SK65299A3 - A chimeric double gene construct, expression vector, transgenic plant or its parts with a naturally high water content overproducing at least two amino acids of the aspartate family and method to obtain such a plant - Google Patents
A chimeric double gene construct, expression vector, transgenic plant or its parts with a naturally high water content overproducing at least two amino acids of the aspartate family and method to obtain such a plant Download PDFInfo
- Publication number
- SK65299A3 SK65299A3 SK652-99A SK65299A SK65299A3 SK 65299 A3 SK65299 A3 SK 65299A3 SK 65299 A SK65299 A SK 65299A SK 65299 A3 SK65299 A3 SK 65299A3
- Authority
- SK
- Slovakia
- Prior art keywords
- plant
- sequence
- gene
- expression
- lysine
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N9/00—Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
- C12N9/10—Transferases (2.)
- C12N9/12—Transferases (2.) transferring phosphorus containing groups, e.g. kinases (2.7)
- C12N9/1217—Phosphotransferases with a carboxyl group as acceptor (2.7.2)
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N15/00—Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
- C12N15/09—Recombinant DNA-technology
- C12N15/63—Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
- C12N15/79—Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts
- C12N15/82—Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for plant cells, e.g. plant artificial chromosomes (PACs)
- C12N15/8241—Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology
- C12N15/8242—Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with non-agronomic quality (output) traits, e.g. for industrial processing; Value added, non-agronomic traits
- C12N15/8243—Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with non-agronomic quality (output) traits, e.g. for industrial processing; Value added, non-agronomic traits involving biosynthetic or metabolic pathways, i.e. metabolic engineering, e.g. nicotine, caffeine
- C12N15/8251—Amino acid content, e.g. synthetic storage proteins, altering amino acid biosynthesis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N15/00—Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
- C12N15/09—Recombinant DNA-technology
- C12N15/63—Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
- C12N15/79—Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts
- C12N15/82—Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for plant cells, e.g. plant artificial chromosomes (PACs)
- C12N15/8241—Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology
- C12N15/8242—Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with non-agronomic quality (output) traits, e.g. for industrial processing; Value added, non-agronomic traits
- C12N15/8243—Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with non-agronomic quality (output) traits, e.g. for industrial processing; Value added, non-agronomic traits involving biosynthetic or metabolic pathways, i.e. metabolic engineering, e.g. nicotine, caffeine
- C12N15/8251—Amino acid content, e.g. synthetic storage proteins, altering amino acid biosynthesis
- C12N15/8253—Methionine or cysteine
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N15/00—Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
- C12N15/09—Recombinant DNA-technology
- C12N15/63—Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
- C12N15/79—Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts
- C12N15/82—Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for plant cells, e.g. plant artificial chromosomes (PACs)
- C12N15/8241—Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology
- C12N15/8242—Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with non-agronomic quality (output) traits, e.g. for industrial processing; Value added, non-agronomic traits
- C12N15/8243—Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with non-agronomic quality (output) traits, e.g. for industrial processing; Value added, non-agronomic traits involving biosynthetic or metabolic pathways, i.e. metabolic engineering, e.g. nicotine, caffeine
- C12N15/8251—Amino acid content, e.g. synthetic storage proteins, altering amino acid biosynthesis
- C12N15/8254—Tryptophan or lysine
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N9/00—Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
- C12N9/88—Lyases (4.)
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Zoology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Plant Pathology (AREA)
- Nutrition Science (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Breeding Of Plants And Reproduction By Means Of Culturing (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
Abstract
Description
Chimérna konštrukcia dvoch génov, expresívny vektor, transgénna rastlina alebo jej časti s prirodzene vysokým obsahom vody, ktoré nadmerne produkujú aspoň dve aminokyseliny aspartátovej rodiny a spôsob získania takej rastlinyChimeric construction of two genes, an expression vector, a transgenic plant or parts thereof with a naturally high water content that overproduce at least two amino acids of the aspartate family and a method for obtaining such a plant
Oblasť technikyTechnical field
Vynález sa týka chimérnej konštrukcie dvoch génov, ktorá umožňuje dosiahnuť zvýšenú produkciu lyzínu a treonínu a zvýšené množstvo metionínu bez toho, že príde k poškodeniu _ · rastliny, v ktorej sa konštrukcia exprimuje.The invention relates to the chimeric construction of two genes, which makes it possible to achieve increased production of lysine and threonine and an increased amount of methionine without damaging the plant in which the construction is expressed.
Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Ľudia a zvieratá s jedným žalúdkom nie sú schopní syntetizovať 9 z 20 aminokyselín a preto potrebujú dietetický zdroj týchto podstatných aminokyselín. Potrava ľudí a chovných zvierat je založená z veľkej časti na rastlinnom materiáli. Medzi podstatné aminokyseliny, ktoré sú nenahraditeľnou súčasťou výživy ľudí a zvierat, patria lyzín a treonín. V rastlinných poľnohospodárskych plodinách sa však často tieto aminokyseliny vyskytujú v nízkej koncentrácii. Preto sa často do potravín, ktorých základom je zrno a zelenina, pridávajú syntetické aminokyseliny, aby sa zvýšila ich nutričná hodnota.People and animals with a single stomach are unable to synthesize 9 of the 20 amino acids and therefore need a dietary source of these essential amino acids. Food for humans and breeding animals is largely based on plant material. Essential amino acids that are an indispensable part of human and animal nutrition include lysine and threonine. However, in plant crops, these amino acids often occur at low concentrations. Therefore, synthetic amino acids are often added to foods based on grain and vegetables to increase their nutritional value.
V minulosti sa pokúšali zvýšiť množstvo voľného treonínu a lyzínu v rastlinách metódami klasického šľachtenia a selekciou mutantov, ale nedosiahol sa príliš veľký úspech.In the past, they have attempted to increase the amount of free threonine and lysine in plants by classical breeding methods and by selection of mutants, but not much success has been achieved.
j Tiež sa vedci pokúšali v jednej transgénnej rastline súčasne zvýšiť produkciu treonínu a lyzínu spôsobom molekulovej génovej modifikácie. Zvýšenie množstva voľného lyzínu preukázalo, že spôsobuje zvýšenie akumulácie voľného treonínu (Shaul, O. and Galili, G. (1993) Plánt Mol. Biol. 23: 759-768; Falco S. C. a kol., (1995), Bio/Technology 13: 577-582).Also, scientists have attempted to simultaneously increase threonine and lysine production in one transgenic plant by molecular gene modification. An increase in the amount of free lysine has been shown to cause an increase in free threonine accumulation (Shaul, O. and Galili, G. (1993) Plant Mol. Biol. 23: 759-768; Falco SC et al., (1995), Bio / Technology 13 : 577-582.
Dodnes nebola opísaná zvýšená produkcia metionínu.To date, increased production of methionine has not been described.
Opisuje sa chimérna konštrukcia dvoch génov, ktoré obsahujú sekvenciu nukleovej kyseliny kódujúcu enzým s aktivitou aspartátovej kinázy (AK) a sekvenciu nukleovej kyseliny, ktorá kóduje enzým, ktorý vykazuje aktivitu dihydrodipikolinátovej syntázy (DHPS). Táto konštrukcia je schopná produkovať diferenciálnu expresiu dvoch génov, čo vedie k zvýšeniu množstva ako lyzínu tak treonínu viac ako 5krát v porovnaní s množstvom každej uvedenej aminokyseliny v rastline divokého typu alebo v jej časti. Táto konštrukcia tiež umožňuje zvýšiť možné množstvo metionínu. Uvedená expresia je teraz možná bez toho, že vzniknú skoršie problémy spojené s vysokou akumuláciou lyzínu alebo s kombinovanou expresiou obidvoch génov AK a DHPS v rastline. Expresia sa reguluje tak, že lyzín a treonín sa produkuje v porovnateľnom rozsahu bez toho, že sa poškodí rastlina, to znamená, že v porovnaní s rastlinami divokého typu nepríde k negatívnym aberáciám fenotypu. Konštrukcia, ktorá poskytuje zvýšené množstvo lyzínu a treonínu tiež umožňuje dosiahnuť zvýšené množstvo metionínu.Disclosed is a chimeric construction of two genes comprising a nucleic acid sequence encoding an enzyme having aspartic kinase (AK) activity and a nucleic acid sequence that encodes an enzyme having dihydrodipicolinate synthase (DHPS) activity. This construct is capable of producing differential expression of the two genes, resulting in an increase in the amount of both lysine and threonine by more than 5-fold compared to the amount of each said amino acid in the wild-type plant or in part thereof. This construction also makes it possible to increase the possible amount of methionine. Said expression is now possible without creating earlier problems associated with high lysine accumulation or combined expression of both AK and DHPS genes in the plant. Expression is regulated so that lysine and threonine are produced to a comparable extent without damaging the plant, i.e., there is no negative phenotype aberration compared to wild-type plants. A construction that provides increased amounts of lysine and threonine also makes it possible to achieve increased amounts of methionine.
Biosyntéza aminokyselín aspartátovej rodiny.Biosynthesis of amino acids of the aspartate family.
Základné aminokyseliny, ako sú lyzín, treonín a metionín sa syntetizujú z aspartátu komplexným spôsobom, ktorý je v prípade baktérií a vyšších rastlín podobný (obr. 1) . Priebeh syntézy aspartátovej rodiny sa podrobne charakterizoval v baktériách Escherichia coli izoláciou enzýmov, ktoré sa zúčastňujú uvedenej dráhy. Tieto enzýmy sa neskôr izolovali z vyšších rastlín (Bryan, J. K. (1980), The Biochemistry of Plants (ed. B. J. Miflin) Vol. 5: 403-452, Academic Press, N. Y.; Umbarger, H. E. (1978) Ann. Rev. Biochem. 47: 533-606).Essential amino acids such as lysine, threonine and methionine are synthesized from aspartate in a complex manner that is similar for bacteria and higher plants (Fig. 1). The synthesis of the aspartate family has been characterized in detail in Escherichia coli by isolation of enzymes involved in said pathway. These enzymes were later isolated from higher plants (Bryan, JK (1980), The Biochemistry of Plants (ed. BJ Miflin) Vol. 5: 403-452, Academic Press, NY; Umbarger, HE (1978) Ann. Rev. Biochem. 47: 533-606).
Rýchlosť syntézy aminokyselín aspartátovej rodiny sa reguluje primárne komplexným procesom inhibície aktivity niektorých enzýmov so spätnou väzbou relevantným aminokyselinovým konečným produktom. Najskôr je enzymatická aktivita, ktorá je bežná pre všetky aminokyseliny aspartátovej rodiny, čo je aktivita aspartátovej kinázy (AK), inhibovaná so spätnou väzbou lyzínom a treonínom. Lyzín tiež navyše inhibuje aktivitu enzýmu dihydrodipikolinátovej syntázy (DHPS), čo je prvý enzým dráhy po rozvetvení, ktorý vedie k syntéze lyzínu. Treonín inhibuje aktivitu homoserínovej dehydrogenázy (HSD), čo je prvý enzým, ktorý sa zúčastňuje biosyntézy treonínu (Matthews, B. F. a kol., (1989) Plánt Physiol. 91: 1569-1574).The rate of amino acid synthesis of the aspartate family is regulated primarily by a complex process of inhibiting the activity of some of the feedback enzymes by the relevant amino acid end product. First, the enzymatic activity that is common to all amino acids of the aspartate family, which is aspartate kinase (AK) activity, is inhibited by lysine and threonine feedback. In addition, lysine also inhibits the activity of the enzyme dihydrodipicolinate synthase (DHPS), which is the first enzyme of the branching pathway that leads to lysine synthesis. Threonine inhibits the activity of homoserine dehydrogenase (HSD), the first enzyme involved in threonine biosynthesis (Matthews, B. F. et al., (1989) Plant Physiol. 91: 1569-1574).
Enzým aspartátová kináza (AK) katalyzuje fosforyláciu aspartátu za vzniku 3-aspartylfosforečnanu, pričom dochádza k hydrolýze ΑΤΡ. V baktériách E. coli a v rastlinách sa identifikovalo niekoľko rôznych enzýmov AK, ktoré diferenciálne inhibujú buď lyzín alebo treonín. Ukázalo sa, že AK-III, čo je produkt lokusu lysC v baktériách E. coli, sa skladá z dvoch rovnakých podjednotiek ako homodimér (Cassan,The enzyme aspartate kinase (AK) catalyzes the phosphorylation of aspartate to form 3-aspartyl phosphate, thereby hydrolyzing ΑΤΡ. Several different AK enzymes have been identified in E. coli and in plants that differentially inhibit either lysine or threonine. AK-III, a product of the lysC locus in E. coli, has been shown to consist of two of the same subunits as the homodimer (Cassan,
M., a kol. (1986), J. Biol. Chem. 261: 1052-1057; Richaud, C. a kol., (1973) Eur. J. Biochem. 40: 619-629). Gén LysC z baktérie E. coli sa klonoval a sekvencoval (Cassan, M., a kol. (1986), J. Biol., Chem. 261: 1052-1057).M., et al. (1986) J. Biol. Chem. 261: 1052-1057. Richaud, C. et al., (1973) Eur. J. Biochem. 40: 619-629). The LysC gene from E. coli was cloned and sequenced (Cassan, M., et al. (1986), J. Biol., Chem. 261: 1052-1057).
Produkt aktivity AK, čo je 3-aspartylfosforečnan, sa v ďalšom enzymatickom kroku prevádza na 3-aspartátový semialdehyd (3-ASA), ktorý slúži ako bežný substrát na syntézu lyzínu a treonínu. Enzým dihydrodipikolinátová syntáza (DHPS) katalyzuje prvú reakciu, ktorá je pri biosyntéze jediná, a to kondenzáciou 3-aspartátsemialdehydu s pyruvátom za vzniku 2,3dihydrodipikolinátu. V baktériách E. coli je tento enzým kódovaný lokusom dapA a ukazuje sa, že obsahuje štyri identické podjednotky ako homotetramér (Shedlarski, J. G. and Gilvarg, C. (1970) J. Biol. Chem. 245: 1362-1373). Gén dapA baktérií E. coli sa klonoval a sekvencoval (Richaud, F. a kol., (1986) J. Bacteriol. 166: 297-300). Enzým DHPS v rastlinách je jediný enzým porovnateľný s enzýmom baktérií E. coli. V prípade hlavných regulačných enzýmov dráhy aspartátovej rodiny v rastlinách, DHPS je najcitlivejší na spätnoväzbovú inhibíciu svojim konečným produktom (I50 DHPS v prípade rozsahu lyzínu medzi 10 a 50 μΜ) . Rastlinný DHPS je v porovnaní s rastlinnými AK (I50 v prípade rozsahu lyzínu medzi 100 a 700 μΜ) približne 10-krát citlivejší na inhibíciu lyzínom. Rastlinný DHPS je približne 100-krát citlivejší na lyžínovú inhibíciu, ako DHPS baktérie E. coli (Is0 je približne 1 mM) (Yugari, Aby and Gilvard, C. (1962) Biochem. Biophys. Acta 62: 612-614; Galili G., (1995) The Plánt Celí 7: 899906) .The product of the activity of AK, which is 3-aspartyl phosphate, is converted in the next enzymatic step to 3-aspartate semialdehyde (3-ASA), which serves as a conventional substrate for the synthesis of lysine and threonine. The enzyme dihydrodipicolinate synthase (DHPS) catalyzes the first reaction, which is unique in biosynthesis, by condensing 3-aspartate semialdehyde with pyruvate to form 2,3dihydrodipicolinate. In E. coli, this enzyme is encoded by the dapA locus and appears to contain four identical subunits as the homotetramer (Shedlarski, JG and Gilvarg, C. (1970) J. Biol. Chem. 245: 1362-1373). The E. coli dapA gene was cloned and sequenced (Richaud, F. et al., (1986) J. Bacteriol. 166: 297-300). The DHPS enzyme in plants is the only enzyme comparable to that of E. coli. For the major regulatory enzymes of the aspartate family pathway in plants, DHPS is most sensitive to feedback inhibition by its end product (I 50 DHPS for lysine ranges between 10 and 50 μΜ). Plant DHPS is compared in plant IF (I 50, in the case of lysine the range from 100 to 700 μΜ) about 10-fold more sensitive to inhibition by lysine. Plant DHPS is approximately 100 times more sensitive to lysine inhibition than DHPS of E. coli (I 50 is approximately 1 mM) (Yugari, Aby and Gilvard, C. (1962) Biochem. Biophys. Acta 62: 612-614; Galili G., (1995) The Plant Cell 7: 899906).
Homoserínová dehydrogenáza (HSD) katalyzuje prvú reakciu, ktorá je špecifická pre syntézu treonínu, metionínu a izoleucínu. Vyššie rastliny vo všeobecnom prípade majú aspoňHomoserine dehydrogenase (HSD) catalyzes the first reaction, which is specific for the synthesis of threonine, methionine and isoleucine. Higher plants generally have at least
Academic Press, N. Y.; Lea, P. J. a kol. (1985) Chemistry and Biochemistry of the Amino Acids (ed. G. C. Barrett) : 197-226, London: Chapman and Halí).Academic Press, N.Y .; Lea, P.J. et al. (1985) Chemistry and Biochemistry of the Amino Acids (edited by G. C. Barrett): 197-226, London: Chapman and Hall.
Niekoľko dôkazov ukazuje, že rastlinný AK je enzým, ktorý obmedzuje rýchlosť syntézy treonínu, zatiaľ čo DHPS je hlavným enzým, ktorý obmedzuje rýchlosť syntézy lyzínu. Zistilo sa, že mutanty niekoľkých rastlinných druhov, ktoré vykazujú spätnoväzbovo necitlivý AK izozým, nadmerne produkujú voľný treonín a vykazujú len slabo zvýšené množstvo lyzínu (Bright,Several evidence shows that plant AK is an enzyme that limits the rate of threonine synthesis, while DHPS is a major enzyme that limits the rate of lysine synthesis. Mutants of several plant species that show a feedback-insensitive AK isozyme have been found to overproduce free threonine and show only a slightly increased amount of lysine (Bright,
S. W. J. a kol., (1982) Náture 299: 278-279; Cattoir-ReynaertsS. W. J. et al., (1982) Nature 299: 278-279; Cattoir-Reynaerts
A. a kol., (1983) Biochem. Physiol. Pflanzen 178: 81-90; Dotson, S. B. a kol., (1990) Planta 182: 546-552; Frankard, V. a kol. (1992) Plánt Physiol. 99: 1285-1293). Na druhej strane spätnoväzbovo necitlivý DHPS, čo je mutant rastliny tabaku, vykazoval nadmernú produkciu lyzínu (Negrutiu, I. a kol., (1984) Theor. Appl. Genet. 6: 11-20). Podobné výsledky sa zaznamenali s transgénnymi rastlinami, ktoré exprimujú spätnoväzbovo necitlivý DHPS alebo AK z baktérií E. coli (Glassman, K. F. (1992) Biosynthesis and Mol. Regúl. Of Amino Acids in Plants (ed. B. K. Singh a kol.): 217-228; Perí., A. a kol., (1992) Plánt Mol. Biol. 19: 815-823; Shaul, O. and Galili, G. (1992a) Plánt J. 2: 203-209; Shaul, 0. and Galili,A. et al., (1983) Biochem. Physiol. Pflanzen 178: 81-90; Dotson, S. B. et al., (1990) Planta 182: 546-552; Frankard, V. et al. (1992) Plant Physiol. 99: 1285-1293). On the other hand, feedback-insensitive DHPS, a tobacco plant mutant, showed excessive lysine production (Negrutiu, I. et al., (1984) Theor. Appl. Genet. 6: 11-20). Similar results were recorded with transgenic plants that express feedback-insensitive DHPS or AK from E. coli (Glassman, KF (1992) Biosynthesis and Mol. Regul. Of Amino Acids in Plants (ed. BK Singh et al.): 217- 228, Peri, A. et al., (1992) Plant Mol Biol 19: 815-823, Shaul, O, and Galili, G. (1992a) Plant J. 2: 203-209; and Galili,
G. (1992b) Plánt. Physiol. 100: 1157-1163). Transgénne rastliny, ktoré exprimujú AK baktérií E. coli, produkujú v nadmernej miere treonín a vykazujú len slabý nárast množstva lyzínu. Štúdie transgénnych rastlín tiež ukazujú, že AK a DHPS nie sú regulované len spätnoväzbovou inhibíciou, ale že množstvo týchto enzýmov tiež obmedzuje rýchlosť produkcie treonínu a lyzínu. Podstatne pozitívna korelácia v transgénnych rastlinách sa detegovala medzi množstvom bakteriálnych enzýmov AK a DHPS a množstvom voľného treonínu a lyzínu (Shaul, O. and Galili, G. (1992a) Plánt J. 2: 203-209;G. (1992b) Plan. Physiol. 100: 1157-1163). Transgenic plants that express E. coli AK produce excessively threonine and show only a slight increase in lysine. Transgenic plant studies also show that AK and DHPS are not only regulated by feedback inhibition, but that a number of these enzymes also limit the rate of threonine and lysine production. Substantially positive correlation in transgenic plants was detected between the amount of bacterial enzymes AK and DHPS and the amount of free threonine and lysine (Shaul, O. and Galili, G. (1992a) Plant J. 2: 203-209;
Shaul, O. and Galili, G. (1992b) Plánt. Physiol. 100: 11571163) .Shaul, O. and Galili, G. (1992b) Plant. Physiol. 100: 11571163).
Transgénne rastliny, ktoré exprimujú ako spätnoväzbovo necitlivú AK tak spätnoväzbovo necitlivú DHPS (Shaul, 0. and Galili, G. (1993) Plánt Mol. Biol. 23: 759-768) obsahujú množstvo voľného lyzínu, ktoré je oveľa vyššie ako sa vyskytuje v rastlinách, ktoré exprimujú len zavedenú necitlivú AK alebo DHPS. Uvedený nárast množstva lyzínu je tiež sprevádzaný podstatnou redukciou akumulácie treonínu, čo sa porovnáva s transgénnymi rastlinami, ktoré exprimujú len necitlivú AK. To znamená, že keď DHPS sa stáva neregulovaným, vetva, ktorá vedie k syntéze lyzínu silno súperí s inými vetvami dráhy syntézy a podstatné množstvo 3-aspartátového semialdehydu sa tak prevádza na lyzín na účet treonínu. Rovnaké výsledky sa dosiahli krížením mutantu, ktorý nadmerne produkuje lyzín, s mutantom, ktorý nadmerne produkuje treonín, charakterizovaným zmenenou reguláciou DHPS a AK (Frankard, V. a kol. (1992) Plánt Physiol. 99: 1285-1293).Transgenic plants that express both feedback-insensitive AK and feedback-insensitive DHPS (Shaul, 0. and Galili, G. (1993) Plant Mol. Biol. 23: 759-768) contain an amount of free lysine that is much higher than that found in plants that express only the introduced insensitive AK or DHPS. This increase in lysine is also accompanied by a substantial reduction in threonine accumulation, which is compared to transgenic plants that express only insensitive AK. That is, when DHPS becomes unregulated, the branch that leads to lysine synthesis strongly competes with other branches of the synthesis pathway and a substantial amount of 3-aspartate semialdehyde is thus converted to lysine at the expense of threonine. The same results were obtained by crossing a lysine overproducing mutant with a threonine overproducing mutant characterized by altered DHPS and AK regulation (Frankard, V. et al. (1992) Plant Physiol. 99: 1285-1293).
Prihláška európskeho patentu č. 485 970 opisuje spôsob zvýšenia voľného treonínu a lyzínu. Tento spôsob zahŕňa zavedenie prvého chimérneho génu do rastlinných buniek, pričom gén obsahuje sekvenciu DNA kódujúcu enzým, ktorý vykazuje aktivitu AK, a zavedenie druhého chimérneho génu, ktorý obsahuje sekvenciu DNA kódujúcu enzým s aktivitou DHPS. Obidva chimérne gény ďalej obsahujú sekvenciu DNA, ktorá umožňuje .· expresiu enzýmov v rastlinných bunkách a následné cielenie enzýmov do chloroplastu.European patent application no. 485 970 discloses a method for increasing free threonine and lysine. The method comprises introducing a first chimeric gene into plant cells, wherein the gene comprises a DNA sequence encoding an enzyme having AK activity, and introducing a second chimeric gene comprising a DNA sequence encoding an enzyme having DHPS activity. Both chimeric genes further contain a DNA sequence that allows the expression of enzymes in plant cells and subsequent targeting of the enzymes to the chloroplast.
Prihláška európskeho patentu č. 93908395 opisuje dva izolované fragmenty DNA, ktoré obsahujú fragment kódujúci AK, ktorá nie je citlivá na inhibíciu lyzínom, a druhý fragment kódujúci DHPS, ktorý je aspoň 20-krát menej citlivý na inhibíciu lyzínom v porovnaní s rastlinnou DHPS. Obsahom nárokov je skutočnosť, že AK citlivá na lyzín spôsobuje produkciu treonínu vyššiu ako je v normálnom prípade a že DHPS spôsobuje v transformovaných rastlinách produkciu lyzínu vyššiu ako je v normálnom prípade.European patent application no. No. 93908395 discloses two isolated DNA fragments that contain a fragment encoding AK that is not susceptible to lysine inhibition and a second fragment encoding DHPS that is at least 20-fold less susceptible to lysine inhibition compared to plant DHPS. The claims include the fact that lysine sensitive AK causes threonine production higher than normal and that DHPS causes lysine production higher than normal in transformed plants.
Ukázalo sa však, že transgénne rastliny exprimujúce spätnoväzbovo necitlivú DHPS, ktoré pochádzajú z baktérie E.However, it has been shown that transgenic plants expressing feedback-insensitive DHPS that originate from E.
coli, nadmerne produkujú lyzín a že transgénne rastliny exprimujúce AK z E. coli nadmerne produkujú treonín (Glassman,coli, overproduce lysine and that transgenic plants expressing AK from E. coli overproduce threonine (Glassman,
K. F. (1992) Biosynthesis and Mol. Regúl. Of Amino Acids in Plants (ed. B. K. Singh a kol.) : 217-228; Perí, A. a kol. , (1992) Plánt Mol. Biol. 19: 815-823; Shaul, O. and Galili, G. (1992a) Plánt J. 2: 203-209; Shaul, O. and Galili, G. (1992b) Plánt. Physiol. 100: 1157-1163), potom kombinovanie týchto dvoch génov v transgénnych rastlinách nikdy neviedlo k porovnateľného nárastu množstva treonínu a lyzínu. V publikácii Shaul, 0. and Galili, G. (1993) Plánt Mol. Biol.K.F. (1992) Biosynthesis and Mol. Regul. Of Amino Acids in Plants (ed., B. K. Singh et al.): 217-228; Perí, A. et al. , (1992) Plant Mol. Biol. 19: 815-823; Shaul, O. and Galili, G. (1992a) Plant J. 2: 203-209; Shaul, O. and Galili, G. (1992b) Plant. Physiol. 100: 1157-1163), then combining these two genes in transgenic plants never resulted in a comparable increase in the amount of threonine and lysine. In Shaul, 0 and Galili, G. (1993) Plant Mol. Biol.
23: 759-768 sa opisuje, že autori získali transgénne rastliny, ktoré exprimujú ako spätnoväzbovú necitlivú AK tak spätnoväzbovú necitlivú DHPS krížením transgénnych rastlín, ktoré exprimujú jednotlivo každý z týchto enzýmov. Ukázalo sa, že tieto rastliny obsahujú množstvo voľného lyzínu, ktoré zďaleka nepresahuje množstvo v rastlinách, ktoré exprimujú len necitlivú DHPS. Zvýšenie množstva lyzínu je však sprevádzané v porovnaní s rastlinami, ktoré exprimujú len necitlivú AK podstatnou redukciou akumulácie treonínu.23: 759-768, it is reported that the authors obtained transgenic plants that express both feedback insensitive AK and feedback insensitive DHPS by crossing transgenic plants that express each of these enzymes individually. These plants have been shown to contain an amount of free lysine that does not by far exceed the amount in plants that express only insensitive DHPS. However, the increase in lysine is accompanied by a substantial reduction in threonine accumulation compared to plants that express only insensitive AK.
Rovnaké výsledky sa dosiahli, keď spätnoväzbovo necitlivé bakteriálne enzýmy DHPS a AK, ktoré sú kódované génom dapA baktérie Corynebacterium a mutantným génom lysC baktérie E. coli, sa spoločne exprimovali v transgénnej kanole a v semenách sóje. V semenách sa pozorovalo niekoľkosto násobné zvýšenie množstva voľného lyzínu, zatiaľ čo akumulácii nadbytočného treonínu v transgénnych semenách, ktoré exprimujú samotnú spätnoväzbovo necitlivú AK, sa predišlo expresiou sThe same results were obtained when the feedback insensitive bacterial enzymes DHPS and AK, which are encoded by the Corynebacterium dapA gene and the E. coli mutant lysC gene, were co-expressed in the transgenic canola and soybean seeds. In the seeds, a several fold increase in the amount of free lysine was observed, while the accumulation of excess threonine in transgenic seeds that express feedback-insensitive AK alone was prevented by expression with
DHPS (Falco S. C. a kol., (1995), Bio/Technology 13: 577-582).DHPS (Falco S. C. et al., (1995), Bio / Technology 13: 577-582).
Ďalej sa v transgénnych rastlinách, kde sa koncentrácia voľného lyzínu zvýšila v celej rastline vzhľadom na koncentráciu lyzínu v rastlinách, prejavil abnormálny fenotyp viac ako 10-krát netransformovaných (Glassman, K. F.Furthermore, in transgenic plants, where the concentration of free lysine increased throughout the plant relative to the concentration of lysine in plants, an abnormal phenotype more than 10-fold untransformed occurred (Glassman, K. F.
(1992) Biosynthesis and Mol. Regúl. Of Amino Acids in Plants (ed. B. K. Singh a kol.: 217-228; Shaul, O. and Galili, G.(1992) Biosynthesis and Mol. Regul. Of Amino Acids in Plants (eds. B.K. Singh et al.: 217-228; Shaul, O. and Galili, G.
(1992a) Plánt J. 2: 203-209; Frankard, V. a kol. (1992) Plánt(1992a) Plant J. 2: 203-209; Frankard, V. et al. (1992) Plant
Physiol. 99: 1285-1293).Physiol. 99: 1285-1293).
V prihláške európskeho patentu č. EP 435970 sa opisuje, že expresia obidvoch génov spätnoväzbovo necitlivej AK a DHPS sa riadila rovnakým konštitutívnym promótorom CaMV35s. Tiež v experimentoch, ktoré sa opisujú v publikáciách Flaco S. C. a kol., (1995), Bio/Technology 13: 577-582; Shaul, O. and Galili, G. (1993) Plánt Mol. Biol. 23: 759-768, sa spoločne exprimovala v transformovaných rastlinách spätnoväzbovo necitlivá AK a DHPS, pričom sa expresia týchto dvoch génov riadila rovnakým promótorom.In European patent application no. EP 435970 describes that expression of both feedback-insensitive AK and DHPS genes was driven by the same constitutive CaMV35s promoter. Also in the experiments described in Flaco S. C. et al., (1995), Bio / Technology 13: 577-582; Shaul, O. and Galili, G. (1993) Plant Mol. Biol. 23: 759-768, feedback-insensitive AK and DHPS were co-expressed in transformed plants, and the expression of the two genes was controlled by the same promoter.
Problémy, ktoré vznikajú pri použití technológie génových manipulácií s cieľom zvýšenia množstva voľného lyzínu a treonínu v rastlinách, sa opisujú v publikácii Falco S. C. a kol., (1995), Bio/Technology 13: 577-582. Tiež sa ukázalo, že použitie rovnakého promótora špecifického pre semeno pri riadení expresie spätnoväzbovo necitlivej AK a DHPS viedlo len k zvýšeniu obsahu lyzínu v semenách kanoly a sóje. Ďalej sa v uvedenej publikácii opisuje, že semená transformantov, ktoré akumulujú najvyššie množstvo lyzínu vykazujú abnormálny vzhľadProblems arising from the use of gene manipulation technology to increase the amount of free lysine and threonine in plants are described in Falco S. C. et al., (1995) Bio / Technology 13: 577-582. It has also been shown that the use of the same seed-specific promoter in controlling the expression of feedback-insensitive AK and DHPS only resulted in an increase in lysine content in canola and soybean seeds. It is further described that the seeds of transformants which accumulate the highest amount of lysine exhibit an abnormal appearance
lyzínu a treonínu v rastlinách sa reguluje aspoň dvomi faktormi: Prvým faktorom je dostupnosť 3-ASA, ktorý je bežným substrátom dvoch kľúčových enzýmov špecifických na syntézu treonínu a lyzínu (resp. homoserínová dehydrogenáza a DHPS). Druhým faktorom je súťaženie medzi týmito dvomi kľúčovými enzýmami v prípade 3-ASA, pričom táto látka je pre nich bežný substrát. Množstvo 3-ASA sa zdá byť určené aktivitou AK. V prípade, že je v transgénnych rastlinách nadmerne exprimovaná spätnoväzbovo necitlivá AK, môže sa vyššia koncentrácia 3-ASA viesť do vetvy syntézy treonínu, čo môže tiež viesť k zvýšeniu množstva metionínu. Ak sa DHPS stáva spätnoväzbovo necitlivou, potom vetva, ktorá vedie k syntéze lyzínu silno súťaží s inou vetvou dráhy a podstatné množstvo 3-ASA sa tak prevádza na lyzín na úkor syntézy treonínu. S cieľom zvýšenia množstva voľného treonínu a lyzínu v transgénnych rastlinách na požadované množstvo sa musí prísne regulovať načasovanie a sila expresie každého zavedeného spätnoväzbovo necitlivého génu. Produkcia inej aminokyseliny ako je metionín aspartátovej cesty sa tiež zvýši.lysine and threonine in plants are regulated by at least two factors: The first factor is the availability of 3-ASA, which is a common substrate for two key enzymes specific for threonine and lysine synthesis (respectively, homoserine dehydrogenase and DHPS). The second factor is the competition between the two key enzymes in the case of 3-ASA, which is a common substrate for them. The amount of 3-ASA appears to be determined by AK activity. If feedback-insensitive AK is overexpressed in transgenic plants, a higher concentration of 3-ASA can lead to the threonine synthesis branch, which may also lead to an increase in the amount of methionine. If DHPS becomes feedback insensitive, then the branch that leads to lysine synthesis competes strongly with another strand of the pathway and a substantial amount of 3-ASA is converted to lysine at the expense of threonine synthesis. In order to increase the amount of free threonine and lysine in the transgenic plants to the desired amount, the timing and expression level of each introduced feedback insensitive gene must be strictly regulated. Production of an amino acid other than the methionine of the aspartate pathway will also increase.
( ·(·
Vzhľadom na vynález sa expresia sekvencie nukleovej kyseliny kódujúcej enzým, ktorý vykazuje aktivitu aspartátovej kinázy (AK) a sekvencie nukleovej kyseliny kódujúcej enzým, ktorý vykazuje aktivitu dihydrodipikolínovej syntézy (DHPS) reguluje tak, že expresia dvoch sekvencii sa líši v sile a že expresia sekvencie kódujúcej kódujúcej DHPS. To sa môže rôznou silou alebo dokoncaWith respect to the invention, the expression of a nucleic acid sequence encoding an enzyme having an aspartic kinase (AK) activity and a nucleic acid sequence encoding an enzyme having an activity of dihydrodipicoline synthesis (DHPS) is regulated such that the expression of the two sequences differs in potency and coding DHPS. It can vary in strength or even
AK je silnejšia ako sekvencie dosiahnuť použitím promótora s použitím rovnakých promótorov, pričom DHPS regulačný promótor obsahuje zosilňovač. Vynález tiež opisuje vznik rastlín, ktoré nadmerne produkujú treonín a lyzín v porovnateľnom rozsahu. Ďalej sa opisuje nadmerná produkcia metionínu. To sa môže dosiahnuť s použitím špeciálnych sekvencii podľa vynálezu metódami rekombinácie DNA, ktoré sú dobre známe v odbore, ako je napríklad transformácia rastlinných buniek.AK is stronger than the sequence achieved by using a promoter using the same promoters, wherein the DHPS regulatory promoter comprises an enhancer. The invention also describes the formation of plants that overproduce threonine and lysine to a comparable extent. Excessive methionine production is described below. This can be achieved using special sequences of the invention by recombinant DNA methods well known in the art, such as plant cell transformation.
Uprednostňuje sa, aby expresia sekvencii kódujúcich DHPS a AK sa regulovala v rôznych štádiách vývoja rastlín tak, že rastlina má šancu sa vyvinúť a dozrieť bez toho, že príde k interferencii s nadmerne produkovanou voľnou aminokyselinou, najmä s nadmerne produkovaným lyzínom. Toto sa môže dosiahnuť radom spôsobov.It is preferred that expression of the DHPS and AK coding sequences is regulated at various stages of plant development such that the plant has a chance to develop and mature without interfering with overproduced free amino acid, particularly overproduced lysine. This can be achieved in a number of ways.
Prvý spôsob je regulácia sekvencie kódujúcej DHPS indukovateľným promótorom, ktorý je možné indukovať potom, ako sa začne exprimovať sekvencia kódujúca AK. Sekvencia kódujúca AK sa môže tiež prirodzene regulovať indukovateľným promótorom. Existuje však obmedzenie, že silnejší expresívny systém sa použije pre sekvenciu kódujúcu AK a že k expresii DHPS dochádza v neskoršom štádiu, ako je v prípade sekvencie kódujúcej AK. Predovšetkým sa uprednostňuje indukcia sekvencie kódujúcej DHPS v okamihu, keď rastlina dosiahla dostatočný stupeň zrelosti a nebude preto negatívne ovplyvnená nadmernou produkciou lyzínu.The first method is to regulate the DHPS coding sequence by an inducible promoter that can be induced after the AK coding sequence has been expressed. The AK coding sequence can also be naturally regulated by an inducible promoter. However, there is a limitation that a stronger expression system is used for the AK coding sequence and that DHPS expression occurs at a later stage than the AK coding sequence. In particular, it is preferred to induce the DHPS coding sequence when the plant has reached a sufficient degree of maturity and will therefore not be negatively affected by excessive lysine production.
Druhý spôsob ako dosiahnuť expresiu v rôznych štádiách, je regulácia expresie promótormi, ktoré sú asociované s bunkovými typmi alebo orgánmi a riadia prirodzenú expresiu v odlišných štádiách vývoja rastliny. Vhodnými príkladmi promótorov pre sekvenciu kódujúcu DHPS sú promótory spojené s procesmi, ku ktorým dochádza v neskorších štádiách vývoja rastliny alebo dokonca v štádiu zrelosti. Promótory spojené s plodmi a hľuzami sú vhodné pri regulácii expresie sekvencie kódujúcej DHPS. Sekvencia kódujúca AK sa môže tiež regulovať uvedenými promótormi, alebo je obmedzená tým, že pre sekvenciu kódujúcu AK sa použije silnejší exprimujúci systém, ako je to v prípade sekvencie kódujúcej DHPS. Uprednostňuje sa tiež uskutočnenie vynálezu, kde sekvencia kódujúca DHPS sa exprimuje neskôr, ako sekvencia kódujúca AK, čo sa môže uskutočniť použitím indukovateľného promótora.A second way to achieve expression at different stages is to regulate expression by promoters that are associated with cell types or organs and direct natural expression at different stages of plant development. Suitable examples of promoters for the DHPS coding sequence are those associated with processes that occur at later stages of plant development or even at the stage of maturity. Promoters associated with fetuses and tubers are useful in regulating the expression of the DHPS coding sequence. The AK coding sequence can also be regulated by the aforementioned promoters, or is limited by using a stronger expression system for the AK coding sequence than the DHPS coding sequence. It is also preferred an embodiment of the invention wherein the DHPS coding sequence is expressed later than the AK coding sequence, which may be accomplished using an inducible promoter.
S cieľom riadenia expresie spätnoväzbovo necitlivej AK v celej rastline a vo všetkých štádiách vývoja orgánov je možné použiť veľmi silný konštitutívny promótor, čo vedie k vyššej koncentrácii 3-ASA, ktorý sa odvedie do vetvy syntézy treonínu a spôsobí metionínu. Tento postup sa necitlivý neskoršom nadmernú produkciu treonínu a ďalej kombinovať s tým, DHPS sa môže exprimovať vývoja, napríklad v špecifických orgánochIn order to control the feedback-insensitive AK expression throughout the plant and at all stages of organ development, a very strong constitutive promoter can be used, resulting in a higher concentration of 3-ASA, which leads to the threonine synthesis branch and causes methionine. This procedure is insensitive to later overproduction of threonine and further combined with DHPS may express development, for example, in specific organs
Expresia sekvencie kódujúcej AK môže byť konštitutívna, ale môže byť tiež obmedzená na špecifické moze enzým štádiu že spätnoväzbovo len slabo a v rastlín.Expression of the AK coding sequence may be constitutive, but may also be limited to a specific brain enzyme stage that feedback only weakly and in the plant.
orgány.authorities.
Sekvencia kódujúcej AK sa môže exprimovať v rovnakých orgánoch ako sekvencia kódujúca DHPS, avšak obidve kódujúce sekvencie sa musia exprimovať oddelene. Vzhľadom na to, že expresia DHPS prebieha neskôr a je slabšia, vetva, ktorá vedie k syntéze lyzínu podlieha súťaženiu s inými vetvami priebehu syntézy len slabo a len počas dobre definovaného obdobia vývoja. Preto dochádza k nadmernej produkcii lyzínu aj treonínu. Nadmerne sa produkuje tiež metionín, ktorý sa zúčastňuje aspartátového priebehu.The AK coding sequence may be expressed in the same organs as the DHPS coding sequence, but both coding sequences must be expressed separately. Since DHPS expression occurs later and is weaker, the branch that leads to lysine synthesis is subject to competition with other branches of the synthesis course only weakly and only during a well defined development period. Therefore, both lysine and threonine are overproduced. Methionine, which participates in the aspartate course, is also overproduced.
Je výhodné, s cieľom dosiahnutia veľmi vysokého množstva lyzínu, napríklad desaťnásobku alebo vyššieho množstva, ako je normálne, aby sa sekvencia kódujúca DHPS exprimovala v špecificky cielených orgánoch, a tým sa predíde negatívnym prejavom fenotypu rastliny. Také cieľové orgány, ktoré sa v rastline vyvíjajú neskôr v čase dozrievania, sú napríklad hľuzy, semená, plody a kvety. Pretože sa lyzín nadmerne produkuje len v špecificky cielených orgánoch rastlín, ako je napríklad hľuza, zvyšok rastliny sa vyvíja normálne bez toho, že sa objaví iný fenotyp.It is preferred, in order to achieve a very high amount of lysine, for example ten times or more than normal, that the DHPS coding sequence be expressed in specifically targeted organs, thereby avoiding negative manifestations of the plant phenotype. Such target organs that develop later in the plant at the time of ripening are tubers, seeds, fruits and flowers. Since lysine is overproduced only in specifically targeted organs of plants, such as tubers, the remainder of the plant develops normally without the appearance of another phenotype.
Expresia sekvencie kódujúcej DHPS prednostne prebieha v špecifických rastlinných orgánoch s vysokým obsahom vody. To je tiež výhodné, pretože dochádza k minimálnemu poškodeniu fenotypu. Medzi také orgány patria hľuzy, plody, kvety a listy. Uprednostňuje sa, aby tieto orgány obsahovali viac ako 70 % vody, výhodnejšie je, aby obsah vody bol vyšší ako 80 %. Skutočnosť, že sa sekvencia kódujúcej DHPS exprimuje v špecifických orgánoch s vysokým obsahom vody prináša tiež výhodu, že požadované aminokyseliny sú vo vodných frakciách ľahko rozpustné a sú teda ľahko dostupné po žatve. Z toho dôvodu je výhodné, aby gén kódujúci AK tiež exprimoval v rastlinných orgánoch s vysokým obsahom vody. Najvýhodnejšie je, aby sa dva gény exprimovali s oblasťou prekryvu expresie, ktorá sa nachádza v rastlinnom orgáne s vysokým obsahom vody, v ktorom sa exprimuje sekvencia kódujúca DHPS. Uprednostňuje sa, aby žatva orgánu bohatého na vodu bola ľahko uskutočniteľná. Takým orgánom sú napríklad hľuzy, kvety, korene alebo listy.Preferably, the expression of the DHPS coding sequence occurs in specific plant organs with a high water content. This is also advantageous because there is minimal phenotype damage. Such organs include tubers, fruits, flowers and leaves. It is preferred that these organs contain more than 70% water, more preferably the water content is higher than 80%. The fact that the DHPS coding sequence is expressed in specific bodies with high water content also has the advantage that the desired amino acids are readily soluble in the aqueous fractions and are therefore readily available after harvest. Therefore, it is preferable that the gene encoding AK also express in plant organs with a high water content. Most preferably, the two genes are expressed with an overlap region of expression found in a high water plant organ in which the DHPS coding sequence is expressed. It is preferred that the harvesting of the water-rich organ is readily practicable. Such organs are, for example, tubers, flowers, roots or leaves.
Uvedený orgán je možné použiť ako zdroj nutrientov, ktoré majú vysoký obsah aspoň dvoch aminokyselín aspartátovej rodiny vybranej zo skupiny, ktorá zahŕňa metionin, lyzín a treonín alebo sa môže spracovať extrakciou, pričom sa získa vodná frakcia. Uvedená vodná frakcia obsahuje vysoký obsah aspoň dvoch aminokyselín aspartátovej rodiny vybranej zo skupiny, ktorá zahŕňa metionin, lyzín a treonín. Rastlina ako taká alebo jej časť, ktorá obsahuje orgán bohatý na vodu sa môže zozbierať a použiť ako potravina alebo ako potravinový doplnok a/alebo sa spracuje v procese extrakcie vody. Taká vodná frakcia získaná z rastliny alebo z rastlinného orgánu podľa vynálezu sa môže v podstate použiť ako zdroj nutrientov. Je známy rad jednoduchých ekonomicky výhodných extrakčných postupov, napríklad pri produkcii ovocných alebo zeleninových džúsov. Tak je možné vyrobiť ovocné alebo zeleninové šťavy spôsobom, ktorý je dobre známy v odbore. Tieto ovocné alebo zeleninové šťavy majú však podstatne vysokú nutričnú hodnotu, čo je spôsobené prítomnosťou vysokého obsahu aspoň dvoch aminokyselín aspartátovej rodiny vybraných zo skupiny, ktorá zahŕňa metionín, lyzín a treonín.The organ may be used as a source of nutrients having a high content of at least two amino acids of the aspartate family selected from the group consisting of methionine, lysine and threonine, or may be subjected to extraction to obtain an aqueous fraction. Said aqueous fraction contains a high content of at least two amino acids of the aspartate family selected from the group consisting of methionine, lysine and threonine. The plant itself or a portion thereof containing a water-rich organ may be harvested and used as a food or food supplement and / or processed in a water extraction process. Such an aqueous fraction obtained from the plant or plant organ of the invention may be substantially used as a source of nutrients. A number of simple, economically advantageous extraction processes are known, for example in the production of fruit or vegetable juices. Thus, fruit or vegetable juices can be produced in a manner well known in the art. However, these fruit or vegetable juices have a substantially high nutritional value due to the presence of a high content of at least two amino acids of the aspartate family selected from the group consisting of methionine, lysine and threonine.
Rastliny alebo časti rastlín napríklad plody, kvety, hľuzy, korene alebo listy podľa vynálezu ako také sú vhodné najmä pre vegetariánov, čím sa zabezpečí automatické podanie dvoch základných aminokyselín. Navyše vodná frakcia z rastlín alebo ich častí, ktoré obsahujú orgány bohaté na vodu, kde sa exprimuje kombinácia génov podľa vynálezu, znamená jednoducho získateľný zdroj s vysokým obsahom aspoň dvoch aminokyselín aspartátovej rodiny vybranej zo skupiny, ktorá zahŕňa metionín, lyzín a treonín, z ktorých sa aminokyseliny produkované v nadmernom množstve dajú ľahko získať. Zvýšené množstvo metionínu tvorí v prvom rade ľahko získateľný zdroj metionínu. Teraz je možné ľahko získať metionín, lyzín a treonín.Plants or parts of plants, for example, fruits, flowers, tubers, roots or leaves of the invention as such are particularly suitable for vegetarians, thereby ensuring the automatic administration of the two essential amino acids. In addition, an aqueous fraction of plants or parts thereof containing water-rich organs expressing a combination of genes of the invention is an easily obtainable source with a high content of at least two aspartate family amino acids selected from the group consisting of methionine, lysine and threonine; amino acids produced in excess are readily obtainable. The increased amount of methionine is primarily an easily obtainable source of methionine. It is now easy to obtain methionine, lysine and threonine.
Vynález sa týka chimérnej konštrukcie dvoch génov, ktorá obsahuje:The invention relates to a chimeric construction of two genes comprising:
(a) sekvenciu nukleovej kyseliny kódujúcu enzým, ktorý vykazuje aktivitu aspartátovej kinázy (AK), (b) sekvenciu nukleovej kyseliny kódujúcu enzým, ktorý vykazuje aktivitu dihydrodipikolinátovej syntázy (DHPS) , (c) sekvenciu, ktorá reguluje expresiu kódujúcej sekvencie (d) opísanej v odseku (a) sekvenciou, operabilne spoj enú s uvedenou sekvenciu, ktorá reguluje expresiu kódujúcej sekvencie sekvenciou, uvedené (c) a (d) sú také, sekvencie, ktoré regulujú expresiu že expresia dvoch sekvencii sa líši opísanej v odseku (b) operabilne spoj enú s uvedenou vzájomne silou a expresia kódujúcej sekvencie (AK) (a) prebieha vyššou rýchlosťou v porovnaní so sekvenciou kódujúcou DHPS (b).(a) a nucleic acid sequence encoding an enzyme having an aspartic kinase (AK) activity, (b) a nucleic acid sequence encoding an enzyme having a dihydrodipicolinate synthase (DHPS) activity, (c) a sequence that regulates the expression of the coding sequence (d) described in (a) a sequence operably linked to said sequence that regulates the expression of the coding sequence of the sequence shown in (c) and (d) are those that regulate expression that the expression of the two sequences differs operably in (b) and the expression of the coding sequence (AK) (a) occurs at a higher rate compared to the DHPS coding sequence (b).
To znamená, že (c) je silnejšia ako (d). Navyše sekvencia (a) a (b) chimérnej konštrukcie s dvomi génmi musí každá obsahovať sekvenciu nukleovej kyseliny (e) kódujúcu tranzitný peptid, ktorý sa podieľa na translokácii proteínu z cytozolu do plastidov (Van den Broek, G. a kol., (1985) Náture 313: 358-363; Schreier, P. H. a kol., (1985) EMBO J. 4: 25-32), čo je organela, v ktorej prebieha v rastlinách syntéza lyzínu a väčšiny treonínu. Táto sekvencia nukleovej kyseliny kódujúca chloroplastový tranzitný sekvenciami (a) a (b) transformovanej rastlinnej peptid fúzovaný s kódujúcimi bude produkovať v cytoplazme bunky fúzovaný chimérny proteínThat is, (c) is stronger than (d). In addition, the sequences of (a) and (b) of the chimeric double gene construct must each contain a nucleic acid sequence (e) encoding a transit peptide involved in translocating the protein from cytosol to plastids (Van den Broek, G. et al., (1985) Nature 313: 358-363; Schreier, PH et al., (1985) EMBO J. 4: 25-32), which is an organelle in which the synthesis of lysine and most of the threonine occurs in plants. This nucleic acid sequence encoding the chloroplast transit sequences (a) and (b) of the transformed plant peptide fused to the coding will produce a fused chimeric protein in the cytoplasm of the cell
AK/tranzitný peptid alebo DHPS/tranzitný peptid, ktorý bude transportovaný do plastidov, kde sa získa zvýšená produkcia ako treonínu tak lyzínu. Podľa vynálezu sa môže použiť sekvencia nukleovej kyseliny kódujúca ľubovoľný plastidový tranzitný peptid. Vhodným príkladom sú sekvencie DNA odvodenej z feredoxínového génu, ktoré kódujú cielenie proteínov do chloroplastového stromu (Smeekens, S. a kol., (1985a) Nucl. Acids Res. 13: 3179-3194 a sekvencie z plastocyanínového génu, ktoré kódujú cielenie proteínov do chloroplastového lumenu (Smeekens, S. a kol., (1985b) Náture 317; 456-458).AK / transit peptide or DHPS / transit peptide that will be transported to plastids where increased production of both threonine and lysine is obtained. A nucleic acid sequence encoding any plastid transit peptide can be used according to the invention. Suitable examples are DNA sequences derived from the feredoxin gene that encode protein targeting into the chloroplast tree (Smeekens, S. et al., (1985a) Nucl. Acids Res. 13: 3179-3194) and sequences from the plastocyanine gene that encode protein targeting into the chloroplast tree. chloroplast lumen (Smeekens, S. et al., (1985b) Nature 317; 456-458).
Uprednostňovaná sekvencia DNA kódujúca cielenie AK a HDPS do plastidov kóduje tranzitný peptid, ktorý pochádza z génu hrachu rbcS-3A (obr. 2; Fluhr, R. a kol., (1986) EMBO J. 5:A preferred DNA sequence encoding the targeting of AK and HDPS to plastids encodes a transit peptide that originates from the pea gene rbcS-3A (Fig. 2; Fluhr, R. et al., (1986) EMBO J. 5:
2063-2071). 3'-koniec sekvencie nukleovej kyseliny kódujúcej tranzitný peptip je fúzovaný so sekvenciou kódujúcou AK alebo2063-2071). The 3'-end of a nucleic acid sequence encoding a transit peptide is fused to a sequence encoding AK, or
DHPS.DHPS.
Sekvencie kódujúce AK a DHPS (a) a (b) sa musia naopak tiež fúzovať so signálom na termináciu transkripcie DNA (g) a (h). Tento terminačný signál obsahuje signál ukončenia 3' transkripcie a mRNA polyadenylácie. Môžu sa použiť signály prítomné v oblasti, ktorá susedí s klonovaného génu, napríklad z génu hrachu rbcS, z terminačnéConversely, sequences encoding AK and DHPS (a) and (b) must also be fused to a DNA transcription termination signal (g) and (h). This termination signal contains a 3 'transcription termination signal and mRNA polyadenylation. The signals present in the region adjacent to the cloned gene, e.g. from the pea rbcS gene, from the termination
31-koncom fazuľového génu fazeolínu alebo z génu nopalinovej syntázy odvodenej z plazmidu Ti baktérie Agrobacterium tumefaciens. Uprednostňuje sa terminačná sekvencia, ktorá pochádza z oblasti lemujúcej 31-koniec génu oktopínovej syntázy z plazmidu Ti baktérie Agrobacterium tumefaciens (obr. 2; Greve, H. D. a kol., (1983)3 1 -terminal bean phaseolin gene, or the nopaline synthase gene derived from Ti plasmid of Agrobacterium tumefaciens. Preferably, the termination sequence originates from the region flanking the 3 1 -terminus of the octopine synthase gene from Agrobacterium tumefaciens Ti plasmid (Figure 2; Greve, HD et al., (1983))
J. Mol. Appl. Genet. 1: 499-511).J. Mol. Appl. Genet. 1: 499-511).
Je výhodné, aby génová konštrukcia podľa vynálezu obsahovala sekvenciu, ktorá reguluje expresiu (d) v prípade sekvencie nukleovej kyseliny (b) , pričom regulačná sekvencia umožňuje expresiu DHPS v neskoršom štádiu počas vývoja v porovnaní s expresiou sekvencie nukleovej kyseliny (a). V prípade alternatívneho uskutočnenia vynálezu sekvencia, ktorá reguluje expresiu (d) je sekvencia, ktorá nevedie ku konštitutívnej expresii. Výhodne sa používa sekvencia, ktorá vedie k expresii v jednom alebo viacerých špecifických rastlinných orgánoch. Príkladom je hľuza, kvety, plody, korene alebo stonka. Existujú preferencie sekvencie, ktorá reguluje expresiu v orgánoch bohatých na vodu.It is preferred that the gene construct of the invention comprises a sequence that regulates expression (d) for the nucleic acid sequence (b), wherein the regulatory sequence allows DHPS expression at a later stage during development as compared to expression of the nucleic acid sequence (a). In an alternative embodiment of the invention, the sequence that regulates expression (d) is a sequence that does not result in constitutive expression. Preferably, a sequence that results in expression in one or more specific plant organs is used. Examples are tubers, flowers, fruits, roots or stems. There are sequence preferences that regulate expression in water-rich organs.
Sekvenciou, ktorá reguluje expresiu (c) v prípade sekvencie nukleovej kyseliny (a) môže byt sekvencia, ktorá je schopná silnej expresie kódujúcej sekvencie (a) v rannom štádiu vývoja rastliny a/alebo raslinného orgánu. Sekvenciou, ktorá reguluje expresiu (c) v prípade sekvencie nukleovej kyseliny (a) môže byt sekvencia, ktorá je schopná silnej expresie kódujúcej sekvencie (a) vo všetkých rastlinných bunkách alebo rastlinných orgánoch. Sekvenciou, ktorá reguluje expresiu (c) je vhodný konštitutívny promótor. Takým konštitutívnym promótorom môže byt promótor 35S karfiolového mozaikového vírusu (CaMV).The sequence that regulates expression (c) for the nucleic acid sequence (a) may be a sequence that is capable of strongly expressing the coding sequence (a) at an early stage in the development of the plant and / or the plant species. The sequence that regulates expression (c) for the nucleic acid sequence (a) may be a sequence that is capable of expressing strongly the coding sequence (a) in all plant cells or plant organs. A sequence that regulates expression (c) is a suitable constitutive promoter. Such a constitutive promoter may be a cauliflower mosaic virus (CaMV) 35S promoter.
Sekvencia, ktorá reguluje expresiu (c) môže obsahovat nielen promótor, ale tiež sekvenciu, ktorá zosilňuje expresiu. Ak je to prípad sekvencie, ktorá reguluje expresiu (d) , môže obsahovat rovnaký promótor alebo promótor s rovnakou silou, ako má sekvencia, ktorá reguluje expresiu (c) , pričom sila expresie kódujúcich sekvencií (a) a (b) sú odlišné.A sequence that regulates expression (c) may contain not only a promoter but also a sequence that enhances expression. If this is the case of a sequence that regulates expression (d), it may contain the same promoter or a promoter with the same potency as the sequence that regulates expression (c), the expression levels of coding sequences (a) and (b) being different.
Sekvencie, ktoré regulujú expresiu, najmä potom promótory, sa môžu nachádzať v 5'-oblasti každej z kódujúcich sekvencií (a) a (b). Môžu sa pridat na 3'-koniec promótorovej krátkej sekvencie nukleovej kyseliny, čo reprezentuje 5'-mRNA neprekladanú sekvenciu. Príde k zosilneniu translácie mRNA prepísanej z chimérnych génov. Príkladom je omega sekvencia odvodená z génu poťahového proteínu tabakového mozaikového vírusu (Gallie, D. R. a kol., (1987) Nucl. Acids Res. 15:Sequences that regulate expression, particularly promoters, can be located in the 5'-region of each of the coding sequences (a) and (b). They can be added to the 3'-end of the promoter short nucleic acid sequence, representing the 5'-mRNA untranslated sequence. Translation of mRNA transcribed from chimeric genes will be enhanced. An example is the omega sequence derived from the tobacco mosaic virus coating protein gene (Gallie, D. R. et al., (1987) Nucl. Acids Res. 15:
3257-3273) alebo zosilňovače translácie alfalfa mozaikového vírusu (Brederode, F. T. a kol., (1980) Nucl. Acids Res. 8: 2213-2223).3257-3273) or mosaic virus alpha-alpha translational enhancers (Brederode, F. T. et al., (1980) Nucl. Acids Res. 8: 2213-2223).
Vhodným zosilňujúcim promótorom v prípade sekvencie regulujúcej expresiu (c), ktorý riadi expresiu sekvencie kódujúcej enzým AK (a) podľa vynálezu je zosilnený promótor karfiolového mozaikového vírusu (CaMV) 35S (Benfey, P. N. a kol., (1990) EMBO J. 9: 1685-1696; Pen, J. a kol. (1992)A suitable enhancer promoter for the expression control sequence (c) that directs the expression of the AK (a) coding sequence of the invention is the cauliflower mosaic virus (CaMV) 35S promoter (Benfey, PN et al., (1990) EMBO J. 9: Pen, J. et al (1992)
Bio/Techn. 10: 292-296). V tomto promótore je zosilňovacia sekvencia dvakrát, čo ho robí silným promótorom, ktorý riadi expresiu konštitutívne v celej rastline vo všetkých štádiách vývoja. Môže sa použiť ľubovoľný iný promótor, ktorý riadi silnú konštitutívnu expresiu.Bio / Technol. 10: 292-296). In this promoter, the enhancer sequence is twice, making it a potent promoter that drives expression constitutively throughout the plant at all stages of development. Any other promoter that drives strong constitutive expression can be used.
Promótory v prípade sekvencií, ktoré regulujú expresiu (c) a (d) môžu pochádzať z buď jednoklíčnych alebo dvojklíčnych rastlín. Uprednostňuje sa, aby sa používali tkanivovo špecifické promótory, ale nemusia byť tkanivovo špecifické. Pri riadení expresie spätnoväzbovo necitlivej AK (a) je možné použiť rovnaký tkanivovo šecifický promótor v sekvencií regulujúcej expresiu (d) , ktorá reguluje expresiu DHPS (b), v prípade, že fúzoval so zosilňovačom.Promoters for sequences that regulate expression of (c) and (d) may originate from either monocotyledonous or dicotyledonous plants. It is preferred that tissue-specific promoters be used, but need not be tissue-specific promoters. To control the feedback-insensitive AK (a) expression, the same tissue-specific promoter can be used in an expression control sequence (d) that regulates DHPS (b) expression when fused to an enhancer.
Vhodná orgánovo špecifická regulujúca sekvencia (d) na riadenie expresie sekvencie kódujúcej enzým DHPS (b) podľa vynálezu je patetínový promótor triedy I špecifický pre hľuzy, ktoré pochádzajú z mikroorganizmu Solanum tuberosum (Mignery, C. A. a kol. (1988) Gene 62: 27-44; Wenzler, H. C. a kol., (1989) Plánt Mol. Biol. 12: 41-50). Pri riadení expresie enzýmu DHPS sa môžu použiť iné promótory špecifické pre hľuzy. Je to napríklad promótor proteinázového inhibítora II v prípade zemiakov (Keil, M. a kol., (1989) EMBO J. 8: 13231330) alebo inhibítor katepsínu D zo zemiakov (Herbers, K. a kol., (1994) Plánt Mol. Biol. 26: 73-83). Môžu sa tiež použiť iné tkanivovo špecifické promótory, ako promótor špecifický pre plody, ktoré pochádzajú z polygalakturonidázového génu paradajok (Grierson, D. a kol., (1986) Nucl. Acids Res. 14:A suitable organ-specific regulatory sequence (d) for controlling expression of the DHPS coding sequence (b) of the invention is a tuber-specific class I patetin promoter derived from Solanum tuberosum (Mignery, CA et al. (1988) Gene 62: 27-). 44; Wenzler, HC et al., (1989) Plant Mol. Biol. 12: 41-50). Other tuber-specific promoters may be used to control DHPS enzyme expression. It is, for example, the promoter of the proteinase inhibitor II for potatoes (Keil, M. et al., (1989) EMBO J. 8: 13231330) or the cathepsin D inhibitor from potatoes (Herbers, K. et al., (1994) Plant Mol. Biol., 26: 73-83). Other tissue-specific promoters, such as the fruit-specific promoter, derived from the tomato polygalacturonidase gene may also be used (Grierson, D. et al., (1986) Nucl. Acids Res. 14:
8595-8603) , ďalej je to pre semená špecifický fazeolínový promótor, ktorý pochádza z fazule (Sengupta-Gopalan, C. (1985)8595-8603), a seed-specific phazeolin promoter derived from beans (Sengupta-Gopalan, C. (1985)
Proc. Natl. Acad. Sci. USA 82: 3320-3324) alebo pre korene špecifická subdoména promótora CaMV 35S (Benfey, P. N. a kol., (1990) EMBO J. 9: 1685-1696).Proc. Natl. Acad. Sci. USA 82: 3320-3324) or the root-specific subdomain of the CaMV 35S promoter (Benfey, P. N. et al., (1990) EMBO J. 9: 1685-1696).
Sekvencie, ktoré regulujú expresiu (c) a (d) môžu obidve obsahovať indukovateľné promótory. Uprednostňuje sa, aby sa indukčné stimuly dvoch promótorov líšili, aby mohlo prísť k odlišnej expresii dvoch kódujúcich sekvencií, s ktorými je operabilne spojený. Inými príkladmi indukovateľných promótorov sú slabý indukovateľný promótor získaný z génu rbcS z hrachu (Coruzzi, G. a kol. (1984) EMBO J. 3: 1671-1679) a aktínový promótor z ryže (McElroy, D. a kol., (1990) The Plánt Celí 2: 163-171).Sequences that regulate expression of (c) and (d) may both contain inducible promoters. It is preferred that the inducing stimuli of the two promoters differ so that different expression of the two coding sequences to which it is operably linked may occur. Other examples of inducible promoters are the weak inducible promoter obtained from the pea rbcS gene (Coruzzi, G. et al. (1984) EMBO J. 3: 1671-1679) and the actin rice promoter (McElroy, D. et al., (1990) The Plan Cell 2: 163-171).
Kódujúca sekvencia nukleovej kyseliny (a) a (b) sa môže odvodiť z ľubovoľného zdroja, napríklad z rôznych rastlinných buniek alebo z baktérií alebo môže ísť o syntetickú kódujúcu sekvenciu. V uprednostňovanom uskutočnení vynálezu taká sekvencia (a) kóduje enzým, ktorý je menej citliný na inhibíciu lyzínom a uvedená sekvencia (b) kóduje enzým, ktorý je v porovnaní so zodpovedajúcimi enzýmami rastliny divokého typu, menej náchylný na inhibíciu treonínom. Je vhodné, aby sa také sekvencie získali z endogénnych organizmov. Výhodné exogénne zdroje sú baktérie, napríklad E. coli. Vhodnou sekvenciou nukleovej kyseliny (a) kódujúcou aktivitu AK je sekvencia DNA mutantného génu LysC z E. coli, ktorá kóduje izoenzým AK-III. Tento enzým je v porovnaní s rastlinným enzýmom menej citlivý na lyzín (Boy, E. a kol., (1979) Biochimie 61: 1151-1160; Cassan, M. a kol. (1986), J. Biol. Chem. 261: 1052-1057). Vhodná sekvencia nukleovej kyseliny (b) kódujúca enzým DHPS je gén dapA z baktérie E. coli (Richaud, C. a kol., (1973) Eur. J. Biochem. 40: 619-629). Výsledný produkt expresie je v porovnaní s rastlinným enzýmom DHPS menej citlivý na inhibíciu lyzínu. Sekvencie kódujúce mutované rastlinné enzýmy, ktoré sú menej citlivé na spätnoväzbovú inhibíciu sú tiež vhodným uskutočnením vynálezu sekvencii, ktoré sa môžu použiť.The coding sequence of nucleic acids (a) and (b) may be derived from any source, for example, from various plant cells or bacteria, or may be a synthetic coding sequence. In a preferred embodiment of the invention, such sequence (a) encodes an enzyme that is less susceptible to lysine inhibition and said sequence (b) encodes an enzyme that is less susceptible to threonine inhibition compared to the corresponding wild-type plant enzymes. Suitably, such sequences are obtained from endogenous organisms. Preferred exogenous sources are bacteria, for example E. coli. A suitable nucleic acid sequence (a) encoding AK activity is the DNA sequence of the E. coli mutant LysC gene that encodes the AK-III isoenzyme. This enzyme is less susceptible to lysine compared to the plant enzyme (Boy, E. et al. (1979) Biochimie 61: 1151-1160; Cassan, M. et al. (1986), J. Biol. Chem. 261: 1052-1057). A suitable nucleic acid sequence (b) encoding DHPS is the dapA gene from E. coli (Richaud, C. et al., (1973) Eur. J. Biochem. 40: 619-629). The resulting expression product is less sensitive to lysine inhibition compared to the plant enzyme DHPS. Sequences encoding mutated plant enzymes that are less sensitive to feedback inhibition are also a suitable embodiment of the invention to sequences that can be used.
Chimérna konštrukcia dvoch génov môže tak obsahovať dve kódujúce sekvencie, ktoré kódujú AK a DHPS a ktoré sú riadené odlišnými promótormi. Obidva sa nachádzajú na rovnakom binárnom vektore (obr. 2) . Časť chimérnej génovej konštrukcie kódujúca AK má v 5'-oblasti spojenej s 5'-koncom sekvencie DNA omega silný (zosilnený) promótor 35S karfiolového mozaikového vírusu; sekvencia DNA omega je spojená s 5'-koncom sekvencie DNA kódujúcej chloroplastový tranzitný peptid získaný z génu rbcS-3A z hrachu, ktorý je spojený s 5'-koncom kódujúcej sekvencie mutantnej alely lysC baktérie E. coli, ktorá kóduje necitlivú AK-III, ktorá je spojená s 51-koncom terminátorovej sekvencie oktopínovej syntázy.Thus, the chimeric construction of two genes may comprise two coding sequences that encode AK and DHPS and which are under the control of different promoters. Both are on the same binary vector (Fig. 2). The AK coding portion of the chimeric gene construct has a 35S cauliflower mosaic virus promoter at the 5'-region associated with the 5'-end of the omega DNA sequence; the omega DNA sequence is linked to the 5'-end of the DNA sequence encoding the chloroplast transit peptide obtained from the pea rbcS-3A gene, which is linked to the 5'-end of the E. coli mutant lysC allele coding sequence that encodes insensitive AK-III; which is connected to one 5 -terminal sequence of the octopine synthase terminator.
Časť chimérnej génovej konštrukcie kódujúcej DHPS má v základe rovnakú štruktúru, pričom silný konštitutívny promótor génovej konštrukcie AK je nahradený slabším pre hľuzy špecifickým promótorom patatínu, ktorý pochádza zo zemiakov a gén lysC, ktorý kóduje necitlivú AK-III je nahradený génom dapA baktérie E. coli kódujúcim DHPS.Part of the chimeric gene construct encoding DHPS has the same structure, with the strong constitutive promoter of the AK gene construct being replaced by the weaker tuber-specific potato-derived promoter and the lysC gene that encodes the insensitive AK-III gene is replaced by the E. coli dapA bacterium coding DHPS.
Vynález tiež opisuje expresívny vektor, ktorý obsahuje chimérnu konštrukciu dvoch génov podľa vynálezu s ľubovoľným uskutočnením.The invention also provides an expression vector comprising the chimeric construction of the two genes of the invention in any embodiment.
Transgénne rastliny, ktoré obsahujú vo svojich bunkách uvedenú konštrukciu dvoch génov tiež patria do rozsahu vynálezu.Transgenic plants containing the two genes in their cells are also within the scope of the invention.
Uprednostňovanými rastlinami sú tie, ktoré vykazujú vysoký obsah vody alebo ich časti majú vysoký obsah vody: napríklad hľuzy, listy, stonky, plody, korene alebo kvety. Medzi vhodné rastliny patria rastliny zemiakov, cukrovej repy, traviny a rastliny, ktoré poskytujú ovocie alebo zeleninu na prípravu ovocnej alebo zeleninovej šťavy. Príklady vhodného ovocia sú jablká, pomaranče, grepy, vínna réva, paradajky, mango, banány, melón, jahody, čerešne a kiwi. Príkladmi vhodnej zeleniny sú zemiaky a cukrová repa. Za vhodné sa považuje ľubovoľné ovocie alebo zelenina, ktoré obsahuje podobné množstvo vody.Preferred plants are those that have a high water content or parts thereof have a high water content: for example, tubers, leaves, stems, fruits, roots or flowers. Suitable plants include potato, sugar beet, grasses and plants that provide fruit or vegetables for making fruit or vegetable juice. Examples of suitable fruits are apples, oranges, grapefruits, vines, tomatoes, mangoes, bananas, melon, strawberries, cherries and kiwi. Examples of suitable vegetables are potatoes and sugar beets. Any fruit or vegetable that contains a similar amount of water is considered appropriate.
Uprednostňujú sa rastliny alebo ich časti odvodené z rastlín alebo z rastlinných častí, ktoré sú v normálnom prípade prijateľné na konzumáciu s cieľom produkovať lyžín a treonín určený na konzumáciu. Z ekonomických dôvodov sa na získanie vodnej frakcie uprednostňujú rastliny, ktoré poskytujú najvyššie množstvo vodnej frakcie na plochu za jednotku času pri najnižšej cene. Tento faktor sa bude meniť podľa krajiny v závislosti na klimatických a geografických vplyvoch. Môže sa použiť rastlina, ktorá sa už bežne pestuje alebo nemusí ísť o bežne pestovanú rastlinu, ktorá sa však stáva zaujímavou po zavedení génovej konštrukcie podľa vynálezu.Preference is given to plants or parts thereof derived from plants or plant parts which are normally acceptable for consumption in order to produce lysine and threonine for consumption. For economic reasons, plants that provide the highest amount of water fraction per area per unit of time at the lowest price are preferred to obtain an aqueous fraction. This factor will vary by country depending on climatic and geographical impacts. A plant that is normally grown or not a commonly grown plant can be used, but which becomes of interest after the introduction of the gene construct of the invention.
Časti rastliny, ktoré obsahujú orgány bohaté na génov podľa vynálezu v bunky, ktoré s vysokým obsahom vody.Plant parts which contain organs rich in genes according to the invention in cells which have a high water content.
schopné exprimovať konštrukciu dvoch tvoria uprednostňované uskutočnenie rastlinných častí, ako sú rastlinné vyvinúť do rastlinných buniek orgánovcapable of expressing the construction of the two form a preferred embodiment of plant parts such as plant develop into plant cell organs
Uprednostňovanými rastlinnými časťami sú tiež orgány s vysokým obsahom vody ako také. Medzi vhodné orgány patria kvety, hľuzy a plody.Preferred plant parts are also high water organs per se. Suitable organs include flowers, tubers and fruits.
vodu a sú vynálezu prípade sa môžuwater and are of the invention if they can
Rastliny a rastlinné bunky podľa vynálezu produkujú ako sprievodný jav vysoké množstvo treonínu a lyzínu. Rastliny podľa vynálezu alebo rastlinné bunky podľa vynálezu produkujú v nadmernom množstve metionín. Uprednostňuje sa nadmerná produkcia aspoň dvoch aminokyselín aspartátovej rodiny. U rastlín alebo rastlinných častí podľa vynálezu sa uprednostňuje, aby sa lyzín produkoval len vo špecifických orgánoch s vysokým obsahom vody. V prípade rastlín, ich častí alebo rastlinných buniek podľa vynálezu, ktoré exprimujú viac ako desaťnásobné množstvo voľného lyzínu v porovnaní s divokým typom, sa uprednostňuje, aby sekvencia kódujúca DHPS sa exprimovala len v orgánoch, ktoré sa vyvíjajú v neskorej fáze rastu, čo sú hľuzy, semená, plody a kvety. Rastlinné tkanivo získané z transgénnych rastlín alebo rastlinných buniek podľa vynálezu tiež patrí do rozsahu vynálezu.The plants and plant cells of the invention produce high levels of threonine and lysine as a concomitant phenomenon. The plants of the invention or plant cells of the invention produce excessive amounts of methionine. Overproduction of at least two amino acids of the aspartate family is preferred. In the plants or plant parts according to the invention, it is preferred that lysine is produced only in specific bodies with a high water content. In the case of plants, parts thereof or plant cells according to the invention which express more than ten times the amount of free lysine compared to the wild type, it is preferred that the DHPS coding sequence is expressed only in organs that develop in late growth, which are tubers , seeds, fruits and flowers. Plant tissue obtained from the transgenic plants or plant cells of the invention is also within the scope of the invention.
V inom uskutočnení vynálezu sa opisujú transgénne rastlinné bunky, ktoré obsahujú alebo sú transformované expresívnym vektorom podľa vynálezu.In another embodiment of the invention, transgenic plant cells are described which comprise or are transformed with an expression vector of the invention.
Obidve uvedené chimérne génové konštrukcie sa môžu subklonovať do expresívnych vektorov, ako sú plazmidy Ti mikroorganizmu Agrobacterium tumefaciens. Uprednostňovaným plazmidom je binárny vektor pBINPLUS (Van Engelen, F. A. a kol., (1985) Transgenic Research 4: 288-290).Both of these chimeric gene constructs can be subcloned into expression vectors, such as Ti plasmids of Agrobacterium tumefaciens. A preferred plasmid is the binary vector pBINPLUS (Van Engelen, F.A. et al., (1985) Transgenic Research 4: 288-290).
Expresívny vektor, do ktorého sa klonovala konštrukcia dvoch génov, sa potom zavedie do rastlinných buniek. Uvedená transformácia buniek sa môže uskutočniť s použitím rôznych protokolov, ktoré umožňujú prenos DNA do buniek jednoklíčnych alebo dvojklíčnych rastlín. Transformácia rastlinných buniek priamym transférom DNA sa môže uskutočniť napríklad elektroporáciou (Dekeyser, R. A. a kol., (1990) The Plánt Celí 2: 591-602), precipitáciou s použitím PEG (Hayashimoto, A. a kol., (1990) Plánt Physiol. 93: 857-863) alebo bombardovaním časticami (Gordon-Kann, W. J. a kol., (1990) The Plánt Celí 2: 603-618). Transfer DNA do rastlinných buniek môže prebehnúť infekciou baktériami Agrobacterium. Uprednostňovanou metódou je infekcia rastlinných buniek baktériou Agrobacterium tumefaciens (Horsch, R. B. a kol., (1985) Science 227: 12291231; Visser, R. G. F. (1991) Plánt Tissue Culture Manual B5 (ed. K. Lindsey): 1-9, Kluwer Acad. Publishers, The Netherlands). Metódy používané v príkladoch v prípade rastlín zemiakov a cukrovej repy sa môžu upraviť pre vyššie v texte uvedené rastliny, ako sú paradajky a jablone.The expression vector into which the construction of the two genes was cloned is then introduced into plant cells. Said cell transformation can be performed using various protocols that allow the transfer of DNA into cells of monocotyledons or dicotyledons. Transformation of plant cells by direct DNA transfer can be accomplished, for example, by electroporation (Dekeyser, RA et al., (1990) The Plant Cell 2: 591-602), precipitation using PEG (Hayashimoto, A. et al., (1990) Plant Physiol. 93: 857-863) or particle bombardment (Gordon-Kann, WJ et al., (1990) The Plant Cell 2: 603-618). Transfer of DNA to plant cells may be by infection with Agrobacterium. A preferred method is to infect plant cells with Agrobacterium tumefaciens (Horsch, RB et al., (1985) Science 227: 12291231; Visser, RGF (1991) Plant Tissue Culture Manual B5 (ed. K. Lindsey): 1-9, Kluwer Acad). Publishers, The Netherlands). The methods used in the examples for potato and sugar beet plants can be adapted for the above-mentioned plants, such as tomatoes and apple trees.
Transformované rastliny sa potom izolujú na základe rezistencie na kanamycín alebo iné antibiotiká, ako je hygromycín. Selekcia rastlinných buniek alebo rastlín, ktoré nadmerne produkujú treonín, lyzín a metionín sa môže tiež uskutočniť pridaním treonínu, lyzínu a metionínu do rastového média rastlín.The transformed plants are then isolated based on resistance to kanamycin or other antibiotics such as hygromycin. Selection of plant cells or plants that overproduce threonine, lysine and methionine can also be performed by adding threonine, lysine and methionine to the plant growth medium.
Rastliny, ktoré obsahujú vo svojich bunkách AK a DHPS komponenty génovej konštrukcie podľa vynálezu sa môžu tiež získať krížením transgénnej rastliny, ktorá obsahuje len génovú konštrukciu AK (a) s transgénnou rastlinou, ktorá obsahuje len génovú konštrukciu DHPS (b) so zodpovedajúcimi sekvenciami, ktoré regulujú expresiu (c) a (d). Oddelené génové konštrukcie môžu zahŕňať terminačné sekvencie a/alebo tranzitné sekvencie, ako sa opisujú vyššie v texte, chimérne konštrukcie dvoch génov.Plants which contain AK and DHPS components of the gene construct of the invention in their cells can also be obtained by crossing a transgenic plant that contains only the AK (a) gene construct with a transgenic plant that contains only the DHPS (b) gene construct with corresponding sequences which regulate expression of (c) and (d). Separate gene constructs may include termination sequences and / or transit sequences as described above, chimeric constructs of two genes.
Prehľad obrázkov na výkresochBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Obr. 1 zobrazuje graf biosyntetickej cesty aspartátovej rodiny. Na obrázku sú znázornené len hlavné kľúčové enzýmy a ich produkty. Zakrivené šípky predstavujú spätnoväzbovú inhibíciu konečného produktu aminokyselín. Skratka DHPS znamená dihydrodipikolinátová syntáza; HDS je homoserínová dehydrogenáza; TDH je treonínová dehydratáza.Fig. 1 is a graph of the aspartate family biosynthetic pathway. Only the major key enzymes and their products are shown in the figure. Curved arrows represent feedback inhibition of the final amino acid product. DHPS stands for dihydrodipicolinate synthase; HDS is homoserine dehydrogenase; TDH is a threonine dehydratase.
Obr. 2a zobrazuje konštrukciu pAAP30.Fig. 2a shows the construction of pAAP30.
Obr. 2b zobrazuje konštrukciu pAAP31.Fig. 2b shows the construction of pAAP31.
Obr. 2c zobrazuje konštrukciu pAAP50.Fig. 2c shows the construction of pAAP50.
Obr. 2d zobrazuje konštrukciu pAAP60.Fig. 2d shows the construction of pAAP60.
Príklady uskutočnenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Príklad 1Example 1
Konštrukcia chimérnej konštrukcie dvoch génov s cieľom expresie AK a DHPSConstruction of chimeric construction of two genes for expression of AK and DHPS
S použitím štandardných metód sa uskutočnila izolácia DNA, subklonovanie, reštrikčná analýza a sekvenčná analýza DNA (Sambrook, J. a kol., (1989) Molecular Cloning. A laboratory manual, Cold Spring Laboratory Press; Ausubel. F. M. a kol., (1994) Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley and Sons).DNA isolation, subcloning, restriction analysis, and DNA sequence analysis were performed using standard methods (Sambrook, J. et al., (1989) Molecular Cloning. A laboratory manual, Cold Spring Laboratory Press; Ausubel. FM et al., (1994) ) Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley &
Chimérny gén, ktorý obsahuje gén lysC sa skonštruoval fúziou zosilneného promótora CaMV35S s chimérnym génom lysC. Táto chimérna konštrukcia lysC obsahuje fragment DNA mutantnej alely lysC, ktorá fúzovala s 5'-koncom sekvencie DNA omega obalového proteínu tabakového mozaikového vírusu (Gallie, D. R. a kol., (1987) Nucl. Acids Res. 15: 3257-3273). Downstream sekvenciou lysC sa začlenil terminačný signál génu oktopínovej syntázy z baktérie Agrobacterium tumefaciens (Greve, H. D. a kol., (1983) J. Mol. Appl. Genet. 1: 499-511). Medzi DNA omega a sekvenciu kódujúcu lysC sa začlenil fragment DNA s obsahom sekvencie kódujúcej tranzitný peptid hrachu rbcS-3A (Fluhr, R. a kol., (1986) EMBO J. 5: 2063-2071). Chimérna konštrukcia génu lysC sa klonovala ako fragment BamHI/Spel do plazmidu pBluescript (Stratagen). Zosilnený promótor CaMV35S (Benfey, P. N. a kol., (1990) EMBO J. 9: 1685-1696) sa ligoval ako fragment Smal/BamHI pred chimérny gén lysC štepený BamHI/Xbal vo fragmente Xbal/Smal binárneho vektora pBINPLUS (Van Engelen, F. A. a kol., (1995) Transgenic Research 4: 288-290) (pAAP30; obr. 2a).A chimeric gene containing the lysC gene was constructed by fusing the amplified CaMV35S promoter to the chimeric lysC gene. This chimeric lysC construct contains a DNA fragment of the mutant lysC allele that fused to the 5'-end of the DNA sequence of the omega tobacco mosaic virus envelope protein (Gallie, D. R. et al., (1987) Nucl. Acids Res. 15: 3257-3273). The octopine synthase gene termination signal from Agrobacterium tumefaciens was inserted downstream of the lysC sequence (Greve, H. D. et al., (1983) J. Mol. Appl. Genet. 1: 499-511). A DNA fragment containing the sequence encoding the pea transit peptide rbcS-3A was inserted between the omega DNA and the lysC coding sequence (Fluhr, R. et al., (1986) EMBO J. 5: 2063-2071). The chimeric construction of the lysC gene was cloned as a BamHI / SpeI fragment into plasmid pBluescript (Stratagen). The amplified CaMV35S promoter (Benfey, PN et al., (1990) EMBO J. 9: 1685-1696) was ligated as a SmaI / BamHI fragment upstream of the BamHI / XbaI chimeric lysC gene in the XbaI / SmaI fragment of the binary vector pBINPLUS (Van Engelen, FA et al., (1995) Transgenic Research 4: 288-290) (pAAP30; Figure 2a).
Chimérny gén s obsahom génu Dap sa skonštruoval fúziou zosilneného promótora CaMV35S s chimérnym génom DapA (Tat Van Engelen, F. A. a kol., (1995) Transgenic Research 4: 288-290). Táto chimérna konštrukcia DapA obsahuje fragment DNA génu DapA baktérie E. coli (Richaud, F. a kol., (1986) J. Bacteriol. 166: 297-300), ktorý fúzoval s 5'-koncom sekvencie DNA omega , ktorá pochádza z obalového proteínu tabakového mozaikového vírusu (Gallie, D. R. a kol., (1987) Nucl. Acids Res. 15: 3257-3273). Downstream sekvenciou DapA sa začlenil terminačný signál génu oktopínovej syntázy z baktérie Agrobacterium tumefaciens (Greve, H. D. a kol., (1983) J. Mol. Appl. Genet. 1: 499-511). Fragment DNA s obsahom sekvencie kódujúcej tranzitný peptid rbcS-3A hrachu sa začlenil medzi DNA omega a sekvenciu kódujúcu DapA. Chimérna konštrukcia génu DapA sa klonovala ako fragment BamHI/Spel do plazmidu pBluescript (Stratagen). Patatinový promótor sa ligoval ako HindlIl/BamHI fragment s tupým koncom pred chimérny gén DapA štepený reštrikčnými enzýmami Smal/BamHI (pAAP31; obr. 2b).The Dap-containing chimeric gene was constructed by fusing the amplified CaMV35S promoter to the DapA chimeric gene (Tat Van Engelen, F. A. et al., (1995) Transgenic Research 4: 288-290). This chimeric DapA construct contains a DNA fragment of the E. coli DapA gene (Richaud, F. et al., (1986) J. Bacteriol. 166: 297-300), which fused to the 5'-end of the omega DNA sequence that originated from tobacco mosaic virus envelope protein (Gallie, DR et al., (1987) Nucl. Acids Res. 15: 3257-3273). The octopine synthase gene termination signal from Agrobacterium tumefaciens (Greve, H. D. et al., (1983) J. Mol. Appl. Genet. 1: 499-511) was inserted downstream of the DapA sequence. A DNA fragment containing the sequence encoding the pea rbcS-3A transit peptide was inserted between the omega DNA and the DapA coding sequence. The chimeric construction of the DapA gene was cloned as a BamHI / SpeI fragment into plasmid pBluescript (Stratagen). The patatin promoter was ligated as a blunt-ended HindIII / BamHI fragment upstream of the chimeric DapA gene digested with the restriction enzymes SmaI / BamHI (pAAP31; Figure 2b).
Konštrukcia dvoch génov vznikla ligáciou chimérneho génu patatínu dapA ako fragment KpnI/SacI zpAA31 do binárneho vektora so zosilneným CaMV35S-LysC (pAAP30) štepeným reštrikčnými enzýmami SacI/KpnI (pAAP50; obr. 2c).Two genes were constructed by ligating the chimeric patatin dapA gene as a KpnI / SacI fragment from pAA31 into a binary vector with enhanced CaMV35S-LysC (pAAP30) digested with SacI / KpnI restriction enzymes (pAAP50; Figure 2c).
Príklad 2Example 2
Zavedenie chimérnych génov do rastlín zemiakovIntroduction of chimeric genes into potato plants
2.1 Transformácia rastlín zemiakovTransformation of potato plants
Binárny vektor pAAP50 sa použil na transformáciu zmrazením-rozmrazením baktérií Agrobacterium tumefaciens kmeň AGLO (Hofgen, R. and Willmitzer, L. (1988) Nucl. Acids. Res. 16: 9877). Transformovaný AGLO sa následne použil na inokuláciu diploidných zemiakových stonkových exp],antátov (Solanum tuberosum, odroda Kardal) spôsobom, ktorý sa opisuje v publikácii Visser, R. G. F. (1991) Plánt Tissue Culture Manual B5 (ed. K. Lindsey): 1-9, Kluwer Acad. Publishers, The Netherlands. Na regeneráciu výhonkov a koreňov na médiu s obsahom kanamycínu sa rastliny umiestnili do pôdy a preniesli sa do skleníka. Ako kontrola slúžia rastliny regenerované zo stonkových explantátov (na médiu bez kanamycínu), ktorým chýba binárny vektor a na ktorý sa aplikuje kmeň Agrobacterium AGLO.The binary vector pAAP50 was used for the freeze-thaw transformation of Agrobacterium tumefaciens AGLO strain (Hofgen, R. and Willmitzer, L. (1988) Nucl. Acids. Res. 16: 9877). The transformed AGLO was then used to inoculate diploid potato stem expats, antates (Solanum tuberosum, Kardal variety) as described in Visser, RGF (1991) Plan Tissue Culture Manual B5 (ed. K. Lindsey): 1-9 Kluwer Acad. Publishers, The Netherlands. To regenerate the shoots and roots on the kanamycin-containing medium, the plants were placed in the soil and transferred to a greenhouse. Plants regenerated from stem explants (on kanamycin-free medium) lacking the binary vector and to which the Agrobacterium AGLO strain is applied serve as a control.
2.2 Tvorba hľúz in vitro2.2 In vitro tuber formation
S cieľom indukovať tvorbu hľúz in vitro sa rezy obsahujúce nodus (približne 4 až 5 cm dlhé) transformovaných rastliniek umiestnili vertikálne do tuhého média doplneného 10 % (hmotn./obj.) sacharózou, 5 μΜ BAP (opisuje sa v publikácii Murashige, T. and Skoog, F. (1962) Physiol. Plánt. 15: 473-497). Kultúry sa udržiavali v tme pri teplote 19 °C. Po 14 dňoch sa zozbierali malé hľuzy, ktorých priemer bol 4 mm a zisťoval sa obsah voľného lyzínu a treonínu a aktivita AK a DHPS.In order to induce tuber formation in vitro, sections containing nodus (approximately 4 to 5 cm long) of transformed plants were placed vertically in solid medium supplemented with 10% (w / v) sucrose, 5 μΜ BAP (Murashige, T.). and Skoog, F. (1962) Physiol. Plant 15: 473-497). The cultures were kept in the dark at 19 ° C. After 14 days, small tubers with a diameter of 4 mm were harvested to determine the content of free lysine and threonine and the activity of AK and DHPS.
Príklad 3Example 3
Analýza obsahu voľného lyzínu, treonínu a metionínu v transgénnych rastlinách zemiakovAnalysis of free lysine, threonine and methionine content in transgenic potato plants
Tkanivo (0,5 až 1,0 g) sa homogenizovalo v miske tíčikom ml 50 mM Pi-pufra (pH 7,0), ktorý obsahuje 1 mM ditiotreitol. Leucín ako vnútorný štandard sa nepridal. Voľné aminokyseliny sa čiastočne čistili extrakciou s 5 ml zmesi voda : chloroform : metanol fáza a zvyšok sa dvakrát lyofilizáciou na objem 3 ml (3 : 5 : 12) . Zobrala sa vodná reextrahoval. Po skoncentrovaní sa použilo 20 μΐ vzorky pri 6aminochinolyl-A-hydroxysukcínimidylkarbamátovej (AQC) derivatizačnej reakcii. Derivatizované aminokyseliny sa analyzovali pomocou DHPS na kolóne C18 s reverznými fázami podľa inštrukcií výrobcu (systém Waters AccQ.Tag).The tissue (0.5-1.0 g) was homogenized in a plate with a ml of 50 mM Pi-buffer (pH 7.0) containing 1 mM dithiothreitol. Leucine was not added as an internal standard. The free amino acids were partially purified by extraction with 5 mL of water: chloroform: methanol phase and the residue was lyophilized twice to a volume of 3 mL (3: 5: 12). The water was re-extracted. After concentration, a 20 μΐ sample was used for the 6 aminoquinolyl- N -hydroxysuccinimidylcarbamate (AQC) derivatization reaction. Derivatized amino acids were analyzed by DHPS on a C18 reverse phase column according to the manufacturer's instructions (Waters AccQ.Tag system).
Príklad 4Example 4
Analýza aktivity AK v transgénnych rastlinách zemiakovAnalysis of AK activity in transgenic potato plants
Zozbierali sa mikrohľuzy, listy alebo dozreté hľuzy a homogenizovali sa v miske tíčikom v rovnakom objeme chladného 20 mM pufra fosforečnanu draselného pH 7,0, ktorý obsahuje 30 mM β-merkaptoetanol, 0,1 mM L-lyzín, 0,1 mM L-treonín, 1 mM fenylmetylsulfonylfluorid a 0,5 pg/ml leupeptínu. Nasleduje 5 minútová centrifugácia (16000 g, pri teplote 4 °C) . Zobral sa supernatant a stanovila sa v ňom koncentrácia proteínu. V rovnakom množstve proteínu sa testovala aktivita AK, ako sa opisuje v publikácii Black, S. a kol. (1955) J. Biol. Chem. 213: 27-38. Testovaná zmes (konečný objem 0,25 ml) obsahovala 300 pg proteínu, 100 mM tris-HCl, pH 8,0, 200 mM NH2OH, ktorý sa pred použitím neutralizoval KOH, 10 mM ATPm, 5 mM MgCl2 a 30 mM L-aspartát. Kontrolný test obsahoval všetky prísady okrem L-aspartátu. Reakcie prebehli pri teplote 37 °C počas 1 hodiny a potom sa ukončili pridaním 0,25 ml roztoku 1 : 1 : 1 10 % (hmotn./obj .) FeCl3 v 0,1 N HC1, 3 N HC1 a 12 % TCA, ktorý sa zmiešal tesne pred použitím. Reakčná zmes sa nechá stáť 5 minút na ľade a centrifuguje sa (počas 5 minút, pri 16000 g, pri teplote 4 °C) a stanoví sa absorbancia svetla supernatantu pri vlnovej dĺžke 490 nm. V prípade každej vzorky sa nešpecifická aktivita získaná v neprítomnosti L-aspartátu odčítala z hodnoty získanej v prítomnosti L-aspartátu.Micro-tubers, leaves or ripened tubers were harvested and homogenized in a platter with an equal volume of cold 20 mM potassium phosphate buffer pH 7.0 containing 30 mM β-mercaptoethanol, 0.1 mM L-lysine, 0.1 mM L- threonine, 1 mM phenylmethylsulfonyl fluoride and 0.5 µg / ml leupeptin. Centrifuge for 5 minutes (16000 g, at 4 ° C). The supernatant was collected and the protein concentration was determined. AK activity was assayed at the same amount of protein as described by Black, S. et al. (1955) J. Biol. Chem. 213: 27-38. The test mixture (final volume 0.25 ml) contained 300 µg protein, 100 mM tris-HCl, pH 8.0, 200 mM NH 2 OH, which was neutralized with KOH, 10 mM ATPm, 5 mM MgCl 2 and 30 mM before use. L-aspartate. The control test contained all ingredients except L-aspartate. The reactions were run at 37 ° C for 1 hour and then quenched by the addition of 0.25 mL of a 1: 1: 1 solution of 10% (w / v) FeCl 3 in 0.1 N HCl, 3 N HCl and 12% TCA. , which was mixed just before use. The reaction mixture is allowed to stand on ice for 5 minutes and centrifuged (for 5 minutes, at 16000 g, at 4 ° C) and the light absorbance of the supernatant is determined at 490 nm. For each sample, the non-specific activity obtained in the absence of L-aspartate was subtracted from the value obtained in the presence of L-aspartate.
Príklad 5Example 5
Analýza aktivity DHPS v transgénnych hľuzách zemiakovAnalysis of DHPS activity in transgenic potato tubers
Mikrohľuzy a zrelé hľuzy sa homogenizovali v miske tíčikom v ekvivalentnom objeme chladného 100 mM Tris-HCl pHMicro-tubers and mature tubers were homogenized in a bowl with a spot in an equivalent volume of cold 100 mM Tris-HCl pH
7,5, ktorý obsahuje 2 mM EDTA, 1,4 % askorbát sodný, 1 mM fenylmetylsulfonylchlorid a 0,5 pg/ml leupeptínu. Nasleduje 5 minútová centrifugácia (16000 g pri teplote 4 ’C) a zhromaždil sa supernatant. Aktivita DHPS sa merala s použitím 0aminobenzaldehydového (0-ABA) spôsobu opísaného v publikácii7.5 containing 2 mM EDTA, 1.4% sodium ascorbate, 1 mM phenylmethylsulfonyl chloride and 0.5 µg / ml leupeptin. Following a 5 minute centrifugation (16000 g at 4 ° C), the supernatant was collected. DHPS activity was measured using the 0 aminobenzaldehyde (O-ABA) method described in
Yugari, Aby and Gilvard, C. (1965) J. Biol. Chem. 240: 47104716.Yugari, Aby and Gilvard, C. (1965) J. Biol. Chem. 240: 47104716.
Príklad 6Example 6
Príprava konštrukcie dvoch génov na transformáciu cukrovej repy priamym transférom génovPreparation of construction of two genes for sugar beet transformation by direct gene transfer
S cieľom zavedenia chimérnej konštrukcie do cukrovej repy sa chimérne gény začlenili do plazmidového vektora, ktorý je špecifický pre priamu transformáciu génov do cukrovej repy. Plazmid pPG5 (opisuje sa v publikácii Halí, R. D. a kol., (1996), Náture Biotechnol. 14: 1133-1138) s obsahom génu pat, ktorý kóduje fosfinotricínacetyltransferázu, sa štiepil reštrikčným enzýmom HindlII, vyplnil sa a ďalej sa štiepil reštrikčným enzýmom Sací. Binárny vektor pAAP50 (obr. 2b) sa štiepil reštrikčným enzýmom Xbal, vyplnil sa a ďalej sa štiepil reštrikčným enzýmom Sací. Izoloval sa fragment Sací s tupým koncom, ktorý obsahuje konštrukciu, a ligoval sa do fragmentu Sací plazmidu pPG5 s tupými koncami (pAAP60; obr. 2d) .In order to introduce the chimeric construct into sugar beet, the chimeric genes were incorporated into a plasmid vector that is specific for the direct transformation of genes into sugar beet. Plasmid pPG5 (described in Hal, RD et al., (1996), Nature Biotechnol. 14: 1133-1138) containing the pat gene that encodes phosphinothricin acetyltransferase was digested with the restriction enzyme HindIII, filled in and further digested with the restriction enzyme. suction. The binary vector pAAP50 (Fig. 2b) was digested with the restriction enzyme XbaI, filled in and further digested with the restriction enzyme SacI. The blunt-ended SacI fragment containing the construct was isolated and ligated into the blunt-ended SacI plasmid pPG5 fragment (pAAP60; Fig. 2d).
Príklad 7Example 7
Zavedenie chimérnych génov do rastlín cukrovej repyIntroduction of chimeric genes into sugar beet plants
Pri transformácii podľa protokolu opísanom v publikácii Halí, R. D. a kol., (1996), Náture Biotechnol. 14: 1133-1138 sa použili kultúry výhonkov šľachtiteľskej línie diploidnej cukrovej repy (Bv-NF, Halí, R. D. a kol. (1993) Plánt CellRep. 12: 339-342). Podľa uvedeného protokolu sa používa spôsob transféru DNA sprostredkovaný polyetylénglykolom, ktorý sa aplikuje na populácie protoplastov špecificky obohatených typom buniek získaných z buniek stomatu. Stabilne transformované bunky sa selektovali na médiu doplnenom 200 μΐ/ml biafalosu počas 4 týždňov. Kali rezistentné na biafalos sa následne subkultivovali na médiu, ktoré neslúži na selekciu, a po regenerácii výhonkov a lupeňov sa rastliny dali do pôdy a preniesli sa do skleníka.In transformation according to the protocol described by Halí, R. D. et al., (1996) Nature Biotechnol. 14: 1133-1138, shoot cultures of the diploid sugar beet breeding line (Bv-NF, Hali, R. D. et al. (1993) Plant CellRep. 12: 339-342) were used. According to the protocol, a polyethylene glycol-mediated DNA transfection method is used, which is applied to populations of protoplasts specifically enriched with cell-type derived from dental cells. Stably transformed cells were selected on medium supplemented with 200 μΐ / ml biaphalos for 4 weeks. The biaphalos resistant kali were subsequently subcultured on a medium that does not serve for selection, and after the shoots and leaf regeneration, the plants were placed in the soil and transferred to a greenhouse.
Príklad 8Example 8
Analýza voľného lyzínu, treonínu a metionínu v transgénnych rastlinách cukrovej repyAnalysis of free lysine, threonine and methionine in transgenic sugar beet plants
V tkanivách listov a koreňov transgénnych rastlín cukrovej repy sa analyzovalo množstvo voľných aminokyselín podľa protokolu opísaného vyššie v texte v príklade 3.In the tissues of leaves and roots of transgenic sugar beet plants, the amount of free amino acids was analyzed according to the protocol described above in Example 3.
Claims (28)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/NL1996/000458 WO1998022600A1 (en) | 1996-11-18 | 1996-11-18 | Transgenic plant or plants with a naturally high water content overproducing at least two amino acids of the aspartate family |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SK65299A3 true SK65299A3 (en) | 2000-05-16 |
Family
ID=19866010
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SK652-99A SK65299A3 (en) | 1996-11-18 | 1996-11-18 | A chimeric double gene construct, expression vector, transgenic plant or its parts with a naturally high water content overproducing at least two amino acids of the aspartate family and method to obtain such a plant |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0941351A1 (en) |
AU (1) | AU7509096A (en) |
CA (1) | CA2272564A1 (en) |
CZ (1) | CZ174699A3 (en) |
EE (1) | EE9900198A (en) |
SK (1) | SK65299A3 (en) |
WO (1) | WO1998022600A1 (en) |
ZA (1) | ZA9710382B (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1074629A1 (en) * | 1999-07-30 | 2001-02-07 | Coöperatieve Verkoop- en Productievereniging van Aardappelmeel en Derivaten 'AVEBE' B.A. | Sink protein |
BRPI0914933B1 (en) | 2008-06-30 | 2018-09-25 | Monsanto Technology Llc | Polypeptide displaying aspartase kinase (AK) activity that is not subject to inhibition by end-product, polynucleotide encoding the same, recombinant DNA construct, transformed micro-organism, feed-like, or feed-in-the-plant, trans-feed, PRODUCTION OF A TRANSFORMED PLANT AND INCREASING THE TOTAL FREE AMINO ACID CONTENT OF A PLANT. |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0485970A3 (en) * | 1990-11-13 | 1992-07-01 | Yeda Research And Development Company Limited | Transgenic plants overproducing threonine and lysine |
WO1993003160A1 (en) * | 1991-08-09 | 1993-02-18 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Synthetic storage proteins with defined structure containing programmable levels of essential amino acids for improvement of the nutritional value of plants |
JPH07504821A (en) * | 1992-03-19 | 1995-06-01 | イー・アイ・デユポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー | Nucleic acid fragments and methods for increasing lysine and threonine content in plant seeds |
CA2158018C (en) * | 1993-03-02 | 2005-12-27 | Christine Irmgard Wandelt | Improved feedcrops enriched in sulfur amino acids and methods for improvement |
WO1995015392A1 (en) * | 1993-11-30 | 1995-06-08 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Chimeric geens and methods for increasing the lysine content of the seeds of corn, soybean and rapeseed plants |
-
1996
- 1996-11-18 EP EP96937588A patent/EP0941351A1/en not_active Ceased
- 1996-11-18 CA CA002272564A patent/CA2272564A1/en not_active Abandoned
- 1996-11-18 EE EEP199900198A patent/EE9900198A/en unknown
- 1996-11-18 WO PCT/NL1996/000458 patent/WO1998022600A1/en not_active Application Discontinuation
- 1996-11-18 SK SK652-99A patent/SK65299A3/en unknown
- 1996-11-18 AU AU75090/96A patent/AU7509096A/en not_active Abandoned
- 1996-11-18 CZ CZ991746A patent/CZ174699A3/en unknown
-
1997
- 1997-11-18 ZA ZA9710382A patent/ZA9710382B/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EE9900198A (en) | 1999-12-15 |
CZ174699A3 (en) | 1999-09-15 |
ZA9710382B (en) | 1998-06-10 |
EP0941351A1 (en) | 1999-09-15 |
CA2272564A1 (en) | 1998-05-28 |
WO1998022600A1 (en) | 1998-05-28 |
AU7509096A (en) | 1998-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Shaul et al. | Concerted regulation of lysine and threonine synthesis in tobacco plants expressing bacterial feedback-insensitive aspartate kinase and dihydrodipicolinate synthase | |
CN1045995C (en) | Method of inducing lysine overproduction in plants | |
US6127600A (en) | Methods of increasing accumulation of essential amino acids in seeds | |
US5367110A (en) | Transgenic plants overproducing threonine and lysine | |
JPWO2003000041A1 (en) | Methods for producing transgenic plants with improved amino acid composition and yield | |
US20120291154A1 (en) | Corn plants and seed enhanced for asparagine and protein | |
Tzchori et al. | Lysine and threonine metabolism are subject to complex patterns of regulation in Arabidopsis | |
Galili et al. | Synthesis and accumulation of the essential amino acids lysine and threonine in seeds | |
US20100183750A1 (en) | Fortification of plants with folates by metabolic engineering | |
US8357833B2 (en) | Corn plants and seed enhanced for asparagine and protein | |
KR20010031660A (en) | Modification of tocopherol contents of transgenic plants | |
US20030061633A1 (en) | Modified dhps genes | |
SK65299A3 (en) | A chimeric double gene construct, expression vector, transgenic plant or its parts with a naturally high water content overproducing at least two amino acids of the aspartate family and method to obtain such a plant | |
US20020148003A1 (en) | Transgenic plant or plants with a naturally high water content overproducing at least two amino acids of the aspartate family | |
WO2000055303A2 (en) | Transgenic plants having imroved flavor properties | |
Temple et al. | Manipulating amino acid biosynthesis | |
WO2005047472A2 (en) | Increasing seed threonine content through alteration of threonine aldolase activity | |
CN1242050A (en) | Transgenic plant or plants with a naturally high water content overproducing at least two amino acids of the aspartate family | |
EP1074629A1 (en) | Sink protein | |
US6821781B1 (en) | Method for selecting transformed plant cells using ethionine and cystathionine gamma synthase as the selection agent and marker gene | |
RU2152997C2 (en) | Dna structure (variants), method of transgenic plant preparing and fructans | |
MXPA05012018A (en) | Plants with increased levels of one or more amino acids. | |
Galili et al. | Expression of bacterial dihydrodipicolinate synthase in transgenic plants: potentials to improve lysine content in forage, grain and tuber crops | |
WO1998023757A1 (en) | Transgenic plants having increased starch content | |
Jacobs et al. | Manipulating Essential Amino Acid Metabolism in Plants |