пшеница, кукуруза, ячмень, маис и т.д.), некоторые виды фруктовых культур (например, абрикос, персик, яблоневые, слива и т.д.), некоторые виды овощных культур (например, томат, перец, тыква, дыня, огурец антильский, кабачок, брокколи, спаржа и т.д.), декоративные растения или другие типы растений, имеющие экономическое значение (например, табак, рапс, соя, хлопчатник, подсолнечник и т.д.). The described method can be applied to both dicotyledonous and monocotyledonous plants. Plants of particular interest are useful plants such as some types of crops (e.g. rye, wheat, corn, barley, maize, etc.), some types of fruit crops (e.g. apricot, peach, apple, plum etc.), certain types of vegetable crops (for example, tomato, pepper, pumpkin, melon, Antilles cucumber, zucchini, broccoli, asparagus, etc.), ornamental plants or other types of plants of economic importance (for example, tobacco, rape, soy, cotton, sunflower, etc.).

Предметом настоящего изобретения также являются растения, получаемые с применением описанного способа, отличающиеся тем, что они проявляют повышенную активность цитрат-синтазы в клетках в результате дополнительной экспрессии последовательности ДНК, кодирующей протеин, обладающий ферментативной активностью цитрат-синтазы. Такие растения также отличаются тем, что они содержат стабильно интегрированный в геном полигенный экспрессирующий кластер, содержащий следующие последовательности:
А) промотор, функционирующий в растениях,
Б) последовательность ДНК, кодирующую цитрат-синтазу, которую сливают с промотором в смысловой ориентации, и при необходимости
В) функционирующий в растениях сигнал для прекращения транскрипции и полиаденилирования молекулы РНК.
The subject of the present invention is also plants obtained using the described method, characterized in that they exhibit increased activity of citrate synthase in cells as a result of additional expression of a DNA sequence encoding a protein having the enzymatic activity of citrate synthase. Such plants are also characterized in that they contain a polygenic expression cluster stably integrated into the genome containing the following sequences:
A) a promoter that functions in plants,
B) a DNA sequence encoding a citrate synthase, which is fused with the promoter in a sense orientation, and if necessary
C) a signal functioning in plants to terminate the transcription and polyadenylation of an RNA molecule.

Растения предпочтительно представляют собой указанные выше растения. Plants are preferably the above plants.

При соединении последовательностей ДНК по изобретению с экзогенно регулируемыми контролирующими элементами для транскрипции, например, температурно-индуцируемыми промоторами, при применении описанных способов для ингибирования или индуцирования образования цветков также может существовать возможность индукции хронологически определенного цветения или ингибирования цветения в зависимости от того, сливают ли последовательность ДНК с промотором в смысловой или в антисмысловой ориентации. Так, среди прочих, известны промоторы для специфической экспрессии в цветочных почках (Huisjer и др. , 1992, EMBO J. 11: 1239-1249) или в активных в отношении фотосинтеза тканях, например промотор ST-LS1 (Stockhaus и др., 1989, EMBO J. 8: 2445-2451). Для предотвращения прорастания клубней картофеля и снижения потерь при хранении в результате метаболизма запасенных веществ приемлемыми промоторами являются таковые, которые гарантируют активацию транскрипции в запасающих органах. Для картофеля известны промоторы, которые гарантируют специфическую экспрессию в клубне, например промоторы гена пататина класса I. Примером является промотор гена пататина В33 Solanum tuberosum (Rocha-Sosa и др., 1989, EMBO J. 8:23-29). Путем комбинации с экзогенно регулируемыми контролирующими элементами, например промоторами, индуцируемыми повреждением, или температурно-регулируемыми промоторами, может быть решена проблема вегетативного размножения в случае растений картофеля, клубни которых не прорастают вследствие ингибирования цитрат-синтазы. В случае сахарной свеклы аналогичным образом, применяя специфический для свеклы промотор, можно снизить респирацию и в результате уменьшить потери урожая вследствие разложения сахара в корнеплоде. When combining the DNA sequences of the invention with exogenously regulated transcriptional control elements, for example, temperature-induced promoters, using the described methods to inhibit or induce flower formation, there may also be the possibility of inducing chronologically defined flowering or inhibition of flowering depending on whether the sequence is drained DNA with a promoter in sense or in antisense orientation. Thus, among others, promoters are known for specific expression in flower buds (Huisjer et al., 1992, EMBO J. 11: 1239-1249) or in photosynthetic-active tissues, for example, the ST-LS1 promoter (Stockhaus et al., 1989 EMBO J. 8: 2445-2451). To prevent the germination of potato tubers and to reduce storage losses due to metabolism of stored substances, acceptable promoters are those that guarantee activation of transcription in storage organs. For potatoes, promoters are known that guarantee specific expression in the tuber, for example, class I patatin gene promoters. An example is the promoter of the patatin gene B33 Solanum tuberosum (Rocha-Sosa et al., 1989, EMBO J. 8: 23-29). By combining with exogenously regulated control elements, for example, damage-induced promoters or temperature-controlled promoters, the problem of vegetative propagation can be solved in the case of potato plants whose tubers do not germinate due to inhibition of citrate synthase. In the case of sugar beets in a similar way, using a beet-specific promoter, one can reduce respiration and, as a result, reduce crop losses due to decomposition of sugar in the root crop.

Для осуществления интродукции чужеродного гена в высшие растения приемлемо большое число векторов клонирования, которые содержат сигнал репликации для E. coli и ген-маркер для селекции трансформированных бактериальных клеток. Примерами таких векторов являются pBR322, серии pUC, серии M13mp, pACYC184 и т.д. Требуемая последовательность может быть введена в вектор в соответствующем сайте рестрикционного расщепления. Полученную плазмиду используют для трансформации клеток E.coli. Трансформированные клетки E.coli выращивают в соответствующей среде, затем собирают и лизируют. Плазмиду регенерируют. Аналитические методы, применяемые для характеризации полученной плазмиды ДНК, обычно включают рестрикционный анализ, гель-электрофорез и другие методы биохимии и молекулярной биологии. После каждой операции плазмида ДНК может быть расщеплена и объединена с другими последовательностями ДНК. Каждая последовательность плазмидной ДНК может быть клонирована в такой же или в других плазмидах. Для введения ДНК в клетку-хозяина растения пригодны многочисленные методики. Эти методики включают трансформацию клеток растений с помощью Т-ДНК с использованием Agrobacterium tumefaciens или Agrobacterium rhizogenes в качестве агентов трансформации, слияние протопластов, инъекцию, электропорацию ДНК, введение ДНК с использованием биобаллистического метода и другие возможности. A large number of cloning vectors that contain a replication signal for E. coli and a marker gene for selection of transformed bacterial cells are acceptable for introducing a foreign gene into higher plants. Examples of such vectors are pBR322, pUC series, M13mp series, pACYC184, etc. The desired sequence can be introduced into the vector at the corresponding restriction cleavage site. The resulting plasmid is used to transform E. coli cells. Transformed E. coli cells are grown in an appropriate medium, then harvested and lysed. The plasmid is regenerated. Analytical methods used to characterize the obtained plasmid DNA, usually include restriction analysis, gel electrophoresis and other methods of biochemistry and molecular biology. After each operation, the DNA plasmid can be cleaved and combined with other DNA sequences. Each plasmid DNA sequence can be cloned in the same or in other plasmids. Numerous techniques are suitable for introducing DNA into a plant host cell. These techniques include transforming plant cells using T-DNA using Agrobacterium tumefaciens or Agrobacterium rhizogenes as transformation agents, protoplast fusion, injection, DNA electroporation, DNA injection using the bio-ballistic method and other features.

При инъекции и электропорации ДНК в клетки растений не предъявляется специальных требований к используемым плазмидам. Могут быть использованы простые плазмиды, такие, как, например, производные pUC. Однако, если из трансформированных таким образом клеток необходимо регенерировать целые растения, то необходимо наличие селектируемого гена-маркера. В соответствии с методом введения требуемых генов в клетку растения могут оказаться необходимыми другие последовательности ДНК. Если, например, для трансформации клетки растения применяют Ti- или Ri-плазмиду, то по крайней мере правая пограничная область Т-ДНК Ti- или Ri-плазмиды, хотя часто и правая и левая пограничные области, должна быть присоединена в качестве фланкирующей (прилегающей) области к интродуцируемым генам. When injecting and electroporating DNA into plant cells, there are no special requirements for the plasmids used. Simple plasmids, such as, for example, pUC derivatives, can be used. However, if whole plants need to be regenerated from cells transformed in this way, a selectable marker gene is necessary. In accordance with the method of introducing the required genes into the plant cell, other DNA sequences may be necessary. If, for example, a Ti- or Ri plasmid is used to transform plant cells, then at least the right border region of the T-DNA of the Ti or Ri plasmid, although often the right and left border regions, should be attached as flanking (adjacent ) areas to introduced genes.

Если для трансформации применяют агробактерии, то интродуцируемую ДНК нужно клонировать в специальных плазмидах, либо в промежуточном векторе, либо в бинарном векторе. Промежуточные векторы могут быть интегрированы в Ti- или Ri-плазмиду агробактерии путем гомологичной рекомбинации, поскольку их последовательности гомологичны последовательностям Т-ДНК. Они также содержат vir-область, необходимую для переноса Т-ДНК. Промежуточные векторы не могут реплицироваться в агробактериях. С помощью плазмиды-хелпера промежуточный вектор может быть перенесен в Agrobacterium tumefaciens (конъюгация). Бинарные векторы могут реплицироваться как в E.coli, так и в агробактериях. Они содержат ген-маркер селекции и линкер (лигирующий агент) или полилинкер, которые ограничены справа и слева пограничными областями Т-ДНК. Они могут быть трансформированы непосредственно в агробактериях (Holsters и др. (1978) Mol.Gen.Genet. 163: 181-187). Агробактерия, которая служит в качестве клетки-хозяина, может содержать плазмиду, несущую vir-область. Vir-область необходима для переноса Т-ДНК в клетку растения. Может присутствовать дополнительная Т-ДНК. Трансформированную таким образом агробактерию применяют для трансформации растительных клеток. If agrobacteria are used for transformation, the introduced DNA must be cloned in special plasmids, either in an intermediate vector or in a binary vector. Intermediate vectors can be integrated into the Ti- or Ri plasmid of an agrobacterium by homologous recombination, since their sequences are homologous to T-DNA sequences. They also contain the vir region necessary for T-DNA transfer. Intermediate vectors cannot be replicated in agrobacteria. Using the helper plasmid, the intermediate vector can be transferred to Agrobacterium tumefaciens (conjugation). Binary vectors can replicate in both E. coli and agrobacteria. They contain a selection marker gene and a linker (ligation agent) or polylinker, which are limited to the right and left border regions of T-DNA. They can be transformed directly in agrobacteria (Holsters et al. (1978) Mol.Gen.Genet. 163: 181-187). An agrobacterium that serves as a host cell may contain a plasmid carrying the vir region. The vir region is necessary for the transfer of T-DNA into the plant cell. Additional T-DNA may be present. Agrobacterium transformed in this way is used to transform plant cells.

Применение Т-ДНК для трансформации клеток растений интенсивно исследовалось и должным образом описано в ЕР 120516; Hoekema, в The Binary Plant Vector System Offsetdrukkerij Kanters B.V., Alblasserdam (1985), часть V; Fraley и др. , Crit. Rev. Plant Sci., 4: 1-46 и An и др. (1985) EMBO J. 4: 277-287. The use of T-DNA for the transformation of plant cells has been extensively studied and duly described in EP 120516; Hoekema, in The Binary Plant Vector System Offsetdrukkerij Kanters B.V., Alblasserdam (1985), part V; Fraley et al., Crit. Rev. Plant Sci., 4: 1-46 and An et al. (1985) EMBO J. 4: 277-287.

Для переноса ДНК в клетку растения может оказаться целесообразным совместно культивировать растительные эксплантаты и Agrobacterium tumefaciens или Agrobacterium rhizogenes. Целые растения затем могут быть регенерированы из инфицированного растительного материала (например, кусочков листьев, сегментов стеблей, корней или также протопластов или суспензионно-культивируемых клеток растений) в пригодной для этой цели среде, которая может содержать антибиотики или биоциды для селекции трансформированных клеток. Полученные таким образом растения далее могут быть исследованы на наличие интродуцированной ДНК. To transfer DNA into a plant cell, it may be appropriate to jointly cultivate plant explants and Agrobacterium tumefaciens or Agrobacterium rhizogenes. Entire plants can then be regenerated from infected plant material (e.g., leaf pieces, stem segments, roots or also protoplasts or suspension-cultured plant cells) in a suitable medium for this purpose, which may contain antibiotics or biocides for breeding transformed cells. The plants thus obtained can then be examined for the presence of introduced DNA.

Если интродуцированная ДНК интегрирована в геном клетки растения, то как правило эта интеграция стабильна и сохраняется даже в следующих поколениях клетки, которую первоначально трансформировали. Она обычно содержит маркер селекции, который делает трансформированную клетку растения устойчивой к биоциду или антибиотику, такому как канамицин, G 418, блеомицин, гигромицин или фосфинотрицин и т. д. Таким образом, индивидуально подобранный маркер должен позволять отличать трансформированные клетки от клеток, которые лишены интродуцированной ДНК. If the introduced DNA is integrated into the genome of a plant cell, then as a rule this integration is stable and remains even in the next generations of the cell, which was originally transformed. It usually contains a selection marker that makes the transformed plant cell resistant to a biocide or antibiotic, such as kanamycin, G 418, bleomycin, hygromycin or phosphinotricin, etc. Thus, an individually selected marker should distinguish transformed cells from cells that lack introduced DNA.

Трансформированные клетки развиваются внутри растения обычным образом (см. также McCormick и др., (1986) Plant Cell Reports 5:81-84). Образовавшиеся растения могут быть выращены нормальным образом и скрещены с растениями, которые имеют такой же трансформированный генетический код или другие генетические коды. Образовавшиеся в результате этого гибридные особи обладают соответствующими фенотипическими свойствами. Transformed cells develop within the plant in the usual way (see also McCormick et al., (1986) Plant Cell Reports 5: 81-84). The resulting plants can be grown in a normal way and crossed with plants that have the same transformed genetic code or other genetic codes. The resulting hybrid individuals have the corresponding phenotypic properties.

Должно быть выращено два или более поколений, чтобы гарантировать, что фенотипическая особенность стабильно сохраняется и наследуется. Также должен быть собран урожай семян, чтобы удостовериться, что сохраняется соответствующий фенотип или другие характеристики. Two or more generations must be grown to ensure that the phenotypic trait is stably preserved and inherited. A seed crop must also be harvested to ensure that the appropriate phenotype or other characteristics are maintained.

Помимо уже указанного применения последовательности ДНК по настоящему изобретению также могут быть интродуцированы в плазмиды, что позволяет осуществить мутагенез или модификацию последовательности путем вставки, делеции или рекомбинации последовательностей ДНК в системах прокариот или эукариот. Последовательности также могут снабжены контролирующими элементами для экспрессии в клетках про- и эукариот и могут быть введены в соответствующие клетки. In addition to the applications already indicated, the DNA sequences of the present invention can also be introduced into plasmids, which allows mutagenesis or sequence modification by insertion, deletion or recombination of DNA sequences in prokaryotic or eukaryotic systems. The sequences can also be provided with control elements for expression in pro- and eukaryotic cells and can be introduced into the corresponding cells.

Последовательности ДНК по изобретению также могут применяться для выделения из генома растений различных видов гомологичных последовательностей, также кодирующих цитрат-синтазу. В этом контексте гомология означает последовательность, идентичную по крайней мере на 60%, предпочтительно более чем на 80% и особенно предпочтительно более чем на 95%. Идентификацию и выделение таких последовательностей проводят в соответствии со стандартными способами (см. , например, Sambrook и др., 1989, Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 2-е изд., Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY). В свою очередь на основе этих последовательностей можно получить конструкции для трансформации растений или микроорганизмов. The DNA sequences of the invention can also be used to isolate various types of homologous sequences also encoding citrate synthase from the plant genome. In this context, homology means a sequence that is at least 60% identical, preferably more than 80%, and particularly preferably more than 95%. The identification and isolation of such sequences is carried out in accordance with standard methods (see, for example, Sambrook et al., 1989, Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 2nd ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY). In turn, based on these sequences, constructs for transforming plants or microorganisms can be obtained.

Депонирование
Полученные и применяемые в объеме настоящего изобретения плазмиды были депонированы в Немецкой коллекции микроорганизмов (German Collection of Microorganisms) (DSM) в Брунсвике, Федеративная республика Германия, признанной в качестве международного депозитария в соответствии с требованиями Будапештского Договора о Международном признании депозита микроорганизмов для целей процедуры патентования. Следующие плазмиды были депонированы в Немецкой коллекции микроорганизмов (DSM) 28.12.1993 г. под депозитными номерами:
Плазмида pPCS - (DSM 8879)
Плазмида pKS-CSa - (DSM 8880)
Следующие плазмиды были депонированы в Немецкой коллекции микроорганизмов (DSM) 10.08.1994 г. под депозитными номерами:
Плазмида pTCS - (DSM 9357)
Плазмида pSBCS - (DSM 9358)
Плазмида TCSAS - (DSM 9359)
Используемые сокращения
БСА - бычий сывороточный альбумин
ЭДТК - (этилендинитрил) тетрауксусная кислота
50х раствор Денхарта - 5 г фиколя (тип 400, фирмы Pharmacia), 5 г поливинилпирролидона, 5 г бычьего сывороточного альбумина (фракция V, фирма Sigma), вода до 500 мл
ФАДН2 - флавинадениндинуклеотид, восстановленный
МОПС - 3-(N-морфолино)пропансульфоновая кислота
НАДН - b-никотинамидадениндинуклеотид, восстановленный
ПЦР - полимеразная реакция синтеза цепи (полимеразно-цепьевая реакция)
ФМСФ - фенилметилсульфонилфторид
Вирус SCMo - "вирус мозаики клевера подземного"
ДСН - додецилсульфат натрия
20хSSC 175,3 г NaCl, 88,2 г цитрата натрия, до 1000 мл воды, pH 7,0 с 10Н NaOH
TobR - "вирус кольцевой пятнистости табака"
Тризин - N-трис (гидроксиметил) метилглицин
Описание чертежей
На фиг. 1 представлена схема плазмиды pPCS (DSM 8879). Замкнутая линия соответствует последовательности pBluescript KS. Жирная линия соответствует кДНК, кодирующей цитрат-синтазу из Solanum tuberosum. Показаны сайты рестрикционного расщепления сегмента-вставки.
Escrow
The plasmids obtained and used within the scope of the present invention were deposited at the German Collection of Microorganisms (DSM) in Brunswick, Federal Republic of Germany, recognized as an international depository in accordance with the requirements of the Budapest Treaty on the International Recognition of the Deposit of Microorganisms for the purposes of the patenting procedure . The following plasmids were deposited at the German Microorganism Collection (DSM) on December 28, 1993 under deposit numbers:
Plasmid pPCS - (DSM 8879)
Plasmid pKS-CSa - (DSM 8880)
The following plasmids were deposited at the German Microorganism Collection (DSM) on 08/10/1994 under deposit numbers:
Plasmid pTCS - (DSM 9357)
Plasmid pSBCS - (DSM 9358)
Plasmid TCSAS - (DSM 9359)
Abbreviations Used
BSA - Bovine Serum Albumin
EDTA - (ethylene dinitrile) tetraacetic acid
50x Denhart solution - 5 g of ficol (type 400, Pharmacia), 5 g of polyvinylpyrrolidone, 5 g of bovine serum albumin (fraction V, Sigma), water up to 500 ml
FADN 2 - reduced flavin adenine dinucleotide
MOPS - 3- (N-morpholino) propanesulfonic acid
NADH - b-nicotinamide adenine dinucleotide, reduced
PCR - polymerase chain synthesis reaction (polymerase chain reaction)
PMSF - phenylmethylsulfonyl fluoride
SCMo virus - "underground clover mosaic virus"
SDS - sodium dodecyl sulfate
20xSSC 175.3 g NaCl, 88.2 g sodium citrate, up to 1000 ml water, pH 7.0 with 10N NaOH
TobR - "tobacco ring spot virus"
Trizin - N-Tris (hydroxymethyl) methylglycine
Description of drawings
In FIG. 1 is a schematic of the pPCS plasmid (DSM 8879). The closed line corresponds to the pBluescript KS sequence. The bold line corresponds to cDNA encoding a citrate synthase from Solanum tuberosum. The restriction cleavage sites of the insert segment are shown.

На фиг. 2 представлена схема плазмиды pKS-CSa (DSM 8880). In FIG. 2 shows a schematic of the plasmid pKS-CSa (DSM 8880).

Строение плазмиды:
A соответствует фрагменту А: промотор CaMV 35S, нуклеотиды 6909-7437 (Frank и др., (1980) Cell 21:285-294);
B соответствует фрагменту B: кДНК из Solanum tuberosum, кодирующая цитрат-синтазу; BamHI/SalI-фрагмент из pPCS, приблизительно 1900 пар оснований. Ориентация по отношению к промотору: антисмысловая;
C соответствует фрагменту C: нуклеотиды 11748-11939 из Т-ДНК Ti-плазмиды pTiACH5 (Gielen и др., (1984) EMBO J. 3:835-846).
The structure of the plasmid:
A corresponds to fragment A: CaMV 35S promoter, nucleotides 6909-7437 (Frank et al., (1980) Cell 21: 285-294);
B corresponds to fragment B: cDNA from Solanum tuberosum encoding citrate synthase; BamHI / SalI fragment from pPCS, approximately 1900 base pairs. Orientation with respect to the promoter: antisense;
C corresponds to fragment C: nucleotides 11748-11939 from the T-DNA of the Ti plasmid pTiACH5 (Gielen et al., (1984) EMBO J. 3: 835-846).

На фиг. 3 представлена схема плазмиды pSBCS(DSM 9358). Замкнутая линия соответствует последовательности pBluescript SK. Жирная линия соответствует кДНК, кодирующей цитрат-синтазу из Beta vulgaris L. Показаны сайты рестрикционного расщепления сегмента-вставки. In FIG. 3 shows the scheme of the plasmid pSBCS (DSM 9358). The closed line corresponds to the sequence pBluescript SK. The bold line corresponds to cDNA encoding citrate synthase from Beta vulgaris L. The restriction cleavage sites of the insert segment are shown.

На фиг. 4 представлена схема плазмиды pTCS (DSM 9357). Замкнутая линия соответствует последовательности pBluescript SK. Жирная линия соответствует кДНК, кодирующей цитрат-синтазу из Nicotiana tabacum. Показаны сайты рестрикционного расщепления сегмента-вставки. In FIG. 4 shows the scheme of the plasmid pTCS (DSM 9357). The closed line corresponds to the sequence pBluescript SK. The bold line corresponds to the cDNA encoding citrate synthase from Nicotiana tabacum. The restriction cleavage sites of the insert segment are shown.

На фиг. 5 представлена схема плазмиды TCSAS (DSM 9359). In FIG. 5 is a schematic representation of the plasmid TCSAS (DSM 9359).

Строение плазмиды:
A соответствует фрагменту A: промотор CaMV 35S, нуклеотиды 6909- 7437 (Frank и др., (1980) Cell 21:285- 294);
B соответствует фрагменту B: кДНК из Nicotiana tabacum, кодирующая цитрат-синтазу; BamHI/SalI-фрагмент из pTCS, приблизительно 1800 пар оснований. Ориентация по отношению к промотору: антисмысловая;
C соответствует фрагменту C: нуклеотиды 11748-11939 из Т-ДНК Ti-плазмиды pTiACH5 (Gielen и др., (1984) EMBO J. 3: 835-846).
The structure of the plasmid:
A corresponds to fragment A: CaMV 35S promoter, nucleotides 6909-7437 (Frank et al., (1980) Cell 21: 285-294);
B corresponds to fragment B: cDNA from Nicotiana tabacum encoding citrate synthase; BamHI / SalI fragment from pTCS, approximately 1800 base pairs. Orientation with respect to the promoter: antisense;
C corresponds to fragment C: nucleotides 11748-11939 from the T-DNA of the Ti plasmid pTiACH5 (Gielen et al., (1984) EMBO J. 3: 835-846).

На фиг. 6 представлены результаты эксперимента, полученные методом назерн-блоттинга. В каждом случае для анализа использовали 2 мкг поли (A+)-мРНК из различных трансгенных растений картофеля (полосы 4-8)и трех нетрансформированных растений картофеля (полосы 1-3).In FIG. Figure 6 shows the experimental results obtained by Northern blotting. In each case, 2 μg of poly (A + ) mRNA from various transgenic potato plants (bands 4-8) and three non-transformed potato plants (bands 1-3) were used for analysis.

Полосы 1, 2 и 3 соответствуют дикому типу Solanum tuberosum сорта Desiree. Lanes 1, 2 and 3 correspond to the wild type Solanum tuberosum of the Desiree variety.

Полоса 4 соответствует картофелю трансгенной линии Т6. Lane 4 corresponds to potatoes of the T6 transgenic line.

Полоса 5 соответствует картофелю трансгенной линии Т21. Lane 5 corresponds to potatoes of the transgenic line T21.

Полоса 6 соответствует картофелю трансгенной линии Т29. Lane 6 corresponds to the potato transgenic line T29.

Полоса 7 соответствует картофелю трансгенной линии Т50. Lane 7 corresponds to potatoes of the T50 transgenic line.

Полоса 8 соответствует картофелю трансгенной линии Т55. Lane 8 corresponds to potatoes of the T55 transgenic line.

Для гибридизации применяли радиоактивно меченную кДНК цитрат-синтазы картофеля. For hybridization, radioactively labeled potato citrate synthase cDNA was used.

На фиг. 7 показаны трансгенные растения картофеля линии Т6 (NN 3 и 4) и Т29 (NN 5 и 6), которые трансформировали плазмидой pKS-CSa, в сравнении с растениями дикого типа (NN 1 и 2). Растения выращивали в теплице при относительной влажности 60%, при 22oC в течение 16-часового светового периода и при 15oC в течение 8-часового темного периода.In FIG. 7 shows transgenic potato plants of the T6 line (NN 3 and 4) and T29 (NN 5 and 6), which were transformed with pKS-CSa plasmid, in comparison with wild-type plants (NN 1 and 2). Plants were grown in a greenhouse at a relative humidity of 60%, at 22 ° C. for a 16-hour light period, and at 15 ° C. for an 8-hour dark period.

На фиг. 8 показано в виде диаграммы количество цветков, образовавшихся на растениях картофеля, которые трансформировали плазмидой pKS-CSa, в сравнении с растениями дикого типа. Показано количество растений с полностью развитыми открытыми цветками во время периода цветения. Пять трансгенных линий (Т6, Т21, Т29, Т50 и Т55) сравнивали с растениями дикого типа. Трансгенная линия Т21 представляет собой трансгенную линию, в которой отсутствует ингибирование цитрат-синтазы (100% активность цитрат-синтазы). В течение периода исследования ни на одном растении линии Т29 не развились цветки, а растения линии Т6 и Т50 начали цвести приблизительно лишь на 3 недели позднее растений дикого типа. День 1 обозначает первый день, в который на растениях были обнаружены хорошо выраженные почки. In FIG. Figure 8 shows in a diagram the number of flowers formed on potato plants that were transformed with the plasmid pKS-CSa, in comparison with wild-type plants. The number of plants with fully developed open flowers during the flowering period is shown. Five transgenic lines (T6, T21, T29, T50 and T55) were compared with wild-type plants. The T21 transgenic line is a transgenic line in which there is no inhibition of citrate synthase (100% citrate synthase activity). During the study period, no flowers on any plant of the T29 line developed, and plants of the T6 and T50 line began to bloom only about 3 weeks later than wild-type plants. Day 1 indicates the first day on which well-defined buds were found on the plants.

"wt" обозначает дикий тип. "wt" refers to the wild type.

t6, t21, t29, t50, t55 обозначают трансгенные линии Т6, Т21, Т29, Т50 и Т55. t6, t21, t29, t50, t55 denote transgenic lines T6, T21, T29, T50 and T55.

На фиг. 9 представлены продольные срезы цветочных почек растений дикого типа и для сравнения трансгенных растений линии Т29. In FIG. 9 shows longitudinal sections of flower buds of wild-type plants and for comparison of transgenic plants of the T29 line.

A: Цветочная почка растения дикого типа
B: Увеличенное изображение строения завязи почки из A
C: Цветочная почка растения трансгенной линии Т29
D: Увеличенное изображение строения завязи почки из C
an: пыльники
ov: завязь
ре: лепестки
se: чашелистики
Хорошо видно повреждение ткани завязей трансгенных растений.
A: Flower bud of a wild-type plant
B: Larger view of the structure of the ovary of the kidney from A
C: Flower bud of a transgenic T29 line plant
D: Larger view of the structure of the ovary of the kidney from C
an: anthers
ov: ovary
re: petals
se: sepals
The damage to the tissue of the ovaries of transgenic plants is clearly visible.

На фиг. 10 показан процесс прорастания клубней растений картофеля линии Т6 (слева), которые трансформировали плазмидой pKS-CSa, в сравнении с клубнями растений дикого типа (справа). Клубни хранили в течение 9 месяцев в темноте при комнатной температуре. In FIG. 10 shows the germination process of tubers of T6 line potato plants (left), which were transformed with pKS-CSa plasmid, in comparison with wild-type tubers (right). The tubers were stored for 9 months in the dark at room temperature.

На фиг. 11 показан цветок растения табака, которое трансформировали плазмидой TCSAS (слева), в сравнении с цветком нетрансформированного растения табака (справа). Пестик цветка трансформированного растения намного короче пестика цветка растения дикого типа. In FIG. Figure 11 shows a flower of a tobacco plant that was transformed with the plasmid TCSAS (left), compared with a flower of an untransformed tobacco plant (right). The flower pistil of the transformed plant is much shorter than the flower pistil of the wild-type plant.

На фиг. 12 представлена схема плазмиды pHS-mCS. In FIG. 12 is a schematic diagram of the plasmid pHS-mCS.

Строение плазмиды:
A соответствует фрагменту A: промотор CaMV 35S, нуклеотиды 6909-7437 (Frank и др., (1980) Cell 21:285-294);
B соответствует фрагменту B: фрагмент ДНК длиной 99 пар оснований, кодирующий митохондриальную последовательность-мишень матричной процессинг-пептидазы (МПП) (Braun и др., 1992, EMBO J. 11: 3219- 3227);
C соответствует фрагменту C: последовательность ДНК из Saccharomyces cerevisiae, кодирующая цитрат-синтазу (нуклеотиды 376-1818; Suissa и др., 1984, EMBO J. 3: 1773-1781); ориентация по отношению к промотору: смысловая;
D соответствует фрагменту D: нуклеотиды 11748-11939 из Т-ДНК Ti-плазмиды pTiACH5 (Gielen и др., (1984) EMBO J. 3:835-846).
The structure of the plasmid:
A corresponds to fragment A: CaMV 35S promoter, nucleotides 6909-7437 (Frank et al., (1980) Cell 21: 285-294);
B corresponds to fragment B: a 99 bp DNA fragment encoding a target mitochondrial matrix sequence of a processing peptidase (MPP) (Braun et al., 1992, EMBO J. 11: 3219-3227);
C corresponds to fragment C: a DNA sequence from Saccharomyces cerevisiae encoding citrate synthase (nucleotides 376-1818; Suissa et al., 1984, EMBO J. 3: 1773-1781); orientation with respect to the promoter: semantic;
D corresponds to fragment D: nucleotides 11748-11939 from the T-DNA of the Ti plasmid pTiACH5 (Gielen et al., (1984) EMBO J. 3: 835-846).

На фиг. 13 показаны два трансгенных растения картофеля из двух независимых линий, которые трансформировали плазмидой pHS-mCS (в середине и справа), в сравнении с растением дикого типа (слева). Растения выращены в теплице, и их возраст составляет приблизительно 6 недель. В то время как у растения дикого типа еще не сформированы соцветия, каждое из двух трансгенных растений картофеля уже имеет полностью развитые соцветия. In FIG. 13 shows two transgenic potato plants from two independent lines that were transformed with the plasmid pHS-mCS (in the middle and on the right), in comparison with the wild-type plant (on the left). Plants are grown in a greenhouse and their age is approximately 6 weeks. While wild-type plants have not yet formed inflorescences, each of the two transgenic potato plants already has fully developed inflorescences.

На фиг. 14 представлена схема плазмиды pEC-mCS. In FIG. 14 is a schematic diagram of the pEC-mCS plasmid.

Строение плазмиды:
A соответствует фрагменту A: промотор CaMV 35S, нуклеотиды 6909-7437 (Frank и др., (1980) Cell 21: 285-294);
B соответствует фрагменту B: фрагмент ДНК длиной 99 пар оснований, кодирующий митохондриальную последовательность-мишень матричной процессинг-пептидазы (МПП) (Braun и др., 1992, EMBO J. 11: 3219-3227);
C соответствует фрагменту C: последовательность ДНК из E.coli, кодирующая цитрат-синтазу (нуклеотиды 306-1589; Sarbjit и др., 1983, Biochemistry 22: 5244-5249); ориентация по отношению к промотору: смысловая;
D соответствует фрагменту D: нуклеотиды 11748-11939 из Т-ДНК Ti-плазмиды pTiACH5 (Gielen и др., (1984) EMBO J. 3: 835-846).
The structure of the plasmid:
A corresponds to fragment A: CaMV 35S promoter, nucleotides 6909-7437 (Frank et al., (1980) Cell 21: 285-294);
B corresponds to fragment B: a DNA fragment with a length of 99 base pairs encoding a mitochondrial target sequence of a matrix processing peptidase (MPP) (Braun et al., 1992, EMBO J. 11: 3219-3227);
C corresponds to fragment C: a DNA sequence from E. coli encoding citrate synthase (nucleotides 306-1589; Sarbjit et al., 1983, Biochemistry 22: 5244-5249); orientation with respect to the promoter: semantic;
D corresponds to fragment D: nucleotides 11748-11939 from the T-DNA of the Ti plasmid pTiACH5 (Gielen et al., (1984) EMBO J. 3: 835-846).

Для пояснения примеров ниже представлены наиболее важные использованные методики. To illustrate the examples, the most important techniques used are presented below.

1. Процедура клонирования
Для клонирования в E.coli применяли вектор pBluescript KS и вектор pBluescript SK (фирмы Stratagene, США).
1. The cloning procedure
For cloning in E. coli, the pBluescript KS vector and the pBluescript SK vector (Stratagene, USA) were used.

Для трансформации растений генные конструкции клонировали в бинарном векторе pBinAR. To transform plants, gene constructs were cloned into the pBinAR binary vector.

2. Штаммы бактерий
Для векторов pBluescript и для векторов pBinAR использовали штамм E.coli DH5 α (Bethesda Research Laboratories, Gaithersburg, США). Для эксцизии in vivo использовали штамм E.coli XL1-Blue.
2. Bacterial strains
For pBluescript vectors and pBinAR vectors, E. coli strain DH5α (Bethesda Research Laboratories, Gaithersburg, USA) was used. For in vivo excision, E. coli strain XL1-Blue was used.

Трансформацию плазмид в растениях картофеля и растениях табака осуществляли с использованием штамма Agrobacterium tumefaciens C58C1 (Rocha-Sosa и др., (1989) EMBO J. 8: 23-29). Plasmid transformation in potato and tobacco plants was carried out using the Agrobacterium tumefaciens strain C58C1 (Rocha-Sosa et al., (1989) EMBO J. 8: 23-29).

3. Трансформация Agrobacterium tumefaciens
ДНК переносили путем непосредственной трансформации в соответствии с методами Hofgen & Willmitzer (1988, Nucleic Acids Res. 16: 9877).
3. Transformation of Agrobacterium tumefaciens
DNA was transferred by direct transformation in accordance with the methods of Hofgen & Willmitzer (1988, Nucleic Acids Res. 16: 9877).

ДНК плазмиды трансформированных агробактерий выделяли в соответствии с методом Birnboim & Doly (1979, Nucleic Acids Res. 7: 1513-1523) и анализировали после соответствующего рестрикционного расщепления с помощью гель-электрофореза. The plasmid DNA of the transformed agrobacteria was isolated according to the Birnboim & Doly method (1979, Nucleic Acids Res. 7: 1513-1523) and analyzed after appropriate restriction digestion using gel electrophoresis.

4. Трансформация картофеля
Десять порезанных скальпелем маленьких листьев стерильной культуры картофеля (Solanum tuberosum L., сорта Desiree) помещали в 10 мл среды MS (Murashige & Skood (1962) Physiol. Plant. 15: 473) с 2%-ной сахарозой, содержащей 50 мкл выращенной в течение ночи при селекции культуры Agrobacterium tumefaciens. После осторожного встряхивания в течение 3-5 минут полученную систему подвергали дальнейшей инкубации в темноте в течение 2 дней. После этого для индукции каллюса листья переносили в среду MS, содержащую 1,6% глюкозы, 5 мг/л нафтилуксусной кислоты, 0,2 мг/л бензиламинопурина, 250 мг/л клафорана, 50 мг/л канамицина и 0,80% бактоагара. После инкубации в течение 1 недели при 25oC и освещенности 3000 люкс для индукции побегообразования листья переносили в среду MS, содержащую 1,6% глюкозы, 1,4 мг/л зеатинрибозы, 20 мг/л нафтилуксусной кислоты, 20 мг/л гиббериллиновой кислоты, 250 мг/л клафорана, 50 мг/л канамицина и 0,80% бактоагара.
4. Potato Transformation
Ten scalpel-cut small leaves of a sterile potato culture (Solanum tuberosum L., Desiree variety) were placed in 10 ml of MS medium (Murashige & Skood (1962) Physiol. Plant. 15: 473) with 2% sucrose containing 50 μl grown in overnight with selection of Agrobacterium tumefaciens culture. After careful shaking for 3-5 minutes, the resulting system was further incubated in the dark for 2 days. Thereafter, for callus induction, the leaves were transferred to MS medium containing 1.6% glucose, 5 mg / L naphthylacetic acid, 0.2 mg / L benzylaminopurine, 250 mg / L claforan, 50 mg / L kanamycin and 0.80% Bactoagar . After incubation for 1 week at 25 o C and illumination of 3000 lux for the induction of shoot formation, the leaves were transferred to MS medium containing 1.6% glucose, 1.4 mg / l zeatinribose, 20 mg / l naphthyloacetic acid, 20 mg / l gibberillic acids, 250 mg / l of claforan, 50 mg / l of kanamycin and 0.80% bactoagar.

5. Трансформация табака
Выращенную в течение ночи культуру соответствующего клона Agrobacterium tumefaciens отделяли путем центрифугирования (6500 об/мин; 3 мин) и бактерии ресуспендировали в среде YEB. Листья табака стерильной культуры табака (Nicotiana tabacum, сорт Samsun NN) нарезали небольшими кусочками площадью приблизительно 1 см2 и погружали в бактериальную суспензию. Кусочки листьев затем вносили в среду MS (0,7% агара) и инкубировали в течение 2 дней в темноте. Затем кусочки листьев для индукции побегообразования переносили в среду MS (0,7% агара), содержащую 1,6% глюкозы, 1 мг/л бензиламинопурина, 0,2 мг/л нафтилуксусной кислоты, 500 мг/л клафорана и 50 мг/л канамицина. Среду меняли каждые 7-10 дней. Если побеги развивались, кусочки листьев переносили в стеклянные сосуды, содержащие эту же среду. Сформировавшиеся побеги отрезали и помещали в среду MS с добавлением 2%-ной сахарозы и 250 мг/л клафорана и регенерировали из них целые растения.
5. Tobacco transformation
An overnight culture of the corresponding Agrobacterium tumefaciens clone was separated by centrifugation (6500 rpm; 3 min) and the bacteria were resuspended in YEB medium. Leaves of tobacco sterile tobacco culture (Nicotiana tabacum, cultivar Samsun NN) were cut into small pieces of approximately 1 cm 2 and immersed in a bacterial suspension. Pieces of leaves were then added to MS medium (0.7% agar) and incubated for 2 days in the dark. Then, leaf pieces for the induction of shoot formation were transferred to MS medium (0.7% agar) containing 1.6% glucose, 1 mg / L benzylaminopurine, 0.2 mg / L naphthylacetic acid, 500 mg / L claforan and 50 mg / L kanamycin. The environment was changed every 7-10 days. If shoots developed, pieces of leaves were transferred to glass vessels containing the same medium. The formed shoots were cut off and placed on MS medium with the addition of 2% sucrose and 250 mg / L claforan and whole plants were regenerated from them.

6. Определение активности цитрат-синтазы в тканях трансгенных растений картофеля и табака и нетрансформированных растениях картофеля и табака
Для определения цитрат-синтазной активности получали сырые экстракты из клубней, листьев и цветков и выделяли митохондрии из клубней картофеля. Для получения сырых экстрактов исследуемый материал замораживали в жидком азоте, гомогенизировали в буфере для экстракции (Neuhaus и Stitt 1 (1990) Planta 182: 445-454), центрифугировали и для последующей оценки активности использовали жидкий супернатант. Для выделения митохондрий из клубней картофеля 100-200 г свежесобранных клубней очищали и гомогенизировали в 100 мл "размельчающего буфера" (0,4 М маннит, 1 мМ ЭДТК, 25 мМ МОПС, 0,1% БСА, 10 мМ b-меркаптоэтанол, 0,05 мМ ФМСФ, pH 7,8). Гомогенат фильтровали через 4 слоя марли из хлопка и центрифугировали в течение 4 мин при 3500g. Супернатант фильтровали через 2 слоя: "Miracloth" (фирма Calbiochem) и вновь центрифугировали в течение 30 мин при 18000g. Дебрисы ресуспендировали с использованием мягкой кисти в 2 мл ресуспендирующего буфера (0,4 М маннит, 20 мМ тризин, 2 мМ ЭДТК, pH 7,2). После двухкратной гомогенизации в гомогенизаторе типа "поттер" экстракт наносили на перколл с переменным градиентом и центрифугировали в 1 течение 1 часа при 72000g. Митохондрии удаляли из интерфазы 28%/45%, промывали и центрифугировали дважды по 15 мин при 14500g в "буфере для промывки" (0,4 М маннит, 5 мМ МОПС, 0,1% БСА, 0,2 мМ ФМСФ, pH 7,5). Далее митохондрии ресуспендировали в 100 мкл ресуспендирующего буфера. Для определения активности цитрат-синтазы 5 мкл суспензии митохондрий экстрагировали в 100 мкл буфера для экстракции (Neuhaus и Stitt (1990) Planta 182:445-454).
6. Determination of citrate synthase activity in tissues of transgenic potato and tobacco plants and untransformed potato and tobacco plants
To determine citrate synthase activity, crude extracts were obtained from tubers, leaves, and flowers, and mitochondria were isolated from potato tubers. To obtain crude extracts, the test material was frozen in liquid nitrogen, homogenized in extraction buffer (Neuhaus and Stitt 1 (1990) Planta 182: 445-454), centrifuged, and a liquid supernatant was used for subsequent activity assessment. To isolate mitochondria from potato tubers, 100-200 g of freshly picked tubers were purified and homogenized in 100 ml of “grinding buffer” (0.4 M mannitol, 1 mM EDTA, 25 mM MOPS, 0.1% BSA, 10 mM b-mercaptoethanol, 0 , 05 mM PMSF, pH 7.8). The homogenate was filtered through 4 layers of cotton gauze and centrifuged for 4 min at 3500g. The supernatant was filtered through 2 layers: Miracloth (Calbiochem) and centrifuged again for 30 minutes at 18000g. Debris was resuspended using a soft brush in 2 ml of resuspending buffer (0.4 M mannitol, 20 mM Trisin, 2 mM EDTA, pH 7.2). After two homogenization in a potter homogenizer, the extract was applied to percoll with a variable gradient and centrifuged for 1 hour at 72000g. Mitochondria were removed from the interphase 28% / 45%, washed and centrifuged twice for 15 min at 14500g in “washing buffer” (0.4 M mannitol, 5 mM MOPS, 0.1% BSA, 0.2 mM PMSF, pH 7 ,5). Next, mitochondria were resuspended in 100 μl of resuspended buffer. To determine citrate synthase activity, 5 μl of a suspension of mitochondria was extracted into 100 μl of extraction buffer (Neuhaus and Stitt (1990) Planta 182: 445-454).

Активность цитрат-синтазы определяли путем спектрофотометрии при 412 нм и 30oC в соответствии с методом Srere (1967, Methods in Enzymology 13:3- 22).The activity of citrate synthase was determined by spectrophotometry at 412 nm and 30 o C in accordance with the Srere method (1967, Methods in Enzymology 13: 3-22).

7. Экстракции РНК и эксперименты с применением назерн-блоттинга
РНК выделяли из замороженного растительного материала, как описано у Logemann и др. (1987, Anal. Biochem. 163: 21-26). РНК денатурировали в 40%-ном формамиде. Затем РНК разделяли с помощью гель-электрофореза на формальдегид/агарозных гелях и после прохода геля блоттировали на найлоновой мембране (Hybond N; Amersham, Великобритания). Гибридизацию с радиоактивно меченным образцом ДНК проводили в соответствии со стандартными методами.
7. RNA Extraction and Experiments Using Northern Blotting
RNA was isolated from frozen plant material as described by Logemann et al. (1987, Anal. Biochem. 163: 21-26). RNA was denatured in 40% formamide. Then, RNA was separated by gel electrophoresis on formaldehyde / agarose gels and, after passage of the gel, they were blotted on a nylon membrane (Hybond N; Amersham, UK). Hybridization with a radioactively labeled DNA sample was carried out in accordance with standard methods.

8. Культивирование растений
Растения картофеля (Solanum tuberosum) выращивали в теплице при относительной влажности 60% и при температуре 22oC в течение 16-часового светового периода и при температуре 15oC в течение 8-часового темного периода. Растения табака (Nicotiana tabacum) выращивали в теплице при относительной влажности 60% и при температуре 25oC в течение 14-часового светового периода и при температуре 20oC в течение 10-часового темного периода.
8. Cultivation of plants
Potato plants (Solanum tuberosum) were grown in a greenhouse at a relative humidity of 60% and at a temperature of 22 ° C. for a 16-hour light period and at a temperature of 15 ° C. for an 8-hour dark period. Tobacco plants (Nicotiana tabacum) were grown in a greenhouse at a relative humidity of 60% and at a temperature of 25 o C for a 14-hour light period and at a temperature of 20 o C for a 10-hour dark period.

Примеры
Пример 1
Клонирование кДНК цитрат-синтазы из картофеля
Для идентификации кДНК из картофеля, кодирующей цитрат-синтазу, сначала амплифицировали фрагмент ДНК с уже известной кДНК цитрат-синтазы из Arabidopsis thaliana (резушка Таля) (Unger и др. (1989) Plant Mol.Biol. 13: 411-418). Для этого целую ДНК экстрагировали из зеленой (хлорофиллсодержащей) растительной ткани растений Arabidopsis thaliana и получали из нее поли(A+)-мРНК. Затем ее использовали для получения кДНК. Применяя олигонуклеотиды
5'-AAGTGGATCCATGGTGTTTTTCCGCAGCGTAT-3' (Seq ID N 4) и
5'-CATAGGATCCTTAAGCAGATGAAGCTTTCTTA-3' (Seq ID N 5),
которые комплементарны 5'- или 3'-концу кодирующей области кДНК цитрат-синтазы из Arabidopsis thaliana (Unger и др. (1989) Plant Mol. Biol. 13: 411-418), фрагмент ДНК длиной 1438 пар оснований, кодирующий цитрат-синтазы из Arabidopsis thaliana, выделяли из этого препарата кДНК с помощью "полимеразно-цепьевой реакции" (ПЦР). В используемые нуклеотиды с обоих концов амплифицированного фрагмента ДНК дополнительно вводили сайты расщепления BamHI. Образовавшийся в результате ПЦР фрагмент ДНК разлагали с помощью BamHI и лигировали с плазмидой pUC9.2, расщепленной с помощью BamHI. Инсерционную кДНК этой плазмиды далее применяли в качестве гетерологичного образца для идентификации кДНК, кодирующей цитрат-синтазу картофеля.
Examples
Example 1
Potato citrate synthase cDNA cloning
To identify cDNA from potato encoding citrate synthase, a DNA fragment was first amplified from the already known citrate synthase cDNA from Arabidopsis thaliana (Tal cutter) (Unger et al. (1989) Plant Mol.Biol. 13: 411-418). For this, whole DNA was extracted from the green (chlorophyll-containing) plant tissue of Arabidopsis thaliana plants and poly (A + ) mRNA was obtained from it. Then it was used to obtain cDNA. Using oligonucleotides
5'-AAGTGGATCCATGGTGTTTTTTCCGCAGCGTAT-3 '(Seq ID N 4) and
5'-CATAGGATCCTTAAGCAGATGAAGCTTTCTTA-3 '(Seq ID N 5),
which are complementary to the 5 ′ or 3 ′ end of the coding region of a citrate synthase cDNA from Arabidopsis thaliana (Unger et al. (1989) Plant Mol. Biol. 13: 411-418), a 1438 bp DNA fragment encoding citrate synthase from Arabidopsis thaliana, cDNA was isolated from this preparation using a "polymerase chain reaction" (PCR). BamHI cleavage sites were additionally introduced into the nucleotides used at both ends of the amplified DNA fragment. The resulting PCR DNA fragment was digested with BamHI and ligated with plasmid pUC9.2 digested with BamHI. The insertion cDNA of this plasmid was further used as a heterologous sample to identify cDNA encoding potato citrate synthase.

Для получения библиотеки кДНК из листьев растений картофеля выделяли поли(A+)-мРНК. Начиная с поли(A+)-мРНК, получали кДНК, снабженную EcoRI/NotI-линкерами, и помещали с ними библиотеку кДНК в вектор Lambda ZAP II (Strategene, США) (Kossmann и др. (1992) Planta 188: 7-12). Применяя гетерологичный образец из Arabidopsis thaliana, исследовали 250000 бляшек из этой библиотеки кДНК на присутствие последовательностей ДНК, гомологичных этому образцу. Для этого бляшки переносили на фильтры из нитроцеллюлозы и денатурировали путем обработки NaOH. Затем фильтры нейтрализовали и ДНК фиксировали на фильтрах, применяя тепловую обработку. Фильтры предварительно гибридизировали в течение 2 ч при 42oC в составе, содержащем 25% формамида, 0,5% БСА, 1% ДСН, 5xSSC, 5х раствор Денхарта, 40 мМ натрий-фосфатного буфера с pH 7,2 и 100 мкг/мл ДНК спермы лосося. Затем фильтры после добавления меченной по P32 кДНК, кодирующей цитрат-синтазу из Arabidopsis thaliana, гибридизировали в течение ночи при 42oC в составе, содержащем 25% формамида, 0,5% БСА, 1% ДСН, 5xSSC, 5х раствор Денхарта, 40 мМ натрий-фосфатного буфера с pH 7,2 и 100 мкг/мл ДНК спермы лосося. Фильтры промывали в течение 30 мин в 5xSSC и 0,5% ДСН при 42oC ив течение 20 мин в 3xSSC и 0,5% ДСН при 42oC.To obtain a cDNA library, poly (A + ) mRNA was isolated from the leaves of potato plants. Starting with poly (A + ) mRNA, cDNA equipped with EcoRI / NotI linkers was prepared and the cDNA library was placed with them in the Lambda ZAP II vector (Strategene, USA) (Kossmann et al. (1992) Planta 188: 7-12 ) Using a heterologous sample from Arabidopsis thaliana, 250,000 plaques from this cDNA library were examined for the presence of DNA sequences homologous to this sample. For this, plaques were transferred onto nitrocellulose filters and denatured by treatment with NaOH. Then the filters were neutralized and DNA was fixed on the filters using heat treatment. The filters were pre-hybridized for 2 hours at 42 ° C in a composition containing 25% formamide, 0.5% BSA, 1% SDS, 5xSSC, 5x Denhart solution, 40 mM sodium phosphate buffer with a pH of 7.2 and 100 μg / ml salmon sperm DNA. Then the filters, after adding P 32- labeled cDNA encoding citrate synthase from Arabidopsis thaliana, were hybridized overnight at 42 ° C in a composition containing 25% formamide, 0.5% BSA, 1% SDS, 5xSSC, 5x Denhart solution, 40 mM sodium phosphate buffer with a pH of 7.2 and 100 μg / ml salmon sperm DNA. The filters were washed for 30 min in 5xSSC and 0.5% SDS at 42 o C. and 20 minutes in 3xSSC and 0.5% SDS at 42 o C.

Клоны фага из библиотеки кДНК, прошедшие гибридизацию с использованием кДНК из Arabidopsis thaliana, в дальнейшем очищали с применением стандартных методик. Используя метод эксцизии in vivo, из позитивных клонов фага получали клоны E. coli, которые содержат двухцепочечную плазмиду pBluescript с соответствующей кДНК-вставкой в сайте расщепления EcoRI полилинкера. После контроля размера и типа рестрикции вставок соответствующий клон подвергали секвенированию. Phage clones from the cDNA library that underwent hybridization using cDNA from Arabidopsis thaliana were further purified using standard techniques. Using in vivo excision method, E. coli clones were obtained from positive phage clones that contain the double-stranded plasmid pBluescript with the corresponding cDNA insert at the EcoRI cleavage site of the polylinker. After controlling the size and type of restriction of the inserts, the corresponding clone was subjected to sequencing.

Пример 2
Секвенирование кДНК-вставки плазмиды pPCS (DSM 8879)
Плазмиду pPCS (фиг. 1) выделяли из клона E.coli, полученного в соответствии с примером 1, и определяли ее кДНК-вставку стандартными методиками, используя дидезокси-метод (Sanger и др. (1977) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 74: 5463-5467). Длина вставки составляет 1891 пару оснований. Нуклеотидная последовательность соответствует приведенной ниже последовательности (Seq ID N 1).
Example 2
Sequencing of cDNA insert of plasmid pPCS (DSM 8879)
Plasmid pPCS (Fig. 1) was isolated from the E. coli clone obtained in accordance with Example 1, and its cDNA insert was determined by standard methods using the dideoxy method (Sanger et al. (1977) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 74: 5463-5467). The insertion length is 1891 base pairs. The nucleotide sequence corresponds to the following sequence (Seq ID N 1).

Пример 3
Конструирование плазмиды pKS-CSa (DSM 8880) и перенос плазмиды в растения картофеля
Фрагмент ДНК длиной приблизительно 1,9 т.п.н., имеющий приведенную ниже последовательность (Seq ID N 1) и содержащий область клонирования для цитрат-синтазы картофеля, выделяли из плазмиды pPCS путем разложения посредством BamHI/SalI. Этот фрагмент ДНК клонировали в векторе pBinAR (Hofgen и Willmitzer (1990) Plant Sci. 66: 221-230), расщепленном с использованием BamHI/SalI. Вектор pBinAR имеет происхождение из бинарного вектора Binl9 (Bevan (1984) Nucleic Acids Res. 12: 8711- 8721).
Example 3
Construction of the plasmid pKS-CSa (DSM 8880) and transfer of the plasmid to potato plants
A DNA fragment of approximately 1.9 kbp length having the following sequence (Seq ID N 1) and containing a cloning region for potato citrate synthase was isolated from the pPCS plasmid by digestion with BamHI / SalI. This DNA fragment was cloned into the pBinAR vector (Hofgen and Willmitzer (1990) Plant Sci. 66: 221-230) digested with BamHI / SalI. The pBinAR vector is derived from the binary vector Binl9 (Bevan (1984) Nucleic Acids Res. 12: 8711-8721).

Образовавшаяся плазмида, обозначенная как pKS-CSa, показана на фиг. 2. The resulting plasmid, designated pKS-CSa, is shown in FIG. 2.

Путем вставки фрагмента кДНК получают полигенный экспрессирующий кластер, который конструируют следующим образом из фрагментов A, B и C (фиг. 2). By inserting a cDNA fragment, a polygenic expression cluster is obtained, which is constructed as follows from fragments A, B and C (Fig. 2).

Фрагмент A (529 пар оснований) содержит промотор 35S вируса мозаики цветной капусты (CaMV). Фрагмент включает нуклеотиды CaMV от 6909 до 7437 (Franck и др. (1980) Cell 21: 285-294). Fragment A (529 base pairs) contains the 35S promoter of cauliflower mosaic virus (CaMV). The fragment includes CaMV nucleotides 6909 to 7437 (Franck et al. (1980) Cell 21: 285-294).

Фрагмент B содержит протеин-кодирующую область цитрат-синтазы картофеля. Его выделяли, как описано выше, в виде BamHI/Sall-фрагмента из pPCS и сливали в антисмысловой ориентации с промотором в векторе pBinAR. Fragment B contains the protein coding region of potato citrate synthase. It was isolated as described above as a BamHI / Sall fragment from pPCS and fused in the antisense orientation with a promoter in the pBinAR vector.

Фрагмент C (192 пары оснований) содержит сигнал полиаденилирования гена 3 Т-ДНК Ti- плазмиды pTiACH5 (Gielen и др. (1984) EMBO J. 3: 835-864). Размер плазмиды pKS-CSa составляет приблизительно 12,9 т.п.н. Fragment C (192 base pairs) contains the polyadenylation signal of the T-DNA gene 3 of the Ti-plasmid pTiACH5 (Gielen et al. (1984) EMBO J. 3: 835-864). The size of the pKS-CSa plasmid is approximately 12.9 kb.

Вектор pKS-CSa переносили в растения картофеля, применяя Agrobacterium tumefaciens-конвейерную трансформацию. Интактные растения регенерировали из трансформированных клеток. В результате этой трансформации трансгенные растения картофеля проявляли различную степень уменьшения мРНК, кодирующей цитрат-синтазу (см. фиг. 6). В экспериментах с использованием назерн-блоттинга гибридизировали 2 мкг поли(A+)-мРНК с зондом для цитрат-синтазы картофеля. Транскрипт, кодирующий цитрат-синтазу и характерный для растений дикого типа (полосы с 1 по 3), короче по сравнению с антисмысловым транскриптом полигенного экспрессирующего кластера (см., например, полосу 6), из чего видно, что уменьшение эндогенных транскриптов, происходящее в различных трансгенных растениях, различно.The pKS-CSa vector was transferred to potato plants using the Agrobacterium tumefaciens-pipelined transformation. Intact plants were regenerated from transformed cells. As a result of this transformation, transgenic potato plants showed varying degrees of reduction in mRNA encoding citrate synthase (see FIG. 6). In experiments using Northern blotting, 2 μg of poly (A + ) mRNA was hybridized with a potato citrate synthase probe. The transcript encoding citrate synthase and characteristic of wild-type plants (bands 1 to 3) is shorter than the antisense transcript of the polygenic expression cluster (see, for example, band 6), which shows that the decrease in endogenous transcripts occurring in different transgenic plants, different.

Исследовали цитрат-синтазную активность различных тканей трансгенных растений картофеля, проявивших снижение мРНК, кодирующей цитрат-синтазу. Результаты этих исследований листьев, клубней и митохондрий, выделенных из клубней, приведены в табл. 1. The citrate synthase activity of various tissues of transgenic potato plants was studied, which showed a decrease in mRNA encoding citrate synthase. The results of these studies of leaves, tubers and mitochondria isolated from tubers are given in table. 1.

Снижение активности цитрат-синтазы оказывает значительный эффект на образование цветков у трансгенных растений, выраженность которого зависит от степени ингибирования активности цитрат-синтазы. A decrease in the activity of citrate synthase has a significant effect on the formation of flowers in transgenic plants, the severity of which depends on the degree of inhibition of the activity of citrate synthase.

У трансформированных растений картофеля, у которых сильно снижена активность цитрат-синтазы (см. табл. 1), образование цветков ингибируется в значительной степени или полностью (см. фиг. 7). In transformed potato plants, in which the activity of citrate synthase is greatly reduced (see Table 1), flower formation is inhibited to a large extent or completely (see Figure 7).

Растения, у которых активность цитрат-синтазы снижена только в относительно небольшой степени, проявляют замедленное образование цветков, и у них образуется меньше цветков или развиваются только цветочные почки, которые в дальнейшем погибают, не превращаясь в цветки с нормальными функциями. Это видно на фиг. 8. На ней показано количество растений с полностью развитыми открытыми цветками во время одного периода цветения. Проведено сравнение 5 трансгенных линий (Т6, Т21, Т29, Т50 и Т55) с растениями дикого типа. Трансгенная линия Т21 представляет собой трансгенную линию, у которой отсутствует ингибирование цитрат-синтазы (100% активность цитрат-синтазы). Во время эксперимента ни у одного растения линии Т29 не развились цветки, а у растений линий Т6 и Т50 образование цветков началось только приблизительно на 3 недели позднее, чем у растений дикого типа. Plants in which the activity of citrate synthase is reduced only to a relatively small extent exhibit slow flower formation, and they form fewer flowers or develop only flower buds, which later die, without turning into flowers with normal functions. This can be seen in FIG. 8. It shows the number of plants with fully developed open flowers during one flowering period. Five transgenic lines (T6, T21, T29, T50, and T55) were compared with wild-type plants. The T21 transgenic line is a transgenic line that lacks citrate synthase inhibition (100% citrate synthase activity). During the experiment, no plants of the T29 line developed flowers, and in plants of the T6 and T50 lines, flower formation began only about 3 weeks later than in wild-type plants.

У других растений цветки развиваются, но не становятся функциональными, поскольку женские репродуктивные органы (завязи) серьезно повреждены. У этих растений завязи распадаются в процессе формирования. Это показано на фиг. 9. На этой фигуре показаны в сравнении продольные срезы через цветочные почки растений дикого типа и трансгенных растений линии Т29. Ткани завязей трансгенных растений серьезно повреждены по сравнению с растениями дикого типа. In other plants, flowers develop, but do not become functional, as female reproductive organs (ovaries) are seriously damaged. In these plants, the ovaries disintegrate during formation. This is shown in FIG. 9. This figure shows a comparison of longitudinal sections through the flower buds of wild-type plants and transgenic T29 plants. The tissues of the ovaries of transgenic plants are seriously damaged compared to wild-type plants.

Следовательно, применяя настоящее изобретение, также можно в соответствии со способом по изобретению получать растения, у которых активность цитрат-синтазы ингибирована в различной степени, так что из трансгенных растений можно было бы выбрать таковые с нужным фенотипом, например с полным ингибированием образования цветков, или те, у которых начало образования цветков задержано по сравнению с нетрансформированными растениями, или те, у которых развиваются почки, не превращающиеся в цветки с нормальными функциями. Therefore, using the present invention, it is also possible, in accordance with the method of the invention, to obtain plants in which the activity of citrate synthase is inhibited to various degrees, so that transgenic plants could be selected with the desired phenotype, for example, with complete inhibition of flower formation, or those in which the onset of flower formation is delayed compared to non-transformed plants, or those that develop buds that do not turn into flowers with normal functions.

Снижение активности цитрат-синтазы также может оказывать существенное воздействие на различные свойства клубней трансформированных растений картофеля. Например, клубни трансформированных растений картофеля характеризуются меньшими потерями при хранении после относительно длинных периодов хранения по сравнению с клубнями нетрансформированных растений. Это выражается в меньшем снижении массы сырой ткани и массы в сухом состоянии в процессе хранения. В следующей таблице показаны значения массы сырой ткани и массы в сухом состоянии клубней трансформированных растений картофеля (линия Т6) и растений дикого типа сорта Desiree. Клубни хранили в течение 9 месяцев при комнатной температуре. Массы клубней даны в процентах по отношению к массам сырой ткани клубней в начале хранения. Указанные величины приведены в виде средних значений, полученных по 3-12 измерениям, со стандартными отклонениями. Значения массы в сухом состоянии и массы сырой ткани клубней растений дикого типа после 9 месяцев хранения приняты за 100% (табл. 2). A decrease in citrate synthase activity can also have a significant effect on various properties of tubers of transformed potato plants. For example, tubers of transformed potato plants exhibit less storage loss after relatively long storage periods compared to tubers of non-transformed plants. This is expressed in a smaller reduction in the mass of raw tissue and dry mass during storage. The following table shows the wet weight and dry weight of tubers of transformed potato plants (line T6) and wild-type plants of the Desiree variety. The tubers were stored for 9 months at room temperature. The masses of tubers are given as a percentage relative to the masses of raw tuber tissue at the beginning of storage. The indicated values are given as mean values obtained from 3-12 measurements, with standard deviations. The values of the mass in the dry state and the mass of raw tissue of tubers of wild-type plants after 9 months of storage are taken as 100% (Table 2).

У клубней трансформированных растений картофеля также обнаружено изменение характеристик прорастания. Ростки этих клубней существенно меньше по сравнению с таковыми у клубней дикого типа и имеют существенно меньшую массу сырой ткани и массу в сухом состоянии. В следующей таблице представлены значения массы сырой ткани и массы в сухом состоянии ростков клубней трансформированных растений картофеля (линия Т6) и растений дикого типа сорта Desiree. Ростки взяты от клубней, хранившихся в темноте в течение 9 месяцев при комнатной температуре. Массы ростков для каждого случая даны в граммах. Указанные величины приведены в виде средних значений, полученных по 3-12 измерениям, со стандартными отклонениями (табл. 3). In tubers of transformed potato plants, a change in the characteristics of germination was also found. The sprouts of these tubers are significantly smaller compared to those of wild-type tubers and have a significantly lower mass of raw tissue and dry mass. The following table presents the values of the mass of raw tissue and the mass in the dry state of sprouts of tubers of transformed potato plants (line T6) and wild-type plants of the Desiree variety. Sprouts were taken from tubers stored in the dark for 9 months at room temperature. The masses of sprouts for each case are given in grams. The indicated values are given as average values obtained from 3-12 measurements, with standard deviations (Table 3).

Измененные характеристики прорастания также представлены на фиг. 10. В каждом случае показано по 3 клубня трансформированных растений картофеля линии Т6 и по 3 клубня растения дикого типа сорта Desiree. Клубни хранили в темноте в течение 9 месяцев при комнатной температуре. На клубнях трансформированных растений (слева) ростки существенно меньше и короче по сравнению с таковыми на клубнях дикого типа (справа). Altered germination characteristics are also shown in FIG. 10. In each case, 3 tubers of transformed T6 line potato plants and 3 tubers of the wild-type Desiree plant are shown. The tubers were stored in the dark for 9 months at room temperature. On the tubers of transformed plants (left), the sprouts are significantly smaller and shorter than those on wild-type tubers (on the right).

Пример 4
Клонирование кДНК, кодирующей цитрат-синтазу табака (Nicotiana tabacum)
Для идентификации кДНК из Nicotiana tabacum, кодирующей цитрат-синтазу, создавали банк кДНК листовой ткани табака, как это описано в примере 1 для картофеля. Используя радиоактивный ДНК-зонд для последовательностей, кодирующих цитрат- синтазу, подвергали скринингу 250000 бляшек из этого банка кДНК. В качестве зонда применяли кодирующую цитрат-синтазу кДНК из Solanum tuberosum (1,4 т.п.н., фрагмент NruI/HindII из плазмиды pPCS; см. примеры 1 и 2 и Seq ID N 1). Идентификацию и выделение клонов фага, гибридизированных с примененным радиоактивным ДНК-зондом, проводили аналогично описанному в примере 1 с тем отличием, что бляшки переносили на найлоновые мембраны и для предгибридизации и гибридизации использовали следующий буфер: 0,25 М натрийфосфатный буфер с pH 7,2, 10 мМ ЭДТК, 7% ДСН, 10 мг БСА.
Example 4
Cloning of cDNA encoding tobacco citrate synthase (Nicotiana tabacum)
To identify cDNA from Nicotiana tabacum encoding citrate synthase, a tobacco leaf cDNA bank was created as described in Example 1 for potatoes. Using a radioactive DNA probe for sequences encoding citrate synthase, 250,000 plaques from this cDNA bank were screened. The coding citrate synthase cDNA from Solanum tuberosum (1.4 kb, NruI / HindII fragment from pPCS plasmid; see examples 1 and 2 and Seq ID N 1) was used as a probe. The identification and isolation of phage clones hybridized with the used radioactive DNA probe was carried out similarly to that described in Example 1, with the difference that the plaques were transferred to nylon membranes and the following buffer was used for prehybridization and hybridization: 0.25 M sodium phosphate buffer with pH 7.2 , 10 mM EDTA, 7% SDS, 10 mg BSA.

Используя метод эксцизии in vivo, из позитивных клонов фага получали клоны E.coli, которые содержат двухцепочечную плазмиду pBluescript с соответствующей кДНК-вставкой. После контроля размера и типа рестрикции вставок соответствующий клон подвергали секвенированию. Using in vivo excision method, E. coli clones that contain the double-stranded pBluescript plasmid with the corresponding cDNA insert were obtained from positive phage clones. After controlling the size and type of restriction of the inserts, the corresponding clone was subjected to sequencing.

Пример 5
Секвенирование кДНК-вставки плазмиды pTCS (DSM 9357)
Плазмиду pTCS (фиг. 4) выделяли из клона E.coli, полученного в соответствии с примером 4, и определяли ее кДНК-вставку стандартными методиками, используя дидезокси-метод (Sanger и др. (1977) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 74: 5463-5467). Длина вставки составляет 1747 пар оснований. Нуклеотидная последовательность соответствует приведенной ниже последовательности (Seq ID N 3).
Example 5
Sequencing of cDNA insert of plasmid pTCS (DSM 9357)
Plasmid pTCS (Fig. 4) was isolated from the E. coli clone obtained in accordance with Example 4 and its cDNA insert was determined by standard methods using the dideoxy method (Sanger et al. (1977) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 74: 5463-5467). The insertion length is 1747 base pairs. The nucleotide sequence corresponds to the following sequence (Seq ID N 3).

Пример 6
Клонирование кДНК, кодирующей цитрат-синтазу сахарной свеклы (Beta vulgaris L.)
Для идентификации кДНК из сахарной свеклы, кодирующей цитрат-синтазу, создавали банк кДНК листовой ткани сахарной свеклы (Beta vulgaris L. культивируемая линия 5S0026), выделяя поли(A+)-мРНК листовой ткани и используя ее для синтеза кДНК с помощью имеющихся в продаже наборов (Pharmacia LKB, Stratagen, США) в соответствии с методом Gubler и Hoffmann (1983, Gene 25: 263-269). Используя радиоактивные ДНК-зонды для последовательностей, кодирующих цитрат-синтазу, подвергали скринингу 250000 бляшек из этого банка кДНК, как описано в примере 4. В качестве зонда использовали смесь, состоящую из кодирующей цитрат-синтазу радиоактивно меченной кДНК из Solanum tuberosum (см. примеры 1, 2 и 4 и Seq ID N 1) и кодирующей цитрат-синтазу радиоактивно меченной кДНК из Nicotiana tabacum (см. примеры 4 и 5 и Seq ID N 3). Идентификацию и выделение клонов фага, гибридизированных с примененным радиоактивным образцом ДНК, проводили аналогично описанному в примере 1. Используя метод эксцизии in vivo, из позитивных клонов фага получали клоны E. coli, которые содержат двухцепочечную плазмиду pBluescript с соответствующей кДНК-вставкой. После контроля размера и типа рестрикции вставок соответствующий клон подвергали секвенированию.
Example 6
Cloning of cDNA encoding sugar beet citrate synthase (Beta vulgaris L.)
To identify cDNA from sugar beet encoding citrate synthase, a sugar beet leaf tissue cDNA bank (Beta vulgaris L. cultured line 5S0026) was created by isolating poly (A + ) mRNA from leaf tissue and using it for cDNA synthesis using commercially available kits (Pharmacia LKB, Stratagen, USA) in accordance with the method of Gubler and Hoffmann (1983, Gene 25: 263-269). Using radioactive DNA probes for sequences encoding citrate synthase, we screened 250,000 plaques from this cDNA bank as described in Example 4. As a probe, a mixture consisting of citrate synthase encoding radioactively labeled cDNA from Solanum tuberosum was used (see examples 1, 2 and 4 and Seq ID N 1) and a radiolabeled cDNA coding citrate synthase from Nicotiana tabacum (see Examples 4 and 5 and Seq ID N 3). Identification and isolation of phage clones hybridized with the used radioactive DNA sample was carried out similarly to that described in Example 1. Using in vivo excision method, E. coli clones containing the double-stranded pBluescript plasmid with the corresponding cDNA insert were obtained from positive phage clones. After controlling the size and type of restriction of the inserts, the corresponding clone was subjected to sequencing.

Пример 7
Секвенирование кДНК-вставки плазмиды pSBCS (DSM 9358)
Плазмиду pSBCS (фиг. 3) выделяли из клона E.coli, полученного в соответствии с примером 6, и определяли ее кДНК-вставку стандартными методиками, используя дидезокси-метод (Sanger и др. (1977) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 74: 5463-5467). Длина вставки составляет 1551 пару оснований. Нуклеотидная последовательность соответствует приведенной ниже последовательности (Seq ID N 2).
Example 7
Sequencing of cDNA insert of plasmid pSBCS (DSM 9358)
Plasmid pSBCS (Fig. 3) was isolated from the E. coli clone obtained in accordance with Example 6, and its cDNA insert was determined by standard methods using the dideoxy method (Sanger et al. (1977) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 74: 5463-5467). The insertion length is 1,551 base pairs. The nucleotide sequence corresponds to the following sequence (Seq ID N 2).

Пример 8
Конструирование плазмиды TCSAS (DSM 9359) и перенос плазмиды в растения табака
Фрагмент ДНК длиной приблизительно 1,800 т.п.н., имеющий приведенную ниже последовательность (Seq ID N 3) и содержащий кодирующую область для цитрат-синтазы Nicotiana tabacum, выделяли из плазмиды pTCS путем разложения посредством BamHI/SaII. Этот фрагмент ДНК клонировали в векторе pBinAR, расщепленном с использованием BamHI/Sall (Hofgen и Willmitzer (1990) Plant Sci. 66: 221-230). Вектор pBinAR имеет происхождение из бинарного вектора Bin19 (Bevan (1984) Nucleic Acids Res. 12: 8711-8721). Образовавшаяся плазмида, обозначенная как TCSAS, показана на фиг. 5.
Example 8
Construction of the plasmid TCSAS (DSM 9359) and transfer of the plasmid to tobacco plants
A DNA fragment of approximately 1,800 kbp length, having the following sequence (Seq ID N 3) and containing the coding region for Nicotiana tabacum citrate synthase, was isolated from the pTCS plasmid by digestion with BamHI / SaII. This DNA fragment was cloned into a pBinAR vector digested with BamHI / Sall (Hofgen and Willmitzer (1990) Plant Sci. 66: 221-230). The pBinAR vector is derived from the binary vector Bin19 (Bevan (1984) Nucleic Acids Res. 12: 8711-8721). The resulting plasmid, designated TCSAS, is shown in FIG. 5.

Путем вставки фрагмента кДНК получают полигенный экспрессирующий кластер, который конструируют следующим образом из фрагментов A, B и C (фиг. 5). By inserting a cDNA fragment, a polygenic expression cluster is obtained, which is constructed as follows from fragments A, B and C (Fig. 5).

Фрагмент A (529 пар оснований) содержит промотор 35S вируса мозаики цветной капусты (CaMV). Фрагмент включает нуклеотиды CaMV от 6909 до 7437 (Franck и др. (1980) Cell 21: 285-294). Fragment A (529 base pairs) contains the 35S promoter of cauliflower mosaic virus (CaMV). The fragment includes CaMV nucleotides 6909 to 7437 (Franck et al. (1980) Cell 21: 285-294).

Фрагмент B в дополнение к фланкирующим областям содержит протеин-кодирующую область цитрат-синтазы из Nicotiana tabacum. Его выделяли аналогично описанному выше в виде BamHI/SalI-фрагмента из pTCS и сливали в антисмысловой ориентации с промотором в векторе pBinAR. Fragment B, in addition to flanking regions, contains the protein coding region of citrate synthase from Nicotiana tabacum. It was isolated as described above as a BamHI / SalI fragment from pTCS and fused in the antisense orientation with a promoter in the pBinAR vector.

Фрагмент C (192 пары оснований) содержит сигнал полиаденилирования гена 3 Т-ДНК Ti-плазмиды pTiACH5 (Gielen и др. (1984) EMBO J. 3: 835-864). Fragment C (192 base pairs) contains the polyadenylation signal of gene 3 of the T-DNA of the Ti plasmid pTiACH5 (Gielen et al. (1984) EMBO J. 3: 835-864).

Размер плазмиды TCSAS составляет приблизительно 12,75 т.п.н. The size of the plasmid TCSAS is approximately 12.75 TPN

Плазмиду переносили в растения табака, применяя конвейерную трансформацию агробактерий, как описано выше. Целые растения регенерировали из трансформированных клеток. The plasmid was transferred to tobacco plants using the conveyor transformation of agrobacteria, as described above. Entire plants were regenerated from transformed cells.

Успех генетической модификации растений оценивали, анализируя целую РНК на отсутствие эндогенной мРНК, кодирующей цитрат-синтазу. Определяли активность цитрат-синтазы в различных тканях трансгенных растений табака. Результаты этих исследований показали, что с помощью указанного способа могут быть получены растения табака, цитрат-синтазная активность которых снижена в различной степени. The success of plant genetic modification was evaluated by analyzing the whole RNA for the absence of endogenous mRNA encoding citrate synthase. The activity of citrate synthase in various tissues of transgenic tobacco plants was determined. The results of these studies showed that using this method can be obtained tobacco plants, citrate synthase activity of which is reduced to varying degrees.

Следовательно, так же как и в случае растений картофеля, могут быть получены различные линии табака, отличающиеся по степени снижения активности цитрат-синтазы. Therefore, as in the case of potato plants, various tobacco lines can be obtained that differ in the degree of reduction of citrate synthase activity.

У табака также обнаружены трансформированные растения с измененной характеристикой цветения. Особый интерес представляет тот факт, что могут быть получены линии, у которых формируются цветки с сильно укороченными пестиками по сравнению с таковыми у цветков нетрансформированных растений. Это видно на фиг. 11, на которой показаны цветки трансформированных и нетрансформированных растений табака. Это означает, что ингибирование образования цветков в результате снижения активности цитрат-синтазы как у табака, так и у картофеля, в первую очередь воздействует на женские органы цветков. Еще одним фенотипическим проявлением этих линий является то, что у них формируется существенно меньше семян по сравнению с растениями дикого типа, а количество семян определяют по отношению к общей массе образовавшихся семян. Transformed plants with altered flowering characteristics have also been found in tobacco. Of particular interest is the fact that lines can be obtained in which flowers form with strongly shortened pestles compared to those of flowers of untransformed plants. This can be seen in FIG. 11, which shows flowers of transformed and non-transformed tobacco plants. This means that the inhibition of flower formation as a result of a decrease in the activity of citrate synthase in both tobacco and potato primarily affects the female organs of the flowers. Another phenotypic manifestation of these lines is that they form significantly fewer seeds compared to wild-type plants, and the number of seeds is determined in relation to the total mass of the formed seeds.

Пример 9
Конструирование плазмиды pHS-mCS и перенос плазмиды в растения картофеля
Для конструирования плазмиды pHS-mCS сначала интегрировали в векторе pUC18 последовательность ДНК, кодирующую митохондриальную последовательность-мишень матричной процессинг-пептидазы (МПП). Эту последовательность выделяли путем полимеразной реакции синтеза цепи (ПЦР) из плазмиды pBluescript, которая содержит последовательность кДНК МПП (Braun и др., 1992, EMBO J. 11:3219-3227), используя следующие олигонуклеотиды:
олигонуклеотид a): 5'-GATC GGT АСС ATG TAG AGA TGC GCA TCG TCT-3'(Seq ID N 6) и
олигонуклеотид б): 5'-GTAC GGA TCC CTT GGT TGC AAC AGC AGC TGA-3' (Seq ID N 7).
Example 9
Construction of the plasmid pHS-mCS and transfer of the plasmid to potato plants
To construct the plasmid, the pHS-mCS was first integrated into the pUC18 vector the DNA sequence encoding the mitochondrial target sequence of the matrix processing peptidase (MPP). This sequence was isolated by polymerase chain synthesis (PCR) reaction from the pBluescript plasmid, which contains the MPP cDNA sequence (Braun et al., 1992, EMBO J. 11: 3219-3227) using the following oligonucleotides:
oligonucleotide a): 5'-GATC GGT ACC ATG TAG AGA TGC GCA TCG TCT-3 '(Seq ID N 6) and
oligonucleotide b): 5'-GTAC GGA TCC CTT GGT TGC AAC AGC AGC TGA-3 '(Seq ID N 7).

Полученный фрагмент ДНК содержал нуклеотиды с 299 по 397 последовательности, приведенной у Braun и др. (1992, EMBO J. 11: 3219-3227), кодирующей матричную процессинг-пептидазу. На 5'-конце олигонуклеотидной последовательности а) вставляли сайт расщепления Asp718. На 3'-конце олигонуклеотидной последовательности б) вставляли сайт расщепления BamHI. The resulting DNA fragment contained nucleotides 299 to 397 of the sequence shown by Braun et al. (1992, EMBO J. 11: 3219-3227) encoding matrix processing peptidase. At the 5'-end of the oligonucleotide sequence a), an Asp718 cleavage site was inserted. BamHI cleavage site was inserted at the 3'-end of oligonucleotide sequence b).

Фрагмент ДНК, полученный путем ПЦР, расщепляли с помощью Asp718 и BamHI и клонировали в векторе pUC18, расщепленном с помощью Asp718 и BamHI. Полученный вектор обозначили как рМТР. The DNA fragment obtained by PCR was digested with Asp718 and BamHI and cloned in pUC18 vector digested with Asp718 and BamHI. The resulting vector was designated as pMTP.

Кодирующую цитрат-синтазу последовательность ДНК из Saccharomyces cerevisiae клонировали в плазмиде рМТР позади митохондриальной последовательности-мишени в той же самой рамке считывания. Для этого геномную ДНК получали из дрожжей современными способами и выделяли фрагмент длиной 1443 пары оснований, содержащий кодирующую область цитрат-синтазы дрожжей при помощи PCR, используя олигонуклеотиды:
олигонуклеотид в): 5'-CTAG GGA ТСС ATG TCA GCG ATA TTA TCA ACA ACT AGC AAA AGT-3' (Seq ID N 8) и
олигонуклеотид г): 5'-GATT GGA TCC TTA GTT CTT ACT TTC GAT TTT CTT TAC CAA CTC-3' (Seq ID N 9).
A citrate synthase coding DNA sequence from Saccharomyces cerevisiae was cloned into the pMPT plasmid behind the mitochondrial target sequence in the same reading frame. For this, genomic DNA was obtained from yeast by modern methods and a fragment of a length of 1443 base pairs containing the coding region of yeast citrate synthase using PCR was isolated using oligonucleotides:
oligonucleotide c): 5'-CTAG GGA TCC ATG TCA GCG ATA TTA TCA ACA ACT AGC AAA AGT-3 '(Seq ID N 8) and
oligonucleotide g): 5'-GATT GGA TCC TTA GTT CTT ACT TTC GAT TTT CTT TAC CAA CTC-3 '(Seq ID N 9).

В частности, последовательность включает нуклеотиды 376-1818 последовательности, приведенной у Suissa и др. (1984, EMBO J. 3: 1773-1781). Примененные олигонуклеотиды вводят сайт расщепления BamHI на оба конца амплифицированной последовательности ДНК. Полученный фрагмент ДНК расщепляли с помощью рестрикционной эндонуклеазы BamHI и затем лигировали с вектором рМТР, расщепленным BamHI, и трансформировали в клетках E.coli. Путем определения типа рестрикции выбирали клон, в котором вставка ПЦР-фрагмента происходила таким путем, что кодирующая область присоединялась к митохондриальной последовательности-мишени в смысловой ориентации, т.е. таким образом, что 5'-конец кодирующей области соединялся с 3'-концом последовательности-мишени. Полученную плазмиду обозначили как pMTP-YCS. In particular, the sequence includes nucleotides 376-1818 of the sequence shown by Suissa et al. (1984, EMBO J. 3: 1773-1781). The oligonucleotides used introduce the BamHI cleavage site at both ends of the amplified DNA sequence. The resulting DNA fragment was digested with BamHI restriction endonuclease and then ligated with the BamHI digested pMPT vector and transformed in E. coli cells. By determining the type of restriction, a clone was selected in which the insertion of the PCR fragment occurred in such a way that the coding region was attached to the target mitochondrial sequence in a sense orientation, i.e. so that the 5'-end of the coding region is connected to the 3'-end of the target sequence. The resulting plasmid was designated as pMTP-YCS.

Применяя рестрикционные эндонуклеазы Asp718 и Xbal, из вектора pMTP-YCS выделяли фрагмент длиной приблизительно 1550 пар оснований, содержащий митохондриальную последовательность-мишень и кодирующую область цитрат-синтазы дрожжей. Этот фрагмент лигировали с бинарным вектором pBinAR (Hofgen и Willmitzer, 1990, Plant Sci. 66: 221-230), расщепленным с помощью Asp718 и XbaI. Полученная плазмида pHS-mCS показана на фиг. 12. Бинарный вектор pBinAR имеет происхождение из бинарного вектора Bin19. Вектор содержит промотор 35S и сигнал окончания транскрипции, между которыми расположен полилинкер, который может использоваться для вставки различных последовательностей ДНК. Using restriction endonucleases Asp718 and Xbal, a fragment of approximately 1,550 base pairs containing the mitochondrial target sequence and the coding region of yeast citrate synthase was isolated from the pMTP-YCS vector. This fragment was ligated with the binary vector pBinAR (Hofgen and Willmitzer, 1990, Plant Sci. 66: 221-230) digested with Asp718 and XbaI. The resulting plasmid pHS-mCS is shown in FIG. 12. The binary vector pBinAR is derived from the binary vector Bin19. The vector contains a 35S promoter and a transcription termination signal, between which there is a polylinker that can be used to insert various DNA sequences.

Путем вставки фрагмента кДНК, кодирующей цитрат-синтазу дрожжей, с митохондриальной последовательностью-мишенью на N-конце получают полигенный экспрессирующий кластер, который конструируют следующим образом из фрагментов A, B, C и D (фиг. 12). By inserting a cDNA fragment encoding a yeast citrate synthase with a target mitochondrial sequence at the N-terminus, a polygenic expression cluster is obtained which is constructed as follows from fragments A, B, C and D (Fig. 12).

Фрагмент A (529 пар оснований) содержит промотор 35S вируса мозаики цветной капусты (CaMV). Фрагмент включает нуклеотиды CaMV от 6909 до 7437 (Franck и др. (1980) Cell 21: 285-294). Fragment A (529 base pairs) contains the 35S promoter of cauliflower mosaic virus (CaMV). The fragment includes CaMV nucleotides 6909 to 7437 (Franck et al. (1980) Cell 21: 285-294).

Фрагмент B содержит фрагмент ДНК длиной 99 пар оснований, кодирующий митохондриальную последовательность-мишень матричной процессинг-пептидазы (нуклеотиды 299-397 последовательности, приведенной у Braun и др. (1992, EMBO J. 11: 3219-3227). Fragment B contains a 99 bp DNA fragment encoding the mitochondrial target sequence of the matrix processing peptidase (nucleotides 299-397 of the sequence shown by Braun et al. (1992, EMBO J. 11: 3219-3227).

Фрагмент C содержит кодирующую область цитрат-синтазы из Saccharomyces cerevisiae (нуклеотиды 376-1818 последовательности, приведенной у Suissa и др. (1984, EMBO J. 3: 1773-1781), слитый в смысловой ориентации с 3'-концом последовательности-мишени и в той же самой рамке считывания, что и последовательность-мишень. Fragment C contains the coding region of citrate synthase from Saccharomyces cerevisiae (nucleotides 376-1818 of the sequence shown by Suissa et al. (1984, EMBO J. 3: 1773-1781) fused in the sense orientation with the 3'-end of the target sequence and in the same reading frame as the target sequence.

Фрагмент D (192 пары оснований) содержит сигнал полиаденилирования гена 3 Т-ДНК Ti-плазмиды pTiACH5 (Gielen и др. (1984) EMBO J. 3: 835-846). Fragment D (192 base pairs) contains the polyadenylation signal of gene 3 of the T-DNA of the Ti plasmid pTiACH5 (Gielen et al. (1984) EMBO J. 3: 835-846).

Размер плазмиды pHS-mCS составляет приблизительно 12,5 т.п.н. The size of the pHS-mCS plasmid is approximately 12.5 kb.

Из этого полигенного экспрессирующего кластера с помощью промотора 35S транскрибируют транскрипт, кодирующий цитрат-синтазу дрожжей и содержащий на его N-конце аминокислотную последовательность, гарантирующую транспорт протеина в митохондрии. A transcript encoding yeast citrate synthase and containing at its N-terminus an amino acid sequence guaranteeing protein transport to mitochondria is transcribed from this polygenic expression cluster using the 35S promoter.

Плазмиду переносили в растения картофеля, применяя конвейерную трансформацию агробактерий, как описано выше. Из трансформированных клеток регенерировали целые растения. The plasmid was transferred to potato plants using the conveyor transformation of agrobacteria, as described above. Whole plants were regenerated from the transformed cells.

В результате трансформации трансгенные растения картофеля обладали способностью к экспрессии в их клетках цитрат-синтазы дрожжей. Это было продемонстрировано с помощью вестерн-блоттинга с использованием поликлональных антител, специфически распознающих цитрат-синтазу дрожжей. As a result of transformation, transgenic potato plants were capable of expressing yeast citrate synthase in their cells. This has been demonstrated by Western blotting using polyclonal antibodies that specifically recognize yeast citrate synthase.

Трансформированные растения картофеля, которые проявили высокую способность к экспрессии цитрат-синтазы дрожжей, обладают измененными характеристиками цветения по сравнению с нетрансформированными растениями картофеля. С одной стороны было установлено, что трансформированные растения начинали формировать цветки существенно раньше (в тепличных условиях в среднем на 2-4 недели) и образовывали больше цветков по сравнению с нетрансформированными растениями. Transformed potato plants that have a high ability to express yeast citrate synthase have altered flowering characteristics compared to untransformed potato plants. On the one hand, it was found that transformed plants began to form flowers much earlier (in greenhouse conditions, on average, 2-4 weeks) and formed more flowers compared to non-transformed plants.

Более раннее образование цветков у трансгенных растений картофеля показано на фиг. 13. На ней представлены два трансгенных растения картофеля, которые были трансформированы плазмидой pHS-mCS, в сравнении с растением дикого типа сорта Desiree. An earlier flower formation in transgenic potato plants is shown in FIG. 13. It shows two transgenic potato plants that have been transformed with the plasmid pHS-mCS, in comparison with the wild-type Desiree plant.

У трансгенных растений также образовывалось существенно больше цветков. Transgenic plants also formed significantly more flowers.

В частности после увядания первых соцветий у трансгенных растений, как правило, развивались вторые соцветия, а в некоторых случаях даже третьи соцветия. В противоположность этому растения дикого типа цветут только один раз и погибают после того, как эти соцветия увядают. In particular, after the first inflorescences wither, transgenic plants, as a rule, developed second inflorescences, and in some cases even third inflorescences. In contrast, wild-type plants bloom only once and die after these inflorescences fade.

Пример 10
Конструирование плазмиды pEC-mCS и перенос плазмиды в растения картофеля
Для получения плазмиды pEC-mCS последовательность ДНК из E.coli, кодирующую цитрат-синтазу, клонировали в плазмиде рМТР, описанной в примере 9, позади митохондриальной последовательности-мишени в той же самой рамке считывания. Для этого из штамма E.coli DH5 α получали современными методами геномную ДНК и выделяли с помощью ПЦР фрагмент длиной приблизительно 1280 пар оснований, содержащий кодирующую область цитрат-синтазы из E.coli, используя олигонуклеотиды
олигонуклеотид д): 5'-GTAGGGATCC ATGGCTGATA CAAAAGCAA-3' (Seq ID N 10) и
олигонуклеотид е): 5'- GATTGGATCCTTAACGCTTGATATCGCTT-3' (Seq ID N 11).
Example 10
Construction of the plasmid pEC-mCS and transfer of the plasmid to potato plants
To obtain the pEC-mCS plasmid, the DNA sequence from E. coli encoding citrate synthase was cloned into the pMPP plasmid described in Example 9, behind the mitochondrial target sequence in the same reading frame. For this, genomic DNA was obtained from E. coli DH5α strain by modern methods and a fragment of approximately 1280 base pairs containing the coding region of citrate synthase from E. coli was isolated using oligonucleotides using PCR
oligonucleotide d): 5'-GTAGGGATCC ATGGCTGATA CAAAAGCAA-3 '(Seq ID N 10) and
oligonucleotide e): 5'-GATTGGATCCTTAACGCTTGATATCGCTT-3 '(Seq ID N 11).

Последовательность, в частности, содержит нуклеотиды 306-1589 последовательности, приведенной у Sarbjit и др., (1983, Biochemistry, 22: 5243-5249). Примененные олигонуклеотиды вводят сайт расщепления BamHI на оба конца амплифицированной последовательности ДНК. Полученный фрагмент ДНК расщепляли с помощью рестрикционной эндонуклеазы BamHI и затем лигировали с вектором рМТР, расщепленным BamHI, и интродуцировали в клетки E.coli при трансформации. Путем определения типа рестрикции выбирали клон, в котором вставка ПЦР-фрагмента происходила таким путем, что кодирующая область присоединялась к митохондриальной последовательности-мишени в смысловой ориентации, т. е. таким образом, что 5'-конец кодирующей области соединялся с 3'-концом последовательности-мишени. Полученную плазмиду обозначили как pMTP-ECCS. Применяя рестрикционные эндонуклеазы Asp718 и XbaI, из этого вектора выделяли фрагмент, содержащий митохондриальную последовательность-мишень и кодирующую область цитрат-синтазы E.coli. Этот фрагмент лигировали с бинарным вектором pBinAR, расщепленным с помощью Asp718 и XbaI (Hofgen и Willmitzer, 1990, Plant Sci. 66: 221-230). Полученная плазмида pEC-mCS показана на фиг. 14. The sequence, in particular, contains nucleotides 306-1589 of the sequence given by Sarbjit et al. (1983, Biochemistry, 22: 5243-5249). The oligonucleotides used introduce the BamHI cleavage site at both ends of the amplified DNA sequence. The resulting DNA fragment was digested with BamHI restriction endonuclease and then ligated with the BamHI digested pMPT vector, and introduced into E. coli cells during transformation. By determining the type of restriction, a clone was selected in which the insertion of the PCR fragment occurred in such a way that the coding region was attached to the target mitochondrial sequence in sense orientation, i.e., in such a way that the 5'-end of the coding region was connected to the 3'-end target sequences. The resulting plasmid was designated as pMTP-ECCS. Using restriction endonucleases Asp718 and XbaI, a fragment containing the target mitochondrial sequence and the coding region of E. coli citrate synthase was isolated from this vector. This fragment was ligated with the pBinAR binary vector digested with Asp718 and XbaI (Hofgen and Willmitzer, 1990, Plant Sci. 66: 221-230). The resulting plasmid pEC-mCS is shown in FIG. fourteen.

Путем вставки фрагмента ДНК, кодирующей цитрат-синтазу E.coli, с митохондриальной последовательностью-мишенью на N-конце получают полигенный экспрессирующий кластер, который конструируют следующим образом из фрагментов A, B, C и D (фиг. 14). By inserting a DNA fragment encoding E. coli citrate synthase with a target mitochondrial sequence at the N-terminus, a polygenic expression cluster is obtained which is constructed as follows from fragments A, B, C and D (Fig. 14).

Фрагмент A (529 пар оснований) содержит промотор 35S вируса мозаики цветной капусты (CaMV). Фрагмент включает нуклеотиды CaMV 6909-7437 (Franck и др. (1980) Cell 21: 285-294). Fragment A (529 base pairs) contains the 35S promoter of cauliflower mosaic virus (CaMV). The fragment includes the nucleotides CaMV 6909-7437 (Franck et al. (1980) Cell 21: 285-294).

Фрагмент B содержит фрагмент ДНК длиной 99 пар оснований, кодирующий митохондриальную последовательность-мишень матричной процессинг-пептидазы (нуклеотиды 299-397 последовательности, приведенной у Braun и др. (1992, EMBO J. 11: 3219-3227). Fragment B contains a 99 bp DNA fragment encoding the mitochondrial target sequence of the matrix processing peptidase (nucleotides 299-397 of the sequence shown by Braun et al. (1992, EMBO J. 11: 3219-3227).

Фрагмент C содержит кодирующую область цитрат-синтазы из E. coli (нуклеотиды 306-1589 последовательности, приведенной у Sarbjit и др., 1983, Biochemistry, 22: 5243-5249), слитую в смысловой ориентации с 3'-концом последовательности-мишени и в той же самой рамке считывания, что и последовательность-мишень. Fragment C contains the coding region of citrate synthase from E. coli (nucleotides 306-1589 of the sequence shown by Sarbjit et al., 1983, Biochemistry, 22: 5243-5249), fused in the sense orientation with the 3'-end of the target sequence and in the same reading frame as the target sequence.

Фрагмент D (192 пары оснований) содержит сигнал полиаденилирования гена 3 Т-ДНК Ti-плазмиды pTiACH5 (Gielen и др. (1984) EMBO J. 3: 835-846). Fragment D (192 base pairs) contains the polyadenylation signal of gene 3 of the T-DNA of the Ti plasmid pTiACH5 (Gielen et al. (1984) EMBO J. 3: 835-846).

Размер плазмиды pEC-mCS составляет приблизительно 12,4 т.п.н. The size of the pEC-mCS plasmid is approximately 12.4 kb.

Из этого полигенного экспрессирующего кластера с помощью промотора 35S транскрибируют транскрипт, кодирующий цитрат-синтазу E.coli и содержащий на его N-конце аминокислотную последовательность, гарантирующую транспорт протеина в митохондрии. A transcript encoding E. coli citrate synthase and containing an amino acid sequence guaranteeing protein transport to mitochondria is transcribed from this polygenic expression cluster using the 35S promoter.

Плазмиду переносили в растения картофеля, применяя конвейерную трансформацию агробактерий, как описано выше. Из трансформированных клеток регенерировали целые растения и анализировали их на цитрат-синтазную активность. The plasmid was transferred to potato plants using the conveyor transformation of agrobacteria, as described above. Whole plants were regenerated from the transformed cells and analyzed for citrate synthase activity.

Перечень последовательностей приведен в конце описания. A sequence listing is provided at the end of the description.

Claims (9)

1. Способ индуцирования образования цветков у растений, в котором в клетках растений увеличивают активность цитрат-синтазы. 1. A method of inducing flower formation in plants, in which the activity of citrate synthase is increased in plant cells. 2. Способ по п.1, в котором увеличения активности цитрат-синтазы достигают путем экспрессии молекулы рекомбинантной ДНК, которую стабильно интегрируют в геном растительных клеток и которая содержит кодирующую область цитрат-синтазы и приводит к экспрессии цитрат-синтазы в трансформированных клетках. 2. The method according to claim 1, in which an increase in citrate synthase activity is achieved by expression of a recombinant DNA molecule that is stably integrated into the genome of plant cells and which contains the coding region of citrate synthase and leads to the expression of citrate synthase in transformed cells. 3. Способ по п.2, в котором а) ДНК, которая гомологична или гетерологична по происхождению и которая кодирует протеин, обладающий цитрат-синтазной активностью, стабильно интегрируют в геном клетки растения; б) указанную ДНК экспрессируют присущим ей образом или путем индукции посредством комбинации с соответствующими элементами, контролирующими транскрипцию; в) вследствие этой экспрессии увеличивают активность цитрат-синтазы в трансгенных клетках и г) растения регенерируют из трансгенных клеток. 3. The method according to claim 2, in which a) a DNA that is homologous or heterologous in origin and which encodes a protein having citrate synthase activity is stably integrated into the genome of the plant cell; b) the specified DNA is expressed in its own way or by induction by combination with appropriate elements that control transcription; c) as a result of this expression, the activity of citrate synthase in transgenic cells is increased, and d) plants are regenerated from transgenic cells. 4. Способ по п.2 или 3, в котором последовательность ДНК содержит нуклеотидную последовательность, кодирующую протеин, имеющий аминокислотную последовательность, представленную в SegID 1, или SegID 2, или SegID 3, или практически идентичную аминокислотную последовательность или часть этих последовательностей, где протеин, кодируемый последовательностью ДНК или ее частью, проявляет активность цитрат-синтазы. 4. The method according to claim 2 or 3, in which the DNA sequence contains a nucleotide sequence encoding a protein having the amino acid sequence represented in SegID 1, or SegID 2, or SegID 3, or almost identical amino acid sequence or part of these sequences, where the protein encoded by a DNA sequence or part thereof exhibits citrate synthase activity. 5. Способ по п.2 или 3, в котором последовательность ДНК содержит нуклеотидную последовательность, представленную в SegID 1, или SegID 2, или SegID 3, или практически идентичную нуклеотидную последовательность или ее часть, где протеин, кодируемый последовательностью ДНК или ее частью, проявляет активность цитрат-синтазы. 5. The method according to claim 2 or 3, in which the DNA sequence contains the nucleotide sequence represented in SegID 1, or SegID 2, or SegID 3, or a substantially identical nucleotide sequence or part thereof, where the protein encoded by the DNA sequence or part thereof, exhibits citrate synthase activity. 6. Способ по п.2 или 3, где последовательность ДНК кодирует дерегулируемую или нерегулируемую цитрат-синтазу. 6. The method according to claim 2 or 3, where the DNA sequence encodes a deregulated or unregulated citrate synthase. 7. Способ по п.3, где последовательность ДНК имеет происхождение из Saccharomyces cerevisiae. 7. The method according to claim 3, where the DNA sequence is derived from Saccharomyces cerevisiae. 8. Способ по п. 3, где последовательность ДНК имеет происхождение из прокариотного организма. 8. The method of claim 3, wherein the DNA sequence is from a prokaryotic organism. 9. Способ по п.8, где прокариотный организм представляет собой E.coli. 9. The method of claim 8, wherein the prokaryotic organism is E. coli. Приоритет по пунктам и признакам:
09.03.94 по пп. 1 - 3, а также признака, относящегося к последовательности SEQID 1 в пп.4 и 5;
22.09.94 по пп. 7 - 9, а также признаков, относящихся к последовательностям SEQID 2 и SEQID 3 в пп.4 - 5;
07.03.95 по п.6.
Priority on points and signs:
03.09.94 PP 1 to 3, as well as an attribute relating to the sequence of SEQID 1 in paragraphs 4 and 5;
09/22/94 by claims 7 to 9, as well as features related to the sequences of SEQID 2 and SEQID 3 in claims 4 to 5;
03/07/95 according to claim 6.
RU96121399A 1994-03-09 1995-03-07 Method of inducing plant flowering RU2145636C1 (en)

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4408629A DE4408629A1 (en) 1994-03-09 1994-03-09 Inhibiting citrate synthase (CS) activity in plants
DEP4408629.6 1994-03-09
DEP4435366.9 1994-09-22
DE4435366A DE4435366A1 (en) 1994-09-22 1994-09-22 DNA encoding plant citrate synthase
DEP4438821.7 1994-10-19
PCT/EP1995/000859 WO1995024487A1 (en) 1994-03-09 1995-03-07 Processes for inhibiting and for inducing flower formation in plants

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99122956/13A Division RU99122956A (en) 1994-03-09 1999-10-28 DIRECTED CHANGE OF FLOWER CHARACTER IN PLANTS

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU96121399A RU96121399A (en) 1999-05-10
RU2145636C1 true RU2145636C1 (en) 2000-02-20

Family

ID=25934697

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96121399A RU2145636C1 (en) 1994-03-09 1995-03-07 Method of inducing plant flowering

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2145636C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Муромцев Г.С. и др. Основы сельскохозяйственной биотехнологии. - М.: Агропромиздат, 1990, с.363 - 364. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4276945B2 (en) Coffee plant with reduced α-D-galactosidase activity
US5689042A (en) Transgenic plants with altered senescence characteristics
JP5066728B2 (en) DNA encoding plant deoxyhypusine synthase, plant eukaryotic initiation factor 5A, transgenic plants, and methods for controlling senescence and programmed cell death in plants
US5436394A (en) Plasmid for the preparation of transgenic plants with a change in habit and yield
US20050009165A1 (en) Raffinose synthase gene, method for producing raffinose, and transgenic plant
US6723898B2 (en) Methods for the preparation of plants with changed sucrose concentration by transformation with a sucrose phosphate synthase nucleic acid
WO1998035051A1 (en) Transgenic potatoes having reduced levels of alpha glucan l- or h-type tuber phosphorylase activity with reduced cold-sweetening
EA003425B1 (en) Plants with modified growth
JPH08508412A (en) Plants with modified response to ethylene
JP3437577B2 (en) DNA encoding plant-derived ATP-dependent fructose-6-phosphate 1-phosphotransferase, recombinant vector containing the same, and method for changing sugar content in plant cells at low temperature using the same
AU697450B2 (en) Processes for inhibiting and for inducing flower formation in plants
WO2017185854A1 (en) Spl gene and application thereof in improving heat tolerance of plants
AU2011273569A1 (en) Gene involved in the development of the seed
US20210230619A1 (en) Meiotic promotors and uses thereof
US5569831A (en) Transgenic tomato plants with altered polygalacturonase isoforms
US6025544A (en) Processes for modifying plant flowering behavior
KR102231138B1 (en) OsXCP2-5 gene from Oryza sativa for controlling salt stress tolerance of plant and uses thereof
RU2145636C1 (en) Method of inducing plant flowering
US6930227B1 (en) Camellia sinensis gene encoding a caffeine synthesis associated n-methyl transferase with 7-methylxanthine n3 methyl transferase, theobromine n1 methyl transferase, and paraxanthine n3 methyl transferase activities and use thereof
US20050160497A1 (en) Soybean raffinose synthase and a method for producing raffinose
KR20150003099A (en) ATPG6 Protein Providing Yield Increase and Stress Tolerance as well as Delaying Senescence in Plants, the Gene Encoding the Protein and Those Uses
US6989472B1 (en) cDNA sequence transcribing an mRNA encoding the terminal oxidase associated with carotenoid biosynthesis, and uses thereof
JP2004536560A (en) Plant deoxyhypsin synthase, DNA encoding plant eukaryotic initiation factor 5A, transgenic plants, and methods for inhibiting programmed senescence and cell death in plants
KR101592357B1 (en) Novel Gene Implicated in Plant Cold Stress Tolerance and Use Thereof
US7157280B2 (en) Nucleic acids coding for vacuolar invertases, vegetal cells and plants containing said nucleic acids and the use thereof