JPH07503374A - ポリフェノールオキシダーゼ - Google Patents
ポリフェノールオキシダーゼInfo
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- JPH07503374A JPH07503374A JP5514128A JP51412893A JPH07503374A JP H07503374 A JPH07503374 A JP H07503374A JP 5514128 A JP5514128 A JP 5514128A JP 51412893 A JP51412893 A JP 51412893A JP H07503374 A JPH07503374 A JP H07503374A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
ポリフェノールオキシダーゼ
ポリフェノールオキシダーゼ(PPO)は、o2を消費してフェノールがらキノ
ンへの酸化を触媒する、被子植物の遍在性銅金属酵素である。より詳細には、こ
れらの酵素は、モノフェノールの0−ヒドロキシ化とこれに続(0−ジキノンへ
のその酸化(クレゾラーゼ活性[E、C,1,14,18,1コ)、または。−
ジキノンへの0−ジヒドロキンフェノールの酸化(カテコラーゼ活性[E、 C
,1,10゜32コ)を触媒する。PPOはカテコラーゼおよびクレゾラーゼ活
性の両者を有することがあるが、典型的にはクレゾラーゼ活性は、無いが、不安
定であるが、または還元剤もしくは少量の0−ジヒドロキンフェノールによる反
応の開始を必要とする。PPOにより形成されるキノノイド反応生成物は、それ
ら自身との二次反応を受け、または、スルフヒドリル、アミン、アミド、インド
ールおよびイミダゾール置換基のような蛋白の核試薬を包含する種々の細胞内求
核試薬を共有結合により修飾および架橋するよう挙動する、極めて活性の電子性
分子である。キノン付加物(通常、茶色または黒色)の形成は、収穫後の生理機
能および食品加工の面でPPOの主たる有害作用を代表し、そしてこれが食品工
学の面でのPPOに対する興味の主たる理由である[アドヴアンンズ・イン・フ
ード・リサーチ、19巻75頁(1971)を参照されたい]。栽培馬鈴薯一つ
をとっても、PPOによりもたらされる黒化は、馬鈴薯加工における毎年の多大
な損失(皮剥き前の黒化、黒斑、圧迫による傷みおよび黒色芯腐れ)の原因とな
っている。PPOの活性を阻害するため、亜硫酸塩またはアスコルビン酸塩添加
物が、食品、ワインおよび飲物の産業においてしばしば使用されている。逆に、
キノン類が植物蛋白を共有結合により修飾し、その栄養価を低下させる能力は、
植物の草食動物抵抗性を高めるが故にPPOに対する関心を招いてきた[ナチュ
ラリー・才力−リング・ベスト・バイオレギュレーターズ、166−197頁、
ACEブックス、ワシントン(1991)を参照されたい]。
PPOが1895年に最初に記載されて以来の精力的な研究にも拘らず、多数の
生化学的および生理学的研究は、PPOの機能および発現に関する疑問に対する
回答を殆ど提供してこなかった。PPOの機能の理解に対する生たる障害は、キ
ノン付加物の形成に起因する人工的な蛋白種の形成および酵素の不活性化ならび
に単離精製中のPPOの架橋である。即ち、迅速なキノンの形成が非修飾PPO
の単離を極めて困難とし、この問題が、高い植物PPOの数および性質に対する
高い且つ変動する評価を招(重要な因子である。加えて、PPOの無い植物の取
得の困難さが、これらの酵素の機能および発現を理解するための遺伝子学の寄与
をごく小さなものとしている。
1895年にPPOの活性が最初に認識されて以来、PPOの機能に関する様々
な仮説が提起されてきた。提起されたこれらの機能はPPOの酸素還元活性なら
びにフェノール類をキノン類に酸化する能力に関連するものである。PPOは、
色素体の酸素レベルの緩衝化、フェノール類の生合成、傷の治癒、および、草食
動物が食べる気を無くすような植物蛋白の抗栄養的修飾に関与していると提唱さ
れてきた[ナチュラリー・才力−リング・ベスト・バイオレギュレーターズ、1
66−197頁、AOブノクス、ワシントンχ、(1991)を参照されたいコ
。
PPOは多くの器官および組織に存在する。これはしばしば葉、塊茎、貯蔵器、
花部および果実に大量にある。PPOが、高レベルのフェノール性基質と共に発
生の初期段階の塊茎および果実に多量に存在するということは、PPOが、未熟
な果実および貯蔵器官を捕食者に食べられなくさせているという示唆を導く [
リースント・アドヴアンンズ・イン・バイオケミストリー・オブ・フルート・ア
ンド・ヴエジタブルズ、159−180頁、アカデミツク・プレス(1981)
を参照されたい]。PPOは、根の色素体、馬鈴薯の澱粉体、白色体、エチオブ
ラストおよび雑色体、ならびにテンサイの葉から単離される色素体様粒子に検出
されている[イスラエル・/ヤーナル・オブ・ボタニー、12巻74頁(196
4)を参照されたいコ。
殆どの研究は、PPOが、非老化組織の色素体で膜と結合していることを示して
いる〔)、fトケミストリー、26巻1頁(1987)を参照されたい]。PP
Oの活性はしばしば潜在性であって、蛋白分解、洗浄剤、またはCa−“による
活性化を必要とする。この酵素は専ら色素体に存在し、細胞が何らかの方法で破
壊されるまでフェノール類との相互作用を防いでいるということが示唆されてい
る。
即ち、PPOは、細胞小器官が傷つき、老化し、または劣化した時にのみサイト
ツルに放出される[フォトバイオケミストリー・アンド・フォトバイオフィジク
ス、3巻69頁(1981)およびフィンオロノア・プランタールム、72巻6
59頁(1988)を参照されたい]。
PPOは核の遺伝子によりコードされているが[ンヤーナル・オブ・ヘレディテ
ィー、81巻475頁(1990)を参照されたい]、PPOの細胞小器官への
標的化および取り込み、細胞小器官膜へのその挿入ならびに膜内でのこの酵素の
空間配置については殆ど知られていない。
モロコシ属(C4植物)の葉において、PPOは葉肉の細胞にのみ検出され、維
管束鞘の細胞には存在しなかった。チラコイド、グラナの積層およびPSII活
性の分布を考慮すると、この観察は、PPOが光合成活性と機能的に関連してい
る可能性を示唆する。しかしながら、PPOは、根、塊茎、果実等のような多く
の非光合成器官の細胞にも存在する。非光合成色素体またはテントキシンで処理
された色素体においては、PPOは、色素体の包膜に付着しているように見える
小胞中に検出されている。これらの観察、ならびに発生中にしばしば観察される
PPOレベルの著量な変化および潜在性は、PPO発現の調節がかなり複雑であ
り、且つ幾つか、−レベルで行なわれているかも知れないことを示唆するもので
ある。
植物におけるPPOの役割を説明する幾つかの機能が提起されている。チラコイ
ド膜上に存在し02に対するに7が高いことに基づき、PPOが、偽循環的光燐
酸化(NADP“ではなくPPOを最終的電子受容体とするATPの生成)、お
よび色素体の酸素レベルの調節において機能していることが提起された。しかし
ながら、PPOを基礎とする酸素還元サイクルを作動させ得るこのコンパートメ
ントにおける適当なPPOの基質の証拠はない。
これに対し、トリコーム滲出物の重合および昆虫の捕捉におけるPPOの役割は
、比較的良く確立されている[インセクッ・アンド・ザ・プラント・サーフェス
、151−172頁、ニドワード・アーノルド、ロンドン(1986)を参照さ
れたい]。種々のナス科植物において、PPOは主たる蛋白、および腺のトリコ
ームの酸化酵素であって(総トリコーム蛋白の約40−80%)、昆虫の捕捉を
もたらすトリコーム滲出物の02要求性重合、故に昆虫に食べられることへの抵
抗性を司っているようである[PANS、23巻272頁(1977)およびナ
チュラリー・才力−リング・ペスト・バイオレギュレーターズ、166−197
頁、ACSブノクス、ワノントンDC(1991)を参照されたいコ。
植物組織におけるPPOの機能の第三の可能性は、チラコイド中へのPPOの隔
離が、草食動物、病原体、老化またはその他の傷害により細胞が破壊されるまで
、フェノール類との相互作用を防ぐということである。フェノール類に対するP
POの活性によってこのように生成したキノン類は、それ自身と、そして蛋白と
架橋して、植物組織の嗜好性、易消化性および栄養価を低下させる。この観点は
、PPOにより形成されるキノン類の第一の標的は核的アミノ駿、ヒスチジン、
ンステイン、メチオニン、トリプトファン、およびリジンであることを示唆する
。これら必須アミノ酸が植物蛋白中に少ないということが、植物を餌とする昆虫
の生育を制限する。PPOの産生ずるキノン類によるこれら必須アミノ酸の共有
結合的修飾は、さらに、草食動物に対するそれらの栄養効果を減じ、昆虫の挙動
をより貧弱なものとするかも知れない。さらに、キノンにより修飾された蛋白は
、草食動物にとって魅力または嗜好性が低く、故に食べる気を無くさせると考え
られる。傷害時の植物蛋白を共有結合的に修飾するPPOの能力は、これらが、
植物の病害虫抵抗性において、植物の誘導され得るプロテイナーゼインヒビター
と補足的に機能する、「抗栄養的酵素」であるとの指摘を導いた。
PPOのcDNAは、植物の形質転換に使用される多くのベクター(例えば、ア
グロバクテリウム・トゥメファシエンスに基づくベクター類[ネイチャー、31
0巻115頁を参照されたいコ)中にライゲーションして、PPOの過剰発現ま
たはダウンレギュレーションを達成することができる。過剰発現は、カリフラワ
ーモザイクウィルスの353プロモーターのようなプロモーターを用いてPPO
cDNAを「センス」な向きにライゲーションすることによって達成される[プ
ラ゛/ト・セル、2巻7頁を参照されたいコ。これとは異なり、PPOのダウン
レギュレーションは、PPOcDNAまたはこの配列の成るフラグメントを、同
様のプロモーターに、「アンチセンス」な向きにライゲーションすることによっ
て得ることができる[プラント・モレキュラー・バイオロジー、11巻301頁
、ジーン、72巻45頁ニブラント・モレキュラー・バイオロジー、14巻45
7頁、セル、55巻673頁:およびネイチャー、334巻724頁を参照され
たいコ。ダウンレギュレーションは、共同抑制として知られる現象により、「セ
ンス」組み立て物から得ることもできるかも知れない[プラント・セル、2巻2
79−289頁、プラント・セル、2巻291−299頁を参照されたい]。植
物からの組織外植体はこれらのベクターを用いて形質転換され、統合されたカセ
ットの存在について選択に付され、植物に再生され[プラント・セル・リボーツ
、8巻325頁を参照されたい]、そしてPPO発現の変化について分析される
。
本発明のより完全な理解のために、以下の実施例を供する。これらの実施例は本
発明の広い様々な態様を説明するために供されるものであって、これらが本発明
を、本明細書に記載される特定の条件に限定することを意味するものではな(、
またそのように考えるべきでもない。
実施例1(ポリフェノールオキ/ダーゼのクローニング)抗体を用いた選択によ
りPPOcDNAをクローニングするために、精製されたPPOからポリクロー
ナル抗体を作製した。PPOの簡便な供給源は、これらの器官の主たる蛋白構成
成分(約60%)としてPPOを含有する葉の腺のトリコームを高密度に有する
、ソラヌム・ベルタウルティイ(野生馬鈴薯)またはりコペル/コン・エスキュ
レントゥム(トマト)である[ジャーナル・オブ・ヘレディティー、81巻47
5頁を参照されたい]。200mMのジチオトレイトールに浸した綿棒で小葉(
約4000枚)を拭くことにより、ソラヌム・ベルタウルティイの葉の腺のトリ
コームからPPOを得た。粗製トリコーム抽出物を注射筒を用いて綿棒から搾り
取り、]、 2000 x g、4℃で10分間遠心した。上清を2%のpH4
−6両性電解質で30m1容量とし、調製用等電点電気泳動セル(バイオラド・
ロートフォア)で等電点電気泳動を行なった。1)84.5ないし6からの両分
を、10%ポリアクリルアミドゲル上の5DS−PAGE11気泳動、引続き蛋
白の位置決定のだめのクマノー染色により分析した。精製された59kD PP
Oを含有する画分をプールし、1M NaC] 2回に対して透析した(両性電
解質を除去するため)。次いでこの蛋白を820 2回に対して透析し、凍結乾
燥した。精製された凍結乾燥PP○(300μg)を500μmのH2O中に再
構成し、同容量の完全フロインドアツユバントで乳化し、2羽のニューシーラン
トホワイトウサギの背に複数回皮下注射した。その後15日および21日におい
て不完全フロインドア/ユバシト中の100μgPPoの注射を行なった。最後
のPPO注射の30日後に動物を全採血し、抗血清を集めた。抗血清は一80℃
で保存した。
抗体の特異性を、免疫ブロッティング5DS−PAGEまたは等電点電気泳動ゲ
ルにより立証した。ニトロセルロース膜にトランスブロッティングする前に、ゲ
ルを、25mM)リス、192mMグリシン、20%(V / V )メタノー
ル、pH8,3の転移緩衝液中で20分間平衡化した。100■、025Aで1
時間、電気的転移を達成した。常法を用いて膜への非特異結合をブロックし、膜
を洗浄した[カレント・プロトコルズ・イン・モレキュラー・バイオロジー(1
987)、FM、アウスベル編、ジョン・ライレイ・アンド・センス、ニューヨ
ーク;10゜8.1−10.8.6頁を参照されたい]。抗体は1:4000の
希釈で使用し、プロットは、ヤギ抗ウサギアルカリホスファターゼコンジュゲー
トおよび5−ブロモ−4−クロロ−3−インドリルホスファート、367mNニ
トロブルーテトラゾリウム、0.LM NaHCO2、pH9,8で発色させた
[カレント・プロトコルズ・イン・モレキュラー・バイオロジー(1987)、
F、Mアウスベル編、リジン・ライレイ・アンド・センス、ニューヨーク; 1
0.8.1−10.8.6頁を参照されたい]。馬鈴薯またはトマトのトリコー
ム、葉または池の器官由来のPPOを5DS−PAGEまたは等電点電気泳動ゲ
ル上で電気泳動し、ニトロセルロース上に電気ブロッティングし、これらのポリ
クローナルウサギ抗PPO抗体をもって探索する時、この抗PPO血清はトマト
および馬鈴薯のPPOを等しく良好に検出した。
cDNA発現ライブラリーの組み立ておよびスクリーニングのためのPP0mR
NAを取得するために、mRNAを得、PPOをコードしていることを立証した
。ピンセントを用いてトマト(リコベルノコン・エスキュレントゥム CV。
〜7FNTチェリー)の小葉および葉柄から40gの表皮および外部組織層を剥
いだ。剥いだ組織は直ちに液体N2中で凍結した。次にRNAを抽出し[アナリ
ティカル・バイオケミストリー、162巻156頁を参照されたい]、オリゴd
Tセルロースカラムクロマトグラフィーにより精製して[モレキュラー・クロー
ニング ア・ラボラトリ−・ハンドブック第2版(1989)、J サムプルツ
ク、E、Fフリトウツユ、T、マニアティス、コールド・スプリング・ハーバ−
・ラボラトリ−・プレス、197−198頁を参照されたい]ポリアデニル化R
NA30μgを得た。335−メチオニンの存在下で、網状赤血球溶菌液インビ
トロ翻訳系を用いてmRNA5μgをインビトロで翻訳した(製造者の指示に従
う[プロメガ・バイオロジー)。翻訳産物は、10%5DS−PAGE上で分離
しコダックXAR−5フィルムを用いて一夜オートラジオグラフィーに付す時、
この組織のmRNAから翻訳されると予惣される59kDのPPOの存在を明確
には表わさなかった。故に、翻訳産物を免疫沈降に付した。翻訳反応を9容量の
1%ノニデノトP−40,1%デオキシコール酸ナトリウム、0.1%SDS、
0.15MNaC]、1%メチオニン、0.01M燐酸ナトリウム、pH7,2
で希釈した。
熱で死滅させた10%スタフィロコッカス・アウレウス細胞20μmをこの翻訳
混合物に加え、4℃で1時間振盪した。次にこの試料を13000xgで5分間
遠心した。次いで上清を抗PPO抗血清1μlと共に4℃で一夜インキユベート
した。次いで熱で死滅させた10%スタフィロコッカス・アウレウス細胞10μ
mを加え、間欠的に振盪しながら4℃で1時間インキュベートした。13000
xgで5分間遠心した後、ペレットを0.5mlの1%ノニデッドP−40,1
%タデオキコール酸ナトリウム、01%SDS、0.15M NaC]、1%メ
チオニン、0.OIMm酸ナトリウム、pH7,2に再懸濁し、10%シュクロ
ースの層0.5m1(0,5mlの1%ノニデソトP−40,1%デオキシコー
ル酸ナトリウム、0.1%SDS、0.15M NaC1,1%メチオニン、0
.01M燐酸ナトリウム、pH7,2中)を介して13000xgで5分間3回
遠心した。
次いでペレットをQ、5mlの1%ノニデソトP−40,1%デデカノコール酸
ナトI功ム、領1%SDS、0.15M NaC+、1%メチオニン、0.01
M燐酸ナトリウム、pH7,2で3回洗浄した。次にこの免疫沈澱(ペレ・ノド
)を10%5DS−PAGEにロードし、電気泳動し、−夜オートラジオグラフ
イーに付した。この実験は、抗PPOによって67kDの生成物が沈澱すること
を示した。腺のトリコーム中のPPOのM、から予想されるような59kDの蛋
白の証拠はなかった。
免疫沈降した67kD蛋白が59kDのPPOの前駆体であるかどうかを決定す
るために、一連のペプチドマツピング実験をN−クロロスクシンイミドおよび蟻
酸滴化を用いて実施した[アナリテイカル・)〈イオケミストリー、122巻2
98頁、およびアナリテイカル・バイオケミストリー、127巻453頁を参照
されたいコ。N−クロロスクシンイミドおよび蟻酸の両者を用いて、腺のトリコ
ーム由来の成熟59kD PPOおよびインビトロ翻訳由来の35S−標識され
た免疫沈降した67kDバンドを部分消化した。消化産物を電気泳動する時、成
熟59kD PPOおよび67kD翻訳産物の両者が共通のフラグメントのポリ
ペプチドを持っていることが判明した。この結果は、59kD PPOがまず6
7kD前駆体ポリペプチドとして翻訳され、次に蛋白分解的にその59000の
成熟M、への処理を受けることを強く示唆した。
次に、cDNAライブラリーをポリアデニル化トマトRNA2μgを用いてλZ
AP中に組み立て(製造者の指示に従う[ストラタジーン])、常套的技術に従
いポリクローナル抗S、ベルタウルテイイPPOの1 : 4000希釈を用い
てスクリーニングした[モレキュラー・クローニング・ア・ラボラトリ−・7%
ンドブ・ツク、12.16−12.20頁;メソツズ・オブ・エンザイモロジー
、152巻を参照されたい]。PP○抗体を有するプラーク3xlO5をスクリ
ーニングした後に、12の候補体が4次スクリーニング後に陽性のままであった
。この候補CDNAの制限地図作成により、12のクローン全てが、二つの異な
ったcDNAクラスのうちの一方に属することが示された。cDNAの両方のク
ラスが、トマトの葉および表皮mRNAのノーサンプロット上の約2.Okbノ
くノドと/へイブリダイズした[モレキュラー・クローニングニア・ラボラトリ
−・ハンドブック、7.43−7.45頁を参照されたい]。しかしながら、最
長のcDNAはわずか1.7kbpであって、このライブラリーの2回目のスク
リーニングは、より長いクローンを生成しなかった。故に、新たなmRNA調製
物を用いて第二のλZAPII(ストラタジーン)cDNAライブラリーを組み
立てた。このライブラリーを、第一のライブラリーから得た0、7kbの先端を
切ったPPOcDNAを用い、常套的技術に従ってスクリーニングした[モレキ
ュラー・クローニングア・ラボラトリ−・ハンドブック、2.108−2.11
7頁、および製造者の指示を#照されたい]。4次スクリーニングの後に、大き
さが共に2.0kbpに接近している二つのクラスのPP0(pPPO−T1お
よびpPPo−T2)が残った。いずれのcDNAも、表皮または葉のmRNA
から作成されたノーサンプロット上の約2.0kb mRNA成分とハイブリダ
イズしたが、茎部分の組織プリント(プラント・モレキュラー・バイオロジー、
12巻517−524頁を参照されたい)を用いて行なわれたノーザンブロソト
は、pPPo−TIはトリコームおよび表皮細胞で発現され、pPPo−T2は
光合成細胞で発現されることを示した。
本発明に係るトマトPP○のcDNApPPo−TlのDNA配列は以下の通り
である。
に℃苦πズπゴπゴπゴに丁NπMπNコロταπコ139T$ AQ: MC
MA n CrCTCT TCr TO: m ACCACCjff: 7BA
AII”!’n TCCTTG T77k ’tcA AM Co: r CA
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AT CAA AGr TTCMG GIT TCA TGCAAC156α7
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T 島195αスMCG′rrcrr Tlスα刀ηスα込απロTT7σαπ
σス 234CCrMTロTα1σスhス■Mゴαテαスαゴにスαス 273
CCr CCT GltT C1℃AAG TCT TGr GGr ACr
Glm CAT G!7k AAA 312GAA GGr GrTGAT G
17L ATA Tic AGr TGrπCQ?rα:T印ス351αI:
GAT CRG ATCGkT AGr GrTα刀ThC1ThCMG TT
Cα丁 3ηTCr ATG ACT MA口℃CG: ArCα℃α℃αr
GCr CATα刀429α℃いT GICGAGχωスα刀N6)σ0端7刀
α=゛N刀 46日本発明に係るトマトPPOcDNA pPPO−T2のDN
A配列は以下の通りである。
へπαス訂印ス印℃π℃蔀TAIり1にπでAGr NズNπ 39ACr A
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ACT OVI ! CAG TrG MG 85B上記のリーディングフレー
ムに加えて、ATG開始叶ンの直前に以下の配列を有する上流部分を伴うcDN
A pPPo−T2が配列決定された:TAATTCGGCA CGAGAGC
A 18この上流部分に加えて、下流部分もまた以下のように配列決定された:
このcDNA配列は、pPPo−72ペプチドに対する以下のような推定アミノ
酸配列を提供する。
次に、pPPo−TIおよびpPPo−T2 cDNAをインビトロの転写およ
び翻訳に付し、これらがPPOをコードしているcDNAに対して予想される6
7kDポリペプチドをコードすることができるかどうかを決定した。切除された
pブルースクリプト含有cDNAをXholで線状化した後、T3RNAポリメ
ラーゼを用いてRNAを転写し、キャッピングした(V造者の指示に従う[スト
ラタシーン])。得られたpPPo−TlおよびpPPo−T2 mRNA(0
゜5μg)を、網状赤血球溶菌液インビトロ翻訳系(上記参照)を用いで5S−
メチオニンの存在下にインビトロで別個に翻訳した。翻訳の生成物を10%アク
リルアミドゲル上の5DS−PAGEによって分離した。電気泳動の後、ゲルを
乾燥し、オートラジオグラフィーのために一夜露光した。pPPo−72の一次
翻訳産物は、トマトの葉の外部組織由来のmRNAの免疫沈降において見られた
59kD成熟PPOに対する前駆体であるとして先に示された67kDポリペプ
チドであった。
pPPo−Tl cDNAからのインビトロ転写/翻訳結果は、これが幾つ力1
の生成物を翻訳したため、より不明確てあった。このcpNAは、後にそのゲノ
ム対応物の配列決定により、全長より僅かに短いことがわかった。先を切られた
cDNAにおける開始メチオニンコドンの不在が、恐ら(は下流Metコドンで
の翻訳の開始を導いたものであり、これが複数のPPO生成物の原因であろう。
ポリフェノールオキシダーゼのcDNA候補物質の同定を、これらから導かれた
アミノ酸配列と種々の供給源からのPPO蛋白の配列決定から得られたアミノ酸
配列とを比較することにより、さらに確認した。リコペルシコン・エスキュレン
トゥム cv、s VFNT、フリーダム、リコベルノコン・チースマニイ、L
、クミエレフスキイ、およびソラヌム・ベルタウルテイイの葉から、200mM
ノチオトレイトールに浸した綿棒で葉を拭くことにより、腺のトリコームを収穫
した(上記参照)。このトリコーム抽出物を注射筒を用いて綿棒から搾り取り、
1/10容量の水冷トリクロロ酢酸を加えて蛋白を沈澱させた。沈澱物を25m
Mトリス、pH7,5に入れた0、5%SDS(w/v)、1.25%β−メル
カプトエタノール200μmに懸濁し、10%5DS−PAGEゲル系で電気泳
動した。電気泳動の後、ゲルを10mMCAPS、pH11,10%MeOH中
でPVDF膜(イモピロン−P)上にトランスプロットした。転移の後、膜をク
マンーブルーR−250で染色し、脱染した。分子量により位置を確認したPP
O含有バンドを切り取り、微量配列決定(ガイド・トウー・プロティン・ピュア
リフイケー/ジン、M、P、トイチャー編、アカデミツク・プレス、サンディエ
ゴ:602−613頁を参照されたい)によりN末端アミノ酸配夕1[を得た。
N末女高配Tl1l lま以下の通りである
り、ニス*ユレントウム cv、VFNT:A1aProlleProProP
roAspLeuLysSerG1yG1yThr^1aL、ニスキュレントウ
ム CV、フリーダム。
A1aPro11eProProPro^5pLeuLysSerAspXaa
ThrA1a(Xaa=指定できなかった残基)
Lチースマニイ
へ1aPro11eProProProAspLeuLysSerG1nG1y
Thr^1aHisA1aProI 1eProP roProAspLeuL
ysSerGlnGlyThrA 1aHi sSベルタウルテイイ:
5erPro11eProProPro^5pLeuLysSerXaaG1y
Val^1aHisTyrLysG1uPr。
(Xaa=指定できなかった残基)
腺のトリコーム由来の成熟トマト(L、エスキュレントウム Cv、VFNT)
59kD PPOのN末端アミノ酸配列もまた、pPPo−Tl cDNAから
導き出されたアミノ酸配列内に存在している。類似の推定アミノ酸配Jlli、
トマトcDNA pPPo−T2ならびに馬鈴薯cDNA pPPo−PIおよ
びppPO−P21:存在する(下記参照)。クローンの中のこの配夕11の位
置1ま、前駆体蛋白および成熟PP○ポリペプチドについてそれぞれ約67およ
び59kDとし)う推定質屋を導き出す。pPPo−TIおよびpPPo−T2
1ま78%の核酸配夕1jの一致を示し、67kD前駆体ポリペプチドの全長1
:わすこり比較する時、84%の予想アミノ酸類似性および76%の予想アミノ
酸一致を有する。これらのcDNAを表わすゲノムクローンをトマト(リコペル
シコン・エスキュレントゥムcv、VFNTチェリー)から組み立てたλCh3
5ライブラリーから回収し、常法を用いてトマトPPOcDNAによりスクリー
ニングした(モレキュラー・クローニングニア・ラボラトリ−・ハンドブック、
2.108−2.113頁を参照されたい)。
さらに、0.7kb先端切除トマトPPOcDNAを用いて、やはりλZAPT
Iにおいて組み立てられた馬鈴薯の葉cDNAライブラリーをブロービングした
e 2x 10’のプラークをスクリーニングして三つのPPOcDNA候補物
質の精製に至り、うち二つは約2.0Kbpの長さであり、三つ目は約1.2K
bpて先端切除されていた。葉、根、花、塊茎および葉柄を含む幾つかの馬鈴薯
組織外植体のノーザン分析は、2.Okbの単−PPOクラスの存在を示した。
二つの最長馬鈴薯PPOcDNA(pPPo−PLおよびpPPo−P2)のD
NA配列決定および比較は、96%の核酸および推定アミノ酸の一致、ならびに
核酸および推定アミノ酸レベルの両者においてトマトPPOCD?’l!Aとの
高度の配列類似性を示した。
本発明に係る馬鈴薯PPOcDNA pPPo−PIのDNA配列は以下の通り
である
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1πDA貫G込Nπa℃弘GAτMGロ丁1755G6G四π汀1764
これに加えて、下流部分もまた以下のように配列決定された。
mすVWX詰斌軌M222
このcDNA配列は、pPPo−PIペプチドに対して以下のような推定アミノ
酸配列を提供する
本発明に係る馬鈴薯PPOcDNA pPPo−P2のDNA配列は以下の通り
である。
ACI’ ACr CrTα71TTAπr MCAACMAπII’ CrC
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にπ印ぢり6AτN60T弘GGσππ1749これに加えて、下流部分もまた
以下のように配列決定された。
このcDNA配列は、pPPo−P2ペプチドに対して以下のような推定アミノ
酸配列を提供する。
Leu Asp LyS Ala Glu Phe Ala Gly Ser
Tyr ’Ihr Ser Leu Pro )hsVal Ser Ile
Glu Ser Val Glu Ile Lys Leu Glu Asp
Cys上に示されたpppo−”rlについての配列は、そのゲノムクローンの
配列決定から決定された幾つかのbpを含んでいる。トマトおよび馬鈴薯の両者
において全てのPPOcDNAは染色体8にマツピングされる。PPOはM、約
67000の前駆体蛋白の合成を典型的に特定する一群の遺伝子によりコードさ
れており、この蛋白は次いて約59000の成熟M、へと処理される。キノンを
介する架橋、グリコリル化、および蛋白分解のような幾つかの翻訳後修飾現象(
フィトケミストリー、18巻193−215頁、およびフィトケミストリー、2
6巻11−20頁を参照されたい)により、成熟PPOに対して観察される複数
のM。
およびp+成分が生ずる。
実施例I+(変更されたPPOの発現を達成するための馬鈴薯の形質転換)馬鈴
薯PPOcDNA(1)PPO−PI)をSma IおよびXholを用いてp
ブルースクリプトから切り取った。Xhol制限消化から得られた5゛突出をD
NA Po1lのフレノウフラグメントを用いて埋めた。形質転換組み立て物p
B1121をSmaIおよび5stlで制限消化しこ。得られた3′突出部をT
4DNAポリメラーゼで処理して平滑末端を作成しこ。この操作は内因性GUS
遺伝子を除去し、pPPo−P1統合のためのベクターを調製した。上記のよう
に調製されたpB1121およびPPO挿入物を、ベクターに対する挿入物の比
が21の反応で、T4DNAリガーゼを使用して一夜うイゲーリジンした。
得られた組み替えpBl 121/PPOプラスミドを大腸菌株DHδα中に電
気穿孔で導入した。プラスミドをkan’コロニーから分離し、BamHI/K
pnlおよびBamH1z’Pstlで制限重化し、それぞれセンスおよびアン
チセンス組み立て物の正の同定をした。両方の組み立て物に対し、Hindll
l/Xbal制限消化を実施して、ベクターのCaMV 35Sプロモーターの
完全性を確認した。
センスおよびアンチセンスPPO含有プラスミドをアグロバクテリウム・トウメ
ファ/エンス(P C2760)中に電気穿孔で導入した(ヌクレイツク・アン
ズ・リサーチ、16巻6127−6145頁:モレキュラー・アンド・ジェネラ
ル・ノエ不ティクス、216巻175−177頁;ヌクレイツク・アシズ・リサ
ーチ、17巻6747頁)。馬鈴薯(ソラヌム・トゥベロスム L、cv、アト
ランティック)の微細塊茎の円板を15分間接種し、次いでpPPo−PLセン
スまたはアンチセンス組み立て物のいずれかが組み入れられたアグロバクテリウ
ム培養と2日間共培養し、次にカナマイシンを含有する培地に移した。塊茎の円
板から再生しつつある小植物を取り、より大きな容器に移して生育させた(プラ
ント・セル・リホーツ、8巻32・5−328頁を参照されたい)。
内因性PP○レベルを決定するため、非形質転換馬鈴薯植物の葉の試料を1゜2
5%β−メルカプトエタノールおよび0.5%SDSを含有する緩衝液中でホモ
ジナイズし、5分間煮沸し、そして10%5DS−PAGEにロードした。電気
泳動の後、ゲルをニトロセルロース上に電気ブロッティングし、ポリクローナル
ウサギ抗PP○抗体をもって探索しく上記参照)、次いでヤギ抗つサギアルカリ
ホスファターゼ−ノンュゲートで発色させた。センスおよびアンチセンスPP0
組み立て物で形質転換させた再生植物から同様の葉の抽出物を作成した。非形質
転換植物、PPO形質転換植物および対照植物(pBl121のみで形質転換)
由来の蛋白の等量を10%5DS−PAGEゲルの各ウェルにロードした。電気
的転移およびポリクローナルウサギ抗PPO抗体による上記のような免疫プロッ
ティングの後、センスまたはアンチセンスいずれの向きにPPOを含む組み立て
物により形質転換された植物も、非形質転換植物またはpB+121ベクター単
独で形質転換された対照と比べて成る範囲の変更されたPPOの発現を有してい
るという結果が示された。形質転換された植物中に存在するこの発現範囲は、数
倍の過剰発現から殆ど検出できないレベルのPPOまでであった。
本発明に係るトマトおよび馬鈴薯のPP0cDNAのクローニングは、PPOに
関してかつて最も解決し難かった問題を研究する特異な機会を提供する。本発明
の結果、PPOを過剰および過小発更する形質転換植物を使用することにより、
PPOの機能および発現に取り組むことが今や可能である。変更されたPP○発
現を行なう形質転換植物は、食用植物の収穫後生理学上のPPOの経済的影響力
を変えるために使用することができ、同様に、作物の病害虫耐性を増すためのP
PO活用のための努力において重要である。
商業的に重要な植物においでPP○レベルを変える能力は、植物の病害虫耐性の
増加および収穫量に及ぼすPPOの不都合な効果の低減の両者に用途を有するに
相違ない。即ち、作物の葉(またはその他の非食用部分)のPPOレベルを増大
させると、病害虫の耐性が増すに違いない。このような試みは、作物の保護のた
めの一般的方法としての用途を有するかも知れない。別法として、様々な植物器
官におけるPPO発現の選択的ダウン1/ギユレーンヨンは、一連のPPOの触
媒する褐色化更象の経済的影響力を減じ、これらの物を保存しそして/または加
工するための抗酸化添加物に対する必要性を排除または低下させ得るであろう。
本明細書中に記載されるアミノ酸および核酸配列に対する配列表は以下の通りで
ある
配列表
(1)一般的情報
(i)出願人 ジョン・Cステファンス(11、発明の名称 ポリフェノールオ
キシダーゼ(iii)配列の数・19
(2)配列番号1についての情報:
(i)配列の特徴
(A)長さ 1761塩基対
(B)型 核酸
(C)鎖の数 一本鎮
(D)トポコノ−。直鎖状
(Jl)分子の型 cDNA
(λ])配列の記載 配列番号1・
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1365α℃助Gロη0Cα汀まあに7rTY刀゛ロ℃πTAにN刀α石14
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ATATT口10n AACGTuχ1521MG ACT GIGAATα:
A GAT GAGロアr GAT MG GOG GAG TIT 1.56
0αスα石Mπ)σNゴA■コ刀α刀αTωT0■゛αスA量1599NσA(
?r MT O’tlT GET ATN道′印:TACT封℃MG C1毛α
刀163BATAACr GIA CTG TI’G GAG (AT ATT
GSA TTG GAA GAT (EM 1611GAT ACr ATT
GCG 口LACT m GIT CCA MA GCT (f C71’7
16GAA GAA GTG TCCATT GAA AGr GrG GAG
ATCAAG CIT % 1755Gff TGr 1761
(2)配列番号2についての情報
(1)配列の特徴
(^)長さ 30塩基対
(B)型 核酸
(C)鎖の数 −重鎖
(D) hポロン−1直鎖状
(11)分子の型 c DNA
(Xl)配列の記載 配列番号2
GGAATTCGGCACGAGCTCCA TCAC^^CACA 30(2
)配列番号3についての情報
(1)配列の特徴・
(八)長さ 141塩基対
(B)型 核酸
(C)鎖の数 −重鎖
(D)トポロジー 直鎖状
(1])分子の型 cDNA
(xi)配列の記載、配列番号3゜
工■菖℃駆口G■ぼフ1π可万1賦π℃スπコff G 1.41(2)配列番
号4についての情報
(1)配列の特徴。
(^)長さ 587アミノ酸
(B)型 アミノ酸
(C)鎖の数 −重鎖
(D)トポロジー 直鎖状
(」1)分子の型 ペプチド
(Xl)配列の記載、配列番号4
(2)配列番号5についての情報:
(i)配列の特徴:
(A)長さ:1788塩基対
(B)型:核酸
(C)鎖の数ニ一本鎖
(D)トポロンー二直鎖状
(ii)分子の型:cDNA
(xi)配列の記載:配列番号5:
のATGαスACrαスπηαπN■′η℃A!端αスN〃コ1326AAG
GCG TCCGI74αD MA GrG MT ACA AGr ACA口
℃Co: 1365αスGCA MCGAG印λη℃αスロ℃α刀MGAπいT
MG 1404ACT ATr TCA TTT (IT ATCMCAG3
CCA CCT TCA ’n CGS 1443ACr CAA CM G
AG AAA AAT GAA CAA GAG G1℃ATG TTAACG
1482TICAAT MCAT71t NスフσいTMCAααおπCにλ
A印1521TrCGAT GI’G TTCC1’G MCGrG GCMC
MT C1’G MCα:G 1560AAT GAG CIT GAff’
MG GCA GLG TTCGCG (m AGr TAT ACr 159
9AGr TTG CCA OσGrT CACAGAα:T GGCGAG
JltAT GAT CAT 1638ATCGCG MG GIT MT T
TCCAG CI’G 圓G AIA ACA GIA C1’G 1677T
TG GAG弘CA貫απ月℃σ店ωσり通いTXゴに℃α刀1716GTG
ACT CTG GrAαmAMG MAαCGGr (AAαπにCTQ:
1755ATT GAG MT GrG GltG ATCMG C1丁GrG
GtσTGr l’78B(2)配列番号6についての情報:
(1)配列の特m:
(A)長さ718塩基対
(B)型:核酸
(C)鎖の数ニ一本鎖
(D)トポロジー、[鎖状
(ii)分子の型 c DNA
(xl)配列の記載、配列番号6゜
TAATTCGGCA CGAGAGC^18(2)配列番号7についての情報
・
(i)配列の特徴:
(^)長さ:189塩基対
(B)型、核酸
(C)鎖の数・−末娘
(D)トポロジー、直鎖状
(]ii分子の型:cDN、A
(xl)配列の記載 配列番号7
(2)配列番号8についての情報:
(i)配列の特徴:
(A)長さ:596アミノ酸
(B)型、アミノ酸
(C)鎖の数・−末鎖
(D)トポロノー:直鎖状
(ii)分子の型、ペプチド
(xi)配列の記載二配列番号8:
(2)配列番号9についての情報。
(i)配列の特徴・
(A)長さ、14アミノ酸
(B)型 アミノ酸
(C)鎮の数 −重鎖
(D)トポロン−。直鎖状
(ii)分子の型°ペプチド
(xi)配列の記載 配列番号9゜
^1aProI 1eProProProAspLeuLysSerG1yGl
yThr^1a(2)配列番号10についての情報
(i)配列の特徴。
(A)長さ 14アミノ酸
(B)型 アミノ酸
(C)鎖の数、−重鎮
(D)トポロジー、直鎖状
(11)分子の型、ペプチド
(2)配列番号15についての情報:
(1)配列の特徴;
(A)長さ・222塩基対
(B)型、核酸
(C)娘の数ニー重鎖
(D)トポロジー・直鎖状
(11)分子の型:cDNA
(xl)配列の記載・配列番号15:
(2)配列番号16についての情報:
(i)配列の特徴:
(A)長さ・588アミノ酸
(B)型二アミノ酸
(C)鎖の数・−末鎖
(D)トポロン−1直鎮状
(11)分子の型:ペプチド
(xi)配列の記載:配列番号16:
(2)配列番号17についての情報:
(i)配列の特徴:
(^)長さ+1749塩基対
(B)型:核酸
(C)鎖の数ニー末鎖
(D)トポロジー−直鎖状
(]i)分子の型:cDNA
(xl)配列の記載、配列番号17:
(2)配列番号18についての情報・
(i)配列の特徴
(A)長さ:173塩基対
(B)型 核酸
(C)鎖の数 −末鎖
(D)トポロノー 直鎮状
(1])分子の型 cDNA
(xi)配列の記載 配列番号18
(2)配列番号19についての情報
(i)配列の特徴
(A)長さ 633アミノ酸
(B)型 アミノ酸
(C)鎖の数 −末鎖
(D)トポロノー、@鎖状
(i+)分子の型 ペプチド
(xi)配列の記載・配列番号19゜
このように本発明者は本発明の好ましい態様を例示し説明してきたが、本発明が
変化および修飾可能であることは理解されるべきであり、故に、本発明者は、開
示される正確な用語に限定されることを望まず、本発明を様々な用途および条件
に適合させるためになされ得る変化および変更を利用することを望むものである
。本発明に対するこのような変化および変更は、係る変更が、上に与えられたc
DNA配列の性質から変更された配列の性質に有意な影響を及ぼさない限り、−
塩基置換、および本明細書中に示されるDNA配列の除去、挿入または翻訳を、
無制限に包含する。したがって、このような変化および変更は、当然、等飾物の
全範囲内にあることが意図され、故に以下の請求項の範囲内にある。
このように、本発明ならびにこれを製造し使用する方法および工程を、これが関
係しまたはこれが最も密接に結びついている分野に・ついて通常の知識を有する
者なら誰でもこれを製造し使用することができるよう、完全な、明瞭な、簡潔な
そして正確な用語で説明してきたが、請求項は以下の通りである。
Claims (3)
- 1.PPO−T1、PPO−T2、PPO−P1、およびPPO−P2蛋白の発 現のためのDNAの群から分離されたcDNA。
- 2.該植物によるPPO産生の増大をもたらすゲノムを有する形質転換された植 物であって、該植物のゲノムが、PPOを発現可能なDNA配列をセンス方向に 挿入させている植物。
- 3.通常の非形質転換条件下で該植物によるPPO産生の低下をもたらすゲノム を有する形質転換された植物であって、該植物のゲノムが、PPOを発現可能な DNA配列をアンチセンス方向に挿入させている植物。
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