WO1989012100A1 - Complete nucleotidic sequence of the complementary dna of the genomic rna of the potyvirus, genes coding for the potyvirus capside protein and application of said genes to the creation of potyvirus-resistant transgenic plants - Google Patents

Complete nucleotidic sequence of the complementary dna of the genomic rna of the potyvirus, genes coding for the potyvirus capside protein and application of said genes to the creation of potyvirus-resistant transgenic plants Download PDF

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WO1989012100A1
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potyvirus
capsid protein
gene
rna
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PCT/FR1989/000260
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Christophe Robaglia
Mylène DURAND-TARDIF
Jean Masson
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Institut National De La Recherche Agronomique (Inr
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    • C12N2770/00011Details
    • C12N2770/34011Potyviridae
    • C12N2770/34022New viral proteins or individual genes, new structural or functional aspects of known viral proteins or genes

Definitions

  • the present invention relates to the determination of the complete nucleotide sequence of the DNA complementary to the genomic RNA of potyvirus, including that of the potato virus Y, and to the use of this sequence to create genes capable to confer on plants a resistance to potyviruses, by the creation of transgenic plants resistant to phytopathogenic viruses and in particular to potyvirus.
  • Viral conditions are a problem for the pathologist; in fact, because of the dependence of the virus on host cells, it is difficult to destroy it without running the risk of damaging the organism which it parasites.
  • the means of control are therefore essentially preventive; vaccines are used in animals with immune systems and in plants, seed selection and resistance varieties.
  • Curative methods are based on the use of molecules that interfere with replication (analogs of bases such as azidothymidine) which are not without side effects for the host.
  • thermotherapy and the cultivation of meristems allow healthy plants to be regenerated from infected plants (Morel and Martin, 1952).
  • Potyviruses are the largest group of plant viruses, comprising more than 70 apparently distinct members. These viruses are defined by the filamentary structure of their particle, 600 to 900 nm long, containing approximately 5% of nucleic acid and 95% of proteins. Each particle contains a single molecule of simple RNA positive strand of molecular weight 3-3.5 ⁇ 10 6 , and the subunits of a single polypeptide of molecular weight 32-34 ⁇ 10 3 . They induce the formation of inclusions of characteristic forms which accumulate in the cytoplasm and sometimes in the nucleus. They are transmitted naturally by aphids in a non-persistent fashion and some are also transmitted by seed.
  • PVY Potato virus Y
  • the Y virus and the leaf curly virus are considered to be the two most important viruses affecting the potato in the world.
  • Early infection of tobacco with PVY can lead to a yield reduction of around 30%, and necrosis of the nerves from the nerves, caused by the N strain, can cause complete loss of the crop.
  • Viruses belonging to group O generally induce severe systemic symptoms of embossing, and leaf necrosis drooping in potatoes, systemic necrosis in Physalis floridana and systemic mottling in tobacco.
  • Group N strains of necrosis of the ribs of the tobacco
  • Group C viruses including the PVC virus which is not transmissible by aphids, produce hypersensitivity reactions in many potato cultivars.
  • These groups although very serologically related, show great intra-group variability. We can say that there are no reproducible serological differences between Yo, Yn and Yc. The reported inter-group cross-protection results are contradictory (De Bokx and Huttinga, 1981).
  • the capsid protein sequence of an Australian isolate revealed 92% identity with the capsid of the Pepper Mottle Virus (PeMV) and 62% with that of the Tobacco Etch Virus (TEV), the N- terminal of these proteins showing the greatest divergences (Shukla et al., 1986).
  • potyviruses The molecular study of potyviruses is relatively recent. These viruses are difficult to purify because of their particle instability and their tendency to form aggregates.
  • a protein (VPg) is covalently linked to the 5 'end of the viral RNA (Hari, 1981), which is polyadenylated at the 3' end (Hari, 1979).
  • Initial "in vitro" translation studies suggested that genomic RNA could be translated into a high molecular weight polyprotein, which would then be matured into smaller proteins (Yeh and Gonsalves, 1985. Hellman et al., 1983).
  • This hypothesis was confirmed by analysis of the nucleotide sequence of the tobacco etch virus (TEV) and tobacco vein mottling virus (TVMV) genomic RNAs (Allison et al., 1986. Domier et al., 1986), these RNAs would code for 345kD and 340kD polyproteins respectively. This mechanism is similar to that used by animal picornaviruses (Nicklin et al, 1986) and by
  • the proteolytic cleavages in these viruses are mainly made at the Gln-Gly (Picornavirus) and Gln-Gly, Gln-Ser and Gln-Met (Comovirus) sites.
  • Domier et al, 1986 proposed a proteolytic cleavage map of the TVMV polyprotein.
  • the same group (Domier et al, 1987) subsequently published an analysis of the sequence homologies of the proteins thus defined, with those of the Picorna-, Como-, and Caulimoviruses.
  • Carrington and Dougherty (1987) demonstrated that one of the two nuclear inclusions of TEV was a protease, which enabled these researchers to propose a partial genetic map of the Potyvirus genome by comparison with genomic RNAs of picornaviruses ( poliovirus), comovirus (CPMV), romancevirus (TBRV) and potyvirus (TVMV).
  • nucleotide sequences derived from the pathogen can be used to modify the host genetically in order to that it becomes resistant to the pathogen. This is possible because the life cycle of a parasite, like that of any organism, results from a sum of molecular events regulated at various levels. Resistance therefore comes from an interruption in the development of the parasite by one of its genes expressing itself at the wrong time, in the wrong place, in too large a quantity or in a modified counter-functional form.
  • the presence of the capsid protein in the cell prevents the entry of the virus or its decapidation: in fact the inoculation of viral RNA can overcome the protection observed in transgenic plants (Nelson et al., 1987 VIROLOGY, 158, 126-132).
  • This protection results in a delay in the appearance of lesions on the inoculated leaves, suggests an inhibitory effect at later stages of the infection, such as a reduction in the rate of multiplication or a blockage of the transport of the virus. cell to cell.
  • the capsid protein of the alfalfa mosaic virus would play a role in the binding of the polymerase to the 3 'end of the RNA, and therefore an activator of the synthesis of the negative strand, and in the late stages it would repress it, making the overall synthesis of RNA not symmetrical, in favor of the production of the positive strand (Houwing and Jaspars, 1987).
  • the bacteriophage QB capsid protein would have a double negative regulatory role, by suppressing viral replication, while promoting the translation of its own gene, and by suppressing the translation of the gene coding for the polymerase, by binding to its domain. initiation (Bernardi, 1972; Robertson, 1975). Using this latest data, Grumet, Sanford and Johnston, (1987, MOLECULAR STRATEGIES FOR CROP
  • î R. LISS INC pp. 3-12 demonstrated the validity of the concept of resistance derived from the pathogen, by obtaining high levels of resistance to this bacteriophage in E. coli strains expressing its capsid protein, even at multiplicities of infection important.
  • Tomato aspermy virus TMV
  • the object of the present invention is to construct a gene coding for the capsid protein of potyvirus and in particular of PVY, under conditions such that its function cannot be altered, by adding an ATG sequence. at the 5 'end of the coding sequence for the potyvirus capsid.
  • Potyviruses have the particularity of having as translation product, a single polyprotein which gives functional proteins only after proteolytic cleavage in precise places of the polyprotein, by a specific protease precisely coded by the viral genome; as a result, the present invention also aims to provide a system capable of blocking the action of the protease in order to prevent the appearance of viral proteins and, consequently, symptoms of l viral infection of the plants concerned.
  • the subject of the present invention is transgenic plants resistant to infection by potyviruses, characterized in that they are obtained from plant cell lines, in particular from plant species liable to be infected by potyviruses, modified by introduction of a gene coding for the potyvirus capsid protein.
  • said transgenic plants are characterized in that the gene introduced is a gene coding for the capsid protein of potyvirus, resulting from the addition of an ATG sequence to the 5 'end of the cDNA sequence encoding for said potyvirus capsid protein, provided with signals for regulating gene expression in a plant cell.
  • the ATG initiation codon of the introduced gene is included in a consensus sequence, of the type AX 1 X 2 ATGG in which X or Y are identical or different and each represents one nucleotides A, T, G or C.
  • X or Y are identical or different and each represents one nucleotides A, T, G or C.
  • the seeds derived from these transgenic plants and used for the reproduction of these fall within the scope of the present invention.
  • the present invention also relates to a gene coding for the capsid protein of potyvirus, characterized in that it results from the addition of an ATG sequence to the 5 'end of the cDNA sequence coding for said protein. of capsid of potyvirus.
  • its ATG initiation codon is included in a sequence of type AX 1 X 2 ATGG, where X 1 and X 2 are as defined above.
  • this gene comprises the DNA sequence complementary to the following nucleotide sequence (I):
  • the present invention further relates to a DNA sequence constituted by a gene coding for the capsid protein of potyvirus as defined above, provided with signals for regulating genetic expression in a plant cell.
  • the present invention further relates to a process for obtaining a gene coding for the capsid protein of potyvirus, characterized in that a fragment of a synthetic DNA comprising an ATG codon is inserted at a chosen point of the cDNA sequence coding for the capsid protein, the plasmids containing the desired junction then being isolated by hybridization with a synthetic oligonucleotide covering half the sequence of the synthetic DNA fragment and half the sequence of the 5 'end of the sequence of the gene coding for the potyvirus capsid protein.
  • the present invention further relates to a process for obtaining cDNA from potyvirus genomic RNA, which is characterized in that the first strand of cDNA is synthesized by the action of reverse transcriptase on RNA genome of potyvirus using random hexamers as initiators of the first strand, the RNA / DNA hybrid obtained is converted into double-stranded DNA by the joint action of three enzymes, RnaseH. of E.
  • the DNA fragments thus created are joined by the ligase of E. coli, the double-stranded cDNA is then treated with Sl-nuclease, the repair of its ends is carried out using T 4 -DNA-polymerase and the cDNA is separated according to its size on gel. low melting agarose, then ligated into a Smal cleavage site of an appropriate vector and the recombinant plasmids are introduced into E. coli, collected and sequenced by an appropriate sequencing method.
  • Clones, obtained by insertion of double-stranded cDNA in an appropriate plasmid, are partially sequenced by the deletion method or by subcloning of restriction fragments in an appropriate vector, the selection of said clones being carried out by hybridization with a mixture synthetic oligonucleotides of 20 mothers deduced from the amino acid sequence of the N-terminus of the capsid protein.
  • the present invention further relates to the complete nucleotide sequence of the PVY genomic RNA, which is characterized in that it comprises 9704 bases followed by a poly-A end, in that a non-coding region with the 5 'end, which comprises 185 bases, precedes the single and long open reading phase, in that said phase codes for a polyprotein of 3063 amino acids and in that it is followed by a non-region 331 base coding at the 3 'end.
  • said complete sequence of potyvirus genomic RNA this is represented by the following nucleotide and amino acid (II) sequence:
  • the position of the sequence of the capsid protein in the above-mentioned RNA sequence is such that its N-terminal end is located at position 2796 of the polyprotein.
  • the present invention further relates to the DNA sequence complementary to the sequence (II) defined above.
  • the present invention also encompasses any nucleotide sequence specific for the PVY genome, included in the sequence (II) or in the DNA sequence complementary to said sequence II.
  • EXAMPLE 1 Cloning and sequencing of the DNA complementary to the potyvirus Y genomic RNA of the potato (PVY): 1. Development of the conditions for obtaining the cDNA of the PVY RNA.
  • the cDNA was synthesized by the method of
  • the first strand is synthesized in a conventional manner by the action of reverse transcriptase, and the RNA / DNA hybrid obtained is converted into double-stranded DNA by the joint action of 3 enzymes: RNaseH from E. coli partially degrades the RNA part of the hybrid, creating primers for DNA polymerase I which displaces the cleavage by synthesizing DNA by its 3 '->5' activity while degrading the RNA by its 5 'activity -> 3 ', the DNA fragments thus created are joined by the ligase of E. coli chosen because of its inability to join DNA with free ends.
  • the optimal concentration of KCl for obtaining long retrotranscripts of viral RNA is 140 mM.
  • RNase A treatment was included at the end of second strand synthesis; in order to obtain perfectly blunt ends, the repair step has takes place for a very short time in the absence of nucleotides allowing the DNA polymerase of phage T4 to resect the 3 'ends of the DNA; the nucleotides are added and the incubation then continues normally. 2. Cloning and sequencing of the cDNA.
  • plasmids pY139 (1kb), pY118 (1.8kb) and pY117 (3.6kb) were chosen to be sequenced.
  • the partial sequence of plasmids pY139 and pY118 was carried out by a sequential deletion method based on the cleavage properties of DNAse I in the presence of Mn 2+ ions (LIN et al., 1985) and that of plasmid pY117 by sub -cloning of restriction fragments generated by the enzymes Rsal, Ddel, Hinfl and Taql in the vector
  • Bluescript KS + (Stratagene).
  • the insertion contained in the plasmid pY139 was found to originate from a cDNA initiated on a sequence of 5 adenines corresponding to two lysines at positions 176 and 177 of the protein sequence previously published (SHUKLA et al. 1986).
  • the cDNA can be cloned by adding homopolymeric extensions ("tailing").
  • the two successive precipitations eliminate 99% of the non-incorporated radioactivity, check the presence of a cDNA pellet with moni tor at this stage (and at the others).
  • the percentage of conversion of RNA into cDNA can range from 15 to 50% depending on the quality of the RNA, the percentage of synthesis of the second strand is 80 to 100%.
  • the optimal size of the extensions is 15 to 25 nucleotides, the reaction being approximately linear, it is therefore possible to reincubate at 25 ° C. for a time defined by the first incubation.
  • 5M ammonium acetate take up to 20ng / ⁇ l in TE.
  • A50 which has the advantage of separating DNA according to size.
  • the columns are poured into a 1 ml pipette, with the smallest possible internal diameter.
  • EXAMPLE 4 Obtaining clones by priming the cDNA on the viral RNA using random hexamers.
  • the method described below makes it possible to obtain, in a single step, all the clones necessary for obtaining the gene coding for the capsid protein, then to sequence them and to order the data obtained by computer processing.
  • This plasmid contains the origin of replication of phage M13 and makes it possible to obtain single-stranded DNA after superinfection of the strain with a phage such as M13K07.
  • a phage such as M13K07.
  • the method chosen is derived from that described by KALYAN et Al (GENE-1986, 42, 331-337) which makes it possible to add a fragment of synthetic DNA to a chosen point of a sequence, the splice being able to be checked at the base, thanks to the use of a very sensitive screen based on the characteristics of the molecular hybridization of an oligonucleotide probe.
  • KALYAN et Al GENE-1986, 42, 331-337
  • deletions were created in the plasmid, from a unique HindIII site located approximately 400 base pairs 5 'from the sequence GCAAATGACACA, corresponding to the first acids capsid protein amines.
  • the deleted fragments were then ligated with a synthetic sequence adapter (VA) (VB):
  • Hybridization temperature nb of bases, ie 55oC for this oligonucleotide probe, the washings being carried out in 0.9M Na at room temperature, then for 5 minutes at hybridization temperature - 3 ° C.
  • Hybridization temperature 4 (G + C) +2 (A + T) -5 at 10 ° C 0.9M Na but seem to be more discriminating. A first positive clone was obtained, its insertion could not be released by digestion with the enzymes BamHI (the site created by addition of the adapters) and Hpall (sine placed at 16 base pairs downstream of the coder.
  • pMARCEL 70 and pMRKE70 vectors were created from the pMARCEL19 and pMRKE35 vectors respectively, and contain a promoter constructed from that of 35 S RNA by duplicating a transcriptional activation region located from -343 to -90 relative to at the transcription initiation site (KAY et al., 1987), which promoter has the advantage of producing 10 fcis more transcripts than the one from which it originates.
  • the cell colonies obtained are resistant to kanamycin.

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Abstract

Gene coding for the potyvirus capside protein, particularly the potato virus. Method for obtaining said coding gene, the method comprising the insertion of a fragment of a synthetic DNA having an ATG codon at a selected point of the complementary DNA sequence coding for the capside protein. Applications to the production of transgenic potyvirus-infection resistant plants.

Description

SEQUENCE NUCLEOTIDIQUE COMPLETE DE L'ADN FULL NUCLEOTIDE SEQUENCE OF DNA
COMPLEMENTAIRE DE L'ARN GENOMIQUE DE POTYVIRUS, GENES CODANT POUR LA PROTEINE DE CAPSIDE DE POTYVIRUS ETCOMPLEMENTARY TO POTYVIRUS GENOMIC RNA, GENES ENCODING POTYVIRUS CAPSIDE PROTEIN AND
APPLICATIONS DE CES GENES A LA CREATION DE PLANTESAPPLICATIONS OF THESE GENES TO PLANT CREATION
TRANSGENIQUES RESISTANTES AUX POTYVIRUS.TRANSGENIC RESISTANT TO POTYVIRUSES.
La présente invention est relative à la détermination de la séquence nucléotidique complète de l'ADN complémentaire de l'ARN génomique de potyvirus, dont celui du virus Y de la pomme de terre, et à l'utilisation de cette séquence pour créer des gènes aptes à conférer aux plantes une résistance aux potyvirus, par la création de plantes transgéniques résistantes aux virus phytopathogènes et notamment au potyvirus.The present invention relates to the determination of the complete nucleotide sequence of the DNA complementary to the genomic RNA of potyvirus, including that of the potato virus Y, and to the use of this sequence to create genes capable to confer on plants a resistance to potyviruses, by the creation of transgenic plants resistant to phytopathogenic viruses and in particular to potyvirus.
Les affections virales posent un problème au pathologiste ; en effet, du fait de la dépendance du virus vis à vis des cellules-hôtes, il est difficile de le détruire sans courir le risque d'endommager l'organisme qu'il parasite. Les moyens de lutte sont donc essentiellement préventifs ; on a recours aux vaccins chez les animaux dotés d'un système immunitaire et chez les végétaux, à la sélection sanitaire des semences et à la sélection de variétés résistantes. Les méthodes curatives reposent sur l'utilisation de molécules interférant avec la réplication (analogues de bases tels que l'azidothymidine) lesquelles ne sont pas sans effets secondaires pour l'hôte. Chez les plantes la thermothérapie et la culture de méristèmes permettent de régénérer des plantes saines à partir de plantes infectées (Morel et Martin, 1952).Viral conditions are a problem for the pathologist; in fact, because of the dependence of the virus on host cells, it is difficult to destroy it without running the risk of damaging the organism which it parasites. The means of control are therefore essentially preventive; vaccines are used in animals with immune systems and in plants, seed selection and resistance varieties. Curative methods are based on the use of molecules that interfere with replication (analogs of bases such as azidothymidine) which are not without side effects for the host. In plants, thermotherapy and the cultivation of meristems allow healthy plants to be regenerated from infected plants (Morel and Martin, 1952).
Les potyvirus forment le groupe le plus important de virus végétaux, comprenant plus de 70 membres apparemment distincts. Ces virus sont définis par la structure filamenteuse de leur particule, de 600 à 900 nm de long, contenant environ 5% d'acide nucléique et 95% de protéines. Chaque particule contient une molécule unique d'ARN simple brin positif de poids moléculaire 3-3.5×106 , et les sousunités d'un seul polypeptide de poids moléculaire 32-34×103. Ils induisent la formation d'inclusions de formes caractéristiques s'accumulant dans le cytoplasme et parfois dans le noyau. Ils sont transmis naturellement par les aphides sur le mode non-persistant et certains sont également transmissibles par la graine. La transmission des potyvirus par les aphides est dépendante de la présence d'une protéine assistante, codée par le génome viral, dans la plante infectée (Pirone and Thornbury, 1983). Ces virus sont souvent interreliés sérologiquement. La plupart présentent un spectre d'hôte relativement étroit. Ils infectent un grand nombre d'espèces végétales appartenant aux monocotylédones aussi bien qu'aux dicotylédones. Le virus Y de la pomme de terre (PVY) est le membre-type de ce groupe. Il est pathogène pour diverses solanacées d'intérêt agronomique comme le tabac, le poivron, la tomate et diverses variétés de pomme de terre. Chez cette dernière espèce, les rendements peuvent être diminués de 10 à 80% selon la souche de virus, le cultivar et le moment de l'infection. Le virus Y et le virus de l'enroulement (PLRV, appartenant au groupe des lutéovirus), sont considérés comme les deux plus importants virus affectant la pomme de terre dans le monde. Une infection précoce du tabac par la PVY peut induire une baisse de rendement d'environ 30%, et la maladie des nécroses des nervures, causée par la souche N peut causer une perte complète devla récolte de cette plante. On distingue trois souches principales, caractérisées par les symptômes causés sur des plantes témoins : les groupes O, N, et C. Les virus appartenant au groupe O (souches communes), induisent généralement de sévères symptômes systémiques de gaufrure, et de nécrose à feuilles tombantes chez la pomme de terre, une nécrose systémique chez Physalis floridana et une marbrure systémique chez le tabac. Le groupe N (souches de la nécrose des nervures du tabac), produit une sévère nécrose systémique des nervures chez le tabac, une marbrure systémique chez Physalis floridana et une marbrure peu accentuée chez la majorité des cultivars de pomme de terre. Les virus du groupe C, dont le virus PVC qui n'est pas transmiεsible par les aphides, produisent des réactions d'hypersensibilité chez de nombreux cultivars de pomme de terre. Ces groupes quoique très apparentés sérologiquement présentent une grande variabilité intra-groupe. On peut dire qu'il n'y a pas de différences sérologiques reproductibles entre Yo, Yn et Yc. Les résultats de protection croisée inter-groupes qui ont été reportés sont contradictoires (De Bokx et Huttinga, 1981). La séquence de la protéine de capside d'un isolât australien (PVYd), a révélé 92% d'identité avec la capside du Pepper Mottle Virus (PeMV) et 62% avec celle du Tobacco Etch Virus (TEV), les régions N-terminales de ces protéines présentant les plus grandes divergences (Shukla et al., 1986).Potyviruses are the largest group of plant viruses, comprising more than 70 apparently distinct members. These viruses are defined by the filamentary structure of their particle, 600 to 900 nm long, containing approximately 5% of nucleic acid and 95% of proteins. Each particle contains a single molecule of simple RNA positive strand of molecular weight 3-3.5 × 10 6 , and the subunits of a single polypeptide of molecular weight 32-34 × 10 3 . They induce the formation of inclusions of characteristic forms which accumulate in the cytoplasm and sometimes in the nucleus. They are transmitted naturally by aphids in a non-persistent fashion and some are also transmitted by seed. Transmission of potyviruses by aphids is dependent on the presence of a helper protein, encoded by the viral genome, in the infected plant (Pirone and Thornbury, 1983). These viruses are often serologically interconnected. Most have a relatively narrow host spectrum. They infect a large number of plant species belonging to monocots as well as dicots. Potato virus Y (PVY) is the typical member of this group. It is pathogenic for various nightshades of agronomic interest such as tobacco, peppers, tomatoes and various varieties of potatoes. In the latter species, yields can be reduced by 10 to 80% depending on the strain of virus, the cultivar and the time of infection. The Y virus and the leaf curly virus (PLRV, belonging to the luteovirus group), are considered to be the two most important viruses affecting the potato in the world. Early infection of tobacco with PVY can lead to a yield reduction of around 30%, and necrosis of the nerves from the nerves, caused by the N strain, can cause complete loss of the crop. There are three main strains, characterized by the symptoms caused on control plants: groups O, N, and C. Viruses belonging to group O (common strains), generally induce severe systemic symptoms of embossing, and leaf necrosis drooping in potatoes, systemic necrosis in Physalis floridana and systemic mottling in tobacco. Group N (strains of necrosis of the ribs of the tobacco), produces severe systemic necrosis of the ribs in tobacco, systemic mottling in Physalis floridana and slightly accentuated mottling in the majority of potato cultivars. Group C viruses, including the PVC virus which is not transmissible by aphids, produce hypersensitivity reactions in many potato cultivars. These groups, although very serologically related, show great intra-group variability. We can say that there are no reproducible serological differences between Yo, Yn and Yc. The reported inter-group cross-protection results are contradictory (De Bokx and Huttinga, 1981). The capsid protein sequence of an Australian isolate (PVYd) revealed 92% identity with the capsid of the Pepper Mottle Virus (PeMV) and 62% with that of the Tobacco Etch Virus (TEV), the N- terminal of these proteins showing the greatest divergences (Shukla et al., 1986).
L'étude moléculaire des potyvirus est relativement récente. Ces virus sont difficiles à purifier à cause de l'instabilité de leur particule et de leur tendance à former des agrégats.The molecular study of potyviruses is relatively recent. These viruses are difficult to purify because of their particle instability and their tendency to form aggregates.
Une protéine (VPg) est liée de façon covalente à l'extrémité 5' de l'ARN viral (Hari, 1981), qui est polyadénylé à l'extrémité 3' (Hari, 1979). Des études initiales de traduction "in vitro" ont suggéré que l'ARN génomique pouvait être traduit en une polyprotéine de haut poids moléculaire, qui serait ensuite maturée en protéines plus petites (Yeh et Gonsalves, 1985. Hellman et al., 1983). Cette hypothèse a été confirmée par l'analyse de la séquence nucléotidique des ARNs génomiques du tobacco etch virus (TEV) et du tobacco vein mottling virus (TVMV) (Allison et al., 1986. Domier et al., 1986), ces ARNs coderaient respectivement pour des polyprotéines de 345kD et de 340kD. Ce mécanisme est similaire à celui employé par les picornavirus animaux (Nicklin et al, 1986) et par lesA protein (VPg) is covalently linked to the 5 'end of the viral RNA (Hari, 1981), which is polyadenylated at the 3' end (Hari, 1979). Initial "in vitro" translation studies suggested that genomic RNA could be translated into a high molecular weight polyprotein, which would then be matured into smaller proteins (Yeh and Gonsalves, 1985. Hellman et al., 1983). This hypothesis was confirmed by analysis of the nucleotide sequence of the tobacco etch virus (TEV) and tobacco vein mottling virus (TVMV) genomic RNAs (Allison et al., 1986. Domier et al., 1986), these RNAs would code for 345kD and 340kD polyproteins respectively. This mechanism is similar to that used by animal picornaviruses (Nicklin et al, 1986) and by
Comovirus (Goldbach, 1987). Les clivages protéolytiques chez ces virus se font principalement aux sites Gln-Gly (Picornavirus) et Gln-Gly, Gln-Ser et Gln-Met (Comovirus).Comovirus (Goldbach, 1987). The proteolytic cleavages in these viruses are mainly made at the Gln-Gly (Picornavirus) and Gln-Gly, Gln-Ser and Gln-Met (Comovirus) sites.
En combinant ces données, la taille approximative des cistrons et le site de clivage de la protéine de capside,By combining these data, the approximate size of the cistrons and the cleavage site of the capsid protein,
Domier et al, 1986, ont proposé une carte de clivage protéolytique de la polyprotéine du TVMV. Le même groupe (Domier et al, 1987) a ultérieurement publié une analyse des homologies de séquences des protéines ainsi définies, avec celles des Picorna-, Como-, et Caulimovirus. Enfin, Carrington et Dougherty (1987) ont démontré que l'une des deux inclusions nucléaires du TEV était une protéase, ce qui a permis à ces Chercheurs de proposer une carte génétique partielle du génome des Potyvirus par comparaison avec des ARNs génomiques des picornavirus (poliovirus), comovirus (CPMV), nepovirus (TBRV) et potyvirus (TVMV).Domier et al, 1986, proposed a proteolytic cleavage map of the TVMV polyprotein. The same group (Domier et al, 1987) subsequently published an analysis of the sequence homologies of the proteins thus defined, with those of the Picorna-, Como-, and Caulimoviruses. Finally, Carrington and Dougherty (1987) demonstrated that one of the two nuclear inclusions of TEV was a protease, which enabled these researchers to propose a partial genetic map of the Potyvirus genome by comparison with genomic RNAs of picornaviruses ( poliovirus), comovirus (CPMV), nepovirus (TBRV) and potyvirus (TVMV).
En 1985, Sanford et Johnston (J. THEOR. BIOL. 395-40) ont proposé le concept de résistance dérivée du pathogène, qui peut s'énoncer ainsi : des séquences nucléotidiques issues du pathogène peuvent être utilisées pour modifier l'hôte génétiquement afin qu'il devienne résistant au pathogène. Ceci est possible car le cycle vital d'un parasite, comme celui de tout organisme, résulte d'une somme d'événements moléculaires régulés à divers niveaux. La résistance provient donc d'une interruption du développement du parasite par un de ses gènes s 'exprimant au mauvais moment, au mauvais endroit, en trop grande quantité ou sous une forme modifiée contre-fonctionnelle.In 1985, Sanford and Johnston (J. THEOR. BIOL. 395-40) proposed the concept of resistance derived from the pathogen, which can be stated as follows: nucleotide sequences derived from the pathogen can be used to modify the host genetically in order to that it becomes resistant to the pathogen. This is possible because the life cycle of a parasite, like that of any organism, results from a sum of molecular events regulated at various levels. Resistance therefore comes from an interruption in the development of the parasite by one of its genes expressing itself at the wrong time, in the wrong place, in too large a quantity or in a modified counter-functional form.
En 1986, Powell-Abel et al. (SCIENCE, 212,738-743) ont démontré l'existence d'une protection partielle vis-à-vis du virus de la mosaïque du tabac (TMV) chez des plantes exprimant un gène codant pour la protéine de capside de ce virus. Des résultats similaires ont été obtenus avec le virus de la mosaïque de la luzerne (AlMV) (Loesch Fries et al., 1987), puis avec le virus X de la pomme de terre (PVX) et le virus de la mosaïque du concombre (CMV) (Tumer et al., 1987, EMBO J.,6, 1181-1188 et 1987, NATO ASI Séries A Life Science Plénum Press NY & LONDON, pp 351- 356). Il semblerait que la présence de la protéine de capside dans la cellule prévienne l'entrée du virus ou sa décapεidation : en effet l'inoculation d'ARN viral peut surmonter la protection observée dans les plantes transgéniques (Nelson et al., 1987 VIROLOGY, 158 , 126-132). Le fait que cette protection se traduise par un retard dans l'apparition des lésions sur les feuilles inoculées, suggère un effet inhibiteur à des stages plus tardifs de l'infection, comme une réduction du taux de multiplication ou un blocage du transport du virus de cellule à cellule. Les Auteurs de ces travaux établissent un parallèle avec le phénomène de la protection croisée où l'infection d'une plante par une souche peu virulente d'un virus la protège contre les effets d'une infection ultérieure par une autre souche du même virus (Fulton, 1980, ANN. REV. PHYTOPATH., 24 , PP. 67). Les raisons de ces observations pourraient être multiples. Il a été montré, pour plusieurs virus, que la protéine de capside, outre son rôle structural, possède une fonction régulatrice. Dans les étapes précoces de l'infection, la protéine de capside du virus de la mosaïque de la luzerne aurait un rôle dans la fixation de la polymérase sur l'extrémité 3' de l'ARN, et donc une action activatrice de la synthèse du brin négatif, et dans les étapes tardives elle la réprimerait, rendant la synthèse globale d'ARN non symétrique, en faveur de la production du brin positif (Houwing et Jaspars, 1987). Similairement la protéine capsidiaire du bactériophage QB aurait un double rôle régulateur négatif, en réprimant la réplication virale, tout en favorisant la traduction de son propre gène, et en supprimant la traduction du gène codant pour la polymérase, en se fixant sur son domaine d'initiation (Bernardi, 1972 ; Robertson, 1975). Exploitant ces dernières données, Grumet, Sanford et Johnston, (1987, MOLECULAR STRATEGIES FOR CROPIn 1986, Powell-Abel et al. (SCIENCE, 212, 738-743) have demonstrated the existence of partial protection against the tobacco mosaic virus (TMV) in plants expressing a gene coding for the capsid protein of this virus. Similar results have been obtained with the alfalfa mosaic virus (AlMV) (Loesch Fries et al., 1987), then with potato virus X (PVX) and cucumber mosaic virus (CMV) (Tumer et al., 1987, EMBO J., 6, 1181-1188 and 1987, NATO ASI Series A Life Science Plenum Press NY & LONDON, pp 351-356). It would appear that the presence of the capsid protein in the cell prevents the entry of the virus or its decapidation: in fact the inoculation of viral RNA can overcome the protection observed in transgenic plants (Nelson et al., 1987 VIROLOGY, 158, 126-132). The fact that this protection results in a delay in the appearance of lesions on the inoculated leaves, suggests an inhibitory effect at later stages of the infection, such as a reduction in the rate of multiplication or a blockage of the transport of the virus. cell to cell. The Authors of these works draw a parallel with the phenomenon of cross-protection where infection of a plant by a weakly virulent strain of a virus protects it against the effects of a subsequent infection by another strain of the same virus ( Fulton, 1980, ANN. REV. PHYTOPATH., 24, PP. 67). The reasons for these observations could be multiple. It has been shown, for several viruses, that the capsid protein, in addition to its structural role, has a regulatory function. In the early stages of infection, the capsid protein of the alfalfa mosaic virus would play a role in the binding of the polymerase to the 3 'end of the RNA, and therefore an activator of the synthesis of the negative strand, and in the late stages it would repress it, making the overall synthesis of RNA not symmetrical, in favor of the production of the positive strand (Houwing and Jaspars, 1987). Similarly, the bacteriophage QB capsid protein would have a double negative regulatory role, by suppressing viral replication, while promoting the translation of its own gene, and by suppressing the translation of the gene coding for the polymerase, by binding to its domain. initiation (Bernardi, 1972; Robertson, 1975). Using this latest data, Grumet, Sanford and Johnston, (1987, MOLECULAR STRATEGIES FOR CROP
PROTECTION, ALA|î R. LISS INC pp. 3-12) ont démontré la validité du concept de résistance dérivée du pathogène, en obtenant de forts niveaux de résistance à ce bactériophage chez des souches d'E.coli exprimant sa protéine de capside, et ce, même à des multiplicités d'infection importantes.PROTECTION, ALA | î R. LISS INC pp. 3-12) demonstrated the validity of the concept of resistance derived from the pathogen, by obtaining high levels of resistance to this bacteriophage in E. coli strains expressing its capsid protein, even at multiplicities of infection important.
L'inhibition du cycle viral semblerait donc se situer au moins lors d'une étape précoce : décapsidation ou entrée du virus dans les cellules ; ceci est suggéré par le fait que l'ARN nu conserve son pouvoir infectieux. Dans les plantes transgéniques, le virus ne pourrait donc débuter son cycle de réplication. Ceci diffère des expériences de protection faisant appel aux propriétés de l'ARN satelllite du CMV, dans lesquelles un virus apparenté le "Tomato aspermy virus" (TAV), quoique ne produisant pas de symptômes sur les plantes transformées, est parfaitement capable de s'y répliquer. Cette observation peut faire craindre le risque de créer des plantes qui seraient des réservoirs d'un virus, inoffensif pour elles et indétectable, mais pouvant se propager à d'autres espèces.The inhibition of the viral cycle therefore seems to take place at least during an early stage: decapsidation or entry of the virus into cells; this is suggested by the fact that naked RNA retains its infectious power. In transgenic plants, the virus could therefore not begin its replication cycle. This differs from protection experiments using the properties of the CMV satellite RNA, in which a related virus, "Tomato aspermy virus" (TAV), although not producing symptoms on transformed plants, is perfectly capable of replicate it. This observation may raise the risk of creating plants which would be reservoirs of a virus, harmless to them and undetectable, but which can spread to other species.
Ce risque paraît exclu dans l'hypothèse où une telle inhibition pourrait être obtenue en utilisant un gène codant pour la capside.This risk appears to be excluded in the event that such inhibition could be obtained by using a gene coding for the capsid.
Le problème majeur posé par la construction d'un gène codant pour la protéine de capside du PVY était l'absence de codon d'initiation de la traduction permettant la synthèse de la protéine par la machinerie cellulaire. Il aurait été possible d'utiliser un codon AUG en phase situé en amont du gène. Le premier se trouvant à 57 nucléotides du premier codon, il y aurait production d'une protéine rallongée de 19 acides aminés par rapport à la protéine de capside maturée du virus et sa fonction pourrait en être altérée. De plus, ce codon ne se trouvait pas dans un contexte optimal de tradμction du type A--AUGG (Kozak, 1986). A ce propos, il faut noter que les Articles relatant l'expression d'un tel gène dans les plantes et l'établissement d'un phénotype de résistance font éta d'une forte accumulation de la protéine, de 0,1 à 0,8% de protéines solubles. Pour obtenir cette accumulation, a moins deux facteurs relativement prédictibles doivent êtr optimisés lors de l'assemblage du gène : la force du promoteur utilisé et la nature des séquences précédant et entourant le codon d'initiation.The major problem posed by the construction of a gene coding for the PVY capsid protein was the absence of a translation initiation codon allowing the synthesis of the protein by cellular machinery. It would have been possible to use an AUG codon in phase located upstream of the gene. The first being 57 nucleotides from the first codon, there would be production of a protein extended by 19 amino acids compared to the mature capsid protein of the virus and its function could be altered. Furthermore, this codon was not in an optimal context of type A - AUGG translation (Kozak, 1986). In this regard, it should be noted that the Articles relating to the expression of such a gene in plants and the establishment of a resistance phenotype indicates a strong accumulation of protein, from 0.1 to 0.8% of soluble proteins. To obtain this accumulation, at least two relatively predictable factors must be optimized during the assembly of the gene: the strength of the promoter used and the nature of the sequences preceding and surrounding the initiation codon.
En conséquence, la présente invention s'est donné pour but de construire un gène codant pour la protéine de capside de potyvirus et en particulier de PVY, dans des conditions telles que sa fonction ne puisse pas être altérée, par adjonction d'une séquence ATG à l'extrémité 5' de la séquence codant pour la capside de potyvirus. Les potyvirus ont la particularité d'avoir comme produit de traduction, une polyprotéine unique qui ne donne des protéines fonctionnelles qu'après clivage protéolytique en des endroits précis de la polyprotéine, par une protéase spécifique précisément codée par le génome viral ; par suite, la présente invention s'est également donné pour but de pourvoir à un système propre à bloquer l'action de la protéase dans le but d'empêcher l'apparition des protéines virales et, par voie de conséquence, des symptômes de l'infection virale des végétaux concernés. La présente invention a pour objet des plantes transgéniques résistantes à l'infection par des potyvirus, caractérisées en ce qu'elles sont obtenues à partir de lignées cellulaires végétales, notamment d'espèces végétales susceptibles d'être infectées par des potyvirus, modifiées par introduction d'un gène codant pour la protéine de capside de potyvirus.Consequently, the object of the present invention is to construct a gene coding for the capsid protein of potyvirus and in particular of PVY, under conditions such that its function cannot be altered, by adding an ATG sequence. at the 5 'end of the coding sequence for the potyvirus capsid. Potyviruses have the particularity of having as translation product, a single polyprotein which gives functional proteins only after proteolytic cleavage in precise places of the polyprotein, by a specific protease precisely coded by the viral genome; as a result, the present invention also aims to provide a system capable of blocking the action of the protease in order to prevent the appearance of viral proteins and, consequently, symptoms of l viral infection of the plants concerned. The subject of the present invention is transgenic plants resistant to infection by potyviruses, characterized in that they are obtained from plant cell lines, in particular from plant species liable to be infected by potyviruses, modified by introduction of a gene coding for the potyvirus capsid protein.
Selon un mode de réalisation de l'invention, lesdites plantes transgéniques sont caractérisées en ce que le gène introduit est un gène codant pour la protéine de capside de potyvirus, résultant de l'adjonction d'une séquence ATG à l'extrémité 5' de la séquence d'ADNc codant pour ladite protéine de capside de potyvirus, pourvu de signaux de régulation de l'expression génétique dans une cellule végétale.According to one embodiment of the invention, said transgenic plants are characterized in that the gene introduced is a gene coding for the capsid protein of potyvirus, resulting from the addition of an ATG sequence to the 5 'end of the cDNA sequence encoding for said potyvirus capsid protein, provided with signals for regulating gene expression in a plant cell.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, le codon d'initiation ATG du gène introduit est inclus dans une séquence consensus, du type AX1X2ATGG dans laquelle X ou Y sont identiques ou différents et représentent chacun l'un des nucléotides A, T, G ou C. Bien entendu, les semences issues de ces plantes transgéniques et utilisées pour la reproduction de celles-ci entrent dans le cadre de la présente invention.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the ATG initiation codon of the introduced gene is included in a consensus sequence, of the type AX 1 X 2 ATGG in which X or Y are identical or different and each represents one nucleotides A, T, G or C. Of course, the seeds derived from these transgenic plants and used for the reproduction of these fall within the scope of the present invention.
La présente invention a également pour objet un gène codant pour la protéine de capside de potyvirus, caractérisé en ce qu'il résulte de l'adjonction d'une séquence ATG à l'extrémité 5' de la séquence d'ADNc codant pour ladite protéine de capside de potyvirus.The present invention also relates to a gene coding for the capsid protein of potyvirus, characterized in that it results from the addition of an ATG sequence to the 5 'end of the cDNA sequence coding for said protein. of capsid of potyvirus.
Selon un mode de réalisation de ce gène, son codon d'initiation ATG est inclus dans une séquence de type AX1X2ATGG, où X1 et X2 sont tels que définis plus haut.According to one embodiment of this gene, its ATG initiation codon is included in a sequence of type AX 1 X 2 ATGG, where X 1 and X 2 are as defined above.
Selon un autre mode de réalisation de ce gène, il comprend la séquence d'ADN complémentaire de la séquence en nucléotides (I) suivante :According to another embodiment of this gene, it comprises the DNA sequence complementary to the following nucleotide sequence (I):
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La présente invention a en outre pour objet une séquence d'ADN constituée par un gène codant pour la protéine de capside de potyvirus tel que défini plus haut, pourvu de signaux de régulation de l'expression génétique dans une cellule végétale.The present invention further relates to a DNA sequence constituted by a gene coding for the capsid protein of potyvirus as defined above, provided with signals for regulating genetic expression in a plant cell.
La présente invention a, de plus, pour objet un procédé d'obtention d'un gène codant pour la protéine de capside de potyvirus, caractérisé en ce qu'un fragment d'un ADN synthétique comportant un codon ATG est inséré en un point choisi de la séquence d'ADNc codant pour la protéine de capside, les plasmides contenant la jonction voulue étant alors isolés par hybridation avec un oligonucléotide synthétique couvrant pour moitié la séquence du fragment d'ADN synthétique et pour moitié la séquence de l'extrémité 5' de la séquence du gène codant pour la protéine de capside de potyvirus.The present invention further relates to a process for obtaining a gene coding for the capsid protein of potyvirus, characterized in that a fragment of a synthetic DNA comprising an ATG codon is inserted at a chosen point of the cDNA sequence coding for the capsid protein, the plasmids containing the desired junction then being isolated by hybridization with a synthetic oligonucleotide covering half the sequence of the synthetic DNA fragment and half the sequence of the 5 'end of the sequence of the gene coding for the potyvirus capsid protein.
La présente invention a en outre pour objet un procédé d'obtention de l'ADNc de l'ARN génomique de potyvirus, qui est caractérisé en ce que le premier brin d'ADNc est synthétisé par action de la transcriptase-reverse sur l'ARN génomique de potyvirus en utilisant des hexamères aléatoires comme amorceurs du premier brin, l'hybride ARN/ADN obtenu est converti en ADN double-brin par l'action conjointe de trois enzymes, la RnaseH. d'E.coli, qui dégrade partiellement la partie ARN de l'hybride, créant des amorces sur lesquelles agit la DNA-polymérase, qui déplace la coupure en synthétisant de l'ADN par son activité 3'-> 5' et en dégradant l'ARN par son activité 5'-> 3', les fragments d'ADN ainsi créés sont joints par la ligase d'E. coli, l'ADNc double-brin est alors traité par la Sl-nucléase, la réparation de ses extrémités est réalisée à l'aide de la T4-DNA-polymérase et l'ADNc est séparé suivant sa taille sur du gel d'agarose à bas point de fusion, puis ligaturé dans un site de coupure Smal d' un vecteur approprié et les plasmides recombinants sont introduits dans E. coli, recueillis et séquences par une méthode de séquençage appropriée.The present invention further relates to a process for obtaining cDNA from potyvirus genomic RNA, which is characterized in that the first strand of cDNA is synthesized by the action of reverse transcriptase on RNA genome of potyvirus using random hexamers as initiators of the first strand, the RNA / DNA hybrid obtained is converted into double-stranded DNA by the joint action of three enzymes, RnaseH. of E. coli, which partially degrades the RNA part of the hybrid, creating primers on which the DNA polymerase acts, which displaces the cleavage by synthesizing DNA by its 3 '->5' activity and by degrading RNA by its 5 '->3' activity, the DNA fragments thus created are joined by the ligase of E. coli, the double-stranded cDNA is then treated with Sl-nuclease, the repair of its ends is carried out using T 4 -DNA-polymerase and the cDNA is separated according to its size on gel. low melting agarose, then ligated into a Smal cleavage site of an appropriate vector and the recombinant plasmids are introduced into E. coli, collected and sequenced by an appropriate sequencing method.
Des clones, obtenus par insertion d'ADNc double-brin dans un plasmide approprié, sont partiellement séquences par la méthode des délétions ou par sous-clonage de fragments de restriction dans un vecteur approprié, la sélection desdits clones étant réalisée par hybridation avec un mélange d'oligonucléotides synthétiques de 20 mères déduits de la séquence en amino-acides de l'extrémité N- terminale de la protéine de capside.Clones, obtained by insertion of double-stranded cDNA in an appropriate plasmid, are partially sequenced by the deletion method or by subcloning of restriction fragments in an appropriate vector, the selection of said clones being carried out by hybridization with a mixture synthetic oligonucleotides of 20 mothers deduced from the amino acid sequence of the N-terminus of the capsid protein.
La présente invention a en outre pour objet la séquence nucléotidique complète de l'ARN génomique de PVY, qui est caractérisée en ce qu'elle comprend 9704 bases suivies d'une extrémité poly-A, en ce qu'une région non-codante à l'extrémité 5', qui comprend 185 bases, précède l'unique et longue phase de lecture ouverte, en ce que ladite phase code pour une polyprotéine de 3063 amino-acides et en ce qu'elle est suivie d'une région non-codante de 331 bases à l'extrémité 3'. Selon un mode de réalisation avantageux de ladite séquence complète de l'ARN génomique de potyvirus, celle-ci est représentée par la séquence en nucléotides et en amino-acides (II) suivante :The present invention further relates to the complete nucleotide sequence of the PVY genomic RNA, which is characterized in that it comprises 9704 bases followed by a poly-A end, in that a non-coding region with the 5 'end, which comprises 185 bases, precedes the single and long open reading phase, in that said phase codes for a polyprotein of 3063 amino acids and in that it is followed by a non-region 331 base coding at the 3 'end. According to an advantageous embodiment of said complete sequence of potyvirus genomic RNA, this is represented by the following nucleotide and amino acid (II) sequence:
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Conformément à l'invention, la position de la séquence de la protéine de capside dans la séquence d'ARN susdite est telle que son extrémité N-terminale se situe en position 2796 de la polyprotéine. La présente invention a en outre pour objet la séquence d'ADN complémentaire de la séquence (II) définie plus haut.
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According to the invention, the position of the sequence of the capsid protein in the above-mentioned RNA sequence is such that its N-terminal end is located at position 2796 of the polyprotein. The present invention further relates to the DNA sequence complementary to the sequence (II) defined above.
La présente invention englobe également toute séquence nucléotidique spécifique du génome de PVY, comprise dans la séquence (II) ou dans la séquence d'ADN complémentaire de ladite séquence II.The present invention also encompasses any nucleotide sequence specific for the PVY genome, included in the sequence (II) or in the DNA sequence complementary to said sequence II.
Outre les dispositions qui précèdent, l'invention comprend encore d'autres dispositions, qui ressortiront de la description qui va suivre. L'invention sera mieux comprise à l'aide du complément de description qui va suivre, qui se réfère à des exemples de mise en oeuvre de l'invention.In addition to the foregoing provisions, the invention also comprises other provisions, which will emerge from the description which follows. The invention will be better understood using the additional description which follows, which refers to examples of implementation of the invention.
Il doit être bien entendu, toutefois, que ces exemples sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention,- dont ils ne constituent en aucune manière une limitation.It should be clearly understood, however, that these examples are given solely by way of illustration of the subject of the invention, - of which they do not in any way constitute a limitation.
EXEMPLE 1 : Clonage et séquençage de l'ADN complémentaire de l'ARN génomique du potyvirus Y de la pomme de terre (PVY) : 1. Mise au point des conditions d'obtention de l'ADNc de l'ARN du PVY.EXAMPLE 1: Cloning and sequencing of the DNA complementary to the potyvirus Y genomic RNA of the potato (PVY): 1. Development of the conditions for obtaining the cDNA of the PVY RNA.
La synthèse d'ADN complémentaire est traditionnellement considérée comme un processus délicat faisantappel à de nombreuses étapes enzymatiques successives. L'ARN du PVY étant une molécule unique de grande tailleThe synthesis of complementary DNA is traditionally considered to be a delicate process involving many successive enzymatic steps. PVY RNA being a single large molecule
(9.8kb) constitue un matériel de choix pour l'optimisation de cette technique.(9.8kb) constitutes a material of choice for the optimization of this technique.
L'ADNc a été synthétisé par la méthode deThe cDNA was synthesized by the method of
GUBLER et HOFFMAN (1984). Dans cette méthode le premier brin est synthétisé de façon classique par action de la transcriptase-reverse, et l'hybride ARN/ADN obtenu est converti en ADN double-brin par l'action conjointe de 3 enzymes : la RNaseH d'E. coli dégrade partiellement la partie ARN de l'hybride, créant des amorces pour la DNA-polymérase I qui déplace la coupure en synthétisant de l'ADN par son activité 3'->5' tout en dégradant l'ARN par son activité 5'->3', les fragments d'ADN ainsi créés sont joints par la ligase d'E. coli choisie à cause de son incapacité à joindre des ADNs à bouts francs. La concentration optimale en KCl pour obtenir de longs rétrotranscrits d'ARN viraux est de 140mM.GUBLER and HOFFMAN (1984). In this method the first strand is synthesized in a conventional manner by the action of reverse transcriptase, and the RNA / DNA hybrid obtained is converted into double-stranded DNA by the joint action of 3 enzymes: RNaseH from E. coli partially degrades the RNA part of the hybrid, creating primers for DNA polymerase I which displaces the cleavage by synthesizing DNA by its 3 '->5' activity while degrading the RNA by its 5 'activity -> 3 ', the DNA fragments thus created are joined by the ligase of E. coli chosen because of its inability to join DNA with free ends. The optimal concentration of KCl for obtaining long retrotranscripts of viral RNA is 140 mM.
Grâce à l'excellente qualité de l'ARN disponible et sans doute aussi à l'absence de fortes structures secondaires, il a été possible de synthétiser un ADNc premier brin complet (environ 10kb) en utilisant de la transcriptase-reverse du virus du myéloplastome aviaire (Genofit et Life Science).Thanks to the excellent quality of the available RNA and probably also to the absence of strong secondary structures, it was possible to synthesize a complete first strand cDNA (approximately 10kb) using reverse transcriptase of the myeloplastoma virus. avian (Genofit and Life Science).
Afin d'augmenter la masse d'ADNc synthétisé, on a ajouté un deuxième aliquot d'enzyme (25-30 unités pour 2μg d'ARN dans un volume réactionnel de 20μl) ainsi que 10 unités de RNasin après 30' de réaction à 43ºC et on a poursuivi l'incubation pendant 30'. L ' utilisation d'amorces aléatoires à la place de l'oligodT a permis d'augmenter le rendement d'un facteur 5 à 10 mais au détriment de la taille des produits synthétisés. La réaction de synthèse du deuxième brin a lieu dans le même tube que la synthèse du premier brin, après augmentation de volume. Cette augmentation de volume est apparue critique pour obtenir une conversion reproductible de 80 à 100 % ; elle doit être d'au moins 10 fois. Il a été montré que l'ajout de la DNA-ligase de E. coli n'est pas nécessaire pour la conversion complète en ADN double-brin d'un ARN de petite taille tel que le messager codant pour la globine (GUBLER et HOFFMAN, 1984).In order to increase the mass of synthesized cDNA, a second aliquot of enzyme was added (25-30 units for 2 μg of RNA in a reaction volume of 20 μl) as well as 10 units of RNasin after 30 'of reaction at 43ºC and the incubation was continued for 30 '. The use of random primers in place of oligodT made it possible to increase the yield by a factor of 5 to 10 but at the expense of the size of the products synthesized. The second strand synthesis reaction takes place in the same tube as the first strand synthesis, after increase in volume. This increase in volume appeared critical to obtain a reproducible conversion of 80 to 100%; it must be at least 10 times. It has been shown that the addition of E. coli DNA ligase is not necessary for the complete conversion into double-stranded DNA of a small RNA such as the messenger coding for globin (GUBLER and HOFFMAN , 1984).
Un traitement à la RNase A a été inclus à la fin de la synthèse du deuxième brin ; afin d'obtenir des extrémités parfaitement franches, l'étape de réparation a lieu pendant un temps très court en l'absence de nucléotides permettant à la DNA-polymérase du phage T4 une résection des extrémités 3' de l'ADN ; les nucléotides sont ajoutés et l'incubation se poursuit alors normalement. 2. Clonage et séquençage de l'ADNc.RNase A treatment was included at the end of second strand synthesis; in order to obtain perfectly blunt ends, the repair step has takes place for a very short time in the absence of nucleotides allowing the DNA polymerase of phage T4 to resect the 3 'ends of the DNA; the nucleotides are added and the incubation then continues normally. 2. Cloning and sequencing of the cDNA.
Initialement, deux librairies d'ADNc de l'ARN génomique du PVY ont été construites, par la méthode d'addition d'extensions homopolymériques dans le vecteur pTZ 19 (Pharmacia), chacune d'elles contenant environ 150 clones, l'une par amorçage du premier brin avec des amorces aléatoires et l'autre par amorçage avec de l'oligodT. Le criblage de cette dernière librairie avec un mélange d'oligonucléotides synthétiques de séquence GC(A/G)AATGATAC(A/T)AT(C/T/A)GA(T/C)GC, déduite de celle des premiers acides aminés de la protéine de capside du PVYn, ANDTIDA, a permis de sélectionner une vingtaine de clones. En se basant sur la taille de l'insertion qu'ils contenaient, les plasmides pY139 (1kb), pY118 (1.8kb) et pY117 (3.6kb) ont été choisis pour être séquences. La séquence partielle des plasmides pY139 et pY118 a été réalisée par une méthode de délétions séquentielles basée sur les propriétés de coupure de la DNAse I en présence d'ions Mn2+ (LIN et al., 1985) et celle du plasmide pY117 par sous-clonage de fragments de restriction engendrés par les enzymes Rsal, Ddel, Hinfl et Taql dans le vecteurInitially, two cDNA libraries of the PVY genomic RNA were constructed, by the method of addition of homopolymeric extensions in the vector pTZ 19 (Pharmacia), each of them containing approximately 150 clones, one by priming of the first strand with random primers and the other by priming with oligodT. The screening of this latter library with a mixture of synthetic oligonucleotides of sequence GC (A / G) AATGATAC (A / T) AT (C / T / A) GA (T / C) GC, deduced from that of the first amino acids of the PVYn capsid protein, ANDTIDA, made it possible to select about twenty clones. Based on the size of the insert they contained, plasmids pY139 (1kb), pY118 (1.8kb) and pY117 (3.6kb) were chosen to be sequenced. The partial sequence of plasmids pY139 and pY118 was carried out by a sequential deletion method based on the cleavage properties of DNAse I in the presence of Mn 2+ ions (LIN et al., 1985) and that of plasmid pY117 by sub -cloning of restriction fragments generated by the enzymes Rsal, Ddel, Hinfl and Taql in the vector
Bluescript KS+ (Stratagene). L'insertion contenue dans le plasmide pY139 s'est avérée provenir d'un ADNc initié sur une séquence de 5 adénines correspondant à deux lysines en positions 176 et 177 de la séquence protéique auparavant publiée (SHUKLA et al. 1986).Bluescript KS + (Stratagene). The insertion contained in the plasmid pY139 was found to originate from a cDNA initiated on a sequence of 5 adenines corresponding to two lysines at positions 176 and 177 of the protein sequence previously published (SHUKLA et al. 1986).
EXEMPLE 2 : Synthèse d'ADN complémentaire.EXAMPLE 2 Synthesis of complementary DNA.
PREMIER BRIN , Mélanger ARN PolγA+ et H20, incuber l' à 80° C, refroidir dans la glace, - ARN 2-3μgFIRST STRAND, Mix RNA PolγA + and H20, incubate at 80 ° C, cool in ice, - RNA 2-3μg
- H2 O pour un volume f inal de 19μ l Ajouter dans l ' ordre :- H 2 O for a final volume of 19μ l Add in order:
- RNAsin 1 μl Biotec 10μ/μl- RNAsin 1 μl Biotec 10μ / μl
- oligo pdT 1 μl 2μg/μl ou amorces aléatoires 4μg/μl- oligo pdT 1 μl 2μg / μl or random primers 4μg / μl
- tampon RT 5× 4 μl- RT buffer 5 × 4 μl
- dNTPs 2 μl 10mM AGT, 5mM C- dNTPs 2 μl 10mM AGT, 5mM C
- alpha-32P-dCTP 1 μl 800Cie/mmole- alpha- 32 P-dCTP 1 μl 800Cie / mmol
- NaPPi 80mM 1 μl TOTAL 19 μl- NaPPi 80mM 1 μl TOTAL 19 μl
Mélanger (sans bulles) préincuber 2' à 43°CMix (without bubbles) pre-incubate 2 'at 43 ° C
- Reverse-Transcriptase 1 μl (Genofit 25-30μ/μl)- Reverse-Transcriptase 1 μl (Genofit 25-30μ / μl)
- 43ºC 30'- 43ºC 30 '
- Reverse-Transcriptase 1 μl- Reverse-Transcriptase 1 μl
- RNasin 1 μl- RNasin 1 μl
- 43ºC 30'- 43ºC 30 '
Mettre dans la glace et prélever 2×1μl pour calculer la masse d'ADNc synthétisé et pour un gel alcalin.Put in ice and take 2 × 1μl to calculate the mass of synthesized cDNA and for an alkaline gel.
DEUXIEME BRIN Au mélange 1er brin 18 μl ajouter :SECOND STRAND To the 1st strand mixture 18 μl add:
- H2O qsp 200 μl volume final- H 2 O qs 200 μl final volume
- tampon 5× 40 μl- buffer 5 × 40 μl
- DNAPolymérase 50 μ Amersham- DNAPolymerase 50 μ Amersham
- DNAligase (E. coli) 2 μ Biolabs- DNAligase (E. coli) 2 μ Biolabs
- B-NAD 10mM 2 μl 3.3mg/500μl- B-NAD 10mM 2 μl 3.3mg / 500μl
- préparé extemporanément- prepared immediately
- RNaseH 1.5 μ BRL- RNaseH 1.5 μ BRL
- 16ºC 2 h.- 16ºC 2 h.
- 22ºC 30' température ambiante- 22ºC 30 'room temperature
- CDTA 0,5M 10 μl- CDTA 0.5M 10 μl
- RNaseA (2μg/μl) 2 μl- RNaseA (2μg / μl) 2 μl
- 37ºC 15'- 37ºC 15 '
- Phénol 100 μl Vortex- Phenol 100 μl Vortex
- Chloroforme 100 μl "- Chloroform 100 μl "
- centrifuger 5' 10000rpm- centrifuge 5 '10000rpm
Prélever la phase aqueuse, laver la phase organique avec 50μl TC, combiner les deux phases aqueuses (250 μl) - extraire deux fois avec 500μl d'éther - NH-Ac 8M 125 μlTake the aqueous phase, wash the organic phase with 50 μl TC, combine the two aqueous phases (250 μl) - extract twice with 500 μl of ether - NH-Ac 8M 125 μl
- ETOH 95 % 850 μl mélanger- ETOH 95% 850 μl mix
- -80ºC 5' Réchauffer à température ambiante - centrifuger 30' 10000rpm- -80ºC 5 'Warm to room temperature - centrifuge 30' 10000rpm
Prélever le surnageant, vérifier la RA dans le culot au moniteur.Take the supernatant, check the AR in the pellet at the monitor.
Resuspendre dans 50 μl de TC en vortexant pour récupérer l'ADN collé à la paroi du tube. Ajouter :Resuspend in 50 μl of TC by vortexing to recover the DNA stuck to the wall of the tube. Add :
- NH4AC 25 μl- NH 4 AC 25 μl
- ETOH 95 % 200 μl mélanger- ETOH 95% 200 μl mix
- glace 10'- 10 'glass
- centrifuger 15' 10000rpm Prélever le surnageant, compter (normalement presque plus de RA)- centrifuge 15 '10000rpm Remove the supernatant, count (normally almost more RA)
- ETOH 70 % 800 μl- ETOH 70% 800 μl
- centrifuger 5'- centrifuge 5 '
Prélever le surnageant, vérifier la RA dans le culot et le sécher modérément.Take the supernatant, check the RA in the pellet and dry it moderately.
A ce stade l'ADNc peut être clone par addition d'extensions homopolymériques ("tailing").At this stage the cDNA can be cloned by adding homopolymeric extensions ("tailing").
REPARATION DES EXTREMITESREPAIR OF THE END
Resuspendre l'ADN dans 42 μl d'eau en incubant 5' à 55°C. - Ajouter :Resuspend the DNA in 42 μl of water by incubating 5 'at 55 ° C. - Add :
- tampon T4Pol lOx 5 μl- T4Pol lOx buffer 5 μl
- RNaseH 0.5 μ- RNaseH 0.5 μ
- RNaseA (2μg/μl) 1 μl - T4DNApolγmérase 4 μ (Amersham) - 37°C 1' exonucléase 3'->5- RNaseA (2μg / μl) 1 μl - T4DNApolγmérase 4 μ (Amersham) - 37 ° C 1 'exonuclease 3' -> 5
- dNTPs 2 μl (lOmM AGT, 5mM C)- dNTPs 2 μl (lOmM AGT, 5mM C)
- 37°C 30'- 37 ° C 30 '
- Klenow Polymérase 2 μ- Klenow Polymerase 2 μ
- température ambiante 10' - glace 10'- room temperature 10 '- glass 10'
- CDTA 2 μl 0.5M - phénol 25 μl- CDTA 2 μl 0.5M - phenol 25 μl
- chloroforme 25 μl Vortex- 25 μl chloroform Vortex
- centrifuger 5' 10000rpm- centrifuge 5 '10000rpm
Prélever le surnageant, réextraire la phase organique avec 50 μl de TC, combiner les deux phases aqueuses.Take the supernatant, re-extract the organic phase with 50 μl of TC, combine the two aqueous phases.
- extraire deux fois avec 200 μl d' éther- extract twice with 200 μl of ether
- NH.AC 8M 50.μl- NH.AC 8M 50.μl
- ETOH 95 % 400 μl mélanger- ETOH 95% 400 μl mix
- -80ºC 5' réchauffer à temp. ambiante - centrifuger 15' 10000rpm- -80ºC 5 'reheat to temp. ambient - centrifuge 15 '10000rpm
Prélever le surnageant, vérifier RA dans le culot, le rincer à l'ETOH 70 %, sécher modérément. L'ADNc est prêt pour un clonage à bouts francs ou l'addition de linkers/adapteurs. TAMPONSTake the supernatant, check RA in the pellet, rinse with 70% ETOH, dry moderately. The cDNA is ready for blunt-end cloning or the addition of linkers / adapters. BUFFERS
1er BRIN 5× : 250mM Tris-HCl pH 8.3 à 43 °C (8.9 à 22ºC)1st STRAND 5 ×: 250mM Tris-HCl pH 8.3 at 43 ° C (8.9 at 22ºC)
750mM KCl 50mM MgCl2 50mM DTT 2ème BRIN 5× : 250mM Tris-HCl pH 7.5750mM KCl 50mM MgCl 2 50mM DTT 2nd STRAND 5 ×: 250mM Tris-HCl pH 7.5
500mM KCl 25mM MgCl2 25mM DTT 250μg/μl BSA T4DNAPolymérase 10× of. Maniatis et al. (1982)500mM KCl 25mM MgCl 2 25mM DTT 250μg / μl BSA T4DNAPolymerase 10 × of. Maniatis et al. (1982)
- Toutes les solutions servant à la synthèse du premier brin doivent être dépourvues de traces de RNase, c'est-à-dire faites avec de l'eau traitée au diéthylpyrocarbonate (100ml d'eau stérile + 1ml de DEPC 10 % dans l'éthanol, laisser agir 1 heure, rrestériliser).- All the solutions used for the synthesis of the first strand must be free of traces of RNase, that is to say made with water treated with diethylpyrocarbonate (100ml of sterile water + 1ml of 10% DEPC in the ethanol, leave to act for 1 hour, re-sterilize).
- ne pas trop sécher les culots d'ADNc car ils peuvent devenir insolubles, sécher moins de l' dans un "Speedvac" ou rincer à l'éthanol 95 % et laisser évaporer.- do not over-dry the cDNA pellets because they can become insoluble, dry less of it in a "Speedvac" or rinse with 95% ethanol and allow to evaporate.
- à la fin de la synthèse du 2ème brin, les deux précipitations successives éliminent 99 % de la radioactivité non-incorporée, vérifier la présence d'un culot d'ADNc au moni teur à cette étape (et aux autres).- at the end of the synthesis of the 2nd strand, the two successive precipitations eliminate 99% of the non-incorporated radioactivity, check the presence of a cDNA pellet with moni tor at this stage (and at the others).
- pour observer la taille de l'ADNc premier brin : ajouter 5μg de glycogène (ou tRNA) à 1μl du mélange réactionnel, précipiter deux fois en présence d'acétate d'ammonium 2.5M, reprendre dans un tampon de gel alcalin (of. MANIATIS et al. 1982).- to observe the size of the first strand cDNA: add 5 μg of glycogen (or tRNA) to 1 μl of the reaction mixture, precipitate twice in the presence of 2.5M ammonium acetate, resume in an alkaline gel buffer (of. MANIATIS et al. 1982).
- dans ces conditions, les deux brins sont marqués ; on peut ne marquer que le deuxième brin en ne rajoutant le 32P-dCTP qu'au début de sa synthèse. - Calcul des quantités d'ADN synthétisé :- under these conditions, the two strands are marked; we can only mark the second strand by adding 32P-dCTP only at the beginning of its synthesis. - Calculation of the quantities of DNA synthesized:
A 1μl de mélange réactionnel, ajouter 4μl d'eau, déposer 2μl sur deux filtres Whatman GF/C, sécher, laver l'un d'eux trois fois dans 10ml de TCA 10 %, rincer à l'acétone, sécher. Déposer dans deux fioles à scintillation, ajouter 5ml d'eau et compter la radioactivité sur le canal 32P ou 3H, calculer le pourcentage d'incorporation X. dCTP 0.5mM => 10nmoles/20μl 10 × X = Ynmoles de dCTP incorporées 4 × Y = quantité totale de nmoles incorporées (ACGT)To 1 μl of reaction mixture, add 4 μl of water, deposit 2 μl on two Whatman GF / C filters, dry, wash one of them three times in 10 ml of 10% TCA, rinse with acetone, dry. Place in two scintillation vials, add 5ml of water and count the radioactivity on the 32P or 3H channel, calculate the percentage of incorporation X. dCTP 0.5mM => 10nmoles / 20μl 10 × X = Ynmoles of dCTP incorporated 4 × Y = total amount of incorporated nmoles (ACGT)
Poids moléculaire moyen d'un dNTP = 350g donc : 4 × Y × 350 = poids d'ADN synthétisé.Average molecular weight of a dNTP = 350g therefore: 4 × Y × 350 = weight of synthesized DNA.
- Le pourcentage de conversion d'ARN en ADNc peut aller de 15 à 50 % suivant la qualité de l'ARN, le pourcentage de synthèse du deuxième brin est de 80 à 100 %.- The percentage of conversion of RNA into cDNA can range from 15 to 50% depending on the quality of the RNA, the percentage of synthesis of the second strand is 80 to 100%.
EXEMPLE 3 : Clonage d'ADNc par addition d'extensions homopolymériques.EXAMPLE 3 Cloning of cDNA by adding homopolymeric extensions.
1. Préparation du vecteur : Digérer 40μg de vecteur (pUC, pT2, Bluescript) par Pst1, faire deux digestions succesives, ou mieux, purifier le plasmide linéaire sur gel.1. Preparation of the vector: Digest 40 μg of vector (pUC, pT2, Bluescript) with Pst1, do two successive digestions, or better, purify the linear plasmid on gel.
- Resuspendre à 1μg/μl dans de l'eau.- Resuspend at 1μg / μl in water.
- Pour allonger 10μg de vecteur (environ lOpmoles d'extrémités pour ces plasmides) : Mélanger :- To lengthen 10 μg of vector (approximately lOpmoles of ends for these plasmids): Mix:
- tampon TdT 10× 5 μl- TdT buffer 10 × 5 μl
- Tris-HCl 1M pH 6.8 1.5 μl- Tris-HCl 1M pH 6.8 1.5 μl
- BSA 1mg/ml 5 μl- BSA 1mg / ml 5 μl
- dGTP ImM 5 μl- dGTP ImM 5 μl
- H2O 20.5 μl- H 2 O 20.5 μl
- alpha-32PdGTP 800Cie/mmole 1 μl- alpha- 32 PdGTP 800Cie / mmole 1 μl
Préincuber 5' à 37ºC, mettre dans la glace. Ajouter :Pre-incubate 5 'at 37ºC, put in ice. Add :
- ADN 1 μg/μl 10 μl - Terminal-transférase 2 μl Pharmacia 27μ/μl TOTAL 50 μl- DNA 1 μg / μl 10 μl - Terminal transferase 2 μl Pharmacia 27 μ / μl TOTAL 50 μl
Prélever aussitôt 2 × 1 μl et déposer sur deux filtres GF/C pour évaluer le bruit de fond (il vaut mieux faire les mesures de RA en double). - incuber 5' à 25°C, stopper dans la glaceImmediately take 2 × 1 μl and place on two GF / C filters to assess the background noise (it is better to make the AR measurements in duplicate). - incubate 5 'at 25 ° C, stop in ice
- prélever 2 × 1 μl pour mesurer la RA totale- take 2 × 1 μl to measure the total AR
2 × 1 μl pour mesurer la RA incorporée (RA incorporée-bruit de fond)2 × 1 μl to measure the incorporated AR (incorporated AR-background noise)
- % incorporation = × 100 RA totale-% incorporation = × 100 total AR
100μmoles dGTP = 100pmoles/μl => 5000pmoles/50μl100μmoles dGTP = 100pmoles / μl => 5000pmoles / 50μl
% incorporation × 5000 = pmoles incorporées pmoles incorporées% incorporation × 5000 = pmoles incorporated pmoles incorporated
= nombre de nucléotides ajoutés pmoles d'extrémités= number of nucleotides added pmoles of ends
- la taille optimale des extensions est de 15 à 25 nucléotides, la réaction étant à peu près linéaire on peut donc réincuber à 25ºC pendant un temps défini par la première incubation. - inactiver l'enzyme 5' à 65°C, extraire au phénol/chloroforme, deux fois à l'éther, précipiter à l'éthanol en 2 . 5M acétate d ' ammonium , reprendre à 20ng/μl dans du TE .- the optimal size of the extensions is 15 to 25 nucleotides, the reaction being approximately linear, it is therefore possible to reincubate at 25 ° C. for a time defined by the first incubation. - inactivate the enzyme 5 'at 65 ° C, extract with phenol / chloroform, twice with ether, precipitate with ethanol in 2. 5M ammonium acetate, take up to 20ng / μl in TE.
2. Préparation de l'ADNc. - l'ADNc doit être séparé des amorces de synthèse qui présentent, du fait de leur petite taille, un très grand nombre d'extrémités. Cette séparation peut se faire soit sur colonne de Séphadex G100, soit sur colonne de Biogel2. Preparation of the cDNA. - the cDNA must be separated from the synthetic primers which, due to their small size, have a very large number of ends. This separation can be done either on a Sephadex G100 column or on a Biogel column
A50 qui présente l'avantage de séparer l'ADN suivant la taille. Les colonnes sont coulées dans une pipette de 1ml, de diamètre interne le plus faible possible.A50 which has the advantage of separating DNA according to size. The columns are poured into a 1 ml pipette, with the smallest possible internal diameter.
- L'ADN est repris dans du tampon de colonne (TC + 0.4M- DNA is taken up in column buffer (TC + 0.4M
LiCl), dissous 5' à 65ºC, centrifugé 5' pour éliminer tout débris insoluble, ajusté à 5 % en glycérol et chargé sur la colonne. - L'élution est suivie au moniteur et les fractions contenant de l'ADN sont mélangées et précipitées à l'éthanol (dans le cas d'une colonne Biogel A50, seules les fractions de la partie ascendante du pic de RA sont conservées, ce qui correspond à des molécules de plus de 800pdb). - Il est assez difficile d'estimer le nombre d'extrémités que représente l'ADNc du fait de son hétérogénéité de taille et des imprécisions sur la mesure de son poids ; il est donc avantageux d'effectuer une gamme d'allongement sur une partie de l'échantillon.LiCl), dissolved 5 'at 65ºC, centrifuged 5' to remove any insoluble debris, adjusted to 5% glycerol and loaded on the column. - Elution is monitored on the monitor and the fractions containing DNA are mixed and precipitated with ethanol (in the case of a Biogel A50 column, only the fractions of the ascending part of the RA peak are preserved, this which corresponds to molecules larger than 800 bps). - It is quite difficult to estimate the number of ends represented by the cDNA due to its heterogeneity in size and inaccuracies in the measurement of its weight; it is therefore advantageous to carry out a range of elongation on part of the sample.
- Mélanger : Tampon Tdt 10 × 4 μl- Mix: Buffer Tdt 10 × 4 μl
Tris HCl 1M pH 6.8 1.2 μlTris HCl 1M pH 6.8 1.2 μl
BSA lmg/lml 4 μl dCTP ImM 4 μlBSA lmg / lml 4 μl dCTP ImM 4 μl
H2O qsp 40 μlH 2 O qs 40 μl
- Incuber 5 ' à 25°C- Incubate 5 'at 25 ° C
- Ajouter : ADNc × μl 50-100ng- Add: cDNA × μl 50-100ng
Terminal-transférase 1 1.5 μlTerminal transferase 1 1.5 μl
- Prélever des aliquots de 5 μl toutes les 30 secoi stopper dans la glace et inactiver l'enzyme 5' à 65ºC. - Utiliser 2.5 μl de chaque aliquot pour une hybridation avec 20ng de vecteur dans 50 μl de TE + 0,15M NaCl, incuber 90' à 58°C, 10' à température ambiante, conserver dans la glace ou congeler. Ne pas oublier le témoin vecteur sans ADNc. - Transformer 200 μl de bactéries compétentes avec 25 μl de chaque mélange d'hybridation. - Compter les clones recombinants par différence avec le contrôle et/ou sélection bleu/blanc et/ou hybridation sur colonies avec 10-20ng d'ADNc marqué par amorçage aléatoire.- Take aliquots of 5 μl every 30 secoi stop in the ice and inactivate the enzyme 5 'at 65ºC. - Use 2.5 μl of each aliquot for hybridization with 20 ng of vector in 50 μl of TE + 0.15 M NaCl, incubate 90 'at 58 ° C, 10' at room temperature, keep in ice or freeze. Do not forget the vector control without cDNA. - Transform 200 μl of competent bacteria with 25 μl of each hybridization mixture. - Count the recombinant clones by difference with the blue / white control and / or selection and / or hybridization on colonies with 10-20 ng of labeled cDNA by random priming.
- une fois déterminé le meilleur temps d'allongement, retraiter dans ces conditions la même quantité d'ADNc : on peut encore optimiser l'efficacité de clonage en hybridant des quantités variables d'ADNc avec 20ng de vecteur.- once the best elongation time has been determined, reprocess the same amount of cDNA under these conditions: it is possible to further optimize the cloning efficiency by hybridizing variable amounts of cDNA with 20 ng of vector.
EXEMPLE 4 - Obtention de clones par amorçage de l'ADNc sur l'ARN viral à l'aide d'hexamères aléatoires.EXAMPLE 4 Obtaining clones by priming the cDNA on the viral RNA using random hexamers.
La méthode décrite ci-après permet d'obtenir en une seule étape tous les clones nécessaires à l'obtention du gène codant pour la protéine de capside, puis de les séquencer et d'ordonner les données obtenues par un traitement informatique.The method described below makes it possible to obtain, in a single step, all the clones necessary for obtaining the gene coding for the capsid protein, then to sequence them and to order the data obtained by computer processing.
Ce type de technique de séquençage est couramment employé pour l'analyse de fragments définis d'ADN clones, mais n'avait pas été employé, de façon systématique, pour obtenir la séquence nucléotidique de grands ARNs. Une méthode analogue mais comportant l'insertion de l'ADNc, après digestion par des enzymes de restriction, a été décrite par Goelet et al. (1984) pour obtenir des portions de la séquence de l'ARN du TMV.This type of sequencing technique is commonly used for the analysis of defined fragments of cloned DNA, but had not been used, in a systematic manner, to obtain the nucleotide sequence of large RNAs. An analogous method but comprising the insertion of the cDNA, after digestion with restriction enzymes, has been described by Goelet et al. (1984) to obtain portions of the TMV RNA sequence.
Une librairie d'ADNc initié avec des amorces aléatoires, traité à la nuclease S1, réparé et ligaturé dans le site Smal du vecteur polyvalent Bluescript, a été construite. Ce plasmide contient l'origine de réplication du phage M13 et permet d'obtenir de l'ADN simple brin après superinfection de la souche par un phage tel que M13K07. - Environ 150 clones de cette librairie ont été séquences, certains d'entre eux ont également été séquences directement sur l'ADN plasmidique (Chen and Seeburg, 1985). Ces données ont été analysées grâce au programme de séquençage "shotgun" implanté sur l'ordinateur du Centre Interuniversitaire de Traitement de l'Information (CITI II). En combinant les séquences venant de ces clones et celles (partielles) de pY139, pY118 et pY117, près de 90% de l'information génétique totale ont été obtenus. Les 10% restants ont été séquences de façon plus rationnelle à l'aide d'oligonucléotides synthétiques, en séquençant des plasmides sur le brin complémentaire ou en lisant des séquences plus loin de l'amorce à l'aide de l'ADN-polymérase du phage T7 (Sequenase, USB). La séquence de l'extrémité 5' du génome a été réalisée directement sur l'Arn viral avec une amorce synthétique.A cDNA library initiated with random primers, treated with S1 nuclease, repaired and ligated in the Smal site of the polyvalent vector Bluescript, was constructed. This plasmid contains the origin of replication of phage M13 and makes it possible to obtain single-stranded DNA after superinfection of the strain with a phage such as M13K07. - About 150 clones from this library were sequenced, some of them were also sequenced directly on the plasmid DNA (Chen and Seeburg, 1985). These data were analyzed using the "shotgun" sequencing program installed on the computer of the Interuniversity Information Processing Center (CITI II). By combining the sequences from these clones and those (partial) from pY139, pY118 and pY117, almost 90% of the total genetic information was obtained. The remaining 10% were more rationally sequenced using synthetic oligonucleotides, by sequencing plasmids on the complementary strand or by reading sequences further from the primer using DNA polymerase from the phage T7 (Sequenase, USB). The sequence of the 5 ′ end of the genome was carried out directly on the viral Arn with a synthetic primer.
Un intérêt de la méthode ainsi expérimentée est que la séquence obtenue provenant de plusieurs ADNc clones indépendamment, permet d'analyser la variabilité du génome viral. En effet, à cause de l'infidélité des ARN polymérases virales et de l'absence de système de correction, les génomes des virus à ARN présentent souvent une certaine microhétérogenéité. Ceci a été proposé comme étant une cause de leur évolution rapide (Steinhauer and Holland, 1987). Le protocole suivi est celui décrit à l'Exemple 2.One advantage of the method thus tested is that the sequence obtained from several cDNAs cloned independently, makes it possible to analyze the variability of the viral genome. Indeed, because of the infidelity of viral RNA polymerases and the absence of a correction system, the genomes of RNA viruses often exhibit a certain microheterogeneity. This has been proposed as a cause of their rapid evolution (Steinhauer and Holland, 1987). The protocol followed is that described in Example 2.
EXEMPLE 5 : Construction d'un gène codant pour la protéine de capside de PVYEXAMPLE 5 Construction of a gene coding for the PVY capsid protein
La méthode retenue est dérivée de celle décrite par KALYAN et Al (GENE-1986, 42 , 331-337) qui permet d'ajouter un fragment d'ADN synthétique dans un point choisi d'une séquence, l'épissure pouvant être contrôlée à la base près, grâce à l'emploi d'un crible très sensible basé sur les caractéristiques de l'hybridation moléculaire d'une sonde oligonucléotidique. On part d'un plasmide pY-118 dans lequel on veut insérer un ADNc de 1 , 8kbcorrespondant à l'extrémité 3' du génome du PVY.The method chosen is derived from that described by KALYAN et Al (GENE-1986, 42, 331-337) which makes it possible to add a fragment of synthetic DNA to a chosen point of a sequence, the splice being able to be checked at the base, thanks to the use of a very sensitive screen based on the characteristics of the molecular hybridization of an oligonucleotide probe. We start from a plasmid pY-118 into which we want to insert a cDNA of 1.8kb corresponding to the 3 'end of the PVY genome.
A l'aide de l' exonucléase Bal31, des délétions ont été créées dans le plasmide, à partir d'un site unique HindIII situé à environ 400 paires de bases en 5' de la séquence GCAAATGACACA, correspondant aux premiers acides aminés de la protéine de capside. Les fragments délétés ont alors été ligaturés avec un adapteur synthétique de séquence (VA) (VB) :Using the exonuclease Bal31, deletions were created in the plasmid, from a unique HindIII site located approximately 400 base pairs 5 'from the sequence GCAAATGACACA, corresponding to the first acids capsid protein amines. The deleted fragments were then ligated with a synthetic sequence adapter (VA) (VB):
5' GATCCGAAGGAGAAACCATG 3' 20mere (VA) 3' GCTTCCTCTTTGGTACp 5' lômere (VB) dont seul le 16mere est phosphorylé, puis l'excès d'adapteurs a été éliminé, les extrémités 5' phosphorylées, et les plasmides recircularisés et introduits dans E.coli. le choix de la séquence de ces adapteurs a été fait en tenant compte de la séquence consensus définie par Joshi (1987), qui a comparé les régions 5' de 79 gènes végétaux, consensus : 5' TAAACAAIGGCT 3'5 'GATCCGAAGGAGAAACCATG 3' 20mere (VA) 3 'GCTTCCTCTTTGGTACp 5' lômere (VB) of which only the 16mere is phosphorylated, then the excess of adapters has been eliminated, the 5 'ends phosphorylated, and the recircularized plasmids and introduced into E .coli. the choice of the sequence of these adapters was made taking into account the consensus sequence defined by Joshi (1987), who compared the 5 'regions of 79 plant genes, consensus: 5' TAAACAAIGGCT 3 '
Des altérations ont été introduites par rapport à ce consensus afin de créer un site de restriction Ncol englobant la jonction avec le gène de capside et de placer une séquence Shine-Dalgarno pour permettre une éventuelle expression dans E. coli.Alterations have been introduced in relation to this consensus in order to create an Ncol restriction site encompassing the junction with the capsid gene and to place a Shine-Dalgarno sequence to allow possible expression in E. coli.
Environ 3000 colonies ont été criblées par hybridation avec un oligonucléotide marqué au 32P de séquence (VI) ci-après lômere 5' TTTGGTAGCGTTTACT 3' (VI) comprenant 8 bases homologues à l'adapteur et 8 bases homologues au début du gène de la capside. ce qui a permis de mettre en évidence par hybridation la présence de la jonction voulue. Les conditions d'hybridation ont été celles de Sartoris et coli (1987) :About 3000 colonies were screened by hybridization with an oligonucleotide labeled with 32 P of sequence (VI) hereinafter 5 ′ TTTGGTAGCGTTTACT 3 ′ (VI) comprising 8 bases homologous to the adapter and 8 bases homologous to the start of the gene for capsid. which made it possible to demonstrate by hybridization the presence of the desired junction. The hybridization conditions were those of Sartoris et coli (1987):
(4x(G+C)+2x(A+T)) × 20 0.9M Na Température d'hybridation = nb de bases soit 55ºC pour cette sonde oligonucléotidique, les lavages étant effectués en 0.9M Na à température ambiante, puis pendant 5 minutes à la température d'hybridation - 3°C. Température d'Hybridation = 4(G+C)+2(A+T)-5 à 10°C 0 , 9M Na mais semblent plus discriminantes . Un premier clone positif a été obtenu, son insertion n'a pu être libérée par une digestion avec les enzymes BamHl 'site créé par addition des adapteurs) et Hpall (sine placé à 16 paires de bases en aval du coder. d'arrêt de traduction naturel du gène; car la procédure n'a pas créé le site BamHI escompte, l'insertion a donc été isolée grâce a la présence du site Ncol englobant la séquence ATG, ses extrémités remplies a l'aide de la polymérase de Klenow, et transférée dans le plasmide pUC1318 linéaire au site Xbal aux extrémités comtless de ia même facen. Ceci a permis de reconstituer la séquence A-- ATGG, ce qui a été vérifié par séquençage. Le fragment a alors été excisé du plasmide en utilisant les sites BamHI dupliques de ce dernier et transféré dans les vecteurs d'expression pMarcel70 et pMRKE70.(4x (G + C) + 2x (A + T)) × 20 0.9M Na Hybridization temperature = nb of bases, ie 55ºC for this oligonucleotide probe, the washings being carried out in 0.9M Na at room temperature, then for 5 minutes at hybridization temperature - 3 ° C. Hybridization temperature = 4 (G + C) +2 (A + T) -5 at 10 ° C 0.9M Na but seem to be more discriminating. A first positive clone was obtained, its insertion could not be released by digestion with the enzymes BamHI (the site created by addition of the adapters) and Hpall (sine placed at 16 base pairs downstream of the coder. natural translation of the gene; because the procedure did not create the expected BamHI site, the insertion was therefore isolated thanks to the presence of the Ncol site encompassing the ATG sequence, its ends filled with Klenow polymerase, and transferred into the linear plasmid pUC1318 at the Xbal site at the comtless ends of the same facen. This made it possible to reconstitute the sequence A-- ATGG, which was verified by sequencing. The fragment was then excised from the plasmid using the sites BamHI duplicates of the latter and transferred into the expression vectors pMarcel70 and pMRKE70.
Par la suite deux nouveaux clones positifs ont été isolés possédant bien le site BamHI, ce qui permet de préserver le consensus introduit dans l'adapteur. La séquence codante a été isolée en digérant par les enzymes BamHI et Hpall, ses extrémités comblées et elle a été clonée dans le même plasmide pUC1318 afin d'ajouter des sites BamHI aux deux extrémités. Le fragment a alors été excisé et inséré dans les mêmes vecteurs d'expression (of:figures la et lb en annexe )Subsequently, two new positive clones were isolated which have the BamHI site well, which makes it possible to preserve the consensus introduced into the adapter. The coding sequence was isolated by digesting with the enzymes BamHI and Hpall, its ends filled and it was cloned in the same plasmid pUC1318 in order to add BamHI sites at the two ends. The fragment was then excised and inserted into the same expression vectors (of: figures la and lb in the appendix)
A noter que ces vecteurs d'expression ne possèdent qu'un seul site de restriction permettant l'insertion de la séquence susdite, qui sera ensuite transcrite.Note that these expression vectors have only one restriction site allowing the insertion of the above sequence, which will then be transcribed.
Ces vecteurs pMARCEL 70 et pMRKE70 ont été créés à partir des vecteurs pMARCEL19 et pMRKE35 respectivement, et contiennent un promoteur construit à partir de celui de l'ARN 35 S en dupliquant une région d'activation transcriptionnelle située de -343 à -90 par rapport au site d'initiation de la transcription (KAY et Al., 1987), lequel promoteur a pour avantage de produire 10 fcis plus de transcripts que celui dont il est issu. EXEMPLE 6 : expression dans des plantes du gène codant conforme à l'inventionThese pMARCEL 70 and pMRKE70 vectors were created from the pMARCEL19 and pMRKE35 vectors respectively, and contain a promoter constructed from that of 35 S RNA by duplicating a transcriptional activation region located from -343 to -90 relative to at the transcription initiation site (KAY et al., 1987), which promoter has the advantage of producing 10 fcis more transcripts than the one from which it originates. EXAMPLE 6 Expression in Plants of the Coding Gene According to the Invention
La séquence insérée dans les vecteurs d'expression pMARCEL 70 et pMRKE 70, obtenue à l'Exemple 5 a été introduite par électroporation dans des protoplastes de tabac et de pomme de terre.The sequence inserted into the expression vectors pMARCEL 70 and pMRKE 70, obtained in Example 5, was introduced by electroporation into tobacco and potato protoplasts.
Les colonies cellulaires obtenues sont résistantes à la kanamycine.The cell colonies obtained are resistant to kanamycin.
Le même gène a également été introduit dans des protoplastes de laitue, dans les mêmes conditions, dans le but d'obtenir une protection contre le virus de la mosaïque de la laitue, pour vérifier l'hypothèse selon laquelle en raison des similarités de séquences entre les protéines de capside des potyvirus, la protéine de capside de l'un d'eux est en mesure de protéger des plantes contre un autre potyvirus.The same gene has also been introduced into lettuce protoplasts, under the same conditions, in order to obtain protection against the lettuce mosaic virus, to test the hypothesis that because of the sequence similarities between the capsid proteins of the potyviruses, the capsid protein of one of them is able to protect plants against another potyvirus.
Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes de mise en oeuvre, de réalisation et d'application qui viennent d'être décrits de façon plus explicite ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du technicien en la matière, sans s'écarter du cadre, ni de la portée, de la présente invention. As is apparent from the above, the invention is in no way limited to those of its modes of implementation, embodiment and application which have just been described more explicitly; on the contrary, it embraces all the variants which may come to the mind of the technician in the matter, without departing from the framework, or the scope, of the present invention.

Claims

REVENDICATIONS l1) Plantes transgéniques résistantes à l'infection par des potyvirus, caractérisées en ce qu'elles sont obtenues à partir de lignées cellulaires végétales, notamment d'espèces végétales susceptibles d'être infectées par des potyvirus, modifiées par introduction d'un gène codant pour la protéine de capside de potyvirus.CLAIMS 11) Transgenic plants resistant to infection by potyviruses, characterized in that they are obtained from plant cell lines, in particular from plant species liable to be infected by potyviruses, modified by introduction of a gene encoding the potyvirus capsid protein.
2 º ) Plantes transgéniques selon la Revendication 1, caractérisées en ce que le gène introduit est un gène codant pour la protéine de capside de potyvirus, résultant de l'adjonction d'une séquence ATG à l'extrémité 5' de la séquence d'ADNc codant pour ladite protéine de capside de potyvirus.2 º) transgenic plants according to claim 1, characterized in that the gene introduced is a gene coding for the capsid protein of potyvirus, resulting from the addition of an ATG sequence to the 5 'end of the sequence CDNA encoding said potyvirus capsid protein.
3°) Plantes transgéniques selon l'une quelconque des Revendications 1 ou 2, caractérisées en ce que le codon d'initiation ATG du gène introduit est inclus dans la séquence AX1X2ATGG, dans laquelle X1 et X2 sont identiques ou différents et représentent chacun l'un des nucléotides A, T, G ou C. 4°) Semences pour la reproduction de plantes transgéniques, caractérisées en ce qu'elles sont issues de plantes transgéniques selon l'une quelconque des Revendications 1 à 3.3 °) Transgenic plants according to any one of Claims 1 or 2, characterized in that the ATG initiation codon of the introduced gene is included in the sequence AX 1 X 2 ATGG, in which X 1 and X 2 are identical or different and each represents one of the nucleotides A, T, G or C. 4 °) Seeds for the reproduction of transgenic plants, characterized in that they come from transgenic plants according to any one of Claims 1 to 3.
5°) Gène codant pour la protéine de capside de potyvirus, caractérisé en ce qu'il résulte de l'adjonction d'une séquence ATG à l'extrémité 5' de la séquence d'ADNc codant pour ladite protéine de capside de potyvirus.5 °) Gene coding for the potyvirus capsid protein, characterized in that it results from the addition of an ATG sequence to the 5 ′ end of the cDNA sequence coding for said potyvirus capsid protein.
6°) Gène selon la Revendication 5, caractérisé en ce que son codon d'initiation ATG est inclus dans une séquence de type AX.LX2ATGG, dans laquelle X1 et X2 sont identiques ou différents et représentent chacun l'un des nucléotides A, T, G ou C.6 °) Gene according to Claim 5, characterized in that its initiation codon ATG is included in a sequence of type AX.LX2ATGG, in which X 1 and X 2 are identical or different and each represents one of the nucleotides A , T, G or C.
7°) Gène selon l'une quelconque des Revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comprend la séquence d'ADN complémentaire de la séquence en nucléotides (I) suivante :
Figure imgf000038_0001
7 °) Gene according to any one of Claims 5 or 6, characterized in that it comprises the DNA sequence complementary to the following nucleotide sequence (I):
Figure imgf000038_0001
8°) Séquence d'ADN caractérisée en ce qu'ell est constituée par un gène codant pour la protéine de capside de potyvirus, selon l'une quelconque des Revendications 4 à 7, pourvue de signaux de régulation de l'expression génétique dans une cellule végétale.8 °) DNA sequence characterized in that it consists of a gene coding for the capsid protein of potyvirus, according to any one of Claims 4 to 7, provided with signals for regulating gene expression in a plant cell.
9°) Procédé d'obtention d'un gène codant pour la protéine de capside de potyvirus, caractérisé en ce qu'un fragment d'un ADN synthétique comportant un codon ATG est inséré en un point choisi de la séquence d'ADNc codant pour la protéine de capside, les plasmides contenant la jonction voulue étant alors isolés par hybridation avec un oligonucléotide synthétique couvrant pour moitié la séquence du fragment d'ADN synthétique et pour moitié la séquence de l'extrémité 5' de la séquence du gène codant pour la protéine de capside de potyvirus.9 °) Method for obtaining a gene coding for the potyvirus capsid protein, characterized in that a fragment of a synthetic DNA comprising an ATG codon is inserted at a chosen point of the cDNA sequence coding for the capsid protein, the plasmids containing the desired junction then being isolated by hybridization with a synthetic oligonucleotide covering half the sequence of the synthetic DNA fragment and half the sequence of the 5 ′ end of the sequence of the gene coding for the potyvirus capsid protein.
10°) Procédé d'obtention de l'ADNc de l'ARN génomique de potyvirus, caractérisé en ce que le premier brin d'ADNc est synthétisé par action de la transcriptase-reverse sur l'ARN génomique de potyvirus en utilisant des hexamères aléatoires comme amorceurs du premier brin.10 °) Method for obtaining the cDNA of the potyvirus genomic RNA, characterized in that the first strand of cDNA is synthesized by action of reverse transcriptase on the potyvirus genomic RNA using random hexamers as first strand initiators.
11°) Séquence nucléotidique complète de l'ARN génomique de PVY, caractérisée en ce qu'elle comprend 9704 bases suivies d'une extrémité poly-A, en ce qu'une région non-codante à l'extrémité 5', qui comprend 185 bases, précède l'unique et longue phase de lecture ouverte, en ce que ladite phase code pour une polyprotéine de 3063 aminoacides et en ce qu'elle est suivie d'une région non-codante de 331 bases à l'extrémité 3'. 12°) Séquence selon la revendication 13, caractérisée en ce qu'elle est représentée par la séquence en nucléotides et en amino-acides (II) suivante :11 °) Complete nucleotide sequence of the PVY genomic RNA, characterized in that it comprises 9704 bases followed by a poly-A end, in that a non-coding region at the 5 'end, which comprises 185 bases, precedes the single and long open reading phase, in that said phase codes for a polyprotein of 3063 amino acids and in that it is followed by a non-coding region of 331 bases at the 3 ′ end . 12 °) Sequence according to claim 13, characterized in that it is represented by the following nucleotide and amino acid sequence (II):
Figure imgf000039_0001
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13º) Séquence selon l'une quelconque des Revendications 11 et 12, caractérisée en ce que la position de la séquence de la protéine de capside dans la séquence d'acides aminés dérivés de la séquence d'ARN susdite est telle que son extrémité N-terminale se situe en position 2796 de la polyprotéine.
Figure imgf000048_0001
13º) Sequence according to any one of Claims 11 and 12, characterized in that the position of the sequence of the capsid protein in the amino acid sequence derived from the above-mentioned RNA sequence is such that its N- terminus terminal is located at position 2796 of the polyprotein.
14°) Fragments d'ARN, caractérisés en ce qu'ils contiennent une séquence de nucléotides spécifiques du PVY, qui constitue une partie de la séquence de nucléotides selon la Revendication 12.14 °) RNA fragments, characterized in that they contain a PVY-specific nucleotide sequence, which constitutes a part of the nucleotide sequence according to Claim 12.
15º) Fragments d'ADN, caractérisés en ce qu'ils contiennent tout ou partie d'une séquence d'ADN complémentaire d'une séquence d'ARN spécifique du PVY, et dérivée de la séquence d'ARN selon la Revendication 12. 15º) DNA fragments, characterized in that they contain all or part of a DNA sequence complementary to an RNA sequence specific for PVY, and derived from the RNA sequence according to Claim 12.
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