WO2001088164A1 - Inducible elimination of dna sequences in plants - Google Patents

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WO2001088164A1
WO2001088164A1 PCT/DE2001/000780 DE0100780W WO0188164A1 WO 2001088164 A1 WO2001088164 A1 WO 2001088164A1 DE 0100780 W DE0100780 W DE 0100780W WO 0188164 A1 WO0188164 A1 WO 0188164A1
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rec
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dna sequence
protein
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PCT/DE2001/000780
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Klaus Düring
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Mpb Cologne Gmbh
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    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/79Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts
    • C12N15/82Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for plant cells, e.g. plant artificial chromosomes (PACs)
    • C12N15/8216Methods for controlling, regulating or enhancing expression of transgenes in plant cells
    • C12N15/8237Externally regulated expression systems
    • C12N15/8238Externally regulated expression systems chemically inducible, e.g. tetracycline
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C12N15/8237Externally regulated expression systems

Definitions

  • the present invention relates to a method for the controlled elimination of a desired DNA sequence in a host organism, preferably a transgenic plant, characterized in that in step (I) the host organism with (a) the 5 'and 3' recombinations to be eliminated later DNA sequences flanked DNA sequence and (b) a ligand-binding-domain-recombinase-fusion protein (Rec-LBD) encoding these recombinant DNA sequences, which is transformed under conditions under the control of an inducible promoter to which the inducible promoter is repressed, the ligand specifically binding to Rec-LBD being absent; and in step (II) the DNA sequence to be eliminated is eliminated via the expression of Rec-LBD by activating the inducible promoter and the activation of Rec-LBD by adding the ligand which specifically binds to Rec-LBD at the desired point in time.
  • step (I) the host organism with (a) the 5 'and 3' recombinations to be eliminated later DNA sequence
  • the DNA sequence to be eliminated codes for a marker gene or acts as a transcription or translation stop sequence.
  • the present invention also relates to the above sequences (a) and (b) containing vectors and host organisms, which are preferably transgenic plants.
  • sequence-specific recombinases have been used in transgenic plants for the development of marker gene removal systems. Promoters that were inducible by chemicals were used here in particular. However, various embodiments of tetracycline-repressed or -induced promoters were found to be insufficiently suitable for reliably suppressing uncontrolled premature activation of the recombinase. However, the presence of the selectable marker gene is absolutely necessary for the selection of homogeneous, transgenic plants from the Agrobacterium-mediated transformation over a long period of time, since otherwise chimeric plants are formed, some of which are from transgenic cells and some are of non-transgenic mature ones Cells exist.
  • non-transgenic cells can be sorted out via the pollen or the progeny produced by fertilization and broken down in accordance with Mendel's rules. However, this leads to a considerable Chen reduction in technical efficiency in the development of transgenic plant lines solely for marker gene removal.
  • a recombinase-induced "gene switch system” can be used for "molecular farming", as has been described in principle with a tissue-specific regulated promoter. If the repression system were not controllable, the containment would not be sufficiently reliable, e.g. for the molecular farming of therapeutic proteins.
  • Rec-LBD Rec-LBD
  • a bidirectional constitutive promoter was used to control the gene to be activated.
  • a selectable marker gene was cloned between this promoter and the gene, flanked by recombination sequences.
  • the Rec-LBD system was cloned behind the free second promoter position. After induction of Rec-LBD by adding the ligand, the marker gene sequence was eliminated, the gene to be activated coming under the control of the constitutive promoter.
  • the restriction to a single control system is problematic here as well, and reading through from the constitutive promoter through the marker gene into the gene to be activated can also take place.
  • the invention is essentially based on the technical problem of providing an elimination system based on the Rec system for a desired DNA sequence which does not have the disadvantages of the methods described in the prior art, i.e. Above all, it ensures that the suppression of recombinase activity, as long as desired, is complete and can be achieved in a desired host organism.
  • the transcription of the gene coding for the recombinase is repressed by an inducible promoter which, for example, only becomes active under anaerobic conditions.
  • the gene also codes for a recombinase-LBD fusion protein which is inactivated as long as no ligand is present. Residual transcription and the residual activity of the Rec-LBD fusion protein in transgenic plants are minimized by the synergistic repression effect.
  • the present invention relates to a method for the controlled elimination of a desired DNA sequence in a host organism, preferably a transgenic plant, which is characterized in that in step (I) the host organism with (a) those to be eliminated later, 5 'and 3 'DNA sequence flanked by recombination DNA sequences and (b) a ligand-binding-domain-recombinase-fusion protein (Rec-LBD) coding gene which recognizes these recombination DNA sequences and which is under the control of an inducible promoter is transformed under conditions, among which the inducible promoter is repressed, the ligand specifically binding to Rec-LBD being absent; and in step (II) the DNA sequence to be eliminated is eliminated via the expression of Rec-LBD by activating the inducible promoter and the activation of Rec-LBD by adding the ligand which specifically binds to Rec-LBD at the desired point in time.
  • step (I) the host organism with (a) those to be eliminated later, 5
  • Binding domain recombinase fusion protein (Rec-LBD) encoding DNA sequence under the control of an inducible promoter are both preferably inserted on a vector, the vector preferably being a plasmid, a cosmid, a virus, a bacteriophage or another vector common in genetic engineering.
  • These vectors can have further functional units which bring about a stabilization of the vectors in the host organism, such as a bacterial origin of replication or the 2-micron DNA for stabilization in Saccharomyces cerevisiae.
  • left border and “right border” sequences of agrobacterial T-DNA can be contained, which enables a stable integration into the genome of plants.
  • a termination sequence can be present which serves to correctly terminate the transcription and to add a poly-A sequence to the transcript.
  • Such elements are described in the literature (cf. Gielen et al., EMBO J. 8 (1989), 23-29) and can be interchanged as desired.
  • the two DNA sequences (a) and (b) described above can also be inserted on different vectors and the host organism, preferably the transgenic plant, can be transformed simultaneously with both vectors or first with one vector and later with the other vector become.
  • the DNA sequence (a) or (b) can already be integrated into the genome of the host organism and only then can the transformation be carried out with a vector containing the corresponding other DNA sequence.
  • the recombinase gene is based on a virus, e.g. TMV, can lie and is only activated after infection of the host organism.
  • the DNA sequence (b) can also be part of the DNA sequence (a), i.e. be inserted between the recombination DNA sequences, so that after activation the gene coding for the recombinase itself is excised.
  • any recombinase system is suitable for the method according to the invention, whereby according to standard methods the person skilled in the art modifies the gene coding for the recombinase in such a way that it codes for the recombinase as a fusion protein with a ligand-binding protein or a part thereof such that the recombinase is only enzymatically active after binding of the ligand, ie the recombinase is inactive due to the fusion with the LBD in the absence of the ligand.
  • ligand binding domain or "LBD” as used herein encompasses any protein or protein fragment which, after fusion to the recombinase, is capable of inhibiting recombinase activity in the absence of the ligand and restoring it after adding the ligand.
  • LBD ligand binding domain
  • the recombinase systems encompassed by the present invention include not only the systems already described above or in the literature, or systems modified by fusion with an LBD domain, but also systems which differ from the original systems by further modifications, as long as these do not significantly impair the use according to the invention.
  • a large number of cloning vectors which contain a replication signal for E. coli and a marker gene for the selection of transformed bacterial cells are available for preparing the introduction of a foreign gene into the host organism, for example into higher plants.
  • examples of such vectors are pBR322, pUC series, Ml3mp series, pACYC184, etc.
  • the foreign gene can be introduced into the vector at a suitable restriction site.
  • the plasmid obtained is used for the transformation of E. coli cells. Transformed E.coli cells are in a suitable medium grown, then harvested and lysed to give the plasmid. Restriction analyzes, gel electrophoresis and other biochemical-molecular biological methods are generally used as the analysis method for characterizing the plasmid DNA obtained. After each manipulation, the plasmid DNA can be cleaved and DNA fragments obtained can be linked to other DNA sequences. Each plasmid DNA sequence can be cloned in the same or different plasmids.
  • a variety of techniques are available. These techniques include the transformation of plant cells with T-DNA using Agrobacterium tumefaciens or Agrobacterium rhizogenes as the transformation agent, the fusion of protoplasts, the injection, the electroporation of DNA, the introduction of DNA using the bio-listical method and other possibilities ,
  • plasmids When injecting and electroporation of DNA into plant cells, there are no special requirements for the plasmids used. Simple plasmids, e.g. pUC derivatives can be used. However, if whole plants are to be regenerated from such transformed cells, a selectable marker should be present. Depending on the method of introducing desired genes into the plant cell, additional DNA sequences may be required. E.g. If the Ti or Ri plasmid is used for the transformation of the plant cell, at least the right boundary, but often the right and left boundary of the Ti and Ri plasmid T-DNA as the flank region, must be connected to the genes to be introduced.
  • agrobacteria are used for the transformation, it is advantageous to clone the DNA to be introduced into special plasmids, in particular into an intermediate or a binary vector.
  • the intermediate vectors can be due to sequences that are homologous to sequences in the T-DNA homologous recombination can be integrated into the Ti or Ri plasmid of the agrobacteria. This also contains the vir region necessary for the transfer of the T-DNA. Intermediate vectors cannot replicate in agrobacteria.
  • the intermediate vector can be transferred to Agrobacterium tumefaciens using a helper plasmid.
  • Binary vectors can replicate in both E. coli and agrobacteria.
  • the agrobacterium serving as the host cell is said to contain a plasmid which carries a vir region.
  • the vir region is necessary for the transfer of the T-DNA into the plant cell. Additional T-DNA may be present.
  • the agrobacterium transformed in this way is used to transform plant cells.
  • plant explants can expediently be cultivated with Agrobacterium tumefaciens or Agrobacterium rhizogenes.
  • Agrobacterium tumefaciens or Agrobacterium rhizogenes From the infected plant material, e.g. Leaf pieces, stem segments, roots, protoplasts or suspension-cultivated plant cells can then be used to regenerate whole plants in a suitable medium, which can contain antibiotics or biocides for the selection of transformed cells.
  • the plants thus obtained can then be examined for the presence of the introduced DNA.
  • Other ways of introducing foreign DNA using the biolistic method or by protoplast fusion are known.
  • the transgenic plants useful in the process according to the invention can in principle be plants of any plant species, i.e. both monocot and dicot plants. They are preferably useful plants, in particular plants such as wheat, barley, rice, maize, sugar beet, sugar cane, potatoes, brassicaceae, legumes or tobacco. It can also be algae, mosses and fungi.
  • the parts of plants desired for the elimination of the corresponding DNA sequence in principle relate to any part of the plant, in any case propagation material and harvest products of these plants, e.g. Fruits, seeds, tubers, rhizomes, seedlings, cuttings, etc.
  • the DNA sequence to be eliminated lies between a promoter and a gene and prevents the transcription and / or translation of this gene. Only after expression and activation of the recombinase is there a site-specific recombination between the two recombination DNA sequences and thus an excision of the DNA sequence to be eliminated, as a result of which the desired gene is located directly downstream of the promoter, which means the transcription and translation and thus the foreign -Protein biosynthesis initiated.
  • This procedure allows, for example, use in the post-harvest production of a gene which is under the control of a very strong promoter and which codes for the desired protein to be produced.
  • a protein or peptide that is toxic to the cell includes, for example, a membrane-disrupting protein or peptide, such as mellittin, magainin, cecropin, attacin, lysozyme, etc., a peptide antibiotic, such as vancomycin, valinomycin, etc., or an RNAse, in particular an RNAse without DNAse activity.
  • cytosine deaminase diphtheria toxin A
  • herpes simplex virus thymidine kinase type I herpes simplex virus thymidine kinase type I
  • a rol protein from Agrobacterium rhizogenes an antibody against abscisic acid, etc. belong to a protein or peptide that physiologically hinders the growth of the plant.
  • the method according to the invention can also be used to eliminate marker genes which were originally used for the selection of transformants and which are no longer desired in the transgenic plant at a later point in time.
  • the DNA sequence to be eliminated is a selectable marker gene.
  • the selectable marker gene encodes an antibiotic-inactivating protein, e.g. Neomycin phosphotransferase II, or it is a gene coding for the "green fluorescent protein".
  • the method according to the invention can also be used to selectively integrate a second desired DNA sequence into the genome of the host organism after eliminating the desired DNA sequence, for example the selectable marker gene, ie instead of the eliminated DNA sequence between the 5 ' and 3 'recombination DNA sequences are introduced.
  • the host organism can be transformed with a vector containing the second desired DNA sequence, so that the latter DNA sequence can specifically recombine into the genome of the host organism.
  • the vectors DNA sequences and conditions suitable for this, reference is made to the above statements.
  • Those skilled in the art are familiar with inducible promoters suitable for the process according to the invention and the inducers (or inhibitors) (gaseous, liquid or solid, volatile compounds) which are suitable for this purpose.
  • Suitable gaseous inductors and conditions for the most efficient exchange of the gas phase are also known to the person skilled in the art. Reference is made to the anaerocult system (Merck, Darmstadt, Germany), which creates an anaerobic environment in which oxygen is bound and C0 2 is released. In this system, the GapC4 promoter from maize is induced anaerobically by the CO 2 atmosphere (Bülow, L. et al., Molecular Plant-Microbe Interactions (1999), 182-188). The same effect is also achieved by introducing technical nitrogen.
  • pathogenesis related protein such as L-phenylalanine, ammonium lyase, chalcon synthase or "hydroxyproline rieh glycoprotein” promoters by ethylene (Ecker, JR and Davis, RW, Proc. Natl Acad. Sci. USA 84: 5202-5206 (1987).
  • the inducible promoters suitable for the process according to the invention also include promoters which can be induced by nebulizing an inductor.
  • Soluble inductors suitable for atomization and conditions for the most efficient atomization are also known to the person skilled in the art. Reference is made to a chimeric transcription induction system which is induced by the soluble inducer dexamethasone (Plant J. 11 (1997) 605-612; Kunkel et al., Nature Biotechnol. 17 (1999), 916-918 ).
  • the corn incwl promoter is activated by the addition of sucrose or D-glucose (Chen, WH et al., Proc. Natl. Acad. Sci.
  • the agrochemical RH5992 (Tebufenozide, Rohm & Haas, Croyden, UK) can be used for the nebulization, RH5992 acting as an inducer for the promoter to be induced via a chimeric transcription activator protein (Gatz and Lenk, Trends in Plant Science 3 (1998) , 352-358).
  • the promoter is specifically turned on by RH5992 and is inactive without the presence of this compound.
  • the inductor mist is flushed evenly towards the tissue to be induced, for example by a continuous air distribution.
  • the effective induction of the promoter is achieved by diffusion from the tissue surface into the cells.
  • Volatile inductors suitable for overflow and promoters inducible by these are likewise known to the person skilled in the art. Particularly worth mentioning is methyl salicylate, which is converted into salicylate in the receiving plant, which, as described above, has an inductive effect (Shulaev, V. et al., Supra).
  • ethanol Another example of a volatile inducer is ethanol, which induces the alcA promoter from Aspergillus nidulans in transgenic tobacco (Caddick, M.X. et al., Nature Biotechnology 16 (1998), 177-180).
  • the procedure is such that the liquid or solid (volatile) inductor is overflowed with a suitable gaseous carrier medium for conversion into the volatile, gaseous phase, and preferably an active circulation of the gas phase is carried out in order to achieve the uniform distribution of the inductor ,
  • Suitable physically inducible promoters for example by thermal changes such as heat or cold shock, are also known to the person skilled in the art.
  • To heat inducible promoters include, for example, HSP81-1 promoter from Arabidopsis thaliana (Yabe et al. Plant Cell Physiol. 35 (1994), 1207-1219) Ha hsp 18.6 G2 promoter from sunflower (Coca et al. Plant Mol. Biol. 31 (1996) 863- 876), HSP18.2 promoter from Arabidapsis thaliana in transgenic tobacco (Yoshida et al. Appl. Microbiol. Biotechnol. 44 (1995), 466-472), while the C17 promoter from potato (Kirsch et al. Plant Mol Biol. 33 (1997), 897-909) counts.
  • the inducible promoter suitable for the method according to the invention is preferably an anaerobic condition, a chemical or a physically inducible promoter, such as the GapC4 promoter or the Adhl promoter, and the induction takes place via a change in the gas phase in this way that it is an oxygen deprivation; see also the explanations above.
  • the anaerobically inducible GapC4 promoter (DE 195 47 272), e.g. in connection with harvested transgenic plant tissue, e.g. transgenic potato tubers.
  • the DNA sequence (b) which codes for the ligand binding domain recombinase fusion protein (Rec-LBD) and is under the control of an inducible promoter is not stably integrated into the host genome, but becomes the desired one time introduced by a systemically ver ⁇ wide forming virus, for example, in the case of plants, based on TMV TMV or vectors. This approach is particularly suitable for the post-harvest production of a desired protein.
  • the Rec-LBD gene can also be induced in the core of the host, e.g. of the transgenic plant cell.
  • the Rec-LBD protein is fused with an N-terminal transit peptide (responsible for plastid or mitochondrial transport).
  • the protein translated after induction is consequently transported into the plastids or mitochondria.
  • the recombination sequences together with the DNA sequence to be eliminated later are introduced into the plastid or mitochondrial genome by direct plastid or mitochondrial transformation (for example Svab et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87) (1990), 8526-8530; Carrer et al., Mol. Gen. Genet.
  • the above method is particularly suitable for post-harvest production in transformed plastids or mitochondria.
  • a transcription or translation stop DNA sequence flanked by the two recombination DNA sequences is integrated between the promoter active in plastids or mitochondria and the gene to be expressed and the entire construct is integrated into the plastids or Mitochondria transformed.
  • the ligand binding domain recombinase fusion protein (Rec-LBD) is N-terminal with a transit peptide fused for plastid or mitochondrial delivery and the coding DNA sequence integrated into the nuclear genome, and the gene, whose expression is to be controlled via Rec-LBD, integrated into the plastid or mitochondrial genome, whereby between the promoter for this gene and the gene even a transcription stop sequence flanked by two recombination DNA sequences is incorporated.
  • Examples of these DNA encoding transit peptides are the DNA for the transit peptide of the small subunit of ribulose bisphosphate carboxylase (for plastid localization) (Anderson and Smith, Biochemical Journal 2_40 (1986), 709-715), the DNA for the Flb Subunit of ATP synthase from Nicotiana plumbaginifolia fused with maize T-urf 13 protein (Chaumont et al., Proc. Atl.Acad. Sci. USA 92 (1995), 1167-1171) and the DNA for the mitochondrial tryptophanyl-tRNA- Yeast synthetase fused with GUS (Schmitz and Londsdale, Plant Cell 1 (1989), 783-791).
  • the present invention also relates to a vector which comprises (a) a DNA sequence to be eliminated, 5 'and 3' flanked by recombination DNA sequences, and (b) a ligand-binding domain-recombinase fusion protein which recognizes these recombination DNA sequences (Rec-LBD) encoding DNA sequence under the control of an inducible promoter as described above.
  • a vector which comprises (a) a DNA sequence to be eliminated, 5 'and 3' flanked by recombination DNA sequences, and (b) a ligand-binding domain-recombinase fusion protein which recognizes these recombination DNA sequences (Rec-LBD) encoding DNA sequence under the control of an inducible promoter as described above.
  • Rec-LBD ligand-binding domain-recombinase fusion protein which recognizes these recombination DNA sequences
  • the present invention also relates to a host organism which was transformed according to step (I) of the method according to the invention or which contains the vector according to the invention.
  • the host organism is preferably a host organism which was also treated in accordance with step (II) of the process according to the invention.
  • the host organism is preferably a transgenic plant, the term "transgenic plant” also comprising individual parts of plants or plant organs. This also includes seeds, fruits, tubers, rhizomes, seedlings and cuttings.
  • the following transgenic plants are particularly preferred: wheat, barley, maize, rice, sugar beet, sugar cane, potato, brassicaceae, legumes, tobacco, moss, algae and fungi.
  • Example 1 Inducibly recombinant controlled post-harvest production of an sc-Fv antibody under the control of a strong promoter
  • a synthetic nucleic acid was inserted into the Ncol restriction site of pRT100 / scFv (ox), which contained two FRT recombination sequences (Buchholz et al., Nucleic Acids Research 21 (1996), 3118-3119).
  • the plasmid pRTl00 / FRT-scFv (ox) was obtained.
  • the anaerobically inducible GapC4 promoter from DE 195 47 272 was modified by means of a PCR reaction in such a way that it received a HindIII restriction site at the 5 'end and an Ncol restriction site at the 3' end.
  • the following primer pair was used for the PCR reaction used:
  • HincII-pGapC4 Primer 5 '-CAT GTC AAC ACA TAA GGA AGA AGA
  • the CaMV 35S promoter was removed from the plasmid pRTlOO by means of restriction digestion with HindIII and Ncol. Instead, the nucleic acid fragment described above was ligated in with the GapC4 promoter. The plasmid pRT10OGap was obtained.
  • the cDNA coding for the FLP recombinase-LBD fusion protein (WO 95/00555) was cloned as a PCR-adapted Ncol-Xbal fragment into the Ncol site of pRT10OGap in the sense orientation. The following primer pair was used for the PCR reaction:
  • NcoI-FLP-LBD Primer 5 '-CAT GCC ATG CCA CAA TTT GAT ATA TTA TGT AAA AC-3'
  • FLP-LBD-Xbal Primer 5'-GCT CTA GAT CAG ACT GTG GCA GGG AAA CCC TC-3 '
  • the plasmid pRT10OGap / FLP was obtained. After cleavage with HindIII, the expression cassette for the Rec-LBD protein was isolated. After filling in, this HindIII fragment was inserted "blunt end" in anti-orientation with respect to the CaMV 35S promoter and the scFv (ox) gene between the two FRT recombination sequences of the plasmid pRT100 / FRT-scFv (ox). The plasmid pRTl00 / FLP-Gap / scFv (ox) was obtained.
  • the expression vector pSP 8-30 / FLP-Gap / scFv (ox) was used to transform E. coli S17-1. Transformants were mixed with Agrobacterium GV 3101 and incubated at 28 ° C overnight. (Koncz and Schell, Molecular and General Genetics 204 (1986), 383-396; Koncz. Et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 94 (1987), 131-135). It was carbenicillin- lesson, the bla gene required for this was present in the above expression vectors. Selection clones of Agrobacterium tumefaciens were cut from leaves of the potato plant cv and cut several times on the middle rib.
  • Desiree applied and the leaves were incubated for 2 days at 20 ° C in the dark.
  • the agrobacteria were then washed off and plant growth substances were added to the potato leaves, so that shoots regenerated preferentially.
  • kanamycin added to the plant medium, non-transformed cells in the potato leaves were killed.
  • Growing shoots were cut off and rooted on the medium without plant growth substances, but with kanamycin (100 mg / l).
  • the further cultivation of the potato plants was carried out in the usual way.
  • cut leaf material or intact or cut tuber material was carried out using the Anerocult system (Merck, Darmstadt, Germany) as described in Bülow et al.
  • the tubers were placed in a reaction container made of steel or plastic, which has a gas supply valve at the bottom and a gas discharge valve at the top.
  • the room air in the tank became quick displaced by the supply of technical nitrogen or carbon dioxide.
  • a constant composition of the gas phase in the reaction vessel was set under slow air flow (1 m 3 gas supply per hour per m 2 base area). After 40 hours, the plant material was sprayed with a solution of 10 "6 M eastern Radiol and cultured for further 2 days.
  • tubers were then removed from the reaction container, homogenized, the solids content was centrifuged off and the aqueous supernatant of the chromatographic purification of the scFv In contrast to the induced, no scFv (ox) could be detected in non-induced leaf or tuber tissue.
  • Example 2 Inducible marker gene removal by using the method according to the invention
  • the HindIII restriction site located upstream of the GapC4 promoter was opened by partial digestion of the plasmid pRT10OGap. A synthetic nucleic acid was inserted into this interface, which contained an FRT recombination sequence (Buchholz et al., Supra) and which reconstituted the HindIII interface at the 5 'end. With a further partial HindIII digestion, the HindIII interface located downstream of the terminator was opened and a further synthetic nucleic acid was inserted which contained an FRT recombination sequence and which reconstituted the HindIII interface at the 3 ′ end. The plasmid pRTlOOGapFRT was obtained.
  • the cDNA coding for the FLP recombinase-LBD fusion protein (WO 95/00555) was cloned as a PCR-adapted Ncol-Xbal fragment into the Ncol site of pRTlOOGapFRT in the sense orientation.
  • the following primer pair was used for the PCR reaction:
  • NcoI-FLP-LBD Primer 5 '-CAT GCC ATG CCA CAA TTT GAT ATA
  • AAA CCC TC-3 The plasmid pRTlOOGapFRT / FLP was obtained.
  • the expression cassette for the selectable nptII marker gene containing the CaMV 35S promoter and terminator (Odell et al., Nature 313 (1995), was converted from the plasmid pLH9000 (Hausmann and Tmür, lectures Plant Breeding 45 (1999), 155-172). 810-812) and in between the neomycin phosphotransferase II gene (nptll) (Beck et al., Gene 19 (1982), 327-336) as Xbal / Sfil fragment by restriction digestion with Xbal and Sfil.
  • This expression cassette was inserted in the sense orientation into the opened Xbal site of the plasmid pRTlOOGapFRT / FLP by filling in overhanging ends after the first "sticky end” ligation step and then performing a "blunt end” ligation as the second step.
  • the plasmid pRTlOOGapFRT / FLP-NPT was obtained. From this, the entire construct was isolated by restriction digestion with HindIII and inserted into the binary vector pSR 8-30.
  • the expression vector pSR 8-30 / Gap-FLP-NPT was obtained, the structure of which is shown schematically in FIG. 1B.
  • the potato transformation was carried out as described in Example 1.
  • the anaerobic induction of the transcription of the recombinase gene was also carried out in cut sheet material on MS medium analogously to that described in Example 1.
  • the activation of the FLP-LBD recombinase was carried out simultaneously by addition of 10 "6 M estradiol in the medium. Induction was carried out over a period of one week. After the induction, the sheet material was cut into small pieces and designed to shoot induction medium. Regenerated shoots were without selection 100 shoots were regenerated, which were analyzed by Southern hybridization with the nptll gene probe for elimination of the nptll gene.
  • nptll gene probe 5 '-ACAACAGACAATCGGCTGC
  • nptll gene was no longer present in a large number of the regenerated shoots.

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Abstract

The invention relates to a method for the controlled elimination of a desired DNA sequence in a host organism, preferably a transgenic plant, said method being based on a recombinase ligand-binding-domain fusion protein (Rec-LBD). The elimination of the desired DNA sequence only takes place after the expression of the active Rec-LBD by the activation of the inducible promoter, which controls the Rec-LBD coding gene, and the addition of the ligand which binds specifically to the Rec-LBD. The DNA sequence to be eliminated preferably codes for a marker gene, or acts as a transcription or translation stop sequence. The invention also relates to vectors and host organisms, preferably transgenic plants, which are suitable for use in said method.

Description

INDUZIERBARE ELIMINIERUNG VON DNA-SEQUENZEN IN PFLANZEN INDUCIBLE ELIMINATION OF DNA SEQUENCES IN PLANTS
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur gesteuerten Eliminierung einer gewünschten DNA-Sequenz in einem Wirtsorganismus, vorzugsweise einer transgenen Pflanze, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (I) der Wirtsorganismus mit (a) der später zu eliminierenden, 5' und 3' von Rekombinations-DNA-Sequenzen flankierten DNA-Sequenz und (b) einer diese Rekombinations-DNA-Sequenzen erkennenden Ligandenbin- dungsdomäne-Rekombinase-Fusionsprotein (Rec-LBD) kodierenden, unter der Kontrolle eines induzierbaren Promotors stehenden DNA-Sequenz unter Bedingungen transformiert wird, unter denen der induzierbare Promotor reprimiert wird, wobei der spezifisch an Rec-LBD bindende Ligand abwesend ist; und in Schritt (II) die Eliminierung der zu eliminierenden DNA-Sequenz über die Expression von Rec-LBD durch Aktivierung des induzierbaren Promotors und die Aktivierung von Rec-LBD durch Zugabe des spezifisch an Rec-LBD bindenden Liganden zum gewünschten Zeitpunkt erfolgt. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kodiert die zu eliminierende DNA-Sequenz für ein Markergen oder wirkt als Transkriptions- bzw. Translationsstop-Sequenz . Die vorliegende Erfindung betrifft auch die vorstehenden Sequenzen (a) und (b) enthaltende Vektoren und Wirtsorganismen, wobei es sich vorzugsweise um trans- gene -Pflanzen handelt.The present invention relates to a method for the controlled elimination of a desired DNA sequence in a host organism, preferably a transgenic plant, characterized in that in step (I) the host organism with (a) the 5 'and 3' recombinations to be eliminated later DNA sequences flanked DNA sequence and (b) a ligand-binding-domain-recombinase-fusion protein (Rec-LBD) encoding these recombinant DNA sequences, which is transformed under conditions under the control of an inducible promoter to which the inducible promoter is repressed, the ligand specifically binding to Rec-LBD being absent; and in step (II) the DNA sequence to be eliminated is eliminated via the expression of Rec-LBD by activating the inducible promoter and the activation of Rec-LBD by adding the ligand which specifically binds to Rec-LBD at the desired point in time. In a preferred embodiment of the method according to the invention, the DNA sequence to be eliminated codes for a marker gene or acts as a transcription or translation stop sequence. The present invention also relates to the above sequences (a) and (b) containing vectors and host organisms, which are preferably transgenic plants.
Die ungerichtete Integration fremder DNA in Pflanzenzellen ist grundsätzlich möglich. Im Vergleich zu den bei Human-, Säugeroder Insektenzellen angewandten Technologien zur gezielten Integration von DNA an bestimmte Positionen des Genoms bzw. gerichteten Exzision der integrierten DNA, konnten diese Tech¬ nologien bei Pflanzen bisher nicht anwendungsfähig etabliert werden. Die Entfernung von DNA wird in Prokaryoten und in Human-, Säuger- oder Insektenzellen z.B. durch den Einsatz von sequenzspezifischen Rekombinasen erreicht. Anfangs stellte man die entsprechenden integrierten Rekombinase-Gene unter die Kontrolle induzierbarer oder gewebespezifischer Promotoren, um so den Zeitpunkt bzw. den Ort der DNA-Eliminierung steuern zu können. Jedoch erwies sich die Steuerung über einen induzierbaren oder gewebespezifischen Promotor bisher als nicht ausreichend flexibel und kontrollierbar. Zudem ist die Verfügbarkeit ideal geeigneter Promotoren ohne wesentliche Einschränkungen in der Spezifität äußerst gering.The undirected integration of foreign DNA into plant cells is possible in principle. Compared to those used in human, mammalian or insect cell technologies for the targeted integration of DNA at specific locations of the genome or directed excision of the integrated DNA, they could tech ¬ nologies are no established application-capable in plants. The removal of DNA in prokaryotes and in human, mammalian or insect cells, for example by using sequence-specific recombinases achieved. Initially, the corresponding integrated recombinase genes were placed under the control of inducible or tissue-specific promoters in order to be able to control the time or the location of the DNA elimination. However, control via an inducible or tissue-specific promoter has so far proved to be insufficiently flexible and controllable. In addition, the availability of ideally suitable promoters without significant restrictions in specificity is extremely low.
Alternativ wurde der Ansatz der funktioneilen Repression der Rekombinasefunktion durch die Fusion einer Ligandenbindungs- domäne eines nuklearen Rezeptors an die Rekombinase verfolgt . Das Rec-LBD-Fusionsprotein erwies sich als enzymatisch repri- miert, wobei durch Zugabe des Liganden die Enzymfunktion wiederhergestellt werden konnte (EP-Bl 0 707 599) . Aber auch hier kann keine vollkommene Repression erhalten werden, beispielsweise aufgrund einer Proteinspaltung an der Fusionsstelle durch wirtsspezifische Proteasen, die die funktionelle Rekombinase freisetzen können. Dies geht aus (Logie und Stewart, Proc.Natl.Acad.Sci.USA 92 (1995), 5940-5944) hervor.Alternatively, the approach of functional repression of the recombinase function was followed by the fusion of a ligand binding domain of a nuclear receptor to the recombinase. The Rec-LBD fusion protein turned out to be enzymatically represented, whereby the enzyme function could be restored by adding the ligand (EP-Bl 0 707 599). However, no complete repression can be obtained here either, for example due to protein cleavage at the fusion site by host-specific proteases, which can release the functional recombinase. This emerges from (Logie and Stewart, Proc.Natl.Acad.Sci.USA 92 (1995), 5940-5944).
Grundsätzlich weisen Repressionssysteme, die auf der Wirkung eines einzelnen Faktors beruhen, ein inhärentes Risiko der unvollständigen Repression auf. Bei induzierbaren Promotoren ist es kaum möglich, alle denkbaren Zustände zu untersuchen, die trotz einer guten Repression dennoch zu einer ungewollten Induktion führen können. Gewebespezifische Promotoren sind gleichartig limitiert, da auch hier eine eindeutige und vollständige Repression in Nichtzielgeweben nicht hundertprozentig sicherzustellen ist. Ähnlich verhält es sich mit der funktioneilen Inhibition von Enzymaktivitäten durch Fusion mit einer Ligandenbindungsdomäne .In principle, repression systems based on the action of a single factor have an inherent risk of incomplete repression. With inducible promoters, it is hardly possible to investigate all conceivable conditions that, despite good repression, can still lead to unwanted induction. Tissue-specific promoters are similarly limited, since a clear and complete repression in non-target tissues cannot be guaranteed completely. The same applies to the functional inhibition of enzyme activities by fusion with a ligand binding domain.
Eine bedingte Funktionalität von Rekombinase-vermittelter DNA-Eliminierung aus transgenen Pflanzen ist bereits gezeigt worden und sequenzspezifische Rekombinasen und deren an bestimmte Stellen des Pflanzengenoms integrierte Rekombinations- stellen sind auch für die Integration von DNA-Sequenzen an bestimmte Positionen im Pflanzengenom geeignet. Bis heute ist jedoch für die kontrollierte s equenz spe z i f i s ehe DNA-Integration oder DNA-Eliminierung kein System bekannt, das zur Anwendungsreife gelangt wäre. Vielmehr haben sich auch in transgenen Pflanzen die oben beschriebenen Nachteile und Einschränkungen bestätigt. Außerdem kommt bei Pflanzen -im Vergleich zu anderen eukaryotischen Organismen für die Regulierung eines Rec-LBD-Systems noch erschwerend die Vielzahl von sekundären Inhaltsstoffen hinzu. So ist insbesondere eine Kreuzreaktion mit natürlich vorkommenden Steroid-verwandten Substanzen, wie Brassino-Steroiden o.a., zu beachten. Ein erfolgreicher Einsatz des Rec-LBD-Systems in einer Pflanzenart garantiert somit nicht eine Übertragbarkeit auf eine andere Pflanzenart.A conditional functionality of recombinase-mediated DNA elimination from transgenic plants has already been shown and sequence-specific recombinases and their recombination integrated at certain locations in the plant genome are also suitable for the integration of DNA sequences at certain positions in the plant genome. To date, however, there is no known system for controlled sequence equivalence before DNA integration or DNA elimination that would be ready for use. Rather, the disadvantages and limitations described above have also been confirmed in transgenic plants. In addition, in comparison to other eukaryotic organisms for the regulation of a Rec-LBD system, the multitude of secondary ingredients is aggravated by plants. In particular, a cross reaction with naturally occurring steroid-related substances, such as brassino steroids or the like, must be observed. Successful use of the Rec-LBD system in one plant species does not guarantee transferability to another plant species.
Die Anwendung von sequenzspezifischen Rekombinasen in transgenen Pflanzen erfolgte bisher für die Entwicklung von Markergen-Entfernungssystemen. Hierbei wurden vor allem durch Chemikalien induzierbare Promotoren eingesetzt. Allerdings zeigten sich verschiedene Ausführungsformen von Tetrazyklin-reprimier- ten oder -induzierten Promotoren als nicht ausreichend geeignet, um eine unkontrollierte vorzeitige Aktivierung der Rekombinase zuverlässig zu unterdrücken. Die Anwesenheit des selektierbaren Markergens ist aber für die Selektion homogener, transgener Pflanzen aus der Agrobakterien-vermittelten Transformation über einen langen Zeitraum unbedingt notwendig, da es ansonsten zur Ausbildung chimärer Pflanzen kommt, die zum Teil aus transgenen Zellen, zum Teil aus nicht-transgenen durchgewachsenen Zellen bestehen. Handelt es sich um eine vegetativ vermehrte Pflanzenart, so führt dies zu einer Unkontrollierbarkeit des genutzten Pflanzenmaterials, die alleine schon aus regulatorischen Gesichtspunkten, noch mehr aber aus praktischen Aspekten heraus nicht akzeptabel ist. Bei einer sexuell vermehrten Pflanzenart kann ein Aussortieren nicht transgener Zellen über den Pollen bzw. die durch Befruchtung erzeugten Nachkommen und deren Aufspaltung entsprechend den Mendelschen Regeln erfolgen. Dies führt aber zu einer erhebli- chen Reduzierung der technischen Effizienz bei der Entwicklung transgener Pflanzenlinien alleine für die Markergen-Entfernung.So far, sequence-specific recombinases have been used in transgenic plants for the development of marker gene removal systems. Promoters that were inducible by chemicals were used here in particular. However, various embodiments of tetracycline-repressed or -induced promoters were found to be insufficiently suitable for reliably suppressing uncontrolled premature activation of the recombinase. However, the presence of the selectable marker gene is absolutely necessary for the selection of homogeneous, transgenic plants from the Agrobacterium-mediated transformation over a long period of time, since otherwise chimeric plants are formed, some of which are from transgenic cells and some are of non-transgenic mature ones Cells exist. If it is a vegetatively propagated plant species, this leads to an uncontrollability of the plant material used, which is unacceptable from a regulatory point of view alone, but even more from a practical point of view. In the case of a sexually propagated plant species, non-transgenic cells can be sorted out via the pollen or the progeny produced by fertilization and broken down in accordance with Mendel's rules. However, this leads to a considerable Chen reduction in technical efficiency in the development of transgenic plant lines solely for marker gene removal.
Bei der Produktion kritischer Proteine, die z.B. für die Pflanze physiologisch unvorteilhaft oder gar toxisch sind oder wegen medizinischer Aktivität nicht während der Wachstumsphase auf dem Feld exprimiert werden sollen, ist es ebenso wichtig, eine äußerst zuverlässige Kontrolle über die Rekombinaseakti- vierung ausüben zu können. Für das "Molecular Farming" kann ein Rekombinase-induziertes "Gene Switch-System" genutzt werden, so wie es prinzipiell mit einem gewebespezifisch regulierten Promotor beschrieben worden ist. Bei einer nicht kontrollierbaren Unsicherheit des Repressionssystems würde aber kein ausreichend zuverlässiges Containment z.B. für das "Molecular Farming" therapeutischer Proteine bereitgestellt werden.In the production of critical proteins, e.g. it is equally important for the plant to be physiologically disadvantageous or even toxic or not to be expressed in the field during the growth phase due to medical activity, so it is also important to be able to exercise extremely reliable control over recombinant activation. A recombinase-induced "gene switch system" can be used for "molecular farming", as has been described in principle with a tissue-specific regulated promoter. If the repression system were not controllable, the containment would not be sufficiently reliable, e.g. for the molecular farming of therapeutic proteins.
Es wurden Verfahren beschrieben, um den Einsatz von Rec-LBD-Systemen zu optimieren, z.B. wurde dazu ein bidirektionaler konstitutiver Promotor für die Steuerung des zu aktivierenden Gens verwendet. Zwischen diesen Promotor und das Gen wurde flankiert von Rekombinationssequenzen ein selektierbares Markergen kloniert. Hinter die freie zweite Promotorposition wurde das Rec-LBD-System kloniert. Nach Induktion von Rec-LBD durch Zugabe des Liganden erfolgte die Eliminierung der Markergensequenz, wobei das zu aktivierende Gen unter die Kontrolle des konstitutiven Promotors kommt. Für eine Anwendung in Pflanzen ist jedoch auch hier die Beschränkung auf ein einziges Kontrollsystem problematisch , wobei zusätzlich noch ein Durchlesen vom konstitutiven Promotor über das Markergen hinweg in das zu aktivierende Gen erfolgen kann. Weiterhin sind nur äußerst wenige bidirektionale Promotoren, die in Pflanzen aktiv sind, bekannt, so dass hier für die praktische Anwendung ein stark beschränkender Faktor vorliegt. Es wurde auch ein komplexeres System beschrieben, wobei, die zeitliche Steuerung nach wie vor ausschließlich durch die Ligandenzugabe erfolgt. Dabei wurde das Rec-LBD-Gen unter der Kontrolle eines gewebespezifischen Promotors kloniert. In dem betreffenden Gewebe ist demzufolge immer ein Rec-LBD-Protein vorhanden, welches nachweislich Restaktivitäten aufweist. Es sind zwar viele pflanzliche gewebespezifische Promotoren bekannt, die z.T. auch eine gute Begrenzung auf das gewünschte Gewebe aufweisen, dennoch besteht aufgrund von Positionseffekten eine erhebliche Gefahr, dass in einzelnen transgenen Pflanzenlinien starke Abweichungen von dem ursprünglich charakteri-sierten gewebespezifischen Expressionsprofil auftreten. Insbesondere ist die Übertragbarkeit von einer auf eine andere Pflanzenart sehr stark eingeschränkt. Die gewebespezifische Regulation ist daher für die Anwendung in Pflanzen nur eingeschränkt einsetzbar .Methods have been described to optimize the use of Rec-LBD systems, for example a bidirectional constitutive promoter was used to control the gene to be activated. A selectable marker gene was cloned between this promoter and the gene, flanked by recombination sequences. The Rec-LBD system was cloned behind the free second promoter position. After induction of Rec-LBD by adding the ligand, the marker gene sequence was eliminated, the gene to be activated coming under the control of the constitutive promoter. For use in plants, however, the restriction to a single control system is problematic here as well, and reading through from the constitutive promoter through the marker gene into the gene to be activated can also take place. Furthermore, only very few bidirectional promoters that are active in plants are known, so that there is a strongly limiting factor for practical use. A more complex system has also been described, with the timing still being controlled solely by the addition of ligands. The Rec-LBD gene was cloned under the control of a tissue-specific promoter. In that As a result, tissue is always present with a Rec-LBD protein that has been shown to have residual activities. Although many plant-specific tissue-specific promoters are known, some of which also have a good limitation to the desired tissue, there is a considerable risk due to position effects that there may be large deviations in individual transgenic plant lines from the originally characterized tissue-specific expression profile. In particular, the transferability from one plant species to another is very limited. The tissue-specific regulation can therefore only be used to a limited extent for use in plants.
Somit liegt der Erfindung im wesentlichen das technische Problem zugrunde, ein auf dem Rec-System basierendes Eliminie- rungssystem für eine gewünschte DNA-Sequenz zur Verfügung zu stellen, das die Nachteile der im Stand der Technik beschriebenen Verfahren nicht aufweist, d.h. vor allem gewährleistet, dass die Unterdrückung der Rekombinase-Aktivität, solange erwünscht, vollkommen ist und in einem gewünschten Wirtsorga- nismus erreicht werden kann.Thus, the invention is essentially based on the technical problem of providing an elimination system based on the Rec system for a desired DNA sequence which does not have the disadvantages of the methods described in the prior art, i.e. Above all, it ensures that the suppression of recombinase activity, as long as desired, is complete and can be achieved in a desired host organism.
Die Lösung dieses technischen Problems wurde durch die Bereitstellung der in den Patentansprüchen gekennzeichneten Ausführungsformen erreicht.This technical problem has been solved by providing the embodiments characterized in the patent claims.
Es stellte sich bei den zu der vorliegenden Erfindung führenden Experimenten heraus, dass durch eine doppelt reprimierte Kontrolle der Eliminierung von DNA-Sequenzen zwischen Rekombinations-DNA-Sequenzen im pflanzlichen Genom (einschließlich des plastidären und mitochondrialen Genoms) die Lösung des vorstehenden technischen Problems erreicht werden kann. Hierzu wurden die Repression der Transkription des Rekombinase-Gens über einen induzierbaren Promotor und die Repression der Enzymfunktion über das Rec-LBD-System kombiniert. Durch die Auswahl eines gleichzeitig gewebespezifischen und induzierbaren Promotors, für den nunmehr geringere Qualitätsanforderungen anliegen, ist es möglich, auch eine zusätzliche Gewe- bespezifität zu integrieren. Die zweifache Repression wirkt direkt auf die Rekombinationsaktivität. So erfolgt beispielsweise die Repression der Transkription des für die Rekombinase kodierenden Gens durch einen induzierbaren Promotor, der z.B. erst unter anaeroben Bedingungen aktiv, wird. Ferner kodiert das Gen für ein Rekombinase-LBD-Fusionsprotein, das inaktiviert ist, solange kein Ligand vorhanden ist. Eine restliche Transkription sowie die Restaktivität des Rec-LBD-Fusionspro- teins in transgenen Pflanzen werden durch den synergistischen Repressionseffekt auf ein äußerstes Minimum gedrückt.It has been found in the experiments leading to the present invention that by double-repressing control of the elimination of DNA sequences between recombination DNA sequences in the plant genome (including the plastid and mitochondrial genome) the solution to the above technical problem is achieved can. For this purpose, the repression of the transcription of the recombinase gene via an inducible promoter and the repression of the enzyme function via the Rec-LBD system were combined. By selecting a tissue-specific and inducible promoter at the same time, for which there are now lower quality requirements, it is possible to add an additional tissue. integrate specificity. The double repression has a direct effect on the recombination activity. For example, the transcription of the gene coding for the recombinase is repressed by an inducible promoter which, for example, only becomes active under anaerobic conditions. The gene also codes for a recombinase-LBD fusion protein which is inactivated as long as no ligand is present. Residual transcription and the residual activity of the Rec-LBD fusion protein in transgenic plants are minimized by the synergistic repression effect.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur gesteuerten Eliminierung einer gewünschten DNA-Sequenz in einem Wirtsorganismus, vorzugsweise einer transgenen Pflanze, das dadurch gekennzeichnet ist, dass in Schritt (I) der Wirtsorganismus mit (a) der später zu eliminierenden, 5' und 3' von Rekombinations-DNA-Sequenzen flankierten DNA-Sequenz und (b) einer diese Rekombinations- DNA-Sequenzen erkennenden Ligandenbindungsdomäne-Rekombinase- Fusionsprotein (Rec-LBD) kodierenden, unter der Kontrolle eines induzierbaren Promotors stehenden DNA-Sequenz unter Bedingungen transformiert wird, unter denen der induzierbare Promotor reprimiert wird, wobei der spezifisch an Rec-LBD bindende Ligand abwesend ist; und in Schritt (II) die Eliminierung der zu eliminierenden DNA-Sequenz über die Expression von Rec-LBD durch Aktivierung des induzierbaren Promotors und die Aktivierung von Rec-LBD durch Zugabe des spezifisch an Rec-LBD bindenden Liganden zum gewünschten Zeitpunkt erfolgt.Thus, the present invention relates to a method for the controlled elimination of a desired DNA sequence in a host organism, preferably a transgenic plant, which is characterized in that in step (I) the host organism with (a) those to be eliminated later, 5 'and 3 'DNA sequence flanked by recombination DNA sequences and (b) a ligand-binding-domain-recombinase-fusion protein (Rec-LBD) coding gene which recognizes these recombination DNA sequences and which is under the control of an inducible promoter is transformed under conditions, among which the inducible promoter is repressed, the ligand specifically binding to Rec-LBD being absent; and in step (II) the DNA sequence to be eliminated is eliminated via the expression of Rec-LBD by activating the inducible promoter and the activation of Rec-LBD by adding the ligand which specifically binds to Rec-LBD at the desired point in time.
Verfahren zur Konstruktion der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigten Konstrukte sind dem Fachmann bekannt und auch in gängigen Standardwerken beschrieben (vgl. z.B. Sambrook et al . , 1989, Molecular Cloning, A Labora- tory Manual, 2. Aufl. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY) . Die (a) zu eliminierende, 5' und 3' von Rekombinations-DNA-Sequenzen flankierte DNA-Sequenz und (b) die die Rekombinations-DNA-Sequenzen erkennende, Liganden- bindungsdomäne-Rekombinase-Fusionsprotein (Rec-LBD) kodierende, unter der Kontrolle eines induzierbaren Promotors stehende DNA-Sequenz liegen beide vorzugsweise auf einem Vektor inseriert vor, wobei es sich bei dem Vektor vorzugsweise um ein Plasmid, ein Cosmid, ein Virus, einen Bacteriophagen oder einen anderen in der Gentechnik üblichen Vektor handelt. Diese Vektoren können weitere Funktionseinheiten besitzen, die eine Stabilisierung der Vektoren im Wirtsorganismus bewirken, wie einen bakteriellen Replikationsursprung oder die 2-Mikron-DNA zur Stabilisation in Saccharomyces cerevisiae. Ferner können "left border"- und "right border" -Sequenzen agrobakterieller T-DNA enthalten sein, wodurch eine stabile Integration in das Erbgut von Pflanzen ermöglicht wird. Ferner kann eine Termina- tionssequenz vorhanden sein, die der korrekten Beendigung der Transkription und der Addition einer Poly-A-Sequenz an das Transkript dient. Derartige Elemente sind in der Literatur beschrieben (vgl. Gielen et al . , EMBO J. 8 (1989), 23-29) und sind beliebig austauschbar.Methods for constructing the constructs required to carry out the method according to the invention are known to the person skilled in the art and are also described in standard works (see, for example, Sambrook et al., 1989, Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 2nd edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press , Cold Spring Harbor, NY). The (a) DNA sequence to be eliminated, 5 'and 3' flanked by recombination DNA sequences, and (b) the ligand recognizing the recombination DNA sequences Binding domain recombinase fusion protein (Rec-LBD) encoding DNA sequence under the control of an inducible promoter are both preferably inserted on a vector, the vector preferably being a plasmid, a cosmid, a virus, a bacteriophage or another vector common in genetic engineering. These vectors can have further functional units which bring about a stabilization of the vectors in the host organism, such as a bacterial origin of replication or the 2-micron DNA for stabilization in Saccharomyces cerevisiae. Furthermore, "left border" and "right border" sequences of agrobacterial T-DNA can be contained, which enables a stable integration into the genome of plants. Furthermore, a termination sequence can be present which serves to correctly terminate the transcription and to add a poly-A sequence to the transcript. Such elements are described in the literature (cf. Gielen et al., EMBO J. 8 (1989), 23-29) and can be interchanged as desired.
Die beiden vorstehend beschriebenen DNA-Sequenzen (a) und (b) können auch auf unterschiedlichen Vektoren inseriert sein und der Wirtsorganismus, vorzugsweise die transgene Pflanze, kann gleichzeitig mit beiden Vektoren oder zuerst mit dem einen und zu einem späteren Zeitpunkt mit dem anderen Vektor transformiert werden. Beispielsweise kann auch die DNA-Sequenz (a) oder (b) bereits in das Genom des Wirtsorganismus integriert sein und erst dann die Transformation mit einem die entsprechend andere DNA-Sequenz enthaltenen Vektor erfolgen. Besonders wird erwähnt, dass das Rekombinase-Gen auf einem Virus, z.B. TMV, liegen kann und erst nach Infektion des Wirtsorganismus aktiviert wird. Die DNA-Sequenz (b) kann auch Bestandteil der DNA-Sequenz (a) sein, d.h. zwischen die Rekombinations-DNA-Sequenzen inseriert sein, so dass nach Aktivierung das für die Rekombinase kodierende Gen selbst exzisiert wird.The two DNA sequences (a) and (b) described above can also be inserted on different vectors and the host organism, preferably the transgenic plant, can be transformed simultaneously with both vectors or first with one vector and later with the other vector become. For example, the DNA sequence (a) or (b) can already be integrated into the genome of the host organism and only then can the transformation be carried out with a vector containing the corresponding other DNA sequence. In particular it is mentioned that the recombinase gene is based on a virus, e.g. TMV, can lie and is only activated after infection of the host organism. The DNA sequence (b) can also be part of the DNA sequence (a), i.e. be inserted between the recombination DNA sequences, so that after activation the gene coding for the recombinase itself is excised.
Nach Expression (über die Promotor-Aktivierung) und Aktivie¬ rung (durch Zugabe des an Rec-LBD bindenden Liganden) der Rekombinase erfolgt an den beiden Rekombinations-DNA-Sequenzen eine ortsspezifische Rekombination und damit eine Exzision der zu eliminierenden DNA-Sequenz, wodurch beispielsweise ein zu exprimierendes Gen direkt stromabwärts zu seinem Promotor lokalisiert wird, was die Transkription und Translation und somit die Fremd-Protein-Biosynthese initiiert. Für das erfin- dungsgemäße Verfahren ist prinzipiell jedes Rekombinase-System geeignet, wobei gemäß Standardverfahren der Fachmann -das für die Rekombinase kodierende Gen derart modifiziert, dass dieses für die Rekombinase als Fusionsprotein mit einem Liganden- bindenden Protein oder einem Teil davon so kodiert, dass die Rekombinase erst nach Bindung des Liganden enzymatisch aktiv ist, d.h. durch die Fusion mit der LBD in Abwesenheit des Liganden die Rekombinase inaktiv ist. Der hier verwendete Begriff "Ligandenbindungsdomäne" oder "LBD" umfaßt jegliches Protein oder Proteinfragment, welches in der Lage ist, nach Fusion an die Rekombinase die Rekombinaseaktivität in Abwesenheit des Liganden zu inhibieren und nach Zugabe des Liganden zu restaurieren. Für das erfindungsgemäße Verfahren ist das in der WO 95/00555 beschriebene Rekombinase-LBD-System bevorzugt, bei dem der die Rekombinase über die LBD aktivierende Ligand Östradiol ist. Die von der vorliegenden Erfindung umfaßten Rekombinase-Systeme umfassen nicht nur die bereits vorstehend bzw. in der Literatur beschriebenen Systeme bzw. durch Fusion mit einer LBD-Domäne modifizierten Systeme, sondern auch Systeme, die sich von den ursprünglichen Systemen durch weitere Modifikationen unterscheiden, solange diese die erfindungsgemäße Verwendung nicht wesentlich beeinträchtigen.After expression (via promoter activation) and activa tion ¬ (by adding the binding to Rec-LBD ligands) of the recombinase is carried out on the two recombinant DNA sequences a site-specific recombination and thus an excision of the DNA sequence to be eliminated, whereby, for example, a gene to be expressed is located directly downstream of its promoter, which initiates the transcription and translation and thus the foreign protein biosynthesis. In principle, any recombinase system is suitable for the method according to the invention, whereby according to standard methods the person skilled in the art modifies the gene coding for the recombinase in such a way that it codes for the recombinase as a fusion protein with a ligand-binding protein or a part thereof such that the recombinase is only enzymatically active after binding of the ligand, ie the recombinase is inactive due to the fusion with the LBD in the absence of the ligand. The term "ligand binding domain" or "LBD" as used herein encompasses any protein or protein fragment which, after fusion to the recombinase, is capable of inhibiting recombinase activity in the absence of the ligand and restoring it after adding the ligand. The recombinase-LBD system described in WO 95/00555, in which the ligand activating the recombinase via the LBD is estradiol, is preferred for the process according to the invention. The recombinase systems encompassed by the present invention include not only the systems already described above or in the literature, or systems modified by fusion with an LBD domain, but also systems which differ from the original systems by further modifications, as long as these do not significantly impair the use according to the invention.
Zur Vorbereitung der Einführung eines Fremdgens in den Wirtsorganismus, z.B. in höhere Pflanzen, stehen eine große Anzahl von Klonierungsvektoren zur Verfügung, die ein Replikations- signal für E.coli und ein Markergen zur Selektion transformierter Bakterienzellen enthalten. Beispiele für derartige Vektoren sind pBR322, pUC-Serien, Ml3mp-Serien, pACYC184, etc. Das Fremdgen kann an einer passenden Restriktionsschnittstelle in den Vektor eingeführt werden. Das erhaltene Plasmid wird für die Transformation von E. coli-Zellen verwendet. Transformierte E.coli-Zellen werden in einem geeigneten Medium gezüchtet, anschließend geerntet und lysiert, wodurch das Plasmid erhalten wird. Als Analysemethode zur Charakterisierung der gewonnenen Plasmid-DNA werden im allgemeinen Restriktionsanalysen, Gelelektrophoresen und weitere biochemisch- molekularbiologische Methoden eingesetzt. Nach jeder Manipulation kann die Plasmid-DNA gespalten und gewonnene DNA-Fragmente können mit anderen DNA-Sequenzen verknüpft werden. Jede Plasmid-DNA-Sequenz kann in den gleichen oder anderen Plasmi- den kloniert werden.A large number of cloning vectors which contain a replication signal for E. coli and a marker gene for the selection of transformed bacterial cells are available for preparing the introduction of a foreign gene into the host organism, for example into higher plants. Examples of such vectors are pBR322, pUC series, Ml3mp series, pACYC184, etc. The foreign gene can be introduced into the vector at a suitable restriction site. The plasmid obtained is used for the transformation of E. coli cells. Transformed E.coli cells are in a suitable medium grown, then harvested and lysed to give the plasmid. Restriction analyzes, gel electrophoresis and other biochemical-molecular biological methods are generally used as the analysis method for characterizing the plasmid DNA obtained. After each manipulation, the plasmid DNA can be cleaved and DNA fragments obtained can be linked to other DNA sequences. Each plasmid DNA sequence can be cloned in the same or different plasmids.
Für die Einführung von DNA in Wirtsorganismen, z.B. in eine pflanzliche Wirtszelle, stehen eine Vielzahl von Techniken zur Verfügung. Diese Techniken umfassen die Transformation pflanzlicher Zellen mit T-DNA unter Verwendung von Agrobacterium tumefaciens oder Agrobacterium rhizogenes als Transformationsmittel, die Fusion von Protoplasten, die Injektion, die Elek- troporation von DNA, die Einbringung von DNA mittels der bio- listischen Methode sowie weitere Möglichkeiten.For the introduction of DNA into host organisms, e.g. in a plant host cell, a variety of techniques are available. These techniques include the transformation of plant cells with T-DNA using Agrobacterium tumefaciens or Agrobacterium rhizogenes as the transformation agent, the fusion of protoplasts, the injection, the electroporation of DNA, the introduction of DNA using the bio-listical method and other possibilities ,
Bei der Injektion und Elektroporation von DNA in Pflanzenzellen werden an sich keine speziellen Anforderungen an die verwendeten Plasmide gestellt. Es können einfache Plasmide, z.B. pUC-Derivate, verwendet werden. Sollen aber aus derartig transformierten Zellen ganze Pflanzen regeneriert werden, sollte ein selektierbarer Marker vorhanden sein. Je nach Einführungsmethode gewünschter Gene in die Pflanzenzelle können weitere DNA-Sequenzen erforderlich sein. Werden z.B. für die Transformation der Pflanzenzelle das Ti- oder Ri-Plasmid verwendet, so muß mindestens die rechte Begrenzung, häufig jedoch die rechte und linke Begrenzung der Ti- und Ri-Plasmid T-DNA als Flankenbereich mit den einzuführenden Genen verbunden werden.When injecting and electroporation of DNA into plant cells, there are no special requirements for the plasmids used. Simple plasmids, e.g. pUC derivatives can be used. However, if whole plants are to be regenerated from such transformed cells, a selectable marker should be present. Depending on the method of introducing desired genes into the plant cell, additional DNA sequences may be required. E.g. If the Ti or Ri plasmid is used for the transformation of the plant cell, at least the right boundary, but often the right and left boundary of the Ti and Ri plasmid T-DNA as the flank region, must be connected to the genes to be introduced.
Werden für die Transformation Agrobakterien verwendet, ist es günstig, die einzuführende DNA in spezielle Plasmide zu klo- nieren, insbesondere in einen intermediären oder in einen binären Vektor. Die intermediären Vektoren können aufgrund von Sequenzen, die homolog zu Sequenzen in der T-DNA sind, durch homologe Rekombination in das Ti- oder Ri-Plasmid der Agrobak- terien integriert werden. Dieses enthält außerdem die für den Transfer der T-DNA notwendige vir-Region. Intermediäre Vektoren können nicht in Agrobakterien replizieren. Mittels eines Helferplasmids kann der intermediäre Vektor auf Agrobacterium tumefaciens übertragen werden. Binäre Vektoren können sowohl in E.coli als auch in Agrobakterien replizieren. Sie enthalten ein Selektionsmarker-Gen und einen Linker oder Polylinker, welche von der rechten und linken T-DNA Grenzregion eingerahmt werden. Sie können direkt in die Agrobakterien transformiert werden. Das als Wirtszelle dienende Agrobakterium soll ein Plasmid, das eine vir-Region trägt, enthalten. Die vir-Region ist für den Transfer der T-DNA in die Pflanzenzelle notwendig. Zusätzliche T-DNA kann vorhanden sein. Das derartig transformierte Agrobakterium wird zur Transformation von Pflanzenzellen verwendet.If agrobacteria are used for the transformation, it is advantageous to clone the DNA to be introduced into special plasmids, in particular into an intermediate or a binary vector. The intermediate vectors can be due to sequences that are homologous to sequences in the T-DNA homologous recombination can be integrated into the Ti or Ri plasmid of the agrobacteria. This also contains the vir region necessary for the transfer of the T-DNA. Intermediate vectors cannot replicate in agrobacteria. The intermediate vector can be transferred to Agrobacterium tumefaciens using a helper plasmid. Binary vectors can replicate in both E. coli and agrobacteria. They contain a selection marker gene and a linker or polylinker, which are framed by the right and left T-DNA border region. They can be transformed directly into the agrobacteria. The agrobacterium serving as the host cell is said to contain a plasmid which carries a vir region. The vir region is necessary for the transfer of the T-DNA into the plant cell. Additional T-DNA may be present. The agrobacterium transformed in this way is used to transform plant cells.
Für den Transfer der DNA in die Pflanzenzelle können Pflanzen- Explantate zweckmäßigerweise mit Agrobacterium tumefaciens oder Agrobacterium rhizogenes kokultiviert werden. Aus dem infizierten Pflanzenmaterial, z.B. Blattstücke, Stengelsegmente, Wurzeln, Protoplasten oder Suspensions-kultivierte Pflanzenzellen, können dann in einem geeigneten Medium, welches Antibiotika oder Biozide zur Selektion transformierter Zellen enthalten kann, wieder ganze Pflanzen regeneriert werden. Die so erhaltenen Pflanzen können dann auf Anwesenheit der eingeführten DNA untersucht werden. Andere Möglichkeiten der Einführung fremder DNA unter Verwendung des biolistischen Verfahrens oder durch Protoplasten-Fusion sind bekannt.For the transfer of the DNA into the plant cell, plant explants can expediently be cultivated with Agrobacterium tumefaciens or Agrobacterium rhizogenes. From the infected plant material, e.g. Leaf pieces, stem segments, roots, protoplasts or suspension-cultivated plant cells can then be used to regenerate whole plants in a suitable medium, which can contain antibiotics or biocides for the selection of transformed cells. The plants thus obtained can then be examined for the presence of the introduced DNA. Other ways of introducing foreign DNA using the biolistic method or by protoplast fusion are known.
Alternative Systeme zur Transformation von monokotylen Pflanzen sind die Transformation mittels des biolistischen Ansatzes, die elektrisch oder chemisch induzierte DNA-Aufnahme in Protoplasten, die Elektroporation von partiell permeabilisier- ten Zellen, die Makroin ektion von DNA in Blütenstände, die Mikroinjektion von DNA in Mikrosporen und Pro-Embryonen, die DNA-Aufnahme durch keimende Pollen und die DNA-Aufnahme in Embryonen durch Quellung (zur Übersicht: Potrykus, Physiol. Plant (1990), 269 - 273). Während die Transformation dikotyler Pflanzen über Ti-Plasmid-Vektorsysteme mit Hilfe von Agrobacterium tumefaciens etabliert ist, weisen neuere Arbeiten darauf hin, dass auch monokotyle Pflanzen der Transformation mittels Agrobacterium basierender Vektoren zugänglich sind.Alternative systems for the transformation of monocotyledonous plants are the transformation using the biolistic approach, the electrically or chemically induced DNA uptake in protoplasts, the electroporation of partially permeabilized cells, the macroinction of DNA in inflorescences, the microinjection of DNA into microspores and Pro-embryos, DNA uptake by germinating pollen and DNA uptake in embryos by swelling (for an overview: Potrykus, Physiol. Plant (1990), 269-273). While the transformation of dicotyledonous plants via Ti plasmid vector systems with the help of Agrobacterium tumefaciens has been established, recent work indicates that monocotyledonous plants can also be transformed using Agrobacterium-based vectors.
Bei den in dem erfindungsgemäßen Verfahren nützlichen- transgenen Pflanzen kann es sich prinzipiell um Pflanzen jeder beliebigen Pflanzenspezies handeln, d.h. sowohl monokotyle als auch dikotyle Pflanzen. Bevorzugt handelt es sich um Nutzpflanzen, insbesondere um Pflanzen, wie Weizen, Gerste, Reis, Mais, Zuckerrübe, Zuckerrohr, Kartoffel, Brassicaceen, Leguminosen oder Tabak. Auch können es Algen, Moose und Pilze sein. Die für die Eliminierung der entsprechenden DNA-Sequenz gewünschten Pflanzenteile betreffen prinzipiell jedes beliebige Pflanzenteil, jedenfalls Vermehrungsmaterial und Ernteprodukte dieser Pflanzen, z.B. Früchte, Samen, Knollen, Wurzelstöcke, Sämlinge, Stecklinge, etc.The transgenic plants useful in the process according to the invention can in principle be plants of any plant species, i.e. both monocot and dicot plants. They are preferably useful plants, in particular plants such as wheat, barley, rice, maize, sugar beet, sugar cane, potatoes, brassicaceae, legumes or tobacco. It can also be algae, mosses and fungi. The parts of plants desired for the elimination of the corresponding DNA sequence in principle relate to any part of the plant, in any case propagation material and harvest products of these plants, e.g. Fruits, seeds, tubers, rhizomes, seedlings, cuttings, etc.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt die zu eliminierende DNA-Sequenz zwischen einem Promotor und einem Gen und verhindert die Transkription und/oder Translation dieses Gens. Erst nach Expression und Aktivierung der Rekombinase erfolgt eine ortsspezifische Rekombination zwischen den beiden Rekombinations-DNA-Sequenzen und damit eine Exzision der zu eliminierenden DNA-Sequenz, wodurch das gewünschte Gen direkt stromabwärts zum Promotor lokalisiert wird, was die Transkription und Translation und somit die Fremd-Protein-Biosynthese initiiert. Diese Vorgehensweise erlaubt beispielsweise den Einsatz bei der Nach- Ernte-Produktion eines unter der Kontrolle eines sehr starken Promotors stehenden Gens, das für das gewünschte zu produzierende Protein kodiert.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the DNA sequence to be eliminated lies between a promoter and a gene and prevents the transcription and / or translation of this gene. Only after expression and activation of the recombinase is there a site-specific recombination between the two recombination DNA sequences and thus an excision of the DNA sequence to be eliminated, as a result of which the desired gene is located directly downstream of the promoter, which means the transcription and translation and thus the foreign -Protein biosynthesis initiated. This procedure allows, for example, use in the post-harvest production of a gene which is under the control of a very strong promoter and which codes for the desired protein to be produced.
Das erfindungsgemäße Verfahren, das wie vorstehend beschrieben, durch ein sehr dichtes Repressionssystem hinsichtlich der Rekombinase gekennzeichnet ist, kann somit auch zur rekombi- nanten Produktion von hoch phytotoxischen Proteinen oder Pep- tiden verwendet werden, oder zur Produktion von Proteinen oder Peptiden, die eine kritische medizinische Wirkung ausüben. Zu einem für die Zelle toxischen Protein oder Peptid zählt beispielsweise ein membranstörendes Protein oder Peptid, wie Mellittin, Magainin, Cecropin, Attacin, Lysozym, etc., ein Peptidantibiotikum, wie Vancomycin, Valinomycin, etc., oder eine RNAse, inbesondere eine RNAse ohne DNAse-Aktivität . Ferner zählt zu einem das Wachstum der Pflanze physiologisch hindernden Protein oder Peptid eine Cytosindeaminase, Diphte- rietoxin A, Herpes simplex Virus Thymidinkinase Typ I, ein rol-Protein aus Agrobacterium rhizogenes, ein Antikörper gegen Abszisinsäure, etc..The method according to the invention, which, as described above, is characterized by a very dense repression system with regard to the recombinase, can thus also be used for the recombinant production of highly phytotoxic proteins or peptides. tides are used, or for the production of proteins or peptides that have a critical medical effect. A protein or peptide that is toxic to the cell includes, for example, a membrane-disrupting protein or peptide, such as mellittin, magainin, cecropin, attacin, lysozyme, etc., a peptide antibiotic, such as vancomycin, valinomycin, etc., or an RNAse, in particular an RNAse without DNAse activity. In addition, a cytosine deaminase, diphtheria toxin A, herpes simplex virus thymidine kinase type I, a rol protein from Agrobacterium rhizogenes, an antibody against abscisic acid, etc. belong to a protein or peptide that physiologically hinders the growth of the plant.
Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren auch dazu verwendet werden, ursprünglich zur Selektion von Transformanten verwendete Markergene, die zu einem späteren Zeitpunkt in der transgenen Pflanze nicht mehr erwünscht sind, zu eliminieren. Somit ist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens die zu eliminierende DNA-Sequenz ein selektierbares Markergen. In einer noch mehr bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kodiert das selektierbare Markergen für ein ein Antibiotikum inaktivierendes Protein, z.B. Neomycinphosphotransferase II, oder es handelt sich um ein für das "Green Fluorescent Protein" kodierendes Gen.Furthermore, the method according to the invention can also be used to eliminate marker genes which were originally used for the selection of transformants and which are no longer desired in the transgenic plant at a later point in time. Thus, in a further preferred embodiment of the method according to the invention, the DNA sequence to be eliminated is a selectable marker gene. In an even more preferred embodiment of the method according to the invention, the selectable marker gene encodes an antibiotic-inactivating protein, e.g. Neomycin phosphotransferase II, or it is a gene coding for the "green fluorescent protein".
Desweiteren kann das erfindungsgemäße Verfahren auch dazu verwendet werden, daß nach Eliminierung der gewünschten DNA- Sequenz, z.B. des selektierbaren Markergens, eine zweite gewünschte DNA-Sequenz gezielt in das Genom des Wirtsorganismus integriert wird, d.h. anstelle der eliminierten DNA-Sequenz zwischen die 5' und 3' Rekombinations-DNA-Sequenzen eingeführt wird. Hierzu kann der Wirtsorganismus mit einem die zweite gewünschte DNA-Sequenz enthaltenden Vektor transformiert werden, so daß letztere DNA-Sequenz spezifisch in das Genom des Wirtsorganismus einrekombinieren kann. Hinsichtlich der hierfür geeigneten Vektoren, DNA-Sequenzen und Bedingungen wird auf vorstehende Ausführungen verwiesen. Für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete induzierbare Promotoren und die hierfür in Frage kommenden Induktoren (bzw. Inhibitoren) (gasförmige, flüssige oder feste, flüchtige Verbindungen) sind dem Fachmann bekannt. Geeignete gasförmige Induktoren sowie Bedingungen zum möglichst effizienten Austausch der Gasphase sind dem Fachmann ebenfalls bekannt. Es wird auf das Anaerocult-System (Merck, Darmstadt, Deuts-chland) verwiesen, das ein anaerobes Milieu, in dem Sauerstoff gebunden und C02 freigesetzt werden, erzeugt. In diesem System wird der GapC4 Promoter aus Mais anaerob durch die C02-Atmosphäre induziert (Bülow, L. et al . , Molecular Plant-Microbe Inter- actions (1999) , 182-188) . Ebenso wird der gleiche Effekt durch Einleitung von technischem Stickstoff erreicht. Ein weiteres Beispiel ist die Induktion von "Pathogenesis related protein" - Promotoren, wie L-Phenylalanin-, Ammonium Lyase-, Chalcon Synthase- oder "Hydroxyproline rieh glycoprotein"-Promotoren durch Ethylen (Ecker, J.R. und Davis, R.W. , Proc. Natl . Acad. Sei. USA 84 (1987), 5202-5206).Furthermore, the method according to the invention can also be used to selectively integrate a second desired DNA sequence into the genome of the host organism after eliminating the desired DNA sequence, for example the selectable marker gene, ie instead of the eliminated DNA sequence between the 5 ' and 3 'recombination DNA sequences are introduced. For this purpose, the host organism can be transformed with a vector containing the second desired DNA sequence, so that the latter DNA sequence can specifically recombine into the genome of the host organism. With regard to the vectors, DNA sequences and conditions suitable for this, reference is made to the above statements. Those skilled in the art are familiar with inducible promoters suitable for the process according to the invention and the inducers (or inhibitors) (gaseous, liquid or solid, volatile compounds) which are suitable for this purpose. Suitable gaseous inductors and conditions for the most efficient exchange of the gas phase are also known to the person skilled in the art. Reference is made to the anaerocult system (Merck, Darmstadt, Germany), which creates an anaerobic environment in which oxygen is bound and C0 2 is released. In this system, the GapC4 promoter from maize is induced anaerobically by the CO 2 atmosphere (Bülow, L. et al., Molecular Plant-Microbe Interactions (1999), 182-188). The same effect is also achieved by introducing technical nitrogen. Another example is the induction of "pathogenesis related protein" promoters such as L-phenylalanine, ammonium lyase, chalcon synthase or "hydroxyproline rieh glycoprotein" promoters by ethylene (Ecker, JR and Davis, RW, Proc. Natl Acad. Sci. USA 84: 5202-5206 (1987).
Zu den induzierbaren, für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Promotoren zählen auch Promotoren, die durch Ver- nebelung eines Induktors induzierbar sind. Für eine Vernebe- lung geeignete lösliche Induktoren sowie Bedingungen zur möglichst effizienten Vernebelung sind dem Fachmann ebenfalls bekannt. Es wird auf ein chimäres Transkriptions-Induktions- system verwiesen, das durch den löslichen Induktor Dexametha- son induziert wird (Plant J. 11 (1997) 605-612; Kunkel et al . , Nature Biotechnol. 17(1999), 916-918). Der Incwl-Promoter von Mais wird durch die Zugabe von Sucrose oder D-Glucose aktiviert (Chen, W.H. et al . , Proc. Natl. Acad. Sei. USA 96 (1999), 10512-10517). Viele "Pathogenesis related protein"- Promotoren werden durch Salicylsäure aktiviert (Gaffney et al., Science 261 (1993), 754-756. Ein flüchtiger Induktor ist Methylsalicylat, das in der aufnehmenden Pflanze zu Salicylat umgewandelt wird, was induzierend wirkt (Shulaev, V. et al . , Nature 385 (1997), 718-721). Die Vernebelung von Lösungen, z.B. von Promotor-induzierenden (Bio-) Chemikalien, bietet den Vorteil der technisch einfachen und gleichmäßigen Verteilung der induzierenden Substanz um das zu induzierende Gewebe herum und in das Gewebe hinein. Vorzugsweise wird durch aktive Umwälzung der Gasphase eine schnelle Einstellung der gleichmäßigen Verteilung gefördert. Zudem wird dadurch ein einfacher und effizienter Ausgleich von entstehenden Konzentrationsunterschieden erreicht, so dass kontrollierte Prozeßbedingungen gewährleistet werden können. Für die Vernebelung kann z.B. auch die Agrochemikalie RH5992 (Tebufenozide, Rohm & Haas, Croyden, UK) verwendet werden, wobei RH5992 über ein chimäres Transkriptionsaktivatorprotein als Induktor für den zu induzierenden Promotor fungiert (Gatz und Lenk, Trends in Plant Science 3 (1998) , 352-358) . Der Promotor wird spezifisch durch RH5992 angeschaltet und ist ohne Vorhandensein dieser Verbindung inaktiv. Der Induktor-Nebel wird dabei z.B. durch eine kontinuierliche Luftverteilung gleichmäßig an das zu induzierende Gewebe herangespült. Durch Diffusion von der Gewebeoberfläche in die Zellen hinein wird die wirksame Induktion des Promotors erreicht.The inducible promoters suitable for the process according to the invention also include promoters which can be induced by nebulizing an inductor. Soluble inductors suitable for atomization and conditions for the most efficient atomization are also known to the person skilled in the art. Reference is made to a chimeric transcription induction system which is induced by the soluble inducer dexamethasone (Plant J. 11 (1997) 605-612; Kunkel et al., Nature Biotechnol. 17 (1999), 916-918 ). The corn incwl promoter is activated by the addition of sucrose or D-glucose (Chen, WH et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96 (1999), 10512-10517). Many "pathogenesis related protein" promoters are activated by salicylic acid (Gaffney et al., Science 261 (1993), 754-756. A volatile inducer is methyl salicylate, which is converted to salicylate in the receiving plant, which has an inductive effect (Shulaev, V. et al., Nature 385 (1997), 718-721) The nebulization of solutions, for example of promoter-inducing (bio) chemicals, offers the advantage of technically simple and uniform distribution of the inducing substance around and into the tissue to be induced. A rapid adjustment of the uniform distribution is preferably promoted by active circulation of the gas phase. In addition, a simple and efficient compensation of the resulting differences in concentration is achieved, so that controlled process conditions can be guaranteed. For example, the agrochemical RH5992 (Tebufenozide, Rohm & Haas, Croyden, UK) can be used for the nebulization, RH5992 acting as an inducer for the promoter to be induced via a chimeric transcription activator protein (Gatz and Lenk, Trends in Plant Science 3 (1998) , 352-358). The promoter is specifically turned on by RH5992 and is inactive without the presence of this compound. The inductor mist is flushed evenly towards the tissue to be induced, for example by a continuous air distribution. The effective induction of the promoter is achieved by diffusion from the tissue surface into the cells.
Für ein Überströmen geeignete flüchtige Induktoren und durch diese induzierbare Promotoren sind dem Fachmann ebenfalls bekannt. Insbesondere ist Methylsalicylat zu nennen, das in der aufnehmenden Pflanze zu Salicylat umgewandelt wird, welches, wie vorstehend beschrieben, induzierend wirkt (Shulaev, V. et al . , supra) . Ein weiteres Beispiel für einen flüchtigen Induktor ist Ethanol, welches den alcA Promotor aus Aspergil- lus nidulans in transgenem Tabak induziert (Caddick, M.X. et al., Nature Biotechnology 16 (1998), 177-180). Für ein aktives Überströmen wird so vorgegangen, dass der flüssige oder feste (flüchtige) Induktor mit einem geeigneten gasförmigen Trägermedium zur Überführung in die flüchtige, gasförmige Phase überströmt wird und vorzugsweise wird eine aktive Umwälzung der Gasphase durchgeführt, um die gleichmäßige Verteilung des Induktors zu erreichen.Volatile inductors suitable for overflow and promoters inducible by these are likewise known to the person skilled in the art. Particularly worth mentioning is methyl salicylate, which is converted into salicylate in the receiving plant, which, as described above, has an inductive effect (Shulaev, V. et al., Supra). Another example of a volatile inducer is ethanol, which induces the alcA promoter from Aspergillus nidulans in transgenic tobacco (Caddick, M.X. et al., Nature Biotechnology 16 (1998), 177-180). For an active overflow, the procedure is such that the liquid or solid (volatile) inductor is overflowed with a suitable gaseous carrier medium for conversion into the volatile, gaseous phase, and preferably an active circulation of the gas phase is carried out in order to achieve the uniform distribution of the inductor ,
Geeignete physikalisch, z.B. durch thermische Veränderungen wie Hitze- oder Kälteschock, induzierbare Promotoren sind dem Fachmann ebenfalls bekannt. Zu hitzeinduzierbaren Promotoren zählen z.B. HSP81-1 Promotor aus Arabidopsis thaliana (Yabe et al. Plant Cell Physiol . 35 (1994), 1207-1219) Ha hsp 18.6 G2 Promotor aus Sonnenblume (Coca et al . Plant Mol.Biol. 31 (1996) 863-876) ,HSP18.2 Promotor aus Arabidapsis thaliana in transgenem Tabak (Yoshida et al . Appl . Microbiol . Biotechnol. 44 (1995), 466-472), während zu kälteinduzierbaren Promotoren z.B. der C17 Promotor aus Kartoffel (Kirsch et al . Plant. Mol Biol. 33 (1997), 897-909) zählt.Suitable physically inducible promoters, for example by thermal changes such as heat or cold shock, are also known to the person skilled in the art. To heat inducible promoters include, for example, HSP81-1 promoter from Arabidopsis thaliana (Yabe et al. Plant Cell Physiol. 35 (1994), 1207-1219) Ha hsp 18.6 G2 promoter from sunflower (Coca et al. Plant Mol. Biol. 31 (1996) 863- 876), HSP18.2 promoter from Arabidapsis thaliana in transgenic tobacco (Yoshida et al. Appl. Microbiol. Biotechnol. 44 (1995), 466-472), while the C17 promoter from potato (Kirsch et al. Plant Mol Biol. 33 (1997), 897-909) counts.
Somit handelt es sich bei dem für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten induzierbaren Promotor vorzugsweise um einen durch anaerobe Bedingungen, durch eine Chemikalie oder einen physikalisch induzierbaren Promotor, wie den GapC4-Promotor oder den Adhl-Promotor, und die Induktion erfolgt über eine Veränderung der Gasphase derart, dass es sich um einen Sauerstoffentzug handelt; siehe dazu auch die vorstehenden Ausführungen. Besonders bevorzugt in dem erfindungsgemäßen Verfahren ist der anaerob induzierbare GapC4 Promotor (DE 195 47 272) , z.B. in Verbindung mit abgeerntetem transgenem Pflanzengewebe, z.B. transgenen Kartoffelknollen. Die meisten pflanzlichen Promotoren werden unter anaeroben Bedingungen abgeschaltet, während der GapC4 Promotor unter aeroben Bedingungen abgeschaltet ist und durch einfachen Sauerstoffentzug angeschaltet wird (Bülow et al . , supra) . Dies wird z.B. durch die Einleitung von Stickstoff oder Kohlendioxid in den Reaktionsoder Lagerraum erreicht. Innerhalb weniger Stunden wird somit auch in einer intakten Kartoffelknolle ein vollständig anaerobes Milieu erreicht, wodurch die Promotorinduktion und Fre d- proteinexpression erfolgt.Thus, the inducible promoter suitable for the method according to the invention is preferably an anaerobic condition, a chemical or a physically inducible promoter, such as the GapC4 promoter or the Adhl promoter, and the induction takes place via a change in the gas phase in this way that it is an oxygen deprivation; see also the explanations above. The anaerobically inducible GapC4 promoter (DE 195 47 272), e.g. in connection with harvested transgenic plant tissue, e.g. transgenic potato tubers. Most plant promoters are switched off under anaerobic conditions, while the GapC4 promoter is switched off under aerobic conditions and is switched on by simple oxygen deprivation (Bülow et al., Supra). This will e.g. achieved by introducing nitrogen or carbon dioxide into the reaction or storage space. A completely anaerobic environment is thus achieved within a few hours even in an intact potato tuber, as a result of which the promoter induction and Fre d protein expression take place.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die für das Ligandenbindungsdomäne- Reko binase-Fusionsprotein (Rec-LBD) kodierende, unter der Kontrolle eines induzierbaren Promotors stehende DNA-Sequenz (b) nicht stabil in das Wirtsgenom integriert, sondern wird erst zum gewünschten Zeitpunkt durch ein sich systemisch ver¬ breitendes Virus eingeschleust, z.B. im Fall von Pflanzen, über TMV oder TMV-basierende Vektoren. Diese Vorgehensweise eignet sich besonders gut für die Nach-Ernte-Produktion eines gewünschten Proteins.In a further preferred embodiment of the method according to the invention, the DNA sequence (b) which codes for the ligand binding domain recombinase fusion protein (Rec-LBD) and is under the control of an inducible promoter is not stably integrated into the host genome, but becomes the desired one time introduced by a systemically ver ¬ wide forming virus, for example, in the case of plants, based on TMV TMV or vectors. This approach is particularly suitable for the post-harvest production of a desired protein.
Das Rec-LBD-Gen kann auch induziert im Kern des Wirts, z.B. der transgenen Pflanzenzelle, exprimiert werden. Dabei wird das Rec-LBD-Protein mit einem N-terminalen Transitpeptid (verantwortlich für Piastiden- bzw. Mitochondrientransport)_ fusioniert. Das nach Induktion translatierte Protein wird demzufolge in die Piastiden bzw. die Mitochondrien transportiert. Die Rekombinationssequenzen werden zusammen mit der später zu eliminierenden DNA-Sequenz durch direkte Piastiden- oder Mito- chondrien-Transformation in das Piastiden bzw. Mitochon- drien-Genom eingeführt (z.B. Svab et al . , Proc .Natl .Acad. Sei. USA 87 (1990), 8526-8530; Carrer et al . , Mol . Gen.Genet . 241 (1993), 49-56; Sidorov et al . , Plant J. 19 (1999), 209-216). Nach Promotor-Induktion und Zugabe des Liganden erfolgt somit in den transformierten Piastiden bzw. Mitochondrien eine Rekombination und die zwischen den Rekombinationssequenzen befindliche DNA-Sequenz wird eliminiert. Dieses Verfahren eignet sich z.B. für die Herstellung von Proteinen mit medizinischer Wirkung, z.B. auf Herz, Kreislauf, Organfunktionen, mit Angio- genese-Induktionswirkung oder mit Hormonwirkung. Auch können Fremdsubstanzen, wie Polyhydroxyalkanoate, Polyhydroxybutyrate oder Somatotropin hergestellt werden (Poirier, Current Opinion in Biotechnology 10, (1999), 181-185; Nawrath et al . , Proc.Natl.Aca. Sei. USA 91, (1994), 12760-12764; Staub et al., Nature Biotechnology 18, (2000), 333-338). Insbesondere eignet sich vorstehendes Verfahren für die Nach-Ernte-Produktion in transformierten Piastiden oder Mitochondrien. Dabei werden z.B.- zwischen dem in Piastiden bzw. Mitochondrien aktiven Promotor und das zu exprimierende Gen eine von den zwei Rekombinations-DNA-Sequenzen flankierte Transkriptions- oder Translations-Stop-DNA-Sequenz integriert und das gesamte Kon- strukt in die Piastiden bzw. Mitochondrien transformiert.The Rec-LBD gene can also be induced in the core of the host, e.g. of the transgenic plant cell. The Rec-LBD protein is fused with an N-terminal transit peptide (responsible for plastid or mitochondrial transport). The protein translated after induction is consequently transported into the plastids or mitochondria. The recombination sequences together with the DNA sequence to be eliminated later are introduced into the plastid or mitochondrial genome by direct plastid or mitochondrial transformation (for example Svab et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87) (1990), 8526-8530; Carrer et al., Mol. Gen. Genet. 241 (1993), 49-56; Sidorov et al., Plant J. 19 (1999), 209-216). After promoter induction and addition of the ligand, a recombination takes place in the transformed plastids or mitochondria and the DNA sequence located between the recombination sequences is eliminated. This method is suitable e.g. for the production of proteins with medicinal effects, e.g. on the heart, circulation, organ functions, with angiogenesis induction or with hormone effects. Foreign substances such as polyhydroxyalkanoates, polyhydroxybutyrates or somatotropin can also be prepared (Poirier, Current Opinion in Biotechnology 10, (1999), 181-185; Nawrath et al., Proc.Natl.Aca. Sei. USA 91, (1994), 12760 -12764; Staub et al., Nature Biotechnology 18, (2000), 333-338). The above method is particularly suitable for post-harvest production in transformed plastids or mitochondria. For example, a transcription or translation stop DNA sequence flanked by the two recombination DNA sequences is integrated between the promoter active in plastids or mitochondria and the gene to be expressed and the entire construct is integrated into the plastids or Mitochondria transformed.
Somit ist in einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens das Ligandenbindungsdomäne-Rekombinase- Fusionsprotein (Rec-LBD) N-terminal mit einem Transitpeptid für plastidären oder mitochondrialen Eintransport fusioniert und die dafür kodierende DNA-Sequenz in das Kerngenom integriert, und das Gen, dessen Expression über Rec-LBD gesteuert werden soll, in das Piastiden- oder Mitochondriengenom integriert, wobei zwischen dem Promotor für dieses Gen und dem Gen selbst eine von zwei Rekombinations-DNA-Sequenzen flankierte Transkriptionsstopsequenz eingebaut ist. Beispiele für diese Transitpeptide kodierenden DNAs sind die DNA für das Transitpeptid der kleinen Untereinheit der Ribulose-Biphosphat-Car- boxylase (für plastidäre Lokalisation) (Anderson and Smith, Biochemical Journal 2_40 (1986), 709-715), die DNA für die Flb Untereinheit der ATP-Synthase von Nicotiana plumbaginifolia fusioniert mit Mais T-urf 13 Protein (Chaumont et al . , Proc. atl.Acad. Sei. USA 92 (1995), 1167-1171) und die DNA für die mitochondriale Tryptophanyl-tRNA-Synthetase aus Hefe fusioniert mit GUS (Schmitz and Londsdale, Plant Cell 1 (1989), 783-791) .Thus, in a further embodiment of the method according to the invention, the ligand binding domain recombinase fusion protein (Rec-LBD) is N-terminal with a transit peptide fused for plastid or mitochondrial delivery and the coding DNA sequence integrated into the nuclear genome, and the gene, whose expression is to be controlled via Rec-LBD, integrated into the plastid or mitochondrial genome, whereby between the promoter for this gene and the gene even a transcription stop sequence flanked by two recombination DNA sequences is incorporated. Examples of these DNA encoding transit peptides are the DNA for the transit peptide of the small subunit of ribulose bisphosphate carboxylase (for plastid localization) (Anderson and Smith, Biochemical Journal 2_40 (1986), 709-715), the DNA for the Flb Subunit of ATP synthase from Nicotiana plumbaginifolia fused with maize T-urf 13 protein (Chaumont et al., Proc. Atl.Acad. Sci. USA 92 (1995), 1167-1171) and the DNA for the mitochondrial tryptophanyl-tRNA- Yeast synthetase fused with GUS (Schmitz and Londsdale, Plant Cell 1 (1989), 783-791).
Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Vektor, der (a) eine zu eliminierende, 5' und 3' von Rekombinations-DNA-Sequenzen flankierte DNA-Sequenz und (b) eine diese Rekombinations-DNA-Sequenzen erkennende Ligandenbindungsdomäne-Rekombi- nase-Fusionsprotein (Rec-LBD) kodierende, unter der Kontrolle eines induzierbaren Promotors stehende DNA-Sequenz gemäß der vorstehenden Beschreibung enthält. Bezüglich geeigneter Vektoren verweisen wir auf die vorstehenden Ausführungen.The present invention also relates to a vector which comprises (a) a DNA sequence to be eliminated, 5 'and 3' flanked by recombination DNA sequences, and (b) a ligand-binding domain-recombinase fusion protein which recognizes these recombination DNA sequences (Rec-LBD) encoding DNA sequence under the control of an inducible promoter as described above. With regard to suitable vectors, we refer to the above explanations.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung auch einen Wirtsorganismus, der gemäß Schritt (I) des erfindungsgemäßen Verfahrens transformiert wurde, oder den erfindungsgemäßen Vektor enthält. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Wirtsorganismus um einen Wirtsorganismus, der außerdem auch gemäß Schritt (II) des erfindungsgemäßen Verfahrens behandelt wurde. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Wirtsorganismus um eine transgene Pflanze, wobei der Ausdruck "transgene Pflanze" auch einzelne Pflanzenteile oder Pflanzenorgane umfaßt. Dazu zählen z.B. auch Samen, Früchte, Knollen, Wurzelstöcke, Sämlinge und Stecklinge. Besonders bevorzugt sind die folgenden transgenen Pflanzen: Weizen, Gerste, Mais, Reis, Zuckerrübe, Zuckerrohr, Kartoffel, Brassicaceen, Leguminosen, Tabak, Moose, Algen und Pilze.Finally, the present invention also relates to a host organism which was transformed according to step (I) of the method according to the invention or which contains the vector according to the invention. The host organism is preferably a host organism which was also treated in accordance with step (II) of the process according to the invention. The host organism is preferably a transgenic plant, the term "transgenic plant" also comprising individual parts of plants or plant organs. This also includes seeds, fruits, tubers, rhizomes, seedlings and cuttings. The following transgenic plants are particularly preferred: wheat, barley, maize, rice, sugar beet, sugar cane, potato, brassicaceae, legumes, tobacco, moss, algae and fungi.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.The following examples illustrate the invention.
Beispiel 1: Induzierbar rekombinat ionsges t-euert e Nach-Ernte-Produktion eines sc-Fv-Antikörpers unter der Kontrolle eines starken PromotorsExample 1: Inducibly recombinant controlled post-harvest production of an sc-Fv antibody under the control of a strong promoter
Die in Artsaenko et al . (Molecular Breeding 4 (1998), 313-319) beschriebene cDNA, die für einen im endoplasmatischen Retiku- lum lokalisierten scFv(ox) -Antikörper mit KDΞL-ER-Targetting-Sequenz codiert, wurde mittels einer Lin- ker-Ligation, am 5 ' -Ende mit CAT GCC ATG GCA TG [5' phosphoryliertes Oligonukleotid], am 3 ' -Ende mit GCT CTA GAG C [5' phosphoryliertes Oligonukleotid]) derart modifiziert, dass sie am 5 '-Ende eine Ncol-Restriktionsschnittstelle und am 3 ' -Ende eine Xbal-Restriktionsschnittstelle aufwies. Nach Verdau des Plasmids pRTlOO (Töpfer et al . , Nucleic Acids Research 15 (1987), 5890) mit Ncol und Xbal wurde das scFv-codierende DNA- Fragment in diesen Expressionsvektor inseriert. Es wurde das Plasmid pRTl00/scFv(ox) E erhalten.The artsaenko et al. (Molecular Breeding 4 (1998), 313-319) described cDNA, which codes for a scFv (ox) antibody localized in the endoplasmic reticulum with KDΞL-ER targeting sequence, was by means of a linker ligation, on 5 'end with CAT GCC ATG GCA TG [5' phosphorylated oligonucleotide], at the 3 'end with GCT CTA GAG C [5' phosphorylated oligonucleotide]) modified such that they have an Ncol restriction site at the 5 'end and at 3 'end had an Xbal restriction site. After digesting the plasmid pRTlOO (Töpfer et al., Nucleic Acids Research 15 (1987), 5890) with Ncol and Xbal, the scFv-coding DNA fragment was inserted into this expression vector. The plasmid pRTl00 / scFv (ox) E was obtained.
In die Ncol-Restriktionsschnittstelle von pRT100/scFv(ox) wurde eine synthetische Nukleinsäure inseriert, die zwei FRT-Rekombinationssequenzen (Buchholz et al . , Nucleic Acids Research 21 (1996), 3118-3119) enthielt. Es wurde das Plasmid pRTl00/FRT-scFv(ox) erhalten.A synthetic nucleic acid was inserted into the Ncol restriction site of pRT100 / scFv (ox), which contained two FRT recombination sequences (Buchholz et al., Nucleic Acids Research 21 (1996), 3118-3119). The plasmid pRTl00 / FRT-scFv (ox) was obtained.
Der anaerob induzierbare GapC4 Promotor aus DE 195 47 272 wurde mittels einer PCR-Peaktion so modifiziert, dass er am 5 '-Ende eine Hindlll-Restriktionsschnittstelle und am 3 '-Ende eine Ncol-Restriktionschnittsteile erhielt, Für die PCR-Reaktion wurde folgendes Primerpaar verwendet:The anaerobically inducible GapC4 promoter from DE 195 47 272 was modified by means of a PCR reaction in such a way that it received a HindIII restriction site at the 5 'end and an Ncol restriction site at the 3' end. The following primer pair was used for the PCR reaction used:
HincII-pGapC4 Primer: 5 ' -CAT GTC AAC ACA TAA GGA AGA AGAHincII-pGapC4 Primer: 5 '-CAT GTC AAC ACA TAA GGA AGA AGA
GGT AGA AAG-3' pGapC4-Ncol Primer : 5' -CAT GCC ATG GAT CGA TGA CGG GGT TGG CGA GTG TG-3 'GGT AGA AAG-3 ' pGapC4-Ncol Primer: 5 '-CAT GCC ATG GAT CGA TGA CGG GGT TGG CGA GTG TG-3'
Aus dem Plasmid pRTlOO wurde der CaMV 35S-Promotor mittels Restriktionsverdau mit Hindlll und Ncol entfernt. Statt dessen wurde das oben beschriebene Nukleinsäurefragment mit dem GapC4 Promotor einligiert. Es wurde das Plasmid pRTlOOGap erhalten. Die für das FLP-Rekombinase-LBD-Fusionsprotein kodierende cDNA (WO 95/00555) wurde als PCR-adaptiertes Ncol-Xbal-Fragment in die Ncol-Schnittstelle von pRTlOOGap in der Sense-Orientierung einkloniert. Für die PCR-Reaktion wurde folgendes Primerpaar verwendet :The CaMV 35S promoter was removed from the plasmid pRTlOO by means of restriction digestion with HindIII and Ncol. Instead, the nucleic acid fragment described above was ligated in with the GapC4 promoter. The plasmid pRT10OGap was obtained. The cDNA coding for the FLP recombinase-LBD fusion protein (WO 95/00555) was cloned as a PCR-adapted Ncol-Xbal fragment into the Ncol site of pRT10OGap in the sense orientation. The following primer pair was used for the PCR reaction:
NcoI-FLP-LBD Primer: 5' -CAT GCC ATG CCA CAA TTT GAT ATA TTA TGT AAA AC-3 'NcoI-FLP-LBD Primer: 5 '-CAT GCC ATG CCA CAA TTT GAT ATA TTA TGT AAA AC-3'
FLP-LBD-Xbal Primer: 5'-GCT CTA GAT CAG ACT GTG GCA GGG AAA CCC TC-3'FLP-LBD-Xbal Primer: 5'-GCT CTA GAT CAG ACT GTG GCA GGG AAA CCC TC-3 '
Es wurde das Plasmid pRTlOOGap/FLP erhalten. Nach Spaltung mit Hindlll wurde die Expressionskassette für das Rec-LBD-Protein isoliert. Dieses Hindlll-Fragment wurde nach Auffüllen "blunt end" in Anti-Orientierung bezüglich des CaMV 35S-Promotors und des scFv(ox) -Gens zwischen die beiden FRT-Rekombinations- sequenzen des Plasmids pRT100/FRT-scFv(ox) inseriert. Es wurde das Plasmid pRTl00/FLP-Gap/scFv(ox) erhalten. Aus diesem wurde das gesamte Konstrukt durch Restriktionsverdau mit Hindlll isoliert und in den binären Vektor pSR 8-30 inseriert (Düring et al., Plant Journal 3 (1993), 587-598; Porsch et al . , Plant Molecular Biology 37 (1998), 581-585). Es wurde der Expressionsvektor pSR 8-30/FLP-Gap/scFv(ox) erhalten, dessen Struktur schematisch in Figur 1A dargestellt ist.The plasmid pRT10OGap / FLP was obtained. After cleavage with HindIII, the expression cassette for the Rec-LBD protein was isolated. After filling in, this HindIII fragment was inserted "blunt end" in anti-orientation with respect to the CaMV 35S promoter and the scFv (ox) gene between the two FRT recombination sequences of the plasmid pRT100 / FRT-scFv (ox). The plasmid pRTl00 / FLP-Gap / scFv (ox) was obtained. From this the entire construct was isolated by restriction digestion with HindIII and inserted into the binary vector pSR 8-30 (Düring et al., Plant Journal 3 (1993), 587-598; Porsch et al., Plant Molecular Biology 37 (1998) , 581-585). The expression vector pSR 8-30 / FLP-Gap / scFv (ox) was obtained, the structure of which is shown schematically in FIG. 1A.
Der Expressionsvektor pSP 8-30/FLP-Gap/scFv(ox) wurde zur Transformation von E.coli S17-1 verwendet. Transformanten wurden mit Agrobacterium GV 3101 gemischt und über Nacht bei 28°C inkubiert. (Koncz und Schell, Molecular and General Gene- tics 204 (1986), 383-396; Koncz. et al . , Proc. Natl. Acad. Sei. USA 94 (1987), 131-135). Es wurde auf Carbenicillin se- lektioniert, wobei das hierfür notwendige bla-Gen in den vorstehenden Expressionsvektoren vorlag. Selektionsklone von Agrobacterium tumefaciens wurden auf abgeschnittenen und mehrfach an der Mittelrippe eingeritzten Blättern der Kartoffelpflanze cv. Desiree aufgebracht und die Blätter wurden 2 Tage bei 20°C im Dunkeln inkubiert. Danach wurden die Agrobakterien abgewaschen und den Kartoffelblättern Pflanzenwuchsstoffe zugesetzt, so dass bevorzugt Sprosse regenerierten. Ferner wurden durch die Zugabe von Kanamycin in das Pflanzenmedium nicht-transformierte Zellen in den Kartoffelblättern abgetötet. Heranwachsende Sprosse wurden abgeschnitten und auf dem Medium ohne Pflanzenwachstumsstoffe, aber mit Kanamycin (100 mg/I) , bewurzelt. Die weitere Kultivierung der Kartoffelpflanzen erfolgte in üblicher Weise. Zur Induktion der Rekombinase wurde abgeschnittenes Blattmaterial oder intaktes oder geschnittenes Knollenmaterial mittels des Anerocult-Systerns (Fa. Merck, Darmstadt, Deutschland) wie bei Bülow et al . (Molecular Plant-Microbe Interactions 12 (1999), 182-188) beschrieben induziert. Nach 40 Stunden wurde das Pflanzenmaterial mit einer Lösung von 10-6 M Östradiol besprüht und für weitere 2 Tage kultiviert. Danach wurde das Pflanzenmaterial gemörsert. Der Nachweis des exprimierten scFv-Antikörpers wurde über den enthaltenen c-myc "Tag" mittels des monoklo- nalen Antikörpers 9ElO-IgG (Cambridge Research Chemicals, Northwich, Cheshire, UK) oder Protein L (Clontech, Palo Alto, CA., USA) im Western Blot bzw. ELISA erbracht. Hierzu wurde das Gesamtprotein des Kartoffelmaterials isoliert und in die entsprechenden Nachweisverfahren eingesetzt. Als expressionspositiv ermittelte transgene Kartoffelpflanzen wurden im Gewächshaus im Topf oder im Erdbeet oder im Freiland unter üblichen gartenbaulichen bzw. landwirtschaftlichen Bedingungen angebaut. Die Knollen wurden nach üblicher Handhabung geerntet und gelagert .The expression vector pSP 8-30 / FLP-Gap / scFv (ox) was used to transform E. coli S17-1. Transformants were mixed with Agrobacterium GV 3101 and incubated at 28 ° C overnight. (Koncz and Schell, Molecular and General Genetics 204 (1986), 383-396; Koncz. Et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 94 (1987), 131-135). It was carbenicillin- lesson, the bla gene required for this was present in the above expression vectors. Selection clones of Agrobacterium tumefaciens were cut from leaves of the potato plant cv and cut several times on the middle rib. Desiree applied and the leaves were incubated for 2 days at 20 ° C in the dark. The agrobacteria were then washed off and plant growth substances were added to the potato leaves, so that shoots regenerated preferentially. Furthermore, by adding kanamycin to the plant medium, non-transformed cells in the potato leaves were killed. Growing shoots were cut off and rooted on the medium without plant growth substances, but with kanamycin (100 mg / l). The further cultivation of the potato plants was carried out in the usual way. To induce the recombinase, cut leaf material or intact or cut tuber material was carried out using the Anerocult system (Merck, Darmstadt, Germany) as described in Bülow et al. (Molecular Plant-Microbe Interactions 12 (1999), 182-188). After 40 hours, the plant material was sprayed with a solution of 10 -6 M estradiol and cultivated for a further 2 days. The plant material was then mortared. The detection of the expressed scFv antibody was carried out via the c-myc "tag" contained using the monoclonal antibody 9E10-IgG (Cambridge Research Chemicals, Northwich, Cheshire, UK) or Protein L (Clontech, Palo Alto, CA., USA ) in a Western blot or ELISA. For this purpose, the total protein of the potato material was isolated and used in the corresponding detection methods. Transgenic potato plants found to be expression-positive were grown in the greenhouse in a pot or in a straw bed or in the open under normal horticultural or agricultural conditions. The tubers were harvested and stored after normal handling.
Für die Nach-Ernte-Produktion des scFv-Antikörpers wurden die Knollen in einen Reaktionsbehälter aus Stahl oder Kunststoff verbracht, der unten ein Gaszufuhrventil und oben ein Gasabführventil aufweist. Die Raumluft im Behälter wurde schnell durch Zufuhr von technischem Stickstoff oder Kohlendioxid verdrängt, Unter langsamem Luftstrom (1 m3 Gaszufuhr pro Stunde pro m2 Grundfläche) wurde eine konstante Zusammensetzung der Gasphase im Reaktionsbehälter eingestellt. Nach 40 Stunden wurde das Pflanzenmaterial mit einer Lösung von 10"6 M Öst- radiol besprüht und für weitere 2 Tage kultiviert. Die Knollen wurden danach aus dem Reaktionsbehälter entnommen, homogenisiert, der Festanteil wurde abzentrifugiert und der wäßrige Überstand der chromatographischen Aufreinigung des scFv-Antikörpers zugeführt. Im Gegensatz zu dem induzierten konnte in nicht-induziertem Blatt- oder Knollengewebe kein scFv(ox) nachgewiesen werden.For the post-harvest production of the scFv antibody, the tubers were placed in a reaction container made of steel or plastic, which has a gas supply valve at the bottom and a gas discharge valve at the top. The room air in the tank became quick displaced by the supply of technical nitrogen or carbon dioxide. A constant composition of the gas phase in the reaction vessel was set under slow air flow (1 m 3 gas supply per hour per m 2 base area). After 40 hours, the plant material was sprayed with a solution of 10 "6 M eastern Radiol and cultured for further 2 days. The tubers were then removed from the reaction container, homogenized, the solids content was centrifuged off and the aqueous supernatant of the chromatographic purification of the scFv In contrast to the induced, no scFv (ox) could be detected in non-induced leaf or tuber tissue.
Beispiel 2: Induzierbare Markergen-Entfernung durch Anwendung des erfindungsgemäßen VerfahrensExample 2: Inducible marker gene removal by using the method according to the invention
Durch partiellen Verdau des Plasmids pRTlOOGap wurde die stromaufwärts des GapC4-Promotors gelegene Hindlll-Restrik- tionsschnittstelle geöffnet. In diese Schnittstelle wurde eine synthetische Nukleinsäure inseriert, die eine FRT-Rekombina- tionssequenz (Buchholz et al . , supra) enthielt und am 5 ' -Ende die Hindlll-Schnittstelle rekonstituierte. Mit einem weiteren partiellen HindiII-Verdau wurde die stromabwärts des Terminators gelegene Hindlll-Schnittstelle geöffnet und eine weitere synthetische Nukleinsäure inseriert, die eine FRT-Rekombina- tionssequenz enthielt und am 3 ' -Ende die Hindlll-Schnittstelle rekonstituierte. Es wurde das Plasmid pRTlOOGapFRT erhalten.The HindIII restriction site located upstream of the GapC4 promoter was opened by partial digestion of the plasmid pRT10OGap. A synthetic nucleic acid was inserted into this interface, which contained an FRT recombination sequence (Buchholz et al., Supra) and which reconstituted the HindIII interface at the 5 'end. With a further partial HindIII digestion, the HindIII interface located downstream of the terminator was opened and a further synthetic nucleic acid was inserted which contained an FRT recombination sequence and which reconstituted the HindIII interface at the 3 ′ end. The plasmid pRTlOOGapFRT was obtained.
Die für das FLP-Rekombinase-LBD-Fusionsprotein kodierende cDNA (WO 95/00555) wurde als PCR-adaptiertes Ncol-Xbal-Fragment In die Ncol-Schnittstelle von pRTlOOGapFRT in der Sense-Orientierung einkloniert. Für die PCR-Reaktion wurde folgendes Primerpaar verwendet :The cDNA coding for the FLP recombinase-LBD fusion protein (WO 95/00555) was cloned as a PCR-adapted Ncol-Xbal fragment into the Ncol site of pRTlOOGapFRT in the sense orientation. The following primer pair was used for the PCR reaction:
NcoI-FLP-LBD Primer: 5 ' -CAT GCC ATG CCA CAA TTT GAT ATANcoI-FLP-LBD Primer: 5 '-CAT GCC ATG CCA CAA TTT GAT ATA
TTA TGT AAA AC-3 ' FLP-LBD-Xbal Primer: 5 ' -GCT CTA GAT CAG ACT GTG GCA GGGTTA TGT AAA AC-3 'FLP-LBD-Xbal Primer: 5' -GCT CTA GAT CAG ACT GTG GCA GGG
AAA CCC TC-3' Es wurde das Plasmid pRTlOOGapFRT/FLP erhalten. Aus dem Plasmid pLH9000 (Hausmann und Töpfer, Vorträge Pflanzenzüchtung 45 (1999) , 155-172) wurde die Expressionskassette für das selektierbare nptII-Markergen, enthaltend den CaMV 35S-Promotor und Terminator (Odell et al . , Nature 313 (1995), 810-812) sowie dazwischen das Neomycinphosphotransferase Il-Gen (nptll) (Beck et al., Gene 19 (1982), 327-336) als Xbal/Sfil-Fragment durch Restriktionsverdau mit Xbal und Sfil isoliert. Diese Expressionskassette wurde in Sense-Orientierung in die geöffnete Xbal-Schnittstelle des Plasmids pRTlOOGapFRT/FLP inseriert, indem nach erfolgtem ersten "sticky end"-Ligationsschritt überhängende Enden aufgefüllt wurden und dann eine "blunt end"-Ligation als zweiter Schritt erfolgte. Es wurde das Plasmid pRTlOOGapFRT/FLP-NPT erhalten. Aus diesem wurde das gesamte Konstrukt durch Restriktionsverdau mit Hindlll isoliert und in den binären Vektor pSR 8-30 inseriert. Es wurde der Expressionsvektor pSR 8-30/Gap-FLP-NPT erhalten, dessen Struktur schematisch in Figur 1B dargestellt ist.AAA CCC TC-3 ' The plasmid pRTlOOGapFRT / FLP was obtained. The expression cassette for the selectable nptII marker gene, containing the CaMV 35S promoter and terminator (Odell et al., Nature 313 (1995), was converted from the plasmid pLH9000 (Hausmann and Töpfer, lectures Plant Breeding 45 (1999), 155-172). 810-812) and in between the neomycin phosphotransferase II gene (nptll) (Beck et al., Gene 19 (1982), 327-336) as Xbal / Sfil fragment by restriction digestion with Xbal and Sfil. This expression cassette was inserted in the sense orientation into the opened Xbal site of the plasmid pRTlOOGapFRT / FLP by filling in overhanging ends after the first "sticky end" ligation step and then performing a "blunt end" ligation as the second step. The plasmid pRTlOOGapFRT / FLP-NPT was obtained. From this, the entire construct was isolated by restriction digestion with HindIII and inserted into the binary vector pSR 8-30. The expression vector pSR 8-30 / Gap-FLP-NPT was obtained, the structure of which is shown schematically in FIG. 1B.
Die Kartoffeltransformation erfolgte wie unter Beispiel 1 beschrieben. Die anaerobe Induktion der Transkription des Rekombinase-Gens erfolgte in abgeschnittenem Blattmaterial auf MS-Medium ebenfalls analog wie in Beispiel 1 beschrieben. Die Aktivierung der FLP-LBD-Rekombinase erfolgte gleichzeitig durch Zugabe von 10"6 M Östradiol in das Medium. Die Induktion erfolgte über einen Zeitraum von einer Woche. Nach Abschluß der Induktion wurde das Blattmaterial kleingeschnitten und auf Sproßinduktionsmedium ausgelegt. Regenerierte Sprosse wurden ohne Selektion bewurzelt. Es wurden 100 Sprosse regeneriert, die mittels Southern-Hybridisierung mit der nptll Gen-Sonde auf Eliminierung des nptll-Gens analysiert wurden.The potato transformation was carried out as described in Example 1. The anaerobic induction of the transcription of the recombinase gene was also carried out in cut sheet material on MS medium analogously to that described in Example 1. The activation of the FLP-LBD recombinase was carried out simultaneously by addition of 10 "6 M estradiol in the medium. Induction was carried out over a period of one week. After the induction, the sheet material was cut into small pieces and designed to shoot induction medium. Regenerated shoots were without selection 100 shoots were regenerated, which were analyzed by Southern hybridization with the nptll gene probe for elimination of the nptll gene.
nptll Gen-Sonde: 5 ' -ACAACAGACAATCGGCTGCnptll gene probe: 5 '-ACAACAGACAATCGGCTGC
3 ' -TCAAGAAGGCGATAGAAGGC3 '-TCAAGAAGGCGATAGAAGGC
Es zeigte sich, dass in einer großen Anzahl der regenerierten Sprosse das nptll-Gen nicht mehr enthalten war. It was found that the nptll gene was no longer present in a large number of the regenerated shoots.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur gesteuerten Eliminierung einer gewünschten DNA-Sequenz in einem Wirtsorganismus, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (I) der Wirtsorganismus mit1. A method for the controlled elimination of a desired DNA sequence in a host organism, characterized in that in step (I) the host organism with
(a) der später zu eliminierenden, 5' und 3' von Rekombinations-DNA-Sequenzen flankierten DNA-Sequenz und(a) the DNA sequence to be eliminated later, 5 'and 3' flanked by recombination DNA sequences and
(b) einer diese Rekombinations-DNA-Sequenzen erkennenden Ligandenbindungsdomäne-Rekombinase-Fusionsprotein (Rec-LBD) kodierenden, unter der Kontrolle eines induzierbaren Promotors stehenden DNA-Sequenz unter Bedingungen transformiert wird, unter denen der induzierbare Promotor reprimiert wird, wobei der spezifisch an Rec-LBD bindende Ligand abwesend ist; und in Schritt (II) die Eliminierung der zu eliminierenden DNA-Sequenz über die Expression von Rec-LBD durch Aktivierung des induzierbaren Promotors und die Aktivierung von Rec-LBD durch Zugabe des spezifisch an Rec-LBD bindenden Liganden zu dem gewünschten Zeitpunkt erfolgt.(b) a ligand-binding-domain-recombinase-fusion protein (Rec-LBD) encoding these recombinant DNA sequences, which is under the control of an inducible promoter, is transformed under conditions under which the inducible promoter is repressed, the specific being Rec-LBD binding ligand is absent; and in step (II) the DNA sequence to be eliminated is eliminated via the expression of Rec-LBD by activating the inducible promoter and the activation of Rec-LBD by adding the ligand which specifically binds to Rec-LBD at the desired point in time.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zu eliminierende DNA-Sequenz zwischen einem Promotor und einem Gen liegt und die Transkription und/oder Translation des Gens verhindert .2. The method according to claim 1, wherein the DNA sequence to be eliminated lies between a promoter and a gene and prevents the transcription and / or translation of the gene.
3. Verfahren nach Anspruch 2 , wobei das Gen für ein für die "Zelle toxisches Protein oder Peptid kodiert.3. The method of claim 2, wherein the gene encodes a "cell toxic protein or peptide.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das für die Zelle toxische Protein oder Peptid eine RNAse ist.4. The method of claim 3, wherein the cell-toxic protein or peptide is an RNAse.
5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das für die Zelle toxische Protein oder Peptid ein membranstörendes Protein oder Peptid ist. 5. The method of claim 3, wherein the cell-toxic protein or peptide is a membrane-disrupting protein or peptide.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das membranstörende Protein oder Peptid Mellittin, Magainin, Cecropin, Atta- cin oder Lysozym ist.6. The method according to claim 5, wherein the membrane-disrupting protein or peptide is mellittin, magainin, cecropin, attacine or lysozyme.
7. Verfahren nach Anspruch 2 , wobei das Gen für ein das Wachstum des Wirtsorganismus physiologisch hinderndes Protein oder Peptid kodiert.7. The method according to claim 2, wherein the gene codes for a growth of the host organism physiologically inhibiting protein or peptide.
8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zu eliminierende DNA-Sequenz ein selektierbares Markergen ist.8. The method according to claim 1, wherein the DNA sequence to be eliminated is a selectable marker gene.
9. Verfahren nach Anspruch 8,' wobei das selektierbare Markergen für ein ein Antibiotikum inaktivierendes Protein kodiert .9. The method of claim 8, 'wherein the selectable marker gene for an antibiotic inactivating protein.
10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das selektierbare Markergen für ein "Green Fluorescent Protein" kodiert.10. The method according to claim 8, wherein the selectable marker gene codes for a "green fluorescent protein".
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der induzierbare Promotor ein anaerob, durch eine Chemikalie oder physikalisch induzierbarer Promotor ist.11. The method according to any one of claims 1 to 10, wherein the inducible promoter is an anaerobic, by a chemical or physically inducible promoter.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der anaerob induzierbare Promotor der GapC4 Promotor ist.12. The method of claim 11, wherein the anaerobically inducible promoter is the GapC4 promoter.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die die Rekombinations-DNA-Sequenzen erkennende Ligandenbin- dungsdo äne-Rekombinase-Fusionsprotein (Rec-LBD) kodierende, unter der Kontrolle eines induzierbaren Promotors13. The method according to any one of claims 1 to 12, wherein the ligand-binding domain-recombinase-fusion protein (Rec-LBD) coding the recombinant DNA sequences, under the control of an inducible promoter
"stehende DNA-Sequenz (b) nicht stabil in das Wirtsgenom integriert ist, sondern erst zum gewünschten Zeitpunkt durch ein sich systemisch verbreitendes Virus eingeschleust wird. " standing DNA sequence (b) is not stably integrated into the host genome, but is only introduced at the desired time by a systemically spreading virus.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Ligandenbindungsdomäne-Rekombinase-Fusionsprotein (Rec- LBD) N-terminal mit einem Transitpeptid für plastidären oder mitochondrialen Transport fusioniert ist, die dafür kodierende DNA-Sequenz in das Kerngenom integriert ist und das Gen, dessen Expression über Rec-LBD gesteuert werden soll, in das Plastiden- oder Mitoehondriengenom integriert ist, wobei zwischen dem Promotor für dieses Gen und dem Gen selbst eine von zwei Rekombinations-DNA- Sequenzen flankierte Transkriptionsstopsequenz eingebaut ist .14. The method according to any one of claims 1 to 13, wherein the ligand binding domain recombinase fusion protein (Rec-LBD) is N-terminally fused with a transit peptide for plastid or mitochondrial transport, which is therefor coding DNA sequence is integrated into the nuclear genome and the gene whose expression is to be controlled via Rec-LBD is integrated into the plastid or mitoehondrial genome, one of two recombination DNA between the promoter for this gene and the gene itself Sequences flanked transcription stop sequence is built.
15. Vektor, enthaltend15. Vector containing
(a) eine zu eliminierende, 5' und 3' von Rekombinations- DNA-Sequenzen flankierte DNA-Sequenz und(a) a DNA sequence to be eliminated, 5 'and 3' flanked by recombination DNA sequences and
(b) eine diese Rekombinations-DNA-Sequenzen erkennende Ligandenbindungsdomäne-Rekombinase-Fusionsprotein (Rec-LBD) kodierende, unter der Kontrolle eines induzierbaren Promotors stehende DNA-Sequenz gemäß der Definition nach einem der Ansprüche 1 bis 14.(b) a ligand-binding-domain-recombinase-fusion protein (Rec-LBD) coding for these recombination DNA sequences and coding and under the control of an inducible promoter as defined in any one of claims 1 to 14.
16. Wirtsorganismus, der gemäß Schritt (I) des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 transformiert wurde oder den Vektor nach Anspruch 15 enthält.16. Host organism which was transformed according to step (I) of the method according to one of claims 1 to 14 or contains the vector according to claim 15.
17. Wirtsorganismus nach Anspruch 16, der außerdem gemäß Schritt (II) des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15 behandelt wurde.17. Host organism according to claim 16, which was also treated according to step (II) of the method according to any one of claims 1 to 15.
18. Wirtsorganismus nach Anspruch 16 oder 17, der eine transgene Pflanze ist.18. Host organism according to claim 16 or 17, which is a transgenic plant.
19. Transgene Pflanze nach Anspruch 18, wobei die transgene "Pflanze Weizen, Gerste, Mais, Reis, Zuckerrübe, Zuckerrohr, Kartoffel, eine Brassicacee, eine Leguminose, Tabak, ein Moos, eine Alge oder ein Pilz ist. 19. The transgenic plant of claim 18, wherein the transgenic "plant is wheat, barley, maize, rice, sugar beet, sugar cane, potato, a Brassicacee, a legume, tobacco, a moss, an alga or a fungus.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002012474A3 (en) * 2000-08-03 2002-04-25 Mpb Cologne Gmbh Method of selection in host cells with eliminated dna sequences
WO2009150441A1 (en) * 2008-06-13 2009-12-17 University Of Stavanger Mitochondrial transformation
CN113430210A (en) * 2021-06-09 2021-09-24 吉林大学 Corn side organ boundary protein gene ZmLBD24 and application

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995000555A1 (en) * 1993-06-28 1995-01-05 European Molecular Biology Laboratory (Embl) Regulation of site-specific recombination by site-specific recombinase/nuclear receptor fusion proteins
WO1997022707A1 (en) * 1995-12-19 1997-06-26 Cerff Ruediger An expression system for anaerobic gene expression in higher plants

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19650714A1 (en) * 1996-12-06 1998-06-10 Melchner Harald Von Prof Dr Gene trap construct for the identification and isolation of genes

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995000555A1 (en) * 1993-06-28 1995-01-05 European Molecular Biology Laboratory (Embl) Regulation of site-specific recombination by site-specific recombinase/nuclear receptor fusion proteins
WO1997022707A1 (en) * 1995-12-19 1997-06-26 Cerff Ruediger An expression system for anaerobic gene expression in higher plants

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002012474A3 (en) * 2000-08-03 2002-04-25 Mpb Cologne Gmbh Method of selection in host cells with eliminated dna sequences
WO2009150441A1 (en) * 2008-06-13 2009-12-17 University Of Stavanger Mitochondrial transformation
CN113430210A (en) * 2021-06-09 2021-09-24 吉林大学 Corn side organ boundary protein gene ZmLBD24 and application

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