RU2697014C2 - Method for efficient biosynthesis of recombinant proteins in dicot plants using promoter of pro-smamp1 gene from stellaria media - Google Patents

Method for efficient biosynthesis of recombinant proteins in dicot plants using promoter of pro-smamp1 gene from stellaria media Download PDF

Info

Publication number
RU2697014C2
RU2697014C2 RU2017141597A RU2017141597A RU2697014C2 RU 2697014 C2 RU2697014 C2 RU 2697014C2 RU 2017141597 A RU2017141597 A RU 2017141597A RU 2017141597 A RU2017141597 A RU 2017141597A RU 2697014 C2 RU2697014 C2 RU 2697014C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
promoter
pro
smamp1
sec
gene
Prior art date
Application number
RU2017141597A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2017141597A (en
RU2017141597A3 (en
Inventor
Денис Александрович Высоцкий
Кира Алексеевна Казакова
Роман Александрович Комахин
Надежда Валентиновна Маджарова
Светлана Римовна Стрельникова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии" (ФГБНУ ВНИИСБ)
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
Application filed by Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии" (ФГБНУ ВНИИСБ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии" (ФГБНУ ВНИИСБ)
Priority to RU2017141597A priority Critical patent/RU2697014C2/en
Publication of RU2017141597A publication Critical patent/RU2017141597A/en
Publication of RU2017141597A3 publication Critical patent/RU2017141597A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2697014C2 publication Critical patent/RU2697014C2/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression

Landscapes

  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Plant Pathology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Breeding Of Plants And Reproduction By Means Of Culturing (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: biochemistry.SUBSTANCE: invention relates to biochemistry, in particular to a DNA fragment for modifying plants in order obtaining recombinant proteins. Also, a DNA section and an expression vector containing said DNA fragment are disclosed. Disclosed is a method of producing recombinant proteins using said DNA fragment.EFFECT: invention enables to obtain recombinant proteins with higher accumulation level thereof.4 cl, 3 dwg, 4 ex

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к области биологии, биотехнологии и генетической инженерии растений, а именно, к способу достижения высокой экспрессии целевых генов и повышенного накопления целевого белка в клетках растений. Настоящее изобретение может применяться для наработки рекомбинантных белков в растениях методом транзиентной экспрессии с целью эффективного производства белковых препаратов для медицинской, фармацевтической, ветеринарной и пищевой промышленности. Настоящее изобретение может использоваться в фундаментальных научных исследованиях.The invention relates to the field of biology, biotechnology and genetic engineering of plants, namely, to a method for achieving high expression of target genes and increased accumulation of target protein in plant cells. The present invention can be used to produce recombinant proteins in plants by transient expression in order to efficiently produce protein preparations for the medical, pharmaceutical, veterinary and food industries. The present invention can be used in basic scientific research.

Уровень техникиState of the art

В настоящее время из широкого круга организмов выделены промоторы многих генов, которые используются в растительных генно-инженерных системах. Промоторы для биотехнологии растений базируются на схожих последовательностях нуклеотидов, которые, как правило, включают сайт инициации транскрипции и TATA-бокс в качестве специфических цис-активных мотивов, связывающих факторы транскрипции. Currently, the promoters of many genes that are used in plant genetic engineering systems have been isolated from a wide range of organisms. Promoters for plant biotechnology are based on similar nucleotide sequences, which typically include a transcription initiation site and TATA box as specific cis-active motifs that bind transcription factors.

В последние годы стали доступны для экспрессии гетерологичных генов в растениях несколько хорошо охарактеризованных промоторов. В генетической инженерии растений наиболее широко применяется сильный промотор CaMV35S, созданный на основе промоторной области 35S РНК вируса мозаики цветной капусты CaMV (Potenza et al. 2004). Благодаря широкому использованию в растительных векторах CaMV35S обычно все новые промоторы сопоставляют с ним по своей эффективности. Полноразмерный регуляторный участок для CaMV35S по размеру приближается к 3 тыс. п.н. (Odell et al. 1985). Однако, промоторной активностью обладают и меньшие по размеру участки: типичным промотором CaMV35S, используемым в экспрессионных векторах для трансформации растений, является делеционный вариант длиной в 352 п.н. (Fang et al. 1989). В большинстве случаев промотор CaMV35S обеспечивает высокий уровень экспрессии гетерологичных генов в растениях, тем не менее, он имеет ряд существенных недостатков. Из-за вирусного происхождения CaMV35S инфицирование трансгенных растений вирусом CaMV может приводить к сайленсингу гетерологичного гена под контролем CaMV35S (Al-Kaff et al. 2000). In recent years, several well characterized promoters have become available for expression of heterologous genes in plants. In plant genetic engineering, the strongest CaMV35S promoter, based on the 35S promoter region of CaMV cauliflower mosaic virus, is most widely used (Potenza et al. 2004). Due to the wide use of CaMV35S in plant vectors, usually all new promoters are compared with it in their efficiency. The full-sized regulatory site for CaMV35S is approaching 3 thousand bp in size. (Odell et al. 1985). However, smaller regions also have promoter activity: a typical CaMV35S promoter used in expression vectors for plant transformation is a 352 bp deletion variant. (Fang et al. 1989). In most cases, the CaMV35S promoter provides a high level of expression of heterologous genes in plants, however, it has a number of significant drawbacks. Due to the viral origin of CaMV35S, infection of transgenic plants with CaMV can lead to silencing of the heterologous gene under the control of CaMV35S (Al-Kaff et al. 2000).

Для однодольных растений известны сильные промоторы генов растений, которые при транзиентной экспрессии по активности достоверно превосходят CaMV35S. Промотор Actin1 из риса (Oryza sativa) запускает транзиентную экспрессию репортерного гена gusA в клетках риса и кукурузы в двадцать раз сильнее, чем CaMV35S (McElroy et al. 1991). Промотор гена ACT1 из банана (Musa spp.) более чем в два раза превосходил по активности CaMV35S при транзиентной экспрессии в клетках банана (Hermann et al. 2001).For monocotyledonous plants, strong promoters of plant genes are known which, when transient, are significantly superior in activity to CaMV35S. The Actin1 promoter from rice (Oryza sativa) triggers the transient expression of the gusA reporter gene in rice and corn cells twenty times stronger than CaMV35S (McElroy et al. 1991). The banana ACT1 gene promoter (Musa spp.) Was more than twice as potent as CaMV35S when transiently expressed in banana cells (Hermann et al. 2001).

Для генетической инженерии двудольных растений также были найдены сильные и конститутивные растительные промоторы, но превосходство их над промотором CaMV35S было не так существенно, как у однодольных. Промотор гена актина ACT2 из Arabidopsis thaliana был в два раза сильнее при транзиентной экспрессии в клетках арабидопсиса, чем CaMV35S (An et al. 2010). Промоторы UBQ1 и UBQ6 из A. thaliana активны во всех тканях табака (Nicotiana tabacum) на уровне вирусного промотора CaMV35S (Callis et al. 1990). Strong and constitutive plant promoters have also been found for genetic engineering of dicotyledonous plants, but their superiority over the CaMV35S promoter was not as significant as that of monocotyledonous ones. The promoter of the ACT2 gene of actin from Arabidopsis thaliana was two times stronger during transient expression in Arabidopsis cells than CaMV35S (An et al. 2010). The A. thaliana UBQ1 and UBQ6 promoters are active in all tobacco tissues (Nicotiana tabacum) at the level of the CaMV35S viral promoter (Callis et al. 1990).

Несмотря на обилие литературных данных по активности промоторов многих генов, в настоящее время имеется дефицит эффективных промоторов для высокоуровневой транзиентной экспрессии целевых генов.Despite the abundance of published data on the activity of promoters of many genes, there is currently a shortage of effective promoters for high-level transient expression of target genes.

В наших исследованиях мы обратили внимание на группу генов растений, которые могут стать источником новых эффективных промоторов для транзиентной экспрессии. Ранее было установлено, что экспрессия генов антимикробных пептидов сорного растения Stellaria media увеличивается при взаимодействии растения с фитопатогенными грибами и при обработке растений метилжасмонатом (Shukurov et al. 2012). Экспрессия гена антимикробных пептидов pro-SmAMP1 увеличивалась от 10 до 100 раз, при этом достигая уровня экспрессии гена «домашнего хозяйства» β-актина. Экспрессия гена pro-SmAMP2 более подходила под определение конститутивной, изменялась не так сильно под воздействием вышеперечисленных факторов (в 2-5 раз), но при этом её уровень сопоставим или превосходил уровень экспрессии β-актина.In our studies, we drew attention to a group of plant genes that can become a source of new effective promoters for transient expression. It was previously found that the expression of the antimicrobial peptide genes of the weed plant Stellaria media increases when the plant interacts with phytopathogenic fungi and when the plants are treated with methyl jasmonate (Shukurov et al. 2012). The expression of the antimicrobial peptide gene pro-SmAMP1 increased from 10 to 100 times, while reaching the level of expression of the β-actin “housekeeping” gene. The expression of the pro-SmAMP2 gene was more suitable for the definition of constitutive, it did not change so much under the influence of the above factors (2-5 times), but its level was comparable to or higher than the level of expression of β-actin.

С целью поиска нового растительного промотора для биотехнологии растений была секвенирована и клонирована нуклеотидная последовательность промоторной области гена pro-SmAMP2 из S. media. Для изучения ее эффективности в качестве промотора при экспрессии целевых генов в гетерологичных растениях методом транзиентной экспрессии, были созданы два 5'-делеционных варианта -2160 и -862 п.н., включающие в себя также 5'-нетранслируюмую область pro-SmAMP2. Эти делеционные варианты были слиты с последовательностью репортерного гена gusА в растительном экспрессионном векторе pCambia1381Z и изучены методом транзиентной экспрессии в клетках растений Nicotiana benthamiana. Измерения активности GUS показали, что делеционный вариант -2160 п.н. pro-SmAMP2 обладает низкой эффективностью, а делеционный вариант -862 п.н. сопоставим по эффективности с вирусным промотором CaMV35S (Стрельникова и др. 2014).In order to search for a new plant promoter for plant biotechnology, the nucleotide sequence of the pro-SmAMP2 gene promoter region from S. media was sequenced and cloned. To study its effectiveness as a promoter in the expression of target genes in heterologous plants by transient expression, two 5'-deletion variants -2160 and -862 bp were created, which also include the 5'-untranslated pro-SmAMP2 region. These deletion variants were fused with the sequence of the gusA reporter gene in the pCambia1381Z plant expression vector and studied by transient expression in Nicotiana benthamiana plant cells. Measurements of GUS activity showed that a deletion variant of -2160 bp pro-SmAMP2 has low efficiency, and the deletion variant is -862 bp comparable in effectiveness with the viral promoter CaMV35S (Strelnikova et al. 2014).

Также была определена нуклеотидная последовательность фрагмента промоторной области гена pro-SmAMP1 длиной 1257 п.н. С учетом распределения цис-элементов было создано пять 5'-делеционных вариантов -1235, -771, -714, -603 и -481 п.н. промотора рro-SmAMP1, которые были слиты с кодирующей областью репортерного гена gusA в растительном экспрессионном векторе pCambia1381Z. Эффективность всех делеционных вариантов промотора pro-SmAMP1 определяли методом транзиентной экспрессии в растениях N. benthamiana. Уровни активности репортерного белка GUS в экстрактах из агроинфильтрированных растений при использовании всех делеционных вариантов промотора рro-SmAMP1 были существенно выше, чем при применении вирусного промотора CaMV35S (Высоцкий и др. 2016).The nucleotide sequence of the 1257 bp pro-SmAMP1 gene promoter region fragment was also determined. Based on the distribution of cis-elements, five 5'-deletion variants -1235, -771, -714, -603 and -481 bp were created. the pro-SmAMP1 promoter, which was fused to the coding region of the gusA reporter gene in the plant expression vector pCambia1381Z. The efficiency of all deletion variants of the pro-SmAMP1 promoter was determined by transient expression in N. benthamiana plants. The activity levels of the GUS reporter protein in extracts from agroinfiltrated plants using all deletion variants of the pro-SmAMP1 promoter were significantly higher than when using the CaMV35S viral promoter (Vysotsky et al. 2016).

Для сравнительной оценки эффективности в растениях N. benthamiana использовали делеционный вариант -481 п.н. промотора pro-SmAMP1, делеционный вариант -495 п.н. промотора pro-SmAMP2 (Komakhin et al. 2016) и в качестве контроля вирусный промотор CaMV35S. С использованием агробактериальной инфильтрации установлено, что средние значения активности репортерного белка GUS составили при использовании промотора pro-SmAMP1 - 41600±3400 пмоль/мг/мин, промотора pro-SmAMP2 - 28400±2000 пмоль/мг/мин и вирусного промотора CaMV35S - 12000±900 пмоль/мг/мин. Сравнительные результаты транзиентной экспрессии репортерного гена gusА под контролем промоторов pro-SmAMP1, pro-SmAMP2 и CaMV35S в растениях N. benthamiana свидетельствуют, что уровни абсолютной активности GUS при использовании всех промоторов были примерно в 1.5-4.6 раз ниже, чем в наших более ранних исследованиях (Стрельникова и др., 2014; Высоцкий и др., 2016). Различия в уровнях активности при использовании одного и того же варианта промотора могут быть объяснены разным физиологическим состоянием растений или агробактерий в момент проведения экспериментов. Ранее в наших исследованиях транзиентная экспрессия gusА под контролем разных промоторов в N. benthamiana была выполнена в конце лета и начале осени (Стрельникова и др., 2014; Высоцкий и др., 2016), в то время как в данных исследованиях эксперименты проводились в конце зимы и весной. Косвенным подтверждением разного физиологического состояния растений может служить то, что весной они зацветали на 1-1.5 недели раньше, чем осенью. В тоже время во всех независимых повторениях соотношение уровней активности GUS при использовании разных промоторов оставалось постоянной величиной: самым эффективным оставался делеционный варианта -481 п.н. промотора pro-SmAMP1, существенно менее эффективным был делеционный вариант -495 п.н. промотора pro-SmAMP2 и наименее эффективным оказывался вирусный промотор CaMV35S (Маджарова и др. 2018).For a comparative evaluation of the effectiveness in plants of N. benthamiana, the deletion variant -481 bp was used promoter pro-SmAMP1, deletion variant -495 bp the pro-SmAMP2 promoter (Komakhin et al. 2016) and, as a control, the CaMV35S viral promoter. Using agrobacterial infiltration, it was found that the average activity of the GUS reporter protein was 41600 ± 3400 pmol / mg / min with the pro-SmAMP1 promoter, 28400 ± 2000 pmol / mg / min with the pro-SmAMP2 promoter and 12000 ± CaMV35S 900 pmol / mg / min. Comparative results of transient expression of the gusA reporter gene under the control of the pro-SmAMP1, pro-SmAMP2 and CaMV35S promoters in N. benthamiana plants indicate that the levels of absolute GUS activity when using all promoters were approximately 1.5-4.6 times lower than in our earlier studies (Strelnikova et al., 2014; Vysotsky et al., 2016). Differences in activity levels when using the same promoter variant can be explained by different physiological conditions of plants or agrobacteria at the time of the experiments. Earlier in our studies, transient expression of gusA under the control of different promoters in N. benthamiana was performed in late summer and early fall (Strelnikova et al., 2014; Vysotsky et al., 2016), while experiments in these studies were performed at the end winter and spring. An indirect confirmation of the different physiological state of plants can be that in spring they bloomed 1-1.5 weeks earlier than in autumn. At the same time, in all independent repetitions, the ratio of GUS activity levels when using different promoters remained constant: the most effective deletion variant was -481 bp. of the pro-SmAMP1 promoter, a deletion variant of -495 bp was significantly less effective. of the pro-SmAMP2 promoter and the least effective was the CaMV35S viral promoter (Majarova et al. 2018).

Транзиентную экспрессию генов часто используют для получения каких-либо рекомбинантных белков с использованием растений N. benthamiana. Такой способ не приводит к созданию трансгенных растений, трансген не может передаваться в поколениях растений и попасть в окружающую среду через перекрестное опыление между близкими видами; при этом работа таким способом не создает проблем с сертификацией трансгенных растений. Поэтому метод транзиентной экспрессии имеет потенциал для масштабного получения различных целевых рекомбинантных белков. Однако необходимым условием для эффективной транзиентной экспрессии является создание генетических конструкций с промоторами генов растений, обеспечивающими высокий выход целевого белкового продукта.Transient gene expression is often used to produce any recombinant proteins using N. benthamiana plants. This method does not lead to the creation of transgenic plants, the transgene cannot be transmitted in generations of plants and enter the environment through cross-pollination between closely related species; however, work in this way does not create problems with the certification of transgenic plants. Therefore, the transient expression method has the potential for large-scale production of various target recombinant proteins. However, a prerequisite for efficient transient expression is the creation of genetic constructs with promoters of plant genes that provide a high yield of the target protein product.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention

Предлагаемый способ основан на инфильтрации растений с использованием клеток бактерий Agrobacterium tumefaciens, содержащих генетические конструкции с новыми делеционными -388, -364, -328, -276, -226 и -158 п.н. вариантами промотора pro-SmAMP1 из растения мокрица (Stellaria media), контролирующими целевой ген, и nos терминатор транскрипции. Способ транзиентной экспрессии целевого гена с использованием новых делеционных вариантов промотора pro-SmAMP1 обеспечивает статистически более высокий уровень накопления в инфильтрированных растениях кодируемого целевого белка, чем ранее использованные делеционные варианты промотора pro-SmAMP1 (Высоцкий и др. 2016) из мокрицы, промотора pro-SmAMP2 из мокрицы (Komakhin et al. 2016; Маджарова и др. 2018) и вирусного промотора CaMV35S. Нуклеотидные последовательности новых делеционных вариантов промоторной области гена pro-SmAMP1, использованные в данном способе транзиентной экспрессии целевых генов, представлены как -388 п.н. (SEC ID NO 1), -364 п.н. (SEC ID NO 2), -328 п.н. (SEC ID NO 3), -276 п.н. (SEC ID NO 4), -226 п.н. (SEC ID NO 5) и -158 п.н. (SEC ID NO 6). Цифровое обозначение -388, -364, -328, -276, -226 и -158 указывает количество пар нуклеотидов делеционного варианта промотора относительно сайта инициации трансляции (инициирующего кодона ATG, в котором А представлен в позиции +1) и включает 5'-нетранслируемую область гена pro-SmAMP1 размером 39 п.н.The proposed method is based on plant infiltration using Agrobacterium tumefaciens bacterial cells containing genetic constructs with new deletion -388, -364, -328, -276, -226 and -158 bp variants of the pro-SmAMP1 promoter from the woodlice plant (Stellaria media) controlling the target gene, and nos transcription terminator. The method of transient expression of the target gene using new deletion variants of the pro-SmAMP1 promoter provides a statistically higher level of accumulation in the infiltrated plants of the encoded target protein than previously used deletion variants of the pro-SmAMP1 promoter (Vysotsky et al. 2016) from wood lice, pro-SmAMP2 promoter from wood lice (Komakhin et al. 2016; Majarova et al. 2018) and the viral promoter CaMV35S. The nucleotide sequences of the new deletion variants of the promoter region of the pro-SmAMP1 gene used in this method of transient expression of target genes are represented as -388 bp (SEC ID NO 1), -364 bp (SEC ID NO 2), -328 bp (SEC ID NO 3), -276 bp (SEC ID NO 4), -226 bp (SEC ID NO 5) and -158 bp (SEC ID NO 6). The numerical designation -388, -364, -328, -276, -226 and -158 indicates the number of nucleotides of the deletion variant of the promoter relative to the translation initiation site (the ATG initiation codon, in which A is at position +1) and includes 5'-untranslated 39 bp pro-SmAMP1 gene region

Объектом настоящего изобретения является последовательность ДНК длиной -388 п.н. (SEC ID NO 1), представляющая собой вариант промоторной области гена pro-SmAMP1 из Stellaria media и включающая его 5'-нетраслируемую область. Данный вариант промотора pro-SmAMP1 при транзиетной экспрессии в растениях обеспечивает с вероятностью 95% значительно более высокий уровень экспрессии целевого гена, чем созданный ранее его более протяженный вариант -481 п.н. (Высоцкий и др. 2016) и вирусный промотор CaMV35S. Кроме этого, нуклеотидная последовательность -388 п.н. (SEC ID NO 1) промотора pro-SmAMP1 на 93 п.н. короче, чем нуклеотидная последовательность ранее созданного делеционного варианта -481 п.н. промотора pro-SmAMP1, что важно при создании генетических конструкций с минимизированным размером экспрессионных кассет.The object of the present invention is a DNA sequence length of -388 bp (SEC ID NO 1), which is a variant of the promoter region of the pro-SmAMP1 gene from Stellaria media and includes its 5'-untranslated region. This variant of the pro-SmAMP1 promoter during transient expression in plants provides with a 95% probability a significantly higher level of expression of the target gene than its previously extended version of -481 bp (Vysotsky et al. 2016) and the viral promoter CaMV35S. In addition, the nucleotide sequence of -388 bp (SEC ID NO 1) 93 bp pro-SmAMP1 promoter shorter than the nucleotide sequence of the previously created deletion variant -481 bp the pro-SmAMP1 promoter, which is important when creating genetic constructs with minimized expression cassette size.

Вариантами настоящего изобретения являются также последовательности ДНК, соответствующие делеционным вариантам промоторной области гена pro-SmAMP1 длиной -364 п.н. (SEC ID NO 2), -328 п.н. (SEC ID NO 3), -276 п.н. (SEC ID NO 4), -226 п.н. (SEC ID NO 5) и -158 п.н. (SEC ID NO 6), обеспечивающие с вероятностью 95% более высокий уровень экспрессии целевого гена в растениях, чем делеционный вариант -481 п.н. pro-SmAMP1 и вирусный промотор CaMV35S. Делеционные варианты -364 п.н. (SEC ID NO 2), -328 п.н. (SEC ID NO 3), -276 п.н. (SEC ID NO 4), -226 п.н. (SEC ID NO 5) и -158 п.н. (SEC ID NO 6) промотора pro-SmAMP1 короче ранее изученного варианта -481 п.н. промотора pro-SmAMP1 на 117-323 п.н., что важно при создании генетических конструкций с минимизированным размером экспрессионных кассет. В целом участок ДНК, представляющий собой вариант промоторной области гена pro-SmAMP1 S. media, соединенный с его 5'-нетранслируемой областью, где указанный фрагмент ДНК имеет нуклеотидную последовательность SEC ID NO 1.Variants of the present invention are also DNA sequences corresponding to deletion variants of the promoter region of the pro-SmAMP1 gene -364 bp in length. (SEC ID NO 2), -328 bp (SEC ID NO 3), -276 bp (SEC ID NO 4), -226 bp (SEC ID NO 5) and -158 bp (SEC ID NO 6), providing with a probability of 95% higher level of expression of the target gene in plants than the deletion variant -481 bp pro-SmAMP1 and the viral promoter CaMV35S. Deletion options -364 bp (SEC ID NO 2), -328 bp (SEC ID NO 3), -276 bp (SEC ID NO 4), -226 bp (SEC ID NO 5) and -158 bp (SEC ID NO 6) of the pro-SmAMP1 promoter is shorter than the previously studied variant of -481 bp the pro-SmAMP1 promoter by 117-323 bp, which is important when creating genetic constructs with a minimized expression cassette size. In general, the DNA region, which is a variant of the promoter region of the pro-SmAMP1 S. media gene, is connected to its 5'-untranslated region, where the DNA fragment has the nucleotide sequence SEC ID NO 1.

Объектами настоящего изобретения также являются генетические конструкции для экспрессии в растениях целевых генов, находящихся под контролем указанных выше делеционных вариантов промотора pro-SmAMP1.Objects of the present invention are also genetic constructs for expression in plants of target genes under the control of the above deletion variants of the pro-SmAMP1 promoter.

Настоящим изобретением является способ (процесс) наработки целевых белков в тканях растений при транзиентной экспрессии целевых генов под контролем любой из нуклеотидных последовательностей -388 п.н. (SEC ID NO 1), -364 п.н. (SEC ID NO 2), -328 п.н. (SEC ID NO 3), -276 п.н. (SEC ID NO 4), -226 п.н. (SEC ID NO 5) и -158 п.н. (SEC ID NO 6), находящихся в составе генетических конструкций.The present invention is a method (process) for producing target proteins in plant tissues during transient expression of target genes under the control of any of the -388 bp nucleotide sequences. (SEC ID NO 1), -364 bp (SEC ID NO 2), -328 bp (SEC ID NO 3), -276 bp (SEC ID NO 4), -226 bp (SEC ID NO 5) and -158 bp (SEC ID NO 6) contained in genetic constructs.

Основной технический результат изобретения заключается в расширении арсенала новых эффективных промоторов для генетической инженерии растений, с использованием которых происходит достоверно более высокий уровень накопления целевых белков при транзиентной экспрессии целевых генов. The main technical result of the invention is to expand the arsenal of new effective promoters for genetic engineering of plants, using which there is a significantly higher level of accumulation of target proteins during transient expression of target genes.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Фиг. 1. Нуклеотидная последовательность 5'-фланкирующей промоторной области гена pro-SmAMP1 размером -481 п.н. (относительно сайта инициации трансляции ATG, в котором А представлен в позиции +1) и распределение цис-действующих элементов, выделенных цветом и обозначенных надписями. 5'-нетранслируемая область расположена между сайтами инициации транскрипции (TSS) и инициации трансляции (ATG). Сайт начала трансляции выделен красным курсивом. Вертикальными красными стрелками и цифрами отмечены начальные точки нуклеотидных последовательностей новых 5'-делеционных вариантов промотора. Вертикальной черной стрелкой и цифрами «-481» отмечена начальная точка нуклеотидной последовательности созданного ранее 5'-делеционного варианта -481 п.н. промотора (Высоцкий и др. 2016).FIG. 1. The nucleotide sequence of the 5'-flanking promoter region of the pro-SmAMP1 gene -481 bp in size (relative to the ATG translation initiation site, in which A is in position +1) and the distribution of cis-active elements highlighted in color and marked with inscriptions. The 5'-untranslated region is located between the sites of transcription initiation (TSS) and translation initiation (ATG). The broadcast start site is highlighted in red italics. The vertical red arrows and numbers indicate the starting points of the nucleotide sequences of the new 5'-deletion promoter variants. The vertical black arrow and the numbers “-481” mark the starting point of the nucleotide sequence of the previously created 5'-deletion variant -481 bp promoter (Vysotsky et al. 2016).

Фиг. 2. Схема генетических конструкций на основе растительного экспрессионного вектора pCAMBIA 1381Z в которых репортерный ген gusА (gus) находится под контролем новых делеционных вариантов промотора pro-SmAMP1. Генетическая конструкция p481 создана ранее (Высоцкий и др. 2016) и использована в качестве сравнительного контроля. Растительный экспрессионный вектор pMOG35SintGUS содержит ген gusА под контролем вирусного промотора CaMV35S и использован в качестве контроля. Черным показана транслируемая область гена gusА; Int - модифицированный интрон каталазы клещевины внутри транслируемой области гена gus; PIV2 - модифицированный интрон гена ST-LS1 картофеля внутри транслируемой области гена gusА. Промоторы изображены в виде стрелок с соответствующими подписями.FIG. 2. Scheme of genetic constructs based on the plant expression vector pCAMBIA 1381Z in which the gusA reporter gene (gus) is controlled by new deletion variants of the pro-SmAMP1 promoter. The p481 genetic construct was created earlier (Vysotsky et al. 2016) and used as a comparative control. The plant expression vector pMOG35SintGUS contains the gusA gene under the control of the CaMV35S viral promoter and is used as a control. Black shows the translated region of the gusA gene; Int - modified castron catalase intron inside the translated region of the gus gene; PIV2 is a modified intron of the potato ST-LS1 gene within the translated region of the gusA gene. The promoters are shown in the form of arrows with corresponding signatures.

Фиг. 3. Активность репортерного белка бета-глюкуронидазы (GUS) в листьях растений N. benthamiana при транзиентной экспрессии гена gusА под контролем различных делеционных вариантов промотора pro-SmAMP1 и вирусного промотора CaMV35S. Горизонтальной линией отмечены делеционные варианты на основе промотора pro-SmAMP1 из растения мокрицы. Вертикальными линиями обозначен доверительный интервал на 5% уровне значимости. Цифрами ниже оси абсцисс показаны индивидуальные делеционные варианты промоторов, рассчитанные относительно старта инициации транскрипции. Активность бета-глюкуронидазы измерена флуориметрическим способом, используя 4-метилумбеллиферил-D-глюкуронид в качестве субстрата.FIG. 3. The activity of the reporter protein beta-glucuronidase (GUS) in the leaves of N. benthamiana plants upon transient expression of the gusA gene under the control of various deletion variants of the pro-SmAMP1 promoter and the CaMV35S viral promoter. The horizontal line indicates deletion variants based on the pro-SmAMP1 promoter from the woodlice plant. The vertical lines indicate the confidence interval at the 5% significance level. The numbers below the abscissa axis indicate individual deletion variants of promoters calculated relative to the start of transcription initiation. Beta glucuronidase activity was measured fluorimetrically using 4-methylumbelliferyl-D-glucuronide as a substrate.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Приведенное выше раскрытие описывает изобретение в общих чертах. Более полное понимание может быть достигнуто за счет приведения соответствующих примеров. Представленные здесь примеры приводятся исключительно с целью иллюстрации и никоим образом не претендуют на то, чтобы сузить область данного изобретения в рамках этих примеров. Изменение формы или замещение эквивалентов допускается на основании его целесообразности в соответствующих условиях. Хотя здесь и будут применяться специфические термины, они используются исключительно с описательной целью.The above disclosure describes the invention in general terms. A more complete understanding can be achieved by providing relevant examples. The examples presented here are for illustrative purposes only and are not intended in any way to narrow the scope of this invention within the scope of these examples. Change of form or substitution of equivalents is allowed on the basis of its expediency in appropriate conditions. Although specific terms will be used here, they are used for descriptive purposes only.

Пример 1. Выбор новых делеционных вариантов промоторной области гена pro-SmAMP1Example 1. The selection of new deletion variants of the promoter region of the pro-SmAMP1 gene

Этот пример раскрывает особенности создания новых делеционных вариантов промотора pro-SmAMP1, размер нуклеотидных последовательностей которых значительно меньше, чем у самого короткого из ранее полученных вариантов. This example reveals the features of creating new deletion variants of the pro-SmAMP1 promoter, the nucleotide sequences of which are much smaller than the shortest of the previously obtained variants.

Ранее в растении мокрица (S. media) была определена наименьшая нуклеотидная последовательность фрагмента промоторной области гена антигрибных пептидов pro-SmAMP1 длиной -481 п.н. (Высоцкий и др. 2016). Биоинформационный анализ в программах PLACE (http://www.dna.affrc.go.jp/PLACE/signalscan.html) и PlantCARE (http://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html/) показал, что данный делеционный вариант промотора pro-SmAMP1 содержит консервативную последовательность TATA-бокса, CAAT-мотив и последовательность CAN(A/C)(A/C)(C/A)C(C/A)N2A(C/A), характеризующую сайт инициации транскрипции TSS (на фиг. 1). Сочетание этих мотивов характерно для промоторов, обеспечивающих высокий уровень экспрессии генов в растениях (Sawant et al. 1999). Кроме того, выявлен целый ряд цис-элементов и регуляторных мотивов, которые могут обуславливать определенный характер экспрессии генов. Так, были обнаружены регуляторные элементы, отвечающие за реакцию на свет, такие как TGA-элемент, I-бокс, G-бокс и LAMP-элемент. Кроме того, обнаружены мотивы, ответственные за реакцию на действие фитопатогенов (S-бокс, W-бокс, TGACG-мотив и др.), абиотические воздействия (ARE, ABRE), а также определяющие локальный характер экспрессии (GCN4, Skn-I). Необходимо отметить, что положение и количество обнаруженных регуляторных элементов отличает промотор pro-SmAMP1 от известного промотора pro-SmAMP2 (Komakhin et al. 2016). К примеру, TGA-элемент, ответственный за реакцию на свет, у промотора pro-SmAMP1 находится в другой позиции, чем у pro-SmAMP2. LAMP-элемент есть только в промоторе pro-SmAMP1.Earlier in the plant, woodlice (S. media), the smallest nucleotide sequence of the fragment of the promoter region of the pro-SmAMP1 antifungal peptide gene -481 bp was determined. (Vysotsky et al. 2016). Bioinformation analysis in PLACE (http://www.dna.affrc.go.jp/PLACE/signalscan.html) and PlantCARE (http://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html/) programs showed that this deletion variant of the pro-SmAMP1 promoter contains a conserved TATA box sequence, CAAT motif, and CAN (A / C) (A / C) (C / A) C (C / A) N2A (C / A) sequence characterizing TSS transcription initiation site (in FIG. 1). The combination of these motifs is characteristic of promoters that provide a high level of gene expression in plants (Sawant et al. 1999). In addition, a number of cis-elements and regulatory motifs have been identified that can determine a certain pattern of gene expression. So, regulatory elements responsible for the reaction to light, such as the TGA element, I-box, G-box and LAMP-element, were discovered. In addition, motifs responsible for the response to the action of phytopathogens (S-box, W-box, TGACG motif, etc.), abiotic effects (ARE, ABRE), as well as determining the local nature of expression (GCN4, Skn-I) were found. . It should be noted that the position and number of detected regulatory elements distinguishes the pro-SmAMP1 promoter from the well-known pro-SmAMP2 promoter (Komakhin et al. 2016). For example, the TGA element responsible for the reaction to light has a different position for the pro-SmAMP1 promoter than for pro-SmAMP2. The LAMP element is only in the pro-SmAMP1 promoter.

Эффективность делеционного варианта -481 п.н. промотора pro-SmAMP1 при транзиентной экспрессии в растениях N. benthamiana была достоверно выше, чем при применении вирусного промотора CaMV35S (Высоцкий и др. 2016). В тоже время осталась неясна эффективность делеционных вариантов промотора pro-SmAMP1, размер нуклеотидной последовательности которых был меньше -481 п.н. относительно сайта инициации трансляции (инициирующего кодона ATG). Для обнаружения минимального активного делеционного варианта промотора pro-SmAMP1, содержащего минимальное количество цис-действующих элементов выполнено последовательное усечение созданного ранее делеционного варианта -481 п.н. с 5'-конца с шагом до 70 п.н., но с таким расчетом, чтобы ни вносить разрывы в цис-действующие элементы, обнаруженные компьютерными программами (на фиг. 1). Всего было выбрано восемь новых делеционных вариантов промотора pro-SmAMP1.The efficiency of the deletion variant -481 bp the pro-SmAMP1 promoter during transient expression in N. benthamiana plants was significantly higher than with the CaMV35S viral promoter (Vysotsky et al. 2016). At the same time, the effectiveness of deletion variants of the pro-SmAMP1 promoter, whose nucleotide sequence size was less than -481 bp, remained unclear. relative to the translation initiation site (initiating ATG codon). To detect the minimum active deletion variant of the pro-SmAMP1 promoter containing the minimum number of cis-acting elements, a sequential truncation of the previously created deletion variant -481 bp was performed. from the 5'-end in increments of up to 70 bp, but in such a way as not to introduce gaps in the cis-acting elements detected by computer programs (in Fig. 1). A total of eight new deletion variants of the pro-SmAMP1 promoter were selected.

Пример 2. Создание генетических конструкций с новыми делеционными вариантами промотора pro-SmAMP1Example 2. The creation of genetic constructs with new deletion variants of the pro-SmAMP1 promoter

На основе проведенного анализа последовательности делеционного варианта -481 п.н. pro-SmAMP1 были подобраны праймеры для создания новых более коротких делеционных вариантов промотора с целью последующей оценки их эффективности таким образом, чтобы прямые праймеры в сочетании с обратным последовательно ограничивали цис-действующие элементы. Было подобрано восемь прямых праймеров и один обратный, ограничивающие области промотора, обозначенные как -429, -388, -364, -328, -276, -226, -158 и -115 п.н. Обратный праймер был подобран непосредственно слева от сайта инициации трансляции, начиная с нуклеотидного остатка в положении -1. Последовательности праймеров приведены ниже:Based on the sequence analysis of the deletion variant, −481 bp pro-SmAMP1 primers were selected to create new shorter deletion variants of the promoter in order to further evaluate their effectiveness so that direct primers in combination with the reverse sequentially restrict cis-acting elements. Eight direct primers and one reverse were selected, bounding the promoter regions designated as -429, -388, -364, -328, -276, -226, -158 and -115 bp The reverse primer was selected directly to the left of the translation initiation site, starting with the nucleotide residue at position -1. The primer sequences are shown below:

-429f - 5'- GAATTCTAGAGCATCGTCAATAAA -3'-429f - 5'- GAATTCTAGAGCATCGTCAATAAA -3 '

-388f - 5'- GAATTCCAATCTCGATAATACATTTT -3'-388f - 5'- GAATTCCAATCTCGATAATACATTTT -3 '

-364f - 5'- GAATTCAAATCACCCGATAACACT -3'-364f - 5'- GAATTCAAATCACCCGATAACACT -3 '

-328f - 5'- GAATTCTATATAGCCTTTATCTTTATCTCG -3'-328f - 5'- GAATTCTATATAGCCTTTATCTTTATCTCG -3 '

-276f - 5'- GAATTCAGTCTATCCGTATAGACCCT -3'-276f - 5'- GAATTCAGTCTATCCGTATAGACCCT -3 '

-226f - 5'- GAATTCCAAGATATTAAAGTGTGTGT -3'-226f - 5'- GAATTCCAAGATATTAAAGTGTGTGT -3 '

-158f - 5'- GAATTCGGTTATCATCAAGCATTT -3'-158f - 5'- GAATTCGGTTATCATCAAGCATTT -3 '

-115f - 5'- GAATTCTGCAAACGGCAAACC -3'-115f - 5'- GAATTCTGCAAACGGCAAACC -3 '

rev - 5'- CCATGGTTTCACTTGATTTTTTTG -3'rev - 5'- CCATGGTTTCACTTGATTTTTTTTG -3 '

Все прямые праймеры содержали сайт рестрикции EcoRI, а обратный - NcoI, необходимые для клонирования в вектор pCAMBIA 1381Z. All forward primers contained the EcoRI restriction site, and the reverse primer contained the NcoI required for cloning into the pCAMBIA 1381Z vector.

В качестве матрицы для амплификации новых делеционных вариантов промотора pro-SmAMP1 использовали созданную ранее плазмидную генетическую конструкцию p481 (Высоцкий и др. 2016).The previously created plasmid genetic construct p481 (Vysotsky et al. 2016) was used as a matrix for amplification of new deletion variants of the pro-SmAMP1 promoter.

С использованием разработанных праймеров были амплифицированы и клонированы в экспрессионный вектор pCAMBIA 1381Z восемь новых делеционных вариантов промотора pro-SmAMP1. Схема полученных конструкций, обозначенных, соответственно, р429, р388, р364, р328, р276, р226, р158 и р115 отображена на фиг. 2.Using the developed primers, eight new deletion variants of the pro-SmAMP1 promoter were amplified and cloned into the expression vector pCAMBIA 1381Z. A diagram of the structures obtained, respectively designated p429, p388, p364, p328, p276, p226, p158 and p115, is shown in FIG. 2.

Созданные генетические конструкции предназначены для транзиентной экспрессии целевого гена в растениях N. benthamiana, находящегося под контролем заявленных вариантов промотора pro-SmAMP1. В качестве целевого гена использован репортерный ген gusA, позволяющий оценить эффективность транзиентной экспрессии по активности его белкового продукта - фермента β-глюкуронидазы (GUS).The created genetic constructs are intended for transient expression of the target gene in plants of N. benthamiana, which is under the control of the claimed pro-SmAMP1 promoter variants. The gusA reporter gene was used as the target gene, which allows one to evaluate the efficiency of transient expression by the activity of its protein product, the β-glucuronidase enzyme (GUS).

Пример 3. Агроинфильтрация растений N. benthamianaExample 3. Agroinfiltration of plants N. benthamiana

Инфильтрацию листьев растений проводили десятью вариантами A. tumefacien штамма GV3101 с плазмидными генетическими конструкциями p429, р388, p364, р328, р276, р226, р158 и р115, а также с pMOG35SintGUS и с р481 (Высоцкий и др., 2016) в качестве сравнительных контролей. Генетическая конструкция pMOG35SintGUS содержит репортерный ген gusA под контролем вирусного промотора CaMV35S. Конструкция p481 содержит репортерный ген gusA под контролем изученного ранее делеционного варианта -481 п.н. промотора pro-SmAMP1 (Высоцкий и др. 2016). Полученные агробактерий штаммы выращивали на агаризованной среде LB с антибиотиками 100 мг/л канамицина, 100 мг/мл рифампицина и 25 мг/л гентамицина. Для проведения агроинфильтрации растений штаммы выращивали в жидкой среде LB в течение суток с добавлением антибиотиков 100 мг/л канамицина, 100 мг/мл рифампицина и 25 мг/л гентамицина при температуре 28°С и 160 об/мин. Штамм A. tumifaciens GV2260/C58C1 pLH7000 р19 выращивали в течении суток на среде LB с антибиотиками 100 мг/л рифампицина, 50 мг/л спектиномицина, 50мг/л стрептомицина, при температуре 28°С и 160 об/мин. и использовали для подавления РНК интерференции в клетках растений.The leaves of the plants were infiltrated with ten variants of A. tumefacien strain GV3101 with plasmid genetic constructs p429, p388, p364, p328, p276, p226, p158 and p115, as well as with pMOG35SintGUS and p481 (Vysotsky et al., 2016) as comparative controls . The genetic construct of pMOG35SintGUS contains the gusA reporter gene under the control of the CaMV35S viral promoter. The p481 construct contains the gusA reporter gene under the control of the previously studied deletion variant -481 bp promoter pro-SmAMP1 (Vysotsky et al. 2016). The obtained agrobacterial strains were grown on LB agar medium with antibiotics of 100 mg / l kanamycin, 100 mg / ml rifampicin and 25 mg / l gentamicin. To carry out agroinfiltration of plants, the strains were grown in LB liquid medium for 24 hours with the addition of antibiotics 100 mg / l kanamycin, 100 mg / ml rifampicin and 25 mg / l gentamicin at a temperature of 28 ° C and 160 rpm. The strain A. tumifaciens GV2260 / C58C1 pLH7000 p19 was grown during the day on LB medium with antibiotics 100 mg / l rifampicin, 50 mg / l spectinomycin, 50 mg / l streptomycin, at a temperature of 28 ° C and 160 rpm. and used to suppress RNA interference in plant cells.

Агробактерии разводили до оптической плотности 0.6 при длине волны 600 нм. Полученные суспензии GV3101 pMOG35SintGUS, GV3101 р481, GV3101 p429, GV3101 р388, GV3101 p364, GV3101 р328, GV3101 р276, GV3101 р226, GV3101 р158 и GV3101 р115 смешивали в соотношение 1:1 с суспензией агробактерий GV2260/C58C1 pLH7000 р19. Готовую смесь агробактерий вводили в листья растений N. benthamiana шприцом без иглы с внутренней стороны листа. После инфильтрации растения содержали при температуре 26°C и 16-ти часовом искусственном освещении. На 7 день из места инокуляции брали высечки массой 10 мг и замороживали при -70°С.Agrobacteria were diluted to an optical density of 0.6 at a wavelength of 600 nm. The resulting suspensions of GV3101 pMOG35SintGUS, GV3101 p481, GV3101 p429, GV3101 p388, GV3101 p364, GV3101 p328, GV3101 p276, GV3101 p226, GV3101 p158 and GV3101 p115 were mixed with a solution of 1: 1 p19 C19822 C58. The finished mixture of agrobacteria was introduced into the leaves of N. benthamiana plants with a syringe without a needle from the inside of the leaf. After infiltration, the plants were kept at 26 ° C and 16 hours of artificial lighting. On day 7, 10 mg die cuts were taken from the inoculation site and frozen at -70 ° C.

Из одной высечки с каждого растения получали белковые экстракты, в которых измеряли активность фермента β-глюкуронидазы. Во всех проанализированных растениях, кроме инфильтрированных вариантом GV3101 р115, обнаружена флуоресценция продуктов гидролиза MUG (4-methylumbelliferyl-β-D-glucuronide Trihydrate, PhytoTechnology Laboratories) белком β-глюкуронидазой.From one die cut from each plant, protein extracts were obtained in which the activity of the enzyme β-glucuronidase was measured. In all analyzed plants, except for those infiltrated with the GV3101 p115 variant, fluorescence of MUG hydrolysis products (4-methylumbelliferyl-β-D-glucuronide Trihydrate, PhytoTechnology Laboratories) with β-glucuronidase protein was detected.

Таким образом, получены растения N. benthamiana, инфильтрированные агробактериальными штаммами GV3101 pMOG35SintGUS, GV3101 р481, GV3101 p429, GV3101 р388, GV3101 p364, GV3101 р328, GV3101 р276, GV3101 р226, GV3101 р158, продуцирующие β-глюкуронидазу.Thus, we obtained N. benthamiana plants infiltrated with agrobacterial strains GV3101 pMOG35SintGUS, GV3101 p481, GV3101 p429, GV3101 p388, GV3101 p364, GV3101 p328, GV3101 p276, GV3101 p226, GV3101p15158.

Пример 4. Оценка эффективности промотора pro-SmAMP1 по активности репортерного белка GUS при транзиентной экспрессииExample 4. Evaluation of the effectiveness of the pro-SmAMP1 promoter by the activity of the GUS reporter protein in transient expression

Уровни активности репортерного белка GUS в листьях агроинфильтрированных растений N. benthamiana сравнивали при использовании различных делеционных вариантов промотора pro-SmAMP1 и промотора CaMV35S. Первоначально из каждой высечки экстрагировали фракцию водорастворимых белков, которую использовали для определения уровня флуоресценции продуктов гидролиза субстрата 4MUG, полученных в результате активности репортерного белка GUS, затем в ней определяли концентрацию водорастворимых белков. Полученные результаты по флуоресценции продуктов гидролиза 4MUG и содержанию белка использовали для расчета уровня активности GUS.The activity levels of the GUS reporter protein in leaves of agroinfiltrated plants of N. benthamiana were compared using different deletion variants of the pro-SmAMP1 promoter and CaMV35S promoter. Initially, a fraction of water-soluble proteins was extracted from each die cut, which was used to determine the fluorescence level of hydrolysis products of the 4MUG substrate obtained as a result of the activity of the GUS reporter protein, and then the concentration of water-soluble proteins was determined in it. The obtained results on the fluorescence of 4MUG hydrolysis products and protein content were used to calculate the level of GUS activity.

С использованием полученных результатов по каждой высечке рассчитывали уровень активности GUS в пмоль4MU/мг/мин (или ед.а.) для каждого отдельного варианта генетической конструкции. Всего было проанализировано 180 образцов, в том числе при использовании GV3101 pMOG-35SintGus - 20 шт., GV3101 p481 - 20 шт., GV3101 p429 - 20 шт., GV3101 p388 - 20 шт., GV3101 p364 - 20 шт., GV3101 p328 - 20 шт., GV3101 p276 - 20 шт., GV3101 p226 - 20 шт. и GV3101 p158 - 20 шт. Средний уровень активности GUS при использовании каждого делеционного вариантов промотора pro-SmAMP1 и вирусного промотора CaMV35S представлен на фиг. 3.Using the results obtained for each die cutting, the level of GUS activity was calculated in pmol 4MU / mg / min (or u.a.) for each individual variant of the genetic construct. A total of 180 samples were analyzed, including using a GV3101 pMOG-35SintGus - 20 pcs., GV3101 p481 - 20 pcs., GV3101 p429 - 20 pcs., GV3101 p388 - 20 pcs., GV3101 p364 - 20 pcs., GV3101 p364 - 20 pcs., GV3101 p276 - 20 pcs., GV3101 p226 - 20 pcs. and GV3101 p158 - 20 pcs. The average level of GUS activity using each deletion variant of the pro-SmAMP1 promoter and the CaMV35S viral promoter is shown in FIG. 3.

Как следует из фиг. 3, средний уровень активности GUS в растениях, агроинфильтрированных генетическими конструкциями с различными делеционными вариантами промотора pro-SmAMP1, составлял от 44000 до 91000 ед.а. В частности, делеционный вариант -481 п.н. позволял достигать 44297±8431 ед.а., вариант -429 п.н. - 63433±15521 ед.а., вариант -388 п.н. - 77774±16380 ед.а., вариант -364 п.н. - 91273±34068 ед.а., вариант -328 п.н. - 88625±21868 ед.а., вариант -276 п.н. - 67034±13495 ед.а., вариант -226 п.н. - 67798±14436 ед.а. и вариант -158 п.н. - 71674±12089 ед.а. При этом с использование вирусного промотора CaMV35S удалось достичь только 20520±3937 ед.а. После знака «±» для каждого варианта представлен доверительный интервал значений активности при p=05.As follows from FIG. 3, the average level of GUS activity in plants agroinfiltrated with genetic constructs with various deletion variants of the pro-SmAMP1 promoter ranged from 44,000 to 91,000 units aa. In particular, the deletion variant -481 bp allowed to reach 44297 ± 8431 u.a., option -429 bp - 63433 ± 15521 u.a., option -388 bp - 77774 ± 16380 u.a., option -364 bp - 91273 ± 34068 u.a., option -328 bp - 88625 ± 21868 u.a., option -276 bp - 67034 ± 13495 u.a., option -226 bp - 67798 ± 14436 u.a. and option -158 bp - 71 674 ± 12089 units At the same time, with the use of the CaMV35S viral promoter, only 20,520 ± 3,937 units were achieved. After the “±” sign for each variant, a confidence interval of activity values is presented at p = 05.

Как следует из приведенных результатов, значения уровней активности GUS при использовании всех делеционных вариантов промотора pro-SmAMP1 с вероятностью 95% более чем два раза превышали уровни активности GUS с применением вирусного промотора CaMV35S. Сравнительный анализ показал, что наименее эффективным среди делеционных вариантов pro-SmAMP1 является созданный ранее вариант -481 п.н. (Высоцкий и др. 2016) и статистически достоверно не отличается от него новый делеционный вариант -429 п.н. Остальные новые делеционные варианты -388, -364, -328, -276, -226 и -158 п.н. промотора pro-SmAMP1 достоверно превосходят вариант -481 п.н., но между собой по эффективности не различаются (на фиг. 3). As follows from the above results, the values of GUS activity levels using all deletion variants of the pro-SmAMP1 promoter were more than two times higher than the GUS activity levels using the CaMV35S viral promoter with a 95% probability. A comparative analysis showed that the least effective among deletion variants of pro-SmAMP1 is the previously created -481 bp variant. (Vysotsky et al. 2016) and does not statistically significantly differ from it a new deletion variant -429 bp The remaining new deletion variants are -388, -364, -328, -276, -226 and -158 bp the pro-SmAMP1 promoter significantly superior to the -481 bp variant, but they do not differ in effectiveness (Fig. 3).

Ранее нами был клонирован промотор гена pro-SmAMP2 из генома двудольного растения S. media. Он так же, как промотор гена pro-SmAMP1, является представителем регуляторных элементов, контролирующих экспрессию генов антимикробных пептидов. Уровень экспрессии репортерного гена gus в гетерологичных растениях N. benthamiana при использовании делеционного варианта -862 п.н. промотора proSmAMP2 был выше, чем при использовании промотора CaMV35S, но эти различия были не статистически значимыми при p=05 (Стрельникова и др. 2014).We previously cloned a pro-SmAMP2 gene promoter from the genome of the dicotyledonous plant S. media. He, like the pro-SmAMP1 gene promoter, is a representative of regulatory elements that control the expression of antimicrobial peptide genes. The expression level of the gus reporter gene in heterologous plants of N. benthamiana using the deletion variant of -862 bp The proSmAMP2 promoter was higher than when using the CaMV35S promoter, but these differences were not statistically significant at p = 05 (Strelnikova et al. 2014).

При транзиентной экспрессии репортерного гена gus в агроинфильтрированных растениях N. benthamiana все делеционные варианты от -1235 до -481 п.н. (Высоцкий и др. 2016) и от -388 до -158 п.н. промотора pro-SmAMP1 из мокрицы были существенно более эффективными, чем вирусный промотор CaMV35S. Каждый из новых делеционных вариантов -388, -364, -328, -276, -226 и -158 п.н. промотора pro-SmAMP1 может быть использован для транзиентной экспрессии генов и предпочтителен для создания генетических конструкций. Все новые делеционные варианты обладают достоверно более высокой эффективностью, чем ранее изученный делеционный вариант -481 п.н., а длина их нуклеотидных последовательностей короче на 93-323 п.н. Для инфильтрации N. benthamiana предпочтительнее использовать генетические конструкции с делеционными вариантами от -388 до -158 п.н., чем -481 п.н. промотора pro-SmAMP1. Применение делеционных вариантов промотора pro-SmAMP1 для биотехнологии растений приоритетно с точки зрения экологической безопасности, поскольку они могут заменить в генетических конструкциях для трансформации растений промоторы вирусов, бактерий или животных.Upon transient expression of the gus reporter gene in agroinfiltrated N. benthamiana plants, all deletion variants from -1235 to -481 bp (Vysotsky et al. 2016) and from -388 to -158 bp The pro-SmAMP1 promoter from woodlice was significantly more effective than the CaMV35S viral promoter. Each of the new deletion variants -388, -364, -328, -276, -226 and -158 bp The pro-SmAMP1 promoter can be used for transient gene expression and is preferred for creating genetic constructs. All new deletion variants have significantly higher efficiency than the previously studied deletion variant of -481 bp, and the length of their nucleotide sequences is shorter by 93-323 bp For N. benthamiana infiltration, it is preferable to use genetic constructs with deletion variants from -388 to -158 bp than -481 bp promoter pro-SmAMP1. The use of deletion variants of the pro-SmAMP1 promoter for plant biotechnology is priority from the point of view of environmental safety, since they can replace the promoters of viruses, bacteria, or animals in genetic constructs for plant transformation.

Список литературыBibliography

1. Al-Kaff N. S., Kreike M. M., Covey S. N., Pitcher R., Page A. M., Dale P. J. (2000) Plants rendered herbicide-susceptible by cauliflower mosaic virus-elicited 1. Al-Kaff N. S., Kreike M. M., Covey S. N., Pitcher R., Page A. M., Dale P. J. (2000) Plants rendered herbicide-susceptible by cauliflower mosaic virus-elicited

suppression of a 35S promoter-regulated transgene // Nat Biotechnol. 18(9). P. 995-999.suppression of a 35S promoter-regulated transgene // Nat Biotechnol. 18 (9). P. 995-999.

2. An Y.-Q.C., Meagher R.B. (2010) Strong expression and conserved regulation of ACT2 in Arfbidopsis thaliana and Physcomitrella patens // Plant molecular biology reporter. Voi 28. №3. P. 484-4902. An Y.-Q.C., Meagher R.B. (2010) Strong expression and conserved regulation of ACT2 in Arfbidopsis thaliana and Physcomitrella patens // Plant molecular biology reporter. Voi 28. No.3. P. 484-490

3. Fang R.X., Nagy F., Sivasubramaniam S., Chua N.H. (1989) Multiple cis regylatory elements for maximal expression of the cauliflower mosaic virus 35S promoter in transgenic plants // Plant Cell. 1(1). P. 141-151.3. Fang R.X., Nagy F., Sivasubramaniam S., Chua N.H. (1989) Multiple cis regylatory elements for maximal expression of the cauliflower mosaic virus 35S promoter in transgenic plants // Plant Cell. 1 (1). P. 141-151.

4. Callis J., Raasch J.A., Vierstra R.D. (1990) Ubiquitin extension proteins of Arabidopsis thaliana. Structure, localization, and expression of their promoters in transgenic tobacco. // Journal of Biological Chemistry. Vol. 265. №21. P. 12486-12493.4. Callis J., Raasch J.A., Vierstra R. D. (1990) Ubiquitin extension proteins of Arabidopsis thaliana. Structure, localization, and expression of their promoters in transgenic tobacco. // Journal of Biological Chemistry. Vol. 265. No. 21. P. 12486-12493.

5. Komakhin R.A., Vysotskii D.A., Shukurov R.R., Voblikova V.D., Komakhina V.V., Strelnikova S.R., Vetchinkina E.M., Babakov A.V. (2016) Novel strong promoter of antimicrobial peptides gene pro-SmAMP2 from chickweed (Stellaria media). // BMC Biotechnol. 18; 16(1):43. doi: 10.1186/s12896-016-0273-x.5. Komakhin R.A., Vysotskii D.A., Shukurov R.R., Voblikova V.D., Komakhina V.V., Strelnikova S.R., Vetchinkina E.M., Babakov A.V. (2016) Novel strong promoter of antimicrobial peptides gene pro-SmAMP2 from chickweed (Stellaria media). // BMC Biotechnol. 18; 16 (1): 43. doi: 10.1186 / s12896-016-0273-x.

6. McElroy D., Blowers A.D., Jenes B., Wu R. (1991) Construction of expression vectors based on the rice actin 1 (Act1) 50 region for use in monocot transformation. Mol Gen Genet 231:150-160.6. McElroy D., Blowers A.D., Jenes B., Wu R. (1991) Construction of expression vectors based on the rice actin 1 (Act1) 50 region for use in monocot transformation. Mol Gen Genet 231: 150-160.

7. Hermann S., Harding R., Dale J. (2001) The banana actin 1 promoter drives near-constitutive transgene expression in vegetative tissues of banana (Musa spp.) // Plant Cell Reports. Vol. 20. №6. P. 525-530.7. Hermann S., Harding R., Dale J. (2001) The banana actin 1 promoter drives near-constitutive transgene expression in vegetative tissues of banana (Musa spp.) // Plant Cell Reports. Vol. 20. No. 6. P. 525-530.

8. Potenza C., Aleman L., Sengupta-Gopalan C. (2004) Targeting transgene expression in research, agricultural, and environmental pplication: Promoters used in plant transformation // In Vitro CellDevBiol-Plant. 40(1). P. 1-22.8. Potenza C., Aleman L., Sengupta-Gopalan C. (2004) Targeting transgene expression in research, agricultural, and environmental pplication: Promoters used in plant transformation // In Vitro CellDevBiol-Plant. 40 (1). P. 1-22.

9. Odell J.T., Nagy F., Chua N.H. (1985) Identification of DNA sequences required for activity of the cauliflower mosaic virus 35S promoter // Nature. 313 (6005). P. 810-812.9. Odell J.T., Nagy F., Chua N.H. (1985) Identification of DNA sequences required for activity of the cauliflower mosaic virus 35S promoter // Nature. 313 (6005). P. 810-812.

10. Sawant S., Singh P., Gupta S., Madnala R., Tuli R. (1999) Conserved nucleotide sequences in highly expressed genes in plants. Journal of Genetics 78:123-131 doi:10.1007/bf02924562.10. Sawant S., Singh P., Gupta S., Madnala R., Tuli R. (1999) Conserved nucleotide sequences in highly expressed genes in plants. Journal of Genetics 78: 123-131 doi: 10.1007 / bf02924562.

11. Высоцкий Д.А., Стрельникова С.Р., Ефремова Л.Н., Ветчинкина Е.М., Бабаков А.В., Комахин Р.А. (2016) Структурно-функциональный анализ нового растительного промотора pro-SmAMP1 из Stellaria media // Физиология растений. Т. 63. №5. с. 705-715.11. Vysotsky D. A., Strelnikova S. R., Efremova L. N., Vetchinkina E. M., Babakov A. V., Komakhin R. A. (2016) Structural and functional analysis of the new plant promoter pro-SmAMP1 from Stellaria media // Plant Physiology. T. 63. No. 5. with. 705-715.

12. Стрельникова С.Р., Вобликова В.Д., Шукуров Р.Р., Бабаков А.В., Комахин Р.А. (2014) Изучение нового растительного промотора гена proSmAMP2 из Stellaria media методом агробактериальной инфильтрацией растений. Биотехнология: 8-17.12. Strelnikova S.R., Voblikova V.D., Shukurov R.R., Babakov A.V., Komakhin R.A. (2014) Study of a new plant promoter of the proSmAMP2 gene from Stellaria media by agrobacterial plant infiltration. Biotechnology: 8-17.

Claims (4)

1. Фрагмент ДНК для модификации растений с целью получения рекомбинантных белков, имеющий нуклеотидную последовательность, выбранную из группы, включающей SEC ID NO 1, SEC ID NO 2, SEC ID NO 3, SEC ID NO 4, SEC ID NO 5 и SEC ID NO 6.1. A DNA fragment for plant modification to produce recombinant proteins having a nucleotide sequence selected from the group comprising SEC ID NO 1, SEC ID NO 2, SEC ID NO 3, SEC ID NO 4, SEC ID NO 5 and SEC ID NO 6. 2. Участок ДНК, представляющий собой вариант промоторной области гена pro-SmAMP1 Stellaria media, соединенный с его 5'-нетранслируемой областью, где указанный участок ДНК включает фрагмент по п. 1.2. The DNA region, which is a variant of the promoter region of the pro-SmAMP1 Stellaria media gene, connected to its 5'-untranslated region, where the DNA region includes a fragment according to claim 1. 3. Экспрессионный вектор, содержащий фрагмент ДНК по п. 1 и рекомбинантную последовательность ДНК, кодирующую целевой ген получаемого рекомбинантного белка.3. An expression vector containing the DNA fragment according to claim 1 and a recombinant DNA sequence encoding the target gene of the resulting recombinant protein. 4. Способ производства рекомбинантных белков в растениях, включающий инфильтрацию растений с использованием клеток агробактерий, содержащих генетические конструкции с нуклеотидными последовательностями SEC ID NO: 1-6 промотора pro-SmAMP1 из растений Stellaria media, контролирующими целевой ген, и nos терминатор транскрипции.4. A method for the production of recombinant proteins in plants, including plant infiltration using agrobacterial cells containing genetic constructs with the nucleotide sequences of SEC ID NO: 1-6 of the pro-SmAMP1 promoter from Stellaria media plants controlling the target gene and nos transcription terminator.
RU2017141597A 2017-11-29 2017-11-29 Method for efficient biosynthesis of recombinant proteins in dicot plants using promoter of pro-smamp1 gene from stellaria media RU2697014C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017141597A RU2697014C2 (en) 2017-11-29 2017-11-29 Method for efficient biosynthesis of recombinant proteins in dicot plants using promoter of pro-smamp1 gene from stellaria media

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017141597A RU2697014C2 (en) 2017-11-29 2017-11-29 Method for efficient biosynthesis of recombinant proteins in dicot plants using promoter of pro-smamp1 gene from stellaria media

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2017141597A RU2017141597A (en) 2019-05-29
RU2017141597A3 RU2017141597A3 (en) 2019-05-29
RU2697014C2 true RU2697014C2 (en) 2019-08-08

Family

ID=66793062

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017141597A RU2697014C2 (en) 2017-11-29 2017-11-29 Method for efficient biosynthesis of recombinant proteins in dicot plants using promoter of pro-smamp1 gene from stellaria media

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2697014C2 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2603058C1 (en) * 2015-04-29 2016-11-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук Peptide stellaria media l. starwort, having antifungal activity

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2603058C1 (en) * 2015-04-29 2016-11-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук Peptide stellaria media l. starwort, having antifungal activity

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
R. R. Shukurov and et.al. Transformation of tobacco and Arabidopsis plants with Stellaria media genes encoding novel hevein-like peptides increases their resistance to fungal pathogens, Transgenic Res, 2012, n.21, pp.313-325. *
R. R. Shukurov and et.al. Transformation of tobacco and Arabidopsis plants with Stellaria media genes encoding novel hevein-like peptides increases their resistance to fungal pathogens, Transgenic Res, 2012, n.21, pp.313-325. Vysotskii D. A. AND et.al. Structural and Functional Analysis of New Plant Promoter pro-SmAMP1 from Stellaria media, Russian Journal of Plant Physiology, 2016, V.63, N5, pp. 663-672. *
Vysotskii D. A. AND et.al. Structural and Functional Analysis of New Plant Promoter pro-SmAMP1 from Stellaria media, Russian Journal of Plant Physiology, 2016, V.63, N5, pp. 663-672. *
Vysotskii D. A. et.al. Structural and Functional Analysis of New Plant Promoter pro-SmAMP1 from Stellaria media, RUSSIAN JOURNAL OF PLANT PHYSIOLOGY, 2016, V.63, N.5, pp.663-672. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2017141597A (en) 2019-05-29
RU2017141597A3 (en) 2019-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7273967B2 (en) Sweet potato MADS-box promoter directing high level expression in plant storage root
WO1994012015A1 (en) Expression motifs that confer tissue- and developmental-specific expression in plants
AU2005219533B2 (en) Transgenic expression constructs for vegetative plant tissue specific expression of nucleic acids
CN106957355B (en) Plant low light and low temperature resistant related PPR protein and coding gene and application thereof
AU767285B2 (en) Chimeric promoters based on the plastocyanin pete promoter from pea
US20230058847A1 (en) Enhancer
RU2697014C2 (en) Method for efficient biosynthesis of recombinant proteins in dicot plants using promoter of pro-smamp1 gene from stellaria media
Yang et al. Characterization of the GLP13 gene promoter in Arabidopsis thaliana
JP2006512067A (en) Artificial promoter for expressing DNA sequences in plant cells
CN105820220A (en) Stress resistance relevant protein and application of coding gene in regulating alkali resistance of plants
US7557264B2 (en) Gossypium hirsutum tissue-specific promoters and their use
Reddy et al. Developmental and cell-specific expression of ZWICHEL is regulated by the intron and exon sequences of its upstream protein-coding gene
Yang et al. Isolation and functional analysis of a strong specific promoter in photosynthetic tissues
Vysotskii et al. Structural and functional analysis of new plant promoter pro-SmAMP1 from Stellaria media
RU2766095C1 (en) Pro-smamp-x promoter from the chickweed (stellaria media l.) plant for expression of recombinant genes in plant cells
RU2799014C1 (en) Pro-smamp-d1 promoter from stellaria media l. plant for plant biotechnology
US6664384B1 (en) Duplicated cassava vein mosaic virus enhancers and uses thereof
US7250296B2 (en) Nucleotide sequences of 2S albumin gene and its promoter from grape and uses thereof
Wang et al. A novel bi-directional promoter cloned from melon and its activity in cucumber and tobacco
KR101825960B1 (en) Root―specific promoter derived from Oryza sativa and use thereof
CN100392081C (en) Wheat WRAB 17 gene promotor and application thereof
US10407686B2 (en) Plant promoter from cotton and uses thereof
Yusuf et al. A functional hybrid plasmid derived from commercial vectors pCambia1303 and pRI201-ON for heterologous gene expression in MD2 pineapple
JP2005143338A (en) Promoter having callus- and seed embryo-specific expression activity
CN100485037C (en) Wheat WRAB19 gene promotor and application thereof

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20191130