KR20010108021A - Thioredoxin and grain processing - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단백질과 전분의 추출성과 회수율을 증진시키기 위해 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제를 이용하는, 곡물, 특히 옥수수와 대두의 처리방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 열 안정성 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제를 발현시키는 신규한 형질전환 식물을 제공한다.The present invention provides a method for treating cereals, in particular corn and soybeans, using thioredoxin and / or thioredoxin reductase to enhance the extractability and recovery of protein and starch. The present invention also provides novel transgenic plants expressing heat stable thioredoxin and / or thioredoxin reductase.
Description
본 발명은, 특히 옥수수 습식 분쇄공정 및 대두 처리공정에서 단백질과 전분 회수율을 증진시키기 위한 신규한 곡물 처리방법 및 이러한 처리방법에서 유용한 신규한 형질전환 식물(transgenic plant)에 관한 것이다.The present invention relates, in particular, to novel grain processing methods for enhancing protein and starch recovery in corn wet grinding and soybean processing and to novel transgenic plants useful in such processing.
티오레독신(TRX)과 티오레독신 리덕타제(TR)는 NADPH를 사용하여 단백질 내의 디설파이드 결합을 환원시키는 효소이다. 단백질 디설파이드 결합은 곡물 처리 효율과 곡물 처리공정으로부터 회수된 산물의 품질면에서 중요한 역할을 한다. 곡물 내의 단백질 디설파이드 결합을 제거하거나 결합 정도를 저하시키기 위한 유효한 방법의 개발은 처리 효율을 증진시킬 것이다. 또한, 사료에서의 곡물 거동은 분자간 및 분자 내 디설파이드 결합에 또한 영향을 받는다: 디설파이드 결합 정도를 저하시켜 곡물 소화성, 영양분 생체이용율 및 항영양성 인자(예: 프로테아제, 아밀라제 저해제 등)의 중화성을 증가시킬 수 있다.Thioredoxin (TRX) and thioredoxin reductase (TR) are enzymes that use NADPH to reduce disulfide bonds in proteins. Protein disulfide bonds play an important role in the efficiency of grain processing and the quality of products recovered from the grain processing process. The development of effective methods to remove or reduce the degree of binding of protein disulfide bonds in cereals will enhance processing efficiency. In addition, grain behavior in feed is also affected by intermolecular and intramolecular disulfide bonds: lowering the degree of disulfide bonds increases grain digestibility, nutrient bioavailability and neutralization of antitrophic factors such as proteases, amylase inhibitors, etc. You can.
옥수수와 대두 내에서의 형질전환 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제의 발현과 곡물 처리공정, 예를 들어, 습식 분쇄공정에서의 티오레독신의 사용은 신규하며, 산업용 처리방법 동안에 종자 단백질에서 디설파이드 결합을 감소시키는 대체 방법을 제공한다. 따라서, 본 발명은 개질된 저장 단백질 품질을 갖는 곡물뿐만 아니라, 산업용 처리공정 또는 동물 소화(이하, 둘 다 "처리공정"으로 칭함)동안에 통상적인 곡물과는 품질적으로 상이하게 거동하는 곡물을 제공한다. 이러한 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제의 전달 방법은 처리공정 동안에 첨가하기 위해 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제의 외래 공급원을 개발할 필요를 배제한다. 곡물을 통해 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제를 공급하는 제2의 이점은 종자 보전성의 물리적 파괴가 처리공정 이전에 또는 별도의 처리공정 단계로서 효소를 종자의 저장 또는 매트릭스 단백질과 접촉시키는 데 반드시 필수적이지 않다는 점이다.Expression of transformed thioredoxin and / or thioredoxin reductases in corn and soybeans and the use of thioredoxin in grain processing, eg wet grinding, are novel and seed protein during industrial treatment An alternative method for reducing disulfide bonds is provided. Thus, the present invention provides not only grains with modified stock protein quality, but also grains that behave differently in quality from conventional grains during industrial processing or animal digestion (both referred to herein as “treatment”). do. This method of delivering thioredoxin and / or thioredoxin reductase eliminates the need to develop an extraneous source of thioredoxin and / or thioredoxin reductase for addition during processing. A second advantage of supplying thioredoxin and / or thioredoxin reductase through grains is that physical disruption of seed integrity results in contacting the enzyme with the seed storage or matrix protein prior to or as a separate treatment step. It is not necessarily necessary.
곡물 처리공정에서 티오레독신을 이용하는 3가지 양식을 제공한다:Three forms of using thioredoxin in the grain processing process are provided:
(1) 수확된 곡물의 조성과 품질을 개질시키기 위한 종자 발육 동안의 발현 및 작용;(1) expression and action during seed development to modify the composition and quality of harvested grain;
(2) 처리공정시 산물의 품질을 개질시키기 위한 종자 발육 동안의 발현(활성 없음) 및(2) expression during seed development (no activity) to modify the quality of the product during the treatment process; and
(3) 처리공정 동안에 첨가하여 다른 곡류 산물의 품질을 개질시키기 위해 사용되는 곡물 내에서의 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제의 제조.(3) Preparation of thioredoxin and / or thioredoxin reductase in grains added during processing to modify the quality of other grain products.
따라서, 본 발명은 다음을 제공한다:Thus, the present invention provides:
- 곡물을 보충 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제의 존재하에 승온에서 침지시키는 단계 및Soaking the grains at elevated temperature in the presence of supplemental thioredoxin and / or thioredoxin reductase, and
곡물의 전분과 단백질 성분을 분리하는 단계를 포함하여, 곡물 분쇄방법에서 전분과 단백질 분리 효율을 증진시키는 방법,A method for enhancing starch and protein separation efficiency in the grain grinding method, including separating starch and protein components of the grain,
- 곡물이, 형질전환 유전자가 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제, 특히 열 안정성 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제를 발현시키는 형질전환 식물로부터의 곡물을 포함하는, 위에서 언급한 바와 같은 방법 및The grains mentioned above, wherein the transgene comprises grains from transgenic plants expressing thioredoxin and / or thioredoxin reductase, in particular heat stable thioredoxin and / or thioredoxin reductase. Method and
- 식물이 쌍자엽 식물 또는 단자엽 식물, 특히 곡초, 보다 특히 옥수수[제아 마이즈(Zea mays)] 및 대두로부터 선택되는, 위에서 언급한 바와 같은 방법.The method as mentioned above, wherein the plant is selected from dicotyledonous or monocotyledonous plants, in particular cereals, more particularly corn (Zea mays) and soybeans.
또한, 본 발명은 형질전환 식물을 제공한다.The present invention also provides a transgenic plant.
특히, 본 발명은 다음을 제공한다:In particular, the present invention provides:
- 핵 또는 색소체 DNA 내에 안정하게 통합되어 있는 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제를 암호화하는 이종 DNA 서열을 포함하는 식물,A plant comprising a heterologous DNA sequence encoding thioredoxin and / or thioredoxin reductase, which is stably integrated within the nuclear or chromatin DNA,
- 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제가 열 안정성인, 위에서 언급한 바와 같은 식물,-Plants as mentioned above, wherein thioredoxin and / or thioredoxin reductase are thermally stable,
- 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제가 서열 1, 서열 2, 서열 3, 서열 4, 서열 5, 서열 6 및 서열 7로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 위에서 언급한 바와 같은 식물 및A plant as mentioned above, wherein the thioredoxin and / or thioredoxin reductase is selected from the group consisting of SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6 and SEQ ID NO: 7; and
- 옥수수 및 대두로부터 선택되는, 위에서 언급한 바와 같은 식물.Plants as mentioned above, selected from corn and soybeans.
또한, 본 발명은 다음을 제공한다:In addition, the present invention provides:
- 식물 내에서 작용하는 프로모터와 터미네이터 서열에 작동적으로 연결되어 있는 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제에 대한 암호화 영역을 포함하는, 식물에서 발현가능한 발현 카세트,An expression cassette expressible in a plant, comprising a coding region for thioredoxin and / or thioredoxin reductase operably linked to a promoter and terminator sequence acting in the plant,
- 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제가 열 안정성인, 위에서 언급한 바와 같은 식물에서 발현가능한 발현 카세트 및Expression cassettes expressible in plants as mentioned above, in which thioredoxin and / or thioredoxin reductase are heat stable;
- 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제가 서열 1, 서열 2, 서열 3, 서열 4, 서열 5, 서열 6 및 서열 7로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 위에서 언급한 바와 같은 식물에서 발현가능한 발현 카세트.-Expressible expression in a plant as mentioned above, wherein the thioredoxin and / or thioredoxin reductase is selected from the group consisting of SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6 and SEQ ID NO: 7 cassette.
또한, 본 발명은 다음을 제공한다:In addition, the present invention provides:
- 식물을 위에서 언급한 바와 같은 발현 카세트로 형질전환시킴을 포함하는, 고수준의 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제를 포함하는 곡물의 제조방법 및A process for the production of grains comprising high levels of thioredoxin and / or thioredoxin reductase, comprising transforming the plants with an expression cassette as mentioned above;
- 조절되고 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제를 암호화하는 DNA 서열에 작동적으로 연결되어 있는 전사활성화제로 조절되는 프로모터를 포함하는 이종 발현 카세트를 포함하는 제1 식물을, 당해 전사활성화제로 조절되는 프로모터를 조절할 수 있는 전사활성화제를 암호화하는 DNA 서열에 작동적으로 연결되어 있는 프로모터를 포함하는 이종 발현 카세트를 포함하는 제2 식물로부터의 화분으로 수분시키는 단계 및A first plant comprising a heterologous expression cassette comprising a promoter regulated and regulated by a transcriptional activator operably linked to a DNA sequence encoding thioredoxin and / or thioredoxin reductase, to the transcriptional activator Pollination with a pollen from a second plant comprising a heterologous expression cassette comprising a promoter operably linked to a DNA sequence encoding a transcriptional activator capable of regulating a regulated promoter and
곡물을 위의 단계와 같이 수분된 식물로부터 회수하는 단계를 포함하는, 고수준의 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제를 포함하는 곡물의 제조방법.A method for producing a grain comprising high levels of thioredoxin and / or thioredoxin reductase, comprising recovering the grain from the pollinated plant as in the above step.
또한, 본 발명은 다음을 제공한다:In addition, the present invention provides:
- 동물 사료로서의 본 발명에 따르는 식물 또는 식물 재료의 용도.Use of plants or plant materials according to the invention as animal feed.
본원에 기술된 발명은 모든 곡류 작물, 특히 옥수수, 대두, 밀과 보리, 가장 특히 옥수수와 대두, 각별히 옥수수에 적용가능하다. 형질전환 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제의 곡물 내에서의 발현은 곡물 처리공정에 투입될 재료(종자)의 품질을 개질시키고, 곡물 처리공정으로부터 유래된 재료의 품질을 개질시키고, 특정 종자 성분의 수율을 처리공정 동안 최소화시키고(효율 증가), 처리방법을 변화시키고, 분쇄공정 스트림으로부터의 종자-유래 분획물 또는 성분에 대한 신규한 용도를 창출시키는 수단이다.The invention described herein is applicable to all cereal crops, in particular corn, soybeans, wheat and barley, most particularly corn and soybeans, particularly corn. Expression in grains of transformed thioredoxin and / or thioredoxin reductases modifies the quality of the material (seed) to be introduced into the grain processing, modifies the quality of the material derived from the grain processing, and It is a means of minimizing the yield of seed components during processing (increasing efficiency), changing the processing method and creating new uses for seed-derived fractions or components from the grinding stream.
습식 분쇄공정Wet grinding process
습식 분쇄공정은 곡물, 가장 종종 곡초, 예를 들어, 옥수수의 전분, 단백질 및 오일 성분을 분리하는 공정이다. 당해 공정은 본원에서는 곡물을 간단히 분말화시키는 건식 분쇄공정과는 구별된다. 습식 분쇄공정에서의 제1 단계는 통상적으로 곡물을 신중하게 조절된 조건하에 물에 침지시켜 핵을 연화시켜 성분의 분리를 용이하게 하는 침지 단계이다. 오일-함유 배아는 수용액의 표면에 부유하므로, 이를 제거하고, 살수와 탈수, 분쇄, 선별, 원심분리 및 세척 공정에 의해 전불을 단백질로부터 분리하여 정제한다. 주요한 곤란은 곡물의 내배유를 구성하는 단백질의 복합 매트릭스와 세포벽 물질로부터 전분 입자를 유리시키는 것이다. 이러한 곤란에 대한 하나의 이유는, 단백질 매트릭스를 단백질 분해 효소에 대해 보다 덜 가용성이고 보다 덜 민감하게 만들고 곡물 내에서 단백질 매트릭스로부터 전분 입자를 유리시키는 것을 방해하는 분자간 또는 분자 내 디설파이드 결합의 존재인 것으로 간주된다. 현재, 이들 결합을 감소시키기 위한 제1 수단은 곡물을 이산화황의 존재하에 침지시키는 것이나, 이는 비용 소모적이고, 환경상 비친화적이며, 최선으로 유효하지 않다.Wet grinding is the process of separating the starch, protein and oil components of cereals, most often grains such as corn. This process is distinguished here from the dry grinding process, which simply powders the grains. The first step in the wet grinding process is usually an immersion step in which grains are immersed in water under carefully controlled conditions to soften nuclei to facilitate separation of components. Since the oil-containing embryos float on the surface of the aqueous solution, they are removed and purified by separating the whole bulb from the protein by watering and dehydration, grinding, screening, centrifugation and washing. The main difficulty is to free the starch particles from the complex matrix of protein and cell wall material that make up the endocrine of the grains. One reason for this difficulty is the presence of intermolecular or intramolecular disulfide bonds that make the protein matrix less soluble and less sensitive to proteolytic enzymes and which prevent the release of starch particles from the protein matrix in cereals. Is considered. At present, the first means to reduce these bonds is to soak grains in the presence of sulfur dioxide, which is costly, environmentally unfriendly and not best available.
특정의 돌연변이는 옥수수 핵 내배유(분말상 및 불투명)의 단백질 매트릭스에 유리한 영향을 미치나, 핵 보전성을 손상시킨다. 형질전환 티오레독신 발현은 이들 돌연변이와 관련된 특정의 핵 보전성 문제점을 발생시키지 않으면서 특정의 상기 이점을 제공한다.Certain mutations have a beneficial effect on the protein matrix of corn nucleus endosperm (powdery and opaque), but impair nuclear integrity. Transforming thioredoxin expression provides certain of these advantages without causing certain nuclear integrity problems associated with these mutations.
티오레독신의 수확 후 또는 처리공정-의존성 활성은 동일하게 유리한 효과를 갖는다. 예를 들어, 특정 실시양태에서는, 티오레독신 효소를 세포 구획에 대해 표적화하고 세포 구획 내에 축적한다. 단백질 감소는 종자의 물리적 파괴에 이어서 발생한다. 또 다른 실시양태에서는, 불활성 상태의 내배유 티오레독신을 침지시 활성화시킨다. 바람직한 실시양태에서는, 본 발명은 형질전환 열 안정성 티오레독신과 티오레독신 리덕타제, 예를 들어, 티오레독신과 티오레독신 리덕타제가 고온(예: 50℃ 이상) 상태를 제외하고는 충분히 활성이지 않은 초호열성 유기체로부터 유래된 티오레독신과 티오레독신 리덕타제를 발현시키는 식물을 제공한다. 특정 실시양태에서는, 열 안정성 티오레독신과 티오레독신 리덕타제를 내배유 내에서 다른 열 안정성 효소의 발현을 통한 전분화로 상승 작용시킨다.Post-harvest or process-dependent activity of thioredoxin has the same beneficial effect. For example, in certain embodiments, thioredoxin enzymes are targeted to and accumulated within the cell compartment. Protein reduction occurs following physical destruction of the seed. In another embodiment, the inactive endosperth thioredoxin is activated upon immersion. In a preferred embodiment, the present invention provides that the heat-transforming thioredoxin and thioredoxin reductases, such as thioredoxin and thioredoxin reductase, are sufficiently high, except at high temperatures (eg 50 ° C. or higher). Provided are plants that express thioredoxin and thioredoxin reductases derived from inactive superthermophilic organisms. In certain embodiments, thermally stable thioredoxin and thioredoxin reductase are synergized by starch through expression of other thermally stable enzymes in endocrine.
사료 용도Feed use
또한, 형질전환 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제의 곡물 내에서의 발현은 특히 동물 사료에서의 소화성과 관련된 곡물 특성을 개선시키는 데 유용하다. 사료 단백질의 프로테아제에 대한 감수성은 시간과 단백질 구조의 함수이다. 핵 크랙킹은 스팀 플레이킹과 마찬가지로 사료 제형화에 종종 사용된다. 이들 공정 둘 다 핵 소화성에 기여하도록 고안되어 있다. 보전성이 동물 위에서 보다 용이하게 파괴될 수 있는 보다 연화성 핵이 바람직하다. 구조적 억제와 단백질간의 가교결합은 프로테아제 감수성의 주요 결정 요인이다. 이들 결합을 증진된 티오레독신 발현에 의해 개질시키는 것은 소화력을 촉진시킨다.In addition, expression of the transformed thioredoxin and / or thioredoxin reductase in cereals is particularly useful for improving grain properties associated with digestibility in animal feed. Feed protein susceptibility to proteases is a function of time and protein structure. Nuclear cracking, like steam flakes, is often used in feed formulations. Both of these processes are designed to contribute to nuclear digestibility. Preference is given to softer nuclei where integrity can be more readily destroyed on animals. Structural inhibition and crosslinking between proteins are major determinants of protease sensitivity. Modifying these bonds by enhanced thioredoxin expression promotes digestion.
옥수수 건식 분쇄공정/마사Corn Dry Grinding Process
단백질 함량과 품질은 플레이킹 그리트 제조공정 및 마사 제조공정에서 중요한 결정 요인이다. 디설파이드 결합의 감소는 밀가루 대체물로서 사용하기에 적합한 옥수수 가루, 특히 고 단백질 흰 옥수수 품종으로부터 제조된 가루의 특성을 변경시킨다.Protein content and quality are important determinants of flaking grit and martha production. Reduction of disulfide bonds alters the properties of corn flours, particularly flours made from high protein white corn varieties, suitable for use as flour substitutes.
대두 파쇄공정Soybean crushing process
미국 대두 작물의 1/2 이상이 파쇄되거나 분쇄되며, 생성된 저지방 대두분 또는 탈지 대두분(또는 그리트)에서의 단백질 품질은 후속적인 처리공정에 대해 중요하다. 대두 처리공정 스트림으로부터의 단백질 수율과 품질은 경제적으로 중요하며, 단백질 구조에 크게 의존적이다. 형질전환 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제의 발현을 통한 티오레독신 활성의 증진은 수용성 단백질 분획에서의 단백질 용해성을 증진시켜, 수율을 증가시킨다. 염기성 조건하에서의 탈지 대두분의 수성 추출은 회수를 용이하게 한다. 형질전환 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제의 발현을 통한 티오레독신 활성의 증진은 또한 효율적인 추출에 필요한 pH를 저하시켜, 수산화칼슘 또는 수산화나트륨 유입량을 감소시킬 뿐만 아니라, 후속적인 산 침전에 대한 산 유입량을 감소시키고, 알칼리 손해없이 단백질의 효율적인 회수를 가능하게 하고, 물 소비와 처리 설비 폐기물 배출량(실질적인 생물학적 산소 요구 부하량을 함유함)을 감소시킨다.More than half of US soybean crops are crushed or ground, and protein quality in the resulting low fat soy flour or skim soy flour (or grit) is important for subsequent processing. Protein yield and quality from soybean process streams are economically important and highly dependent on protein structure. Enhancement of thioredoxin activity through expression of transformed thioredoxin and / or thioredoxin reductase enhances protein solubility in the water soluble protein fraction, thereby increasing yield. Aqueous extraction of degreased soy flour under basic conditions facilitates recovery. Enhancement of thioredoxin activity through the expression of transformed thioredoxin and / or thioredoxin reductase also lowers the pH required for efficient extraction, reducing calcium or sodium hydroxide influx, as well as subsequent acid precipitation. It reduces acid intake into the water, enables efficient recovery of protein without alkali damage, and reduces water consumption and treatment plant waste emissions (containing the actual biological oxygen demand load).
단백질 레독스 상태(redox status)는 대두 단백질에 의해 제공되는 중요한 기능적 특성, 예를 들어, 용해성, 수 흡수성, 점도, 점착성/접착성, 겔화 및 탄성에 영향을 미친다. 프로테아제에 의한 대두 단백질 농축물 제조공정과 대두 단백질 분해물 가수분해 동안의 섬유 제거는 본원에 기술된 바와 같은 티오레독신 활성을 증가시킴으로써 증진시킬 수 있다. 유사하게는, 상기 옥수수에 대해 기술된 바와 같이, 형질전환 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제의 발현을 통한 티오레독신 활성의 증가는 효소-활성 대두분의 기능성과 동물 사료에서의 대두분 분획 및 스팀 플레이킹 분획의 소화성을 증진시킨다.Protein redox status affects important functional properties provided by soy protein, such as solubility, water absorption, viscosity, stickiness / adhesion, gelling and elasticity. Fiber removal during the soy protein concentrate production process and soy protein digest hydrolysis by proteases can be enhanced by increasing thioredoxin activity as described herein. Similarly, as described for maize, the increase in thioredoxin activity through expression of transformed thioredoxin and / or thioredoxin reductase may be attributed to the functionality of enzyme-active soy flour and soybeans in animal feed. Promotes digestibility of minute fractions and steam flake fractions.
형질전환 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제가 상기한 바와 같이 세포 구획에 대해 표적화되고 열 안정성이어서, 저장 단백질 축적에 대한 상당한 악영향을 방지하는 것이 바람직하더라도, 제공되는 종자 발육 동안 및 처리공정 동안의 단백질 품질의 개질은 종자 발육 동안의 티오레독신 활성의 결과로서 직면할 수 있다. 또는, (옥수수 습식 분쇄공정과 대조적으로) 디설파이드 결합의 절단이 곡물 보전성이 파괴(파쇄 및 오일 추출)된 후까지 필요하지 않기 때문에 티오레독신을 처리공정 효소로서 가할 수 있다.Although it is desirable for the transformed thioredoxin and / or thioredoxin reductase to be targeted and thermally stable to the cell compartment as described above, to avoid significant adverse effects on storage protein accumulation, during and during seed development provided. Modification of protein quality during may be faced as a result of thioredoxin activity during seed development. Alternatively, thioredoxin can be added as process enzyme because cleavage of disulfide bonds (as opposed to corn wet grinding) is not necessary until after grain integrity is broken (crushing and oil extraction).
이종 발현에 대한 티오레독신과 티오레독신 리덕타제의 선택:Selection of thioredoxin and thioredoxin reductase for heterologous expression:
티오레독신, 티오레독신 리덕타제 및 단백질 디설파이드 이소머라제(PDI) 유전자는 진핵 세포, 진성 세균뿐만 아니라, 초호열성 유기체, 예를 들어, 메타노코커스 잔나스치이(Methanococcus jannaschii) 및 아르카에오글로부스 펄기두스(Archaeoflobus fulgidus)를 포함한 고생 세균에서 발견된다. 특유의 유전자의 선택은 목적하는 용도에 다소 의존적이다. 본 발명의 방법을 위해, 바람직한 티오레독신은 다음의 특성을 갖는다:Thioredoxin, thioredoxin reductase and protein disulfide isomerase (PDI) genes are not only eukaryotic cells, true bacteria, but also superthermophilic organisms such as Methanococcus jannaschii and arcaeogle. It is found in hard-tolerant bacteria, including Robus pergidus. The choice of specific genes depends somewhat on the intended use. For the process of the invention, preferred thioredoxins have the following properties:
1. 열 안정성1. Thermal stability
초호열균으로부터의 티오레독신과 관련 단백질은 고온(>50℃)에서 증진된 안정성을 가지고 주위 온도에서 비교적 낮은 활성을 가진다는 것이 확인되었다. 초호열균, 예를 들어, 메타노코커스 잔나스치이 및 아르카에오글로부스 펄기두스와 같은 고생 세균 유래의 TRX 및/또는 TR의 발현은 종자 발육 동안의 발현에 대해 바람직하여, 곡물을 승온에서 침지시키거나 처리할 때까지 티오레독신 활성은 현저하게 증진되지 않는다. 대부분의 곡물 처리방법은 고온 단계를 포함하거나 이와 양립한다. 따라서, 열 안정성 티오레독신과 티오레독신 리덕타제가 바람직하다. 열 안정성이란 효소가 고온, 예를 들어, 40℃ 이상의 온도, 가장 바람직하게는 50℃ 이상, 예를 들어, 습식 분쇄공정의 경우에 45 내지 60℃, 또는 보다 높은 온도, 예를 들어, 45 내지 95℃에서 우선적으로 활성임을 의미한다.Thioredoxin and related proteins from S. aureus have been found to have enhanced stability at high temperatures (> 50 ° C.) and relatively low activity at ambient temperatures. Expression of TRX and / or TR from hardy bacteria, such as Staphylococcus aureus, such as Metanococcus zannaschy and Arcaeoglobus pulgidus, is preferred for expression during seed development, so that grains are immersed at elevated temperature. Tioredoxin activity is not significantly enhanced until after treatment or treatment. Most grain processing methods include or are compatible with high temperature steps. Therefore, thermally stable thioredoxin and thioredoxin reductase are preferred. Thermal stability means that the enzyme is at a high temperature, for example at least 40 ° C., most preferably at least 50 ° C., for example 45 to 60 ° C., or even higher, for example 45 to 60 ° C. for a wet grinding process. Preferred active at 95 ° C.
2. 기질 특이성2. Substrate Specificity
종자 발육에 대한 바람직하지 않은 영향을 매트릭스 내에서 구조 단백질과같은 특정의 단백질에 우선적으로 작용하고 필수적인 대사 효소에 대해 낮은 활성을 갖는 티오레독신의 선택에 의해 감소시킬 수 있다. 각종 TRX는 레독스 조절하에 있는 효소와의 반응성 면에서 상이한 것으로 밝혀져 있다. 따라서, 과발현의 바람직하지 않은 부작용을 최소화시키면서, 목적하는 표적에 대해 본질적으로 작용할 수 있는 TRX를 선택하는 것이 가능하다.Undesirable effects on seed development can be reduced by the selection of thioredoxin, which acts preferentially on certain proteins such as structural proteins in the matrix and has low activity against essential metabolic enzymes. Various TRXs have been found to differ in reactivity with enzymes under redox control. Thus, it is possible to select TRX that can essentially act on the desired target while minimizing the undesirable side effects of overexpression.
적합한 열 안정성 티오레옥신과 티오레독신 리덕타제는 다음의 서열을 포함한다:Suitable thermally stable thioredoxin and thioredoxin reductases comprise the following sequence:
메타노코커스 잔나스키이로부터의 티오레독신의 서열(서열 1: gi|1591029)Sequence of thioredoxin from Metanococcus zanaceki (SEQ ID NO: 1 gi | 1591029)
MSKVKIELFTSPMCPHCPAAKRVVEEVANEMPDAVEVEYINVMENPQKAMEYGIMAVPTIVINGDVEFIGAPTKEALVEAIKKRLMSKVKIELFTSPMCPHCPAAKRVVEEVANEMPDAVEVEYINVMENPQKAMEYGIMAVPTIVINGDVEFIGAPTKEALVEAIKKRL
아르카에오글로부스 펄기두스로부터의 티오레독신의 서열(서열 2: gi|2649903)(trx-1)Sequence of thioredoxin from Arcaeoglobus pergidus (SEQ ID NO: 2: gi | 2649903) (trx-1)
MPMVRKAAFYAIAVISGVLAAVVGNALYHNFNSDLGAQAKIYFFYSDSCPHCREVKPYVEEFAKTHNLTWCNVAEMDANCSKIAQEFGIKYVPTLVIMDEEAHVFVGSDEVRTAIEGMKMPMVRKAAFYAIAVISGVLAAVVGNALYHNFNSDLGAQAKIYFFYSDSCPHCREVKPYVEEFAKTHNLTWCNVAEMDANCSKIAQEFGIKYVPTLVIMDEEAHVFVGSDEVRTAIEGMK
아르카에오글로부스 펄기두스로부터의 티오레독신의 서열(서열 3: gi|2649838)(trx-2)Sequence of thioredoxin from Arcaeoglobus pulgidus (SEQ ID NO: 3 gi | 2649838) (trx-2)
MVFTSKYCPYCRAFEKVVERLMGELNGTVEFEVVDVDEKRELAEKYEVLMLPTLVLADGDEVLGGFMGFADYKTAREAILEQISAFLKPDYKNMVFTSKYCPYCRAFEKVVERLMGELNGTVEFEVVDVDEKRELAEKYEVLMLPTLVLADGDEVLGGFMGFADYKTAREAILEQISAFLKPDYKN
아르카에오글로부스 펄기두스로부터의 티오레독신의 서열(서열 4: gi|2649295)(trx-3)Sequence of thioredoxin from Arcaeoglobus pulgidus (SEQ ID NO: 4 gi | 2649295) (trx-3)
MDELELIRQKKLKEMMQKMSGEEKARKVLDSPVKLNSSNFDETLKNNENVVVDFWAEWCMPCKMIAPVIEELAKEYAGKVVFGKLNTDENPTIAARYGISAIPTLIFFKKGKPVDQLVGAMPKSELKRWVQRNLMDELELIRQKKLKEMMQKMSGEEKARKVLDSPVKLNSSNFDETLKNNENVVVDFWAEWCMPCKMIAPVIEELAKEYAGKVVFGKLNTDENPTIAARYGISAIPTLIFFKKGKPVDQLVGAMPKSELKRWVQRNL
아르카에오글로부스 펄기두스로부터의 티오레독신의 서열(서열 5: gi|2648389)(trx-4)Sequence of thioredoxin from Arcaeoglobus pulgidus (SEQ ID NO: 5: gi | 2648389) (trx-4)
MERLNSERFREVIQSDKLVVVDFYADWCMPCRYISPILEKLSKEYNGEVEFYKLNVDENQDVAFEYGIASIPTVLFFRNGKVVGGFIGAMPESAVRAEIEKALGAMERLNSERFREVIQSDKLVVVDFYADWCMPCRYISPILEKLSKEYNGEVEFYKLNVDENQDVAFEYGIASIPTVLFFRNGKVVGGFIGAMPESAVRAEIEKALGA
메타노코커스 잔나스키이로부터의 티오레독신 리덕타제(trxB)의 서열(서열 6: gi|1592167)Sequence of thioredoxin reductase (trxB) from Metanococcus jannaskyi (SEQ ID NO: 6 gi | 1592167)
MIHDTIIIGAGPGGLTAGIYAMRGKLNALCIEKENAGGRIAEAGIVENYPGFEEIRGYELAEKFKNHAEKFKLPIIYDEVIKIETKERPFKVITKNSEYLTKTIVIATGTKPKKLGLNEDKFIGRGISYCTMCDAFFYLNKEVIVIGRDTPAIMSAINLKDIAKKVIVITDKSELKAAESIMLDKLKEANNVEIIYNAKPLEIVGEERAEGVKISVNGKEEIIKADGIFISLGHVPNTEFLKDSGIELDKKGFIKTDENCRTNIDGIYAVGDVRGGVMQVAKAVGDGCVAMANIIKYLQKLMIHDTIIIGAGPGGLTAGIYAMRGKLNALCIEKENAGGRIAEAGIVENYPGFEEIRGYELAEKFKNHAEKFKLPIIYDEVIKIETKERPFKVITKNSEYLTKTIVIATGTKPKKLGLNEDKFIGRGISYCTMCDAFFYLNKEVIVIGRDTPAIMSAINLKDIAKKVIVITDKSELKAAESIMLDKLKEANNVEIIYNAKPLEIVGEERAEGVKISVNGKEEIIKADGIFISLGHVPNTEFLKDSGIELDKKGFIKTDENCRTNIDGIYAVGDVRGGVMQVAKAVGDGCVAMANIIKYLQKL
아르카에오글로부스 펄기두스로부터의 티오레독신의 서열(서열 7: gi|2649006)(trxB)Sequence of thioredoxin from Arcaeoglobus pulgidus (SEQ ID NO: 7: gi | 2649006) (trxB)
MYDVAIIGGGPAGLTAALYSARYGLKTVFFETVDPVSQLSLAAKIENYPGFEGSGMELLEKMKEQAVKAGAEWKLEKVERVERNGETFTVIAEGGEYEAKAIIVATGGKHKEAGIEGESAFIGRGVSYCATCDGNFFRGKKVIVYGSGKEAIEDAIYLHDIGCEVTIVSRTPSFRAEKALVEEVEKRGIPVHYSTTIRKIIGSGKVEKVVAYNREKKEEFEIEADGIFVAIGMRPATDVVAELGVERDSMGYIKVDKEQRTNVEGVFAAGDCCDNPLKQVVTACGDGAVAAYSAYKYLTSMYDVAIIGGGPAGLTAALYSARYGLKTVFFETVDPVSQLSLAAKIENYPGFEGSGMELLEKMKEQAVKAGAEWKLEKVERVERNGETFTVIAEGGEYEAKAIIVATGGKHKEAGIEGESAFIGRGVSYCATCDGNFFRGKKVIVYGSGKEAIEDAIYLHDIGCEVTIVSRTPSFRAEKALVEEVEKRGIPVHYSTTIRKIIGSGKVEKVVAYNREKKEEFEIEADGIFVAIGMRPATDVVAELGVERDSMGYIKVDKEQRTNVEGVFAAGDCCDNPLKQVVTACGDGAVAAYSAYKYLTS
본 발명에서 사용하기 위해 상기 단백질을 암호화하는 유전자를 바람직하게는 아래에 보다 충분히 기술한 바와 같이 식물에서 바람직한 코돈을 사용하여 역 해독에 의해 디자인하여, G-C 함량을 증진시키고 유해한 서열을 제거한다. 단백질의 활성은 DNA 셔플링(shuffling) 또는 아래에 기술한 바와 같은 다른 수단에 의해 증진시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은 상기 단백질, 특히 티오레독신 또는 티오레독신 리덕타제 활성을 보유하는 실질적으로 유사한 단백질로부터 유래된 단백질을 포함한다.Genes encoding such proteins for use in the present invention are preferably designed by reverse translation using preferred codons in plants, as described more fully below, to enhance G-C content and remove harmful sequences. The activity of the protein can be enhanced by DNA shuffling or other means as described below. Thus, the present invention includes such proteins, particularly proteins derived from substantially similar proteins that possess thioredoxin or thioredoxin reductase activity.
곡물 발육 동안의 활성에 대해 종자에서 티오레독신 발현을 조작하기 위해, TRX와 TR의 종자 특이적 발현을 지시하는 프로모터가 바람직한데, 이를 효소가 특정 용도에서 바람직할 수 있는 저장 단백질에 대한 바람직한 효과를 가질 수 있도록 저장에 대해 표적화한다. 그러나, 본 발명에 있어서, 곡물 발육 동안의 축적 및 불활성에 대해 종자 내에서 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제 발현을 조작하는 것이 일반적으로 바람직하다. 정상 종자 발육에 거의 영향을 주지 않으면서 형질전환 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제를 발현시키는 종자를 발생시키기 위해, 예를 들어, 몇가지의 방책을 이용한다:In order to manipulate thioredoxin expression in seeds for activity during grain development, promoters that direct seed specific expression of TRX and TR are preferred, which has the desired effect on storage proteins where enzymes may be desirable in certain applications. Target for storage so that it has a. However, in the present invention, it is generally desirable to manipulate thioredoxin and / or thioredoxin reductase expression in seeds for accumulation and inactivation during grain development. To generate seeds that express transformed thioredoxin and / or thioredoxin reductase with little effect on normal seed development, for example, several measures are used:
(i) 활성 티오레독신 또는 티오레독신 리덕타제를, 예를 들어, 백소체에 대해 표적화하거나 백소체 내에서 발현시켜 표적 단백질과 거의 상호반응하지 않도록 구획화한다. 색소체 표적화 서열을 백소체 내 직접 축적에 사용한다. 또는, 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제를, 분비 시그널을 사용하는 세포벽 내의 세포 외 위치에 대해 표적화한다. 또는 마지막으로, 단자엽 식물의 경우에, 종자 발육 동안에 호분과 같은 세포 유형 내에서의 발현을 이용하여 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제를 나머지 내배유의 저장 성분으로부터 격리시킨다.(i) Active thioredoxin or thioredoxin reductases are compartmentalized such that they are targeted to or expressed in the white body, for example, so that they rarely interact with the target protein. The pigment targeting sequence is used for direct accumulation in the white body. Alternatively, thioredoxin and / or thioredoxin reductase is targeted for extracellular location in the cell wall using secretion signals. Or lastly, in the case of monocotyledonous plants, during seed development, expression in cell types such as whistle is used to isolate thioredoxin and / or thioredoxin reductase from the storage components of the remaining endoderm.
(ii) 호열성 유기체로부터 유래된 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제의 발현을 조작한다. 주위 온도(현장에서 38-39℃ 정도로 높음)에서 거의 활성을 갖지 않거나 전혀 갖지 않는 효소는 아마도 발육 동안 문제를 거의 야기시키지 않을 것이다. 따라서, 바람직하게는, 효소는 고온, 예를 들어, 40℃ 이상의 온도, 가장 바람직하게는 습식 분쇄공정의 경우에 45 내지 60℃, 또는 보다 높은 온도, 예를 들어, 45 내지 95℃에서 일차적으로 활성이다.(ii) engineer expression of thioredoxin and / or thioredoxin reductases derived from thermophilic organisms. Enzymes that have little or no activity at ambient temperature (as high as 38-39 ° C. at the site) will probably cause little problems during development. Thus, preferably, the enzyme is primarily at a high temperature, for example at least 40 ° C., most preferably at 45 to 60 ° C., or even higher, for example 45 to 95 ° C. for wet grinding processes. Active.
(iii) 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제를 유도가능한 프로모터, 예를 들어, 화학적으로 유도가능한 프로모터, 상처 유도가능한 프로모터, 또는 전사활성화제를 발현시키는 식물에 의한 수분시 활성화되는 전사활성화제로 조절되는 프로모터의 제어하에 위치시킨다.(iii) transcriptional activation activated in minutes by plants expressing thioredoxin and / or thioredoxin reductases, e.g., chemically inducible promoters, wound inducible promoters, or transcriptional activators Placed under the control of a zero regulated promoter.
(iv) 티오레독신 또는 티오레독신 리덕타제의 활성이 적합한 티오레독신 리덕타제 또는 티오레독신 각각의 이용성에 의해 적합하게 조절되도록, 특유의 티오레독신 리덕타제에 대한 특이적 요건을 갖는 티오레독신을 사용한다. 예를 들어,활성 배합물이 보체 효소를 발현시키는 식물에 의한 수분시 종자 내에서만 이용가능하도록, 티오레독신과 티오레독신 리덕타제를 상이한 식물 내에서 발현시킨다. 또는, 곡물이 처리될 때까지 이용가능하지 않도록, 티오레독신 또는 티오레독신 리덕타제를 세포, 예를 들어, 상기한 바와 같은 색소체, 액포 또는 아포플라스트 내에 격리시킨다.(iv) tees with specific requirements for specific thioredoxin reductases such that the activity of thioredoxin or thioredoxin reductase is appropriately controlled by the availability of each suitable thioredoxin reductase or thioredoxin. Use oredoxin. For example, thioredoxin and thioredoxin reductase are expressed in different plants so that the active combination is only available in the seed in minutes by the plant expressing the complement enzyme. Alternatively, thioredoxin or thioredoxin reductase is sequestered in cells, for example, pigments, vacuoles or apoplasts, such that grains are not available until processed.
곡물 처리방법Grain processing method
따라서, 본 발명은, 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제를 사용하여 단백질 매트릭스로부터 전분의 분리를 증진시키는 신규한 방법을 제공한다. 제1 실시양태에서는, 티오레독신 활성이 습식 분쇄공정, 건식 분쇄공정, 유지종자 처리공정, 대두 처리공정, 밀 처리공정 및 가루/반죽 품질, 가장 특히 곡물, 특히 옥수수의 습식 분쇄공정을 포함한 각종 종자 처리 용도에서 유용한 것으로 밝혀졌다.Accordingly, the present invention provides a novel method of enhancing the separation of starch from a protein matrix using thioredoxin and / or thioredoxin reductase. In a first embodiment, the thioredoxin activity is various, including wet grinding, dry grinding, oilseed processing, soybean processing, wheat processing and flour / dough quality, most particularly wet grinding of grains, especially corn. It has been found to be useful in seed treatment applications.
따라서, 본 발명은, 곡물을 보충 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제의 존재하에 침지시키고, 곡물의 전분과 단백질 성분을 분리함을 포함하여,Thus, the present invention comprises dipping grain in the presence of supplementary thioredoxin and / or thioredoxin reductase, and separating the starch and protein components of the grain,
· 분쇄 효율을 개선시키거나 분쇄 수율을 증진시키거나,Improve grinding efficiency or improve grinding yield,
· 전분과 단백질의 분리 효율을 증진시키거나,Enhance the separation efficiency of starch and protein,
· 곡물로부터의 전분과 가용성 단백질의 수율을 증진시키거나,Improve the yield of starch and soluble protein from cereals,
· 물 또는 다른 용매에서의 단백질 용해성을 증진시키는 방법을 제공한다.Provide methods for enhancing protein solubility in water or other solvents.
전형적으로, 침지공정은 분쇄공정 전에 발생하나, 이후에 발생할 수도 있으며, 하나 이상의 분쇄 단계 또는 침지 단계가 추출 공정법 중에 존재하여, 침지 동안 또는 침지 후 시점에서 종자로부터의 단백질 수율을 증진시킬 수 있다. 바람직하게는, 보충 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제는 곡물을 수확할 식물 내에서 형질전환 유전자의 발현에 의해 제공한다.Typically, the dipping process occurs before the grinding process, but may occur afterwards, and one or more grinding or dipping steps can be present in the extraction process to enhance protein yield from the seed during or after dipping. . Preferably, supplemental thioredoxin and / or thioredoxin reductase is provided by the expression of the transgene in the plant from which the crop will be harvested.
또한, 본 발명은In addition, the present invention
· 전분 또는 단백질의 분쇄 효율을 개선시키거나 분쇄 수율을 증진시키는 방법, 예를 들어, 상기한 방법 중의 한 방법에서의 티오레독신 또는 티오레독신 리덕타제의 용도,The use of thioredoxin or thioredoxin reductase in a method for improving the grinding efficiency or enhancing the grinding yield of starch or protein, for example in one of the methods described above,
· 전분의 곡물 내 단백질로부터의 분리를 촉진시키는 데 유효한 양의 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제를 포함하는 침지수,Immersion water containing an amount of thioredoxin and / or thioredoxin reductase effective to facilitate separation of the starch from the protein in the grain,
· 전분의 단백질로부터의 분리를 촉진시키는 데 유효한 양의 티오레독신에 노출시킨 곡물 및Cereals exposed to thioredoxin in an amount effective to promote separation from the starch protein and
· 상기한 방법에 의해 제조된 전분 또는 단백질을 제공한다.Provides starch or protein prepared by the method described above.
상기한 방법에서의 티오레독신의 활성은 침지수를 티오레독신 리덕타제 및/또는 NADPH로 보충함으로써 증진시킬 수 있다. 습식 분쇄용 침지수에 통상적으로 존재하는 다른 성분, 예를 들어, 락트산을 생산하는 세균이 또한 존재할 수 있다. 바람직하게는, 침지공정은 약 52℃의 온도에서 22 내지 50시간 동안 수행하며, 티오레독신이 상기 조건하에 안정한 것이 바람직하다.The activity of thioredoxin in the above methods can be enhanced by supplementing the immersion water with thioredoxin reductase and / or NADPH. Other components typically present in wet grinding immersion water may also be present, such as bacteria producing lactic acid. Preferably, the dipping process is carried out for 22 to 50 hours at a temperature of about 52 ℃, it is preferred that thioredoxin is stable under the above conditions.
곡물은 유지 종자, 예를 들어, 대두, 해바라기 또는 유채, 바람직하게는 대두와 같은 쌍자엽 종자일 수 있거나, 곡초 종자, 예를 들어, 옥수수, 밀, 귀리, 보리, 호밀 또는 벼, 가장 바람직하게는 옥수수와 같은 단자엽 종자일 수 있다.Cereals may be oilseed seeds, for example soybean, sunflower or rapeseed, preferably soybean seeds, such as soybeans, or grain seeds, for example corn, wheat, oats, barley, rye or rice, most preferably Monocot seeds, such as corn.
티오레독신은 티오레독신 리덕타제의 존재하에 NADPH에 의해 가역적으로 산화하여 디설파이드 결합을 형성하고 환원될 수 있는 티올 그룹을 보유하는 임의의 단백질일 수 있다. 바람직하게는, 티오레독신은 상기한 바와 같은 호열성 유기체로부터 유래한다. 본 발명에서 사용하기 위한 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제를 조작된 미생물, 예를 들어, 효모 또는 아스퍼길러스(Aspergillus)나, 예를 들어, 고 pI 알파-아밀라제 프로모터 또는 다른 지베렐린-의존성 프로모터와 같은 맥아제조 동안 활성인 프로모터의 제어하에, 예를 들어, 보리 내에서 매우 고도로 발현가능한 조작된 식물 내에서 적합하게 생산한다. 이어서, 티오레독신(분비되거나 추출된 형태 또는 생산자 유기체나 이의 부분과의 배합물)을 침지수에 가한다.Thioredoxin can be any protein having a thiol group that can be reversibly oxidized by NADPH in the presence of thioredoxin reductase to form disulfide bonds and be reduced. Preferably, thioredoxin is derived from thermophilic organisms as described above. Thioredoxin and / or thioredoxin reductases for use in the present invention may be engineered into engineered microorganisms, such as yeast or Aspergillus, or, for example, high pi alpha-amylase promoters or other gibberellin- Properly produced in engineered plants that are highly highly expressive in barley, for example, under the control of a promoter that is active during malting, such as a dependent promoter. Thioredoxin (in the secreted or extracted form or combination with the producer organism or part thereof) is then added to the immersion water.
티오레독신을 침지수에 가하는 것에 대한 대체법 또는 보충법으로서, 효소를 분쇄할 종자 내에서 직접적으로 발현시킬 수 있다. 바람직하게는, 효소를 곡물 성숙 동안 또는 조절 공정 동안에 발현시킨다.As an alternative or supplement to the addition of thioredoxin to immersion water, the enzyme can be expressed directly in the seed to be milled. Preferably, the enzyme is expressed during grain maturation or during the regulatory process.
따라서, 추가의 실시양태에서는, 본 발명은Thus, in a further embodiment, the present invention
· 티오레독신을 형질전환 유기체, 예를 들어, 식물, 예를 들어, 보리 또는 옥수수와 같은 곡초 또는 미생물, 예를 들어, 효모 또는 아스퍼길러스 내에서 산업적 규모로 제조하는 방법, 예를 들어, 티오레독신을 발현시키는 키메라 유전자를 보유하는 형질전환 유전자를 배양하는 단계와 임의로 티오레독신을 분리하거나 추출하는 단계를 포함하는 방법,Preparation of thioredoxin on an industrial scale in transgenic organisms, for example in cereals or microorganisms such as barley or corn, for example yeast or aspergillus, for example A method comprising culturing a transgene carrying a chimeric gene expressing thioredoxin and optionally isolating or extracting thioredoxin,
· 종자 내에서의 단백질의 품질이 종자 발육 동안 또는 침지 공정 동안에내생적으로 합성된 티오레독신에 의해 영향을 받아, 분쇄공정 전에 외생적 화학물질 또는 효소로 조절할 필요를 배제하거나 감소시키도록, 종자 성숙 또는 발아 동안에 티오레독신의 증진된 품질을 생산하는 형질전환 식물을 사용하는 방법,So that the quality of the protein in the seed is affected by thioredoxin, which is endogenously synthesized during seed development or during the soaking process, so as to exclude or reduce the need for exogenous chemicals or enzymes to control before grinding. Methods of using transgenic plants that produce enhanced quality of thioredoxin during maturation or germination,
· 종자 내에서의 단백질의 품질이 종자 발육 동안 또는 침지 공정 동안에 티오레독신에 의해 영향을 받아, 분쇄공정 전에 외생적 화학물질 또는 효소로 조절할 필요를 배제하거나 감소시키도록, 종자 성숙 또는 발아 동안에 티오레독신의 증진된 품질을 생산하는 형질전환 식물을 제조하는 방법 및The quality of the protein during seed maturation or germination so that the quality of the protein in the seed is influenced by thioredoxin during seed development or during the soaking process, thereby eliminating or reducing the need for exogenous chemical or enzyme control prior to the grinding process. A method of making a transgenic plant that produces an enhanced quality of oredoxin and
· 티오레독신을 함유하는 형질전환 종자를 사용하여 전분과 가용성 단백질 수율을 보다 증진시키는, 곡물의 분쇄방법.A method of grinding grains that further enhances starch and soluble protein yields using transformed seeds containing thioredoxin.
티오레독신과 티오레독신 리덕타제의 형질전환 유기체 내에서의 발현Expression of Thioredoxin and Thioredoxin Reductase in Transgenic Organisms
또한, 본 발명은 열 안정성 티오레독신 또는 티오레독신 리덕타제를 프로모터의 작동적 제어하에 암호화하는 암호화 영역을 포함하는 키메라 발현 카세트를 게놈 내에 보유하는 형질전환 유기체를 포함한다.The invention also encompasses transgenic organisms carrying a chimeric expression cassette in the genome comprising a coding region encoding a thermally stable thioredoxin or thioredoxin reductase under operative control of a promoter.
바람직하게는, 당해 형질전환 유기체는, 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제를 당해 종의 식물 내에서 자연 발생하지 않는 형태로 발현시키거나, 티오레독신을 당해 종의 식물 내에서 자연 발생하는 것보다 높은 수준으로 발현시키는 식물이다.Preferably, the transgenic organism expresses thioredoxin and / or thioredoxin reductase in a form not naturally occurring in the plant of the species, or the thioredoxin is naturally occurring in the plant of the species. It is a plant that expresses higher level than it does.
바람직하게는, 티오레독신은 종자 발육 동안에 종자 내에서 발현되므로, 바람직하게는 종자 특이적 프로모터의 제어하에 둔다. 임의로, 티오레독신의 발현을유도가능하거나 전사활성화제로 조절되는 프로모터의 제어하에 위치시켜, 필요한 경우에, 발현을 전사활성화제로 화학적 유도시키거나 하이브리드화시켜 활성화시킨다. 티오레독신을 액포 표적화 서열과의 융합에 의해 식물의 액포에 대해 적합하게 표적화시킨다.Preferably, thioredoxin is expressed in the seed during seed development, and is therefore preferably placed under the control of a seed specific promoter. Optionally, expression of thioredoxin is placed under the control of a promoter that is inducible or regulated by a transcriptional activator and, if necessary, is activated by chemical induction or hybridization with the transcriptional activator. Thioredoxin is suitably targeted to the vacuoles of the plant by fusion with vacuole targeting sequences.
본 발명에 있어서, 티오레독신 암호화 서열을 식물 내에서 활성인 프로모터에 융합시켜 핵 게놈 또는 색소체 게놈 내로 형질전환시킨다. 당해 프로모터는 바람직하게는 종자 특이적 프로모터, 예를 들어, 감마-제인 프로모터이다. 또는, 당해 프로모터는 화학적으로 유도가능한 프로모터, 예를 들어, 담배 PR-1a 프로모터일 수 있거나, 전사활성화제가 화학적으로 유도된 프로모터의 제어하에 존재하는 화학적으로 유도된 전사활성화제로 조절되는 프로모터일 수 있으나, 특정의 상황에서는, 구성 프로모터, 예를 들어, CaMV 35S 또는 Gelvin 프로모터를 사용할 수 있다. 화학적으로 유도가능한 프로모터를 사용하여, 식물 내로 형질전환된 티오레독신의 발현을 화학적 유도인자의 잎의 적용에 의해 적합한 시기에 활성화시킬 수 있다.In the present invention, a thioredoxin coding sequence is fused to a promoter active in a plant and transformed into the nuclear genome or the chromatin genome. The promoter is preferably a seed specific promoter, for example a gamma-zein promoter. Alternatively, the promoter may be a chemically inducible promoter, for example a tobacco PR-1a promoter, or a promoter whose transcription activator is regulated by a chemically induced transcription activator present under the control of a chemically induced promoter. In certain circumstances, a configuration promoter may be used, such as a CaMV 35S or Gelvin promoter. Chemically inducible promoters can be used to activate expression of the thioredoxin transformed into the plant at the appropriate time by application of the leaves of the chemical inducer.
또는, 티오레독신 암호화 서열을 전사활성화제로 조절되는 프로모터의 제어하에 두고, 상기 서열로 형질전환된 식물을 전사활성화제를 발현시키는 제2 식물과 교배시켜 발현을 달성한다. 당해 방법의 바람직한 형태에서는, 티오레독신 암호화 서열을 함유하는 제1 식물이 종자 모체이고 웅성 불임인 반면, 전사활성화제를 발현시키는 제2 식물은 수분자이다. 티오레독신의 종자 내에서의 발현은, 예를 들어, 제1 식물이 제2 식물에 의해 수분되고, 제2 모체로부터의 전사활성화제 유전자에 의해 발현된 전사활성화제로 전사활성화제로 조절되는 프로모터를 활성화시켜 티오레독신이 제1 식물의 종자 내에서 발현되도록, 제1 식물과 제2 식물을 내식함으로써 달성된다.Alternatively, the thioredoxin coding sequence is placed under the control of a promoter regulated with a transcriptional activator, and the plant transformed with the sequence is crossed with a second plant expressing the transcriptional activator to achieve expression. In a preferred form of the method, the first plant containing the thioredoxin coding sequence is seed parent and male infertility, while the second plant expressing a transcriptional activator is water. Expression in the seed of thioredoxin may be, for example, a promoter regulated by a transcriptional activator with a transcriptional activator expressed by the transcriptional activator gene from the first plant and pollinated by the second plant. Achieved by corrosion of the first plant and the second plant such that thioredoxin is expressed in the seed of the first plant.
따라서, 본 발명은 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제, 예를 들어, 식물 내에서 자연 발현되지 않는 티오레독신 및/또는 티오레독신 리덕타제를 발현시키는 식물, 예를 들어, 핵 또는 색소체 DNA 내에 안정하게 통합되어 있는 티오레독신을 암호화하는 이종 DNA 서열을 바람직하게는 유도가능한 프로모터, 예를 들어, 유도가능한 프로모터에 작동적으로 연결되어 있는 화학적으로 유도가능한 프로모터의 제어하에 또는 전사활성화제로 조절되는 프로모터의 제어하에 발현시키는 식물을 제공하며, 여기서, 해당하는 전사활성화제를 유도가능한 프로모터 제어하에 두거나, 프로모터가 제2 식물과의 하이브리드화에 의해 활성화되도록 제2 식물 내에서 발현시키고, 티오레독신 또는 티오레독신 리덕타제는 바람직하게는 열 안정성이고, 당해 식물은 또한 종자가 임의로 처리(예를 들어, 하도 또는 피복)되고/되거나 포장, 예를 들어, 사용법에 대한 지침서를 포함하는 백 내에 위치된 종자 및 상기한 바와 같은 분쇄공정에서 사용하기 위해 이로부터 수확된 종자를 유도한다.Accordingly, the present invention relates to a plant expressing thioredoxin and / or thioredoxin reductase, eg, thioredoxin and / or thioredoxin reductase, which is not naturally expressed in a plant, eg, a nucleus or The heterologous DNA sequence encoding thioredoxin, which is stably integrated in the chromatin DNA, is preferably activated or under the control of a chemically inducible promoter operably linked to an inducible promoter, eg, an inducible promoter. Provided are plants that express under the control of a zero regulated promoter, wherein the corresponding transcriptional activator is placed under inducible promoter control or expressed in the second plant such that the promoter is activated by hybridization with the second plant, Thioredoxin or thioredoxin reductase is preferably thermally stable and the plant also Seeds optionally treated (eg undercoat or sheathed) and / or packaged, for example seeds placed in bags containing instructions for use and seeds harvested therefrom for use in the grinding process as described above. Induce.
본 발명의 형질전환 식물은 임의로 티오레독신 리덕타제 및/또는 NADPH의 증진된 생산을 위한 유전자를 추가로 포함할 수 있다.The transgenic plant of the invention may optionally further comprise a gene for enhanced production of thioredoxin reductase and / or NADPH.
또한, 본 발명은In addition, the present invention
· 상기한 바와 같은 티오레독신-발현 식물을 재배함을 포함하는, 티오레독신의 제조방법,A process for the preparation of thioredoxin, comprising growing a thioredoxin-expressing plant as described above,
· 전분 또는 단백질을 상기한 바와 같은 식물로부터 수확된 종자로부터 추출함을 포함하는, 전분 및/또는 단백질의 제조방법 및A process for preparing starch and / or protein, comprising extracting starch or protein from seeds harvested from plants as described above;
· 상기한 바와 같은 티오레독신-발현 식물로부터의 종자를 침지시키고, 이로부터 전분 및/또는 단백질을 추출함을 포함하는, 습식 분쇄방법을 추가로 제공한다.We further provide a wet grinding method comprising soaking seeds from thioredoxin-expressing plants as described above and extracting starch and / or protein therefrom.
또한, 본 발명은In addition, the present invention
· 티오레독신 또는 티오레독신 리덕타제, 바람직하게는 호열성 유기체, 예를 들어, 고생 세균, 예를 들어, 상기한 바와 같은 엠. 잔나스키이 또는 에이. 펄기두스로부터 유래된 티오레독신에 대한 암호화 영역을 포함하는 식물에서 발현가능한 발현 카세트[여기서, 당해 암호화 영역은 식물에서 바람직한 코돈을 함유하도록 최적화시키고, 당해 암호화 영역은 식물 내에서 작용하는 프로모터와 터미네이터 서열에 작동적으로 연결되어 있으며, 당해 프로모터는 바람직하게는 종자 특이적 프로모터 또는 유도가능한 프로모터, 예를 들어, 화학적으로 유도가능하거나 전사활성화제로 조절되는 프로모터이고, 예를 들어, 색소체 또는 핵 발현가능한 발현 카세트는 프로모터, 예를 들어, 핵 전사활성화제에 의해 조절된 전사활성화제로 조절되는 프로모터(예를 들어, 전사활성화제가 T7 RNA 폴리머라제인 경우에는 발현이 임의로 유도가능한 프로모터의 제어하에 존재하는 T7 프로모터이다)를 포함한다],Thioredoxin or thioredoxin reductases, preferably thermophilic organisms, eg suffering bacteria, eg M as described above. Jannasuki or A. An expression cassette expressible in a plant comprising a coding region for thioredoxin derived from Pergidus, wherein the coding region is optimized to contain the desired codons in the plant, and the coding region is a promoter and terminator that acts in the plant. Operably linked to a sequence, the promoter is preferably a seed specific promoter or an inducible promoter, for example a promoter that is chemically inducible or regulated with a transcriptional activator, for example a pigment or nuclear expressable The expression cassette is a promoter, for example a promoter that is regulated by a transcriptional activator regulated by a nuclear transcriptional activator (e.g., when the transcriptional activator is a T7 RNA polymerase, expression is present under the control of an optionally inducible promoter T7. Is a promoter),
· 상기 식물에서 발현가능한 발현 카세트를 포함하는 벡터,A vector comprising an expression cassette expressible in said plant,
· 상기 벡터로 형질전환된 식물 또는Plants transformed with the vector or
· 상기 식물에서 발현가능한 발현 카세트를 게놈, 예를 들어, 핵 게놈 또는색소체 게놈 내에 포함하는 형질전환 식물을 추가로 제공한다.Further providing a transgenic plant comprising an expression cassette expressible in said plant in a genome, eg, a nuclear genome or a chromosomal genome.
또한, 본 발명은, 조절되고 티오레독신 또는 티오레독신 리덕타제를 암호화하는 DNA 서열에 작동적으로 연결되어 있는 전사활성화제로 조절되는 프로모터를 포함하는 이종 발현 카세트를 포함하는 제웅되거나 웅성 불임인 제1 식물을, 당해 전사활성화제로 조절되는 프로모터를 조절할 수 있는 전사활성화제를 암호화하는 DNA 서열에 작동적으로 연결되어 있는 프로모터를 포함하는 이종 발현 카세트를 포함하는 제2 식물로부터의 화분으로 수분시키고, 곡물로부터 이와 같이 수분된 식물로부터 회수함을 포함하는, 고수준의 티오레독신 또는 티오레독신 리덕타제를 포함하는 곡물의 제조방법을 포함한다.In addition, the present invention provides a sterile or male sterile agent comprising a heterologous expression cassette comprising a promoter regulated and regulated with a transcriptional activator operably linked to a DNA sequence encoding thioredoxin or thioredoxin reductase. 1 plant is pollinated with pollen from a second plant comprising a heterologous expression cassette comprising a promoter operably linked to a DNA sequence encoding a transcriptional activator capable of regulating a promoter regulated by the transcriptional activator, A process for producing grains comprising high levels of thioredoxin or thioredoxin reductase, including recovering from plants so polluted from cereals.
정의Justice
명세서와 청구의 범위를 명백하고 일관되게 이해하도록 하기 위해, 다음의 정의를 제공한다:To ensure clear and consistent understanding of the specification and claims, the following definitions are provided:
본원에 사용된 "발현 카세트"는 종료 영역에 작동적으로 연결되어 있는 목적하는 암호화 영역에 작동적으로 연결되어 있는 프로모터를 포함하는, 유전자의 발현을 식물 세포 내에서 지시할 수 있는 DNA 서열을 의미한다. 암호화 영역은 통상적으로 목적하는 단백질을 암호화하나, 목적하는 기능성 RNA, 예를 들어, 센스 또는 안티센스 방향으로 특유의 유전자, 예를 들어, 안티센스 RNA의 발현을 저해하는 안티센스 RNA 또는 비해독된 RNA를 암호화할 수도 있다. 유전자는 키메라일 수 있으며, 이는 유전자의 하나 이상의 성분이 유전자의 하나 이상의 다른 성분에 대해이종임을 의미한다. 또한, 유전자는 자연 발생하나, 식물의 유전자 형질전환에 유용한 재조합 형태로 수득되는 유전자일 수 있다. 그러나, 전형적으로, 발현 카세트는 숙주에 대해 이종인데, 다시 말하면 발현 카세트의 특유의 DNA 서열이 숙주 세포 내에서 자연 발생하지 않아, 숙주 세포나 숙주 세포의 조상에 도입하여야만 한다.As used herein, " expression cassette " means a DNA sequence capable of directing expression of a gene in plant cells, including a promoter operably linked to a desired coding region, operably linked to an end region. do. The coding region usually encodes a protein of interest, but encodes antisense RNA or non-translated RNA that inhibits the expression of a specific gene, eg, antisense RNA, in the direction of the desired functional RNA, eg, sense or antisense. You may. The gene may be a chimeric, meaning that one or more components of the gene are heterologous to one or more other components of the gene. In addition, genes may be genes that occur naturally but are obtained in recombinant form useful for gene transformation of plants. Typically, however, the expression cassette is heterologous to the host, ie the DNA sequence specific to the expression cassette does not naturally occur in the host cell and must be introduced into the host cell or ancestor of the host cell.
"핵 발현 카세트"는 숙주의 핵 DNA 내에 통합되어 있는 발현 카세트이다.A " nuclear expression cassette " is an expression cassette that is integrated into the nuclear DNA of a host.
"색소체 발현 카세트"는 숙주의 색소체 DNA 내에 통합되어 있는 발현 카세트이다. 본원에 기술된 색소체 발현 카세트는, 예를 들어, 목적하는 2개 이상의 시스트론 암호화 서열(여기서, 목적하는 암호화 서열 중의 하나는 clpP 또는 다른 색소체 프로테아제의 발현을 저해하는 안티센스 mRNA를 암호화하여, 단백질 발현된 다른 암호화 서열 또는 목적하는 서열의 축적을 증진시킨다)을 단일 프로모터, 예를 들어, 전사활성화제로 조절되는 프로모터의 제어하에 함유하는 폴리시스트론 오페론을 임의로 포함할 수 있다.A " chromosomal expression cassette " is an expression cassette that is integrated into the pigment DNA of a host. The pigment expression cassettes described herein, for example, encode protein of antisense mRNA that inhibits the expression of two or more cistron coding sequences of interest, wherein one of the coding sequences is clpP or other pigment protease, Polycistron operon, which contains the other coding sequence or enhances the accumulation of the desired sequence) under the control of a single promoter, eg, a promoter controlled by a transcriptional activator.
본원에 사용된 "이종"은 "상이한 자연 기원"을 의미한다. 예를 들어, 식물이 또 다른 유기체, 특히 또 다른 종으로부터 유래된 유전자로 형질전환될 경우에, 당해 유전자는 당해 식물과 당해 유전자를 보유하는 식물의 자손에 대해 이종이다.As used herein, “ heterologous ” means “different natural origin”. For example, when a plant is transformed with a gene derived from another organism, in particular another species, the gene is heterologous to the offspring of the plant and the plant carrying the gene.
"동종 색소체성"은 전체 색소체가 유전학적으로 동일한 식물, 식물 조직 또는 식물 세포를 의미한다. 이는 색소체가 형질전환되거나, 돌연변이되거나, 달리는 유전자 조작되지 않은 경우에 식물 내에서 정상 상태이다. 상이한 조직 또는 발육기에서, 색소체는 엽록체, 원색소체, 에티오플라스트, 백소체, 잡색체 등과 같은 상이한 형태를 취할 수 있다." Homochromosome " means a plant, plant tissue or plant cell in which the entire plastid is genetically identical. This is normal in plants when the plastids are not transformed, mutated or otherwise genetically modified. In different tissues or developmental phases, the plastids can take different forms, such as chloroplasts, primitives, ethioplasts, whites, variegates and the like.
"유도가능한 프로모터"는 구성 프로모터 또는 특이적 조직이나 기관 또는 발육기에 특이적인 프로모터와 구별되는, 식물이 몇몇 특유의 외부 자극에 노출될 경우에만 전사를 개시하는 프로모터이다. 본 발명에 대해 특히 바람직한 유도가능한 프로모터는 화학적으로 유도가능하거나 전사활성화제로 조절되는 프로모터이다. 화학적으로 유도가능한 프로모터는 전신 획득 저항성 경로 내의 프로모터와 같은 식물-유래 프로모터, 예를 들어, PR 프로모터, 예를 들어, PR-1, PR-2, PR-3, PR-4 및 PR-5 프로모터, 특히 식물을 BTH와 관련된 화학물질에 노출시킬 경우에 전사를 개시하는 담배 PR-1a 프로모터와 아라비돕시스(Arabidopsis) PR-1 프로모터를 포함한다[참조: 본원에 참고로 인용되어 있는 미국 특허 제5,614,395호 및 제WO 98/03536호]. 또한, 화학적으로 유도가능한 프로모터는 수용체-매개된 시스템, 예를 들어, 스테로이드-의존성 유전자 발현, 구리-의존성 유전자 발현, 테트라사이클린-의존성 유전자 발현, 특히 제PCT/EP 96/04224호에 기술된 유약기 성장 호르몬과 이의 효능제에 의해 매개된 드로소필라(Drosophila)로부터의 USP 수용체를 이용하는 발현 시스템뿐만 아니라, 본원에 참고로 인용되어 있는 제PCT/EP 96/00686호에 기술된 바와 같은 수용체의 배합물을 이용하는 발현 시스템과 같은 다른 유기체로부터 유래된 것들을 포함한다. 화학적으로 유도가능한 프로모터는 티오레독신 유전자에 직접적으로 연결되어 있을 수 있거나, 티오레독신 유전자는 전사활성화제로 조절되는 프로모터의 조절하에 존재할 수 있는 한편, 전사활성화제에 대한 유전자는 화학적으로 유도가능한 프로모터하에 존재한다[개괄적으로, 내용이 본원에 참고로 인용되어 있는 문헌참조: C. Gatz, "Chemical Control of Gene Expression", Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. (1997)48: 89-108]. 전사활성화제로 조절되는 프로모터를 아래에 보다 충분히 기술하며, 이는 티오레독신 유전자를 전사활성화제로 조절되는 프로모터의 제어하에 포함하는 식물을 전사활성화제를 발현시키는 제2 식물과 하이드리드화시켜 유도할 수도 있다.An " inducible promoter " is a promoter that initiates transcription only when a plant is exposed to some unique external stimulus, which is distinguished from a constitutive promoter or a promoter specific to a specific tissue or organ or developmental organ. Particularly preferred inducible promoters for the present invention are promoters which are chemically inducible or regulated with transcriptional activators. Chemically inducible promoters may be plant-derived promoters, such as those in the systemic acquisition resistance pathways, such as PR promoters such as PR-1, PR-2, PR-3, PR-4 and PR-5 promoters. Including the tobacco PR-1a promoter and the Arabidopsis PR-1 promoter, which initiate transcription, particularly when plants are exposed to chemicals associated with BTH. See US Pat. No. 5,614,395, incorporated herein by reference. And WO 98/03536. In addition, chemically inducible promoters may be used in receptor-mediated systems such as steroid-dependent gene expression, copper-dependent gene expression, tetracycline-dependent gene expression, in particular the glazes described in PCT / EP 96/04224. Expression systems using USP receptors from Drosophila mediated by GI growth hormones and agonists thereof, as well as receptors as described in PCT / EP 96/00686, which is incorporated herein by reference. And those derived from other organisms, such as expression systems using combinations. The chemically inducible promoter may be directly linked to the thioredoxin gene, or the thioredoxin gene may be under the control of a promoter regulated by a transcriptional activator, while the gene for the transcriptional activator may be a chemically inducible promoter [Overview, C. Gatz, "Chemical Control of Gene Expression", Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. (1997) 48 : 89-108. The promoter regulated by a transcriptional activator is more fully described below, which may be induced by hydriding a plant comprising the thioredoxin gene under the control of a promoter regulated by a transcriptional activator with a second plant expressing the transcriptional activator. have.
"분리된 DNA 분자"는 사람의 손에 의해 이의 자연 환경으로부터 분리되어 존재하는, 자연 산물이 아닌 뉴클레오티드 서열이다. 분리된 뉴클레오티드 서열은 정제된 형태로 존재할 수 있거나, 예를 들어, 형질전환 숙주 세포와 같은 비자연 환경 내에 존재할 수 있다.An " isolated DNA molecule " is a nucleotide sequence that is not a natural product, which is separated from its natural environment by a human hand. The isolated nucleotide sequence may be present in purified form or may be present in an unnatural environment such as, for example, a transforming host cell.
본원에 정의된 "단백질"은 상응하는 뉴클레오티드 서열에 의해 암호화되는 전체 단백질이거나, 뉴클레오티드 서열의 상응하는 부분에 의해 암호화되는 단백질의 부분이다.A " protein " as defined herein is the entire protein encoded by the corresponding nucleotide sequence or the portion of a protein encoded by the corresponding portion of the nucleotide sequence.
"분리된 단백질"은 분리된 뉴클레오티드 서열에 의해 암호화되는, 자연 산물이 아닌 단백질이다. 분리된 단백질은 정제된 형태로 존재할 수 있거나, 단백질을 통상적으로 발현시키지 않거나 동질 유전자의 비형질전환 숙주 세포 내에서 상이한 형태 또는 상이한 양으로 발현시킬 수 있는 형질전환 숙주 세포와 같은 비자연 환경에서 존재할 수 있다.An " isolated protein " is a protein that is not a natural product, encoded by an isolated nucleotide sequence. An isolated protein may be present in purified form, or may be present in an unnatural environment, such as a transgenic host cell that does not normally express the protein or that may be expressed in different forms or in different amounts within an untransformed host cell of the homologous gene. Can be.
"식물"은 발육기의 임의의 식물 또는 식물의 부분을 의미하고, 구체적으로는 손상되거나, 압궤되거나 죽은 식물과 식물 재료뿐만 아니라, 생육가능한 식물, 삽수, 세포 또는 조직 배양물과 종자를 포함하고자 한다." Plant " means any plant or part of a plant in the growing season and is specifically intended to include damaged, collapsed or dead plants and plant materials, as well as viable plants, inserts, cell or tissue cultures and seeds. .
"DNA 셔플링"은 돌연변이 또는 전위를 바람직하게는 무작위로 DNA 분자 내에 도입하거나, DNA 서열의 교환을 바람직하게는 무작위로 2개 이상의 DNA 분자간에 발생시키는 방법이다. DNA 셔플링으로부터 생성된 DNA 분자는 하나 이상의 주형 DNA 분자로부터 유래된 비천연 DNA 분자인 셔플링된 DNA 분자이다. 셔플링된 DNA는 주형 DNA에 의해 암호화되는 효소와 관련하여 개질된 효소를 암호화하고, 바람직하게는 주형 DNA에 의해 암호화되는 효소와 관련하여 변질된 생물학적 활성을 갖는다." DNA shuffling " is a method of introducing mutations or translocations into a DNA molecule, preferably randomly, or exchanging DNA sequences, preferably between two or more DNA molecules, randomly. DNA molecules generated from DNA shuffling are shuffled DNA molecules, which are non-natural DNA molecules derived from one or more template DNA molecules. The shuffled DNA encodes a modified enzyme with respect to the enzyme encoded by the template DNA and preferably has altered biological activity with respect to the enzyme encoded by the template DNA.
가장 광범위한 의미로, 용어 "실질적으로 유사한"은 뉴클레오티드와 관련하여 본원에서 사용될 경우에 상응하는 서열이, 예를 들어, 폴리펩타이드 기능에 영향을 미치지 않는 아미노산에서의 유일한 변화가 발생하는 참조 뉴클레오티드 서열에 의해 암호화되는 폴리펩타이드와 실질적으로 동일한 구조와 기능을 갖는 폴리펩타이드를 암호화하는 참조 뉴클레오티드 서열에 상응하는 뉴클레오티드 서열을 의미한다. 바람직하게는, 실질적으로 유사한 뉴클레오티드 서열은 참조 뉴클레오티드 서열에 의해 암호화되는 폴리펩타이드를 암호화한다. 실절적으로 유사한 뉴클레오티드 서열과 참조 뉴클레오티드간의 상동성의 백분율은 바람직하게는 80% 이상, 보다 바람직하게는 85% 이상, 우선적으로는 90% 이상, 보다 우선적으로는 95% 이상, 보다 더 우선적으로는 99% 이상이다. 서열 비교는 스미스-워터맨(Smith-Waterman) 서열 정렬 알고리듬[참조예: Waterman, M.S. Introduction to Computational Biology: Maps, sequences and genomes. Chapman & Hall. London: 1995. ISBN 0-412-99391-0 또는http://www-hto.usc.edu/software/seqaln/index.html]. 다음의 파라미터를 갖는 LocalS 프로그램, 버젼 1.16을 사용한다: 매취: 1, 미스매취 페널티: 0.33, 오픈-갭 페널티: 2, 연장-갭 페널티: 2.In the broadest sense, the term “ substantially similar ”, when used herein in reference to a nucleotide, refers to a reference nucleotide sequence in which a corresponding change occurs in a corresponding amino acid, for example, that does not affect polypeptide function. By nucleotide sequence corresponding to a reference nucleotide sequence encoding a polypeptide having a structure and function substantially the same as the polypeptide encoded by. Preferably, substantially similar nucleotide sequences encode polypeptides encoded by a reference nucleotide sequence. The percentage of homology between substantially similar nucleotide sequences and reference nucleotides is preferably at least 80%, more preferably at least 85%, preferentially at least 90%, more preferably at least 95%, even more preferentially 99 More than% Sequence comparisons are described in Smith-Waterman sequence alignment algorithms [see, for example, Waterman, MS Introduction to Computational Biology: Maps, sequences and genomes. Chapman & Hall. London: 1995. ISBN 0-412-99391-0 or http://www-hto.usc.edu/software/seqaln/index.html ]. Use the LocalS program, version 1.16, with the following parameters: Acquisition: 1, Mismatch Penalty: 0.33, Open-Gap Penalty: 2, Extended-Gap Penalty: 2.
참조 뉴클레오티드 서열과 "실질적으로 유사한" 뉴클레오티드 서열은 7% 나트륨 도데실 설페이트(SDS), 0.5M NaPO4, 50℃에서 2X SSC, 50℃에서 0.1% SDS로 세척한 1mM EDTA, 보다 바람직하게는 7% 나트륨 도데실 설페이트(SDS), 0.5M NaPO4, 50℃에서 1X SSC, 50℃에서 0.1% SDS로 세척한 1mM EDTA, 보다 더 바람직하게는 7% 나트륨 도데실 설페이트(SDS), 0.5M NaPO4, 50℃에서 0.5X SSC, 50℃에서 0.1% SDS로 세척한 1mM EDTA, 우선적으로는 7% 나트륨 도데실 설페이트(SDS), 0.5M NaPO4, 50℃에서 0.1X SSC, 50℃에서 0.1% SDS로 세척한 1mM EDTA, 보다 우선적으로는 7% 나트륨 도데실 설페이트(SDS), 0.5M NaPO4, 50℃에서 0.1 X SSC, 65℃에서 0.1% SDS로 세척한 1mM EDTA 속에서 참조 뉴클레오티드 서열에 하이브리드화한다.The nucleotide sequence "substantially similar" to the reference nucleotide sequence is 7% sodium dodecyl sulfate (SDS), 0.5M NaPO 4 , 1 mM EDTA washed with 2X SSC at 50 ° C, 0.1% SDS at 50 ° C, more preferably 7 % Sodium Dodecyl Sulfate (SDS), 0.5 M NaPO 4 , 1 mM EDTA washed with 1X SSC at 50 ° C., 0.1% SDS at 50 ° C., more preferably 7% Sodium Dodecyl Sulfate (SDS), 0.5 M NaPO 4 , 1 mM EDTA washed with 0.5X SSC at 50 ° C, 0.1% SDS at 50 ° C, preferentially 7% sodium dodecyl sulfate (SDS), 0.5M NaPO 4 , 0.1X SSC at 50 ° C, 0.1 at 50 ° C Reference nucleotide sequence in 1 mM EDTA washed with% SDS, more preferentially 7% sodium dodecyl sulfate (SDS), 0.5M NaPO 4 , 0.1 X SSC at 50 ° C., 1 mM EDTA washed with 0.1% SDS at 65 ° C. Hybridize to
용어 "실질적으로 유사한"은단백질과 관련하여 사용될 경우에, 단백질이, 예를 들어, 폴리펩타이드 기능에 영향을 미치지 않는 아미노산에서의 유일한 변화가 발생하는 참조 단백질과 실질적으로 동일한 구조와 기능을 갖는 참조 단백질에 상응하는 단백질을 의미한다. 단백질 또는 아미노산 서열에 대해 사용할 경우에, 실질적으로 유사한 단백질 또는 아미노산 서열과 참조 단백질 또는 아미노산 서열간의 상동성의 백분율은 바람직하게는 80% 이상, 보다 바람직하게는 85% 이상, 우선적으로는 90% 이상, 보다 우선적으로는 95% 이상, 보다 더 우선적으로는 99% 이상이다.The term “ substantially similar ” when used in reference to a protein refers to a reference having a structure and function substantially the same as that of the reference protein, where the only change in amino acid occurs that does not affect, for example, polypeptide function. It means a protein corresponding to a protein. When used for a protein or amino acid sequence, the percentage of homology between substantially similar protein or amino acid sequences and the reference protein or amino acid sequence is preferably at least 80%, more preferably at least 85%, preferentially at least 90%, More preferably at least 95% and even more preferably at least 99%.
"전사활성화제"는 단백질 그 자체 또는 하나 이상의 추가의 단백질과 배합되어, 상응하는 전사활성화제로 조절되는 프로모터의 제어하에 암호화 영역의 전사를 야기시킬 수 있는 단백질이다. 전사활성화제 시스템의 예는 전사 활성화가 파아지 T7 RNA 폴리머라제와 같은 특이적인 RNA 폴리머라제에 의존적인 파아지 T7 유전자 10 프로모터를 포함한다. 전사활성화제는 전형적으로는 프로모터를 직접적으로 활성화시키거나, 예를 들어, 리프레서 단백질의 발현 또는 축적을 저해하여 리프레서를 불활성화시킴으로써 특유의 프로모터와 상호작용하여 전사를 개시할 수 있는 RNA 폴리머라제 또는 DNA 결합 단백질이다. DNA 결합 단백질은 적합한 전사 활성화제 영역에 연결되어 있는 결합 영역(예: GAL4 결합 영역)을 포함하는 키메라 단백질일 수 있다. 특정의 전사활성화제 시스템은 다중 전사활성화제, 예를 들어, 폴리머라제뿐만 아니라, 프로모터 인식, DNA 결합 또는 전사 활성화에 특이적인 서브유니트(시그마 인자)를 필요로 하는 프로모터를 보유할 수 있다. 전사활성화제는 바람직하게는 식물에 대해 이종이다.A " transcriptional activator " is a protein that can be combined with the protein itself or with one or more additional proteins to cause transcription of the coding region under the control of a promoter regulated with the corresponding transcriptional activator. Examples of transcriptional activator systems include the phage T7 gene 10 promoter whose transcriptional activation is dependent on specific RNA polymerases such as phage T7 RNA polymerase. Transcriptional activators are typically RNA polymerases that can initiate transcription by directly activating a promoter or interacting with a specific promoter, for example by inhibiting the expression or accumulation of the repressor protein to inactivate the repressor. Or DNA binding proteins. The DNA binding protein may be a chimeric protein comprising a binding region (eg, a GAL4 binding region) that is linked to a suitable transcriptional activator region. Certain transcriptional activator systems may possess multiple transcriptional activators, eg, polymerases, as well as promoters that require subunits (sigma factors) specific for promoter recognition, DNA binding, or transcriptional activation. Transcription activators are preferably heterologous to the plant.
식물 내에서의 핵 발현을 최적화시키기 위한 미생물 유전자의 변형Modification of Microbial Genes to Optimize Nuclear Expression in Plants
경우에 따라, 본원에 기술된 클로닝된 티오레독신 유전자를 형질전환 식물 숙주 내에서의 발현을 위해 변형시킨다. 예를 들어, 미생물 기원으로부터 유래된 유전자의 식물 내에서의 형질전환 발현을 식물 내에서의 이의 발현을 달성하고 최적화시키기 위해 상기 유전자를 변형시킬 필요가 있을 수 있다. 특히, 개별적 효소를 암호화하나 천연 미생물 내에서 동일한 전사체에 의해 암호화되는 세균성 ORF가 개별적 전사체에 대해 식물 내에서 가장 잘 발현된다. 이를 달성하기 위해, 각각의 미생물 ORF를 개별적으로 분리하고, ORF의 5' 말단에서 식물 프로모터 서열과 ORF의 3' 말단에서 식물 전사 터미네이터를 제공하는 카세트 내에서 클로닝시킨다. 분리된 ORF 서열은 바람직하게는 개시 ATG 코돈과 종료 STOP 코돈을 포함하나, 개시 ATG 코돈과 종료 STOP 코돈 이외의 추가의 서열을 포함할 수 있다. 또한, ORF는 절단될 수 있으나, 필요한 활성을 여전히 보유하고, 특별히 긴 ORF의 경우에 활성을 보유하는 절단된 버젼은 형질전환 유기체 내에서의 발현에 바람직하다.If desired, the cloned thioredoxin gene described herein is modified for expression in a transgenic plant host. For example, it may be necessary to modify the gene in order to achieve transgenic expression in plants of genes derived from microbial origin and to achieve their expression in plants. In particular, bacterial ORFs encoding individual enzymes but encoded by the same transcript in natural microorganisms are best expressed in plants for individual transcripts. To accomplish this, each microbial ORF is isolated separately and cloned in a cassette providing a plant promoter sequence at the 5 'end of the ORF and a plant transcription terminator at the 3' end of the ORF. An isolated ORF sequence preferably comprises an initiating ATG codon and an ending STOP codon, but may comprise additional sequences other than the initiating ATG codon and the ending STOP codon. In addition, an ORF can be cleaved, but a truncated version that still retains the necessary activity, particularly in the case of long ORFs, is preferred for expression in the transgenic organism.
"식물 프로모터"와 "식물 전사 터미네이터"는 식물 세포 내에서 작동하는 프로모터와 전사 터미네이터를 의미한다. 이는 비식물 기원, 예를 들어, 바이러스로부터 유래될 수 있는 프로모터와 전사 터미네이터를 포함한다(예에는 콜리플라워 모자이크 바이러스(Cauliflower Mosaic Virus) 또는 아그로박테리움(Agrobacterium) Ti 또는 Ri 플라스미드 내의 오핀 신타제 유전자로부터 유래된 프로모터와 터미네이터가 포함된다)." Plant promoter " and " plant transcription terminator " refer to promoters and transcription terminators that operate in plant cells. This includes promoters and transcriptional terminators that may be derived from non-plant origin, such as viruses (eg, Cauliflower Mosaic Virus or Agrobacterium Ti or Ri plasmid genes of the Opin Synthase). Promoters and terminators).
특정의 경우에, ORF 암호화 서열과 인접하는 서열에 대한 변형은 필요로 하지 않을 수 있으나, 이 경우에 목적하는 ORF를 함유하는 단편을 분리하여 이를 식물 프로모터의 하류에 삽입하기에 충분하다. 그러나, 바람직하게는, ATG의 상류와 STOP 코돈의 하류 좌측에 부착된 인접하는 미생물 서열을 최소화시키거나 제거하여야만 한다. 실제적으로, 이러한 작제는 제한 부위의 이용율에 따라 달라질 수 있다.In certain cases, modifications to sequences adjacent to the ORF coding sequence may not be required, but in this case it is sufficient to isolate the fragment containing the desired ORF and insert it downstream of the plant promoter. However, preferably, adjacent microbial sequences attached upstream of the ATG and downstream of the STOP codon should be minimized or eliminated. In practice, this construction may vary depending on the availability of the restriction site.
다른 경우에, 미생물 기원으로부터 유래된 유전자의 발현은 발현시 문제를 제공할 수 있다. 이들 문제는 당해 분야에 익히 특성화되어 있으며, 특히 바실러스(Bacillus)와 같은 특정의 기원으로부터 유래된 유전자에 대해 통상적이다. 이러한 유전자의 변형은 당해 분야에 익히 공지된 기술을 사용하여 착수할 수 있다. 다음의 문제는 직면할 수 있는 전형적인 문제들이다:In other cases, expression of genes derived from microbial origin can provide a problem in expression. These problems are well characterized in the art, and are particularly common for genes derived from specific origins such as Bacillus. Modifications of such genes can be undertaken using techniques well known in the art. The following problems are typical of the problems you may encounter:
1.코돈 사용법 1. Codon Usage
식물에서 바람직한 코돈 사용법은 특정의 미생물에서 바람직한 코돈 사용법과 상이하다. 클로닝된 미생물 ORF 내에서의 코돈 사용법과 식물 유전자(및 특히 표적 식물로부터의 특유의 유전자)와의 비교로 바람직하게 변화하여야만 하는 ORF 내에서의 코돈의 동정이 가능할 것이다. 전형적으로는, 식물 진화는 단자엽 식물의 세번 째 염기 위치에서 뉴클레오티드 C와 G가 강하게 선택되는 경향이 있는 반면, 쌍자엽 식물은 상기 위치에서 뉴클레오티드 A 또는 T를 종종 사용한다. 유전자를 변형시켜 특유의 표적 형질전환 종에 대해 바람직한 코돈 사용법을 혼용함으로써, GC/AT 함량과 부적합 스플라이싱에 대해 아래에 기술한 다수의 문제를 극복할 것이다.Preferred codon usage in plants differs from the preferred codon usage in certain microorganisms. Codon usage in cloned microbial ORFs and comparison of plant genes (and in particular genes from target plants) will allow identification of codons in ORFs that should preferably be changed. Typically, plant evolution tends to strongly select nucleotides C and G at the third base position of the monocotyledonous plant, whereas dicotyledonous plants often use nucleotides A or T at these positions. By modifying the genes to mix the desired codon usage for specific target transgenic species, many of the problems described below for GC / AT content and inadequate splicing will be overcome.
2.GC/AT 함량 2. GC / AT content
식물 유전자의 GC 함량은 전형적으로는 35% 이상이다. A와 T 뉴클레오티드가 풍부한 ORF 서열은 식물 내에서 몇가지 문제를 야기시킬 수 있다. 첫째, ATTTA의 모티프가 메시지의 불안정화를 야기시키는 것으로 간주되며, 다수의 RNA의 3' 말단에서 발견된다. 둘째, 메시지 내의 부적합한 위치에서의 AATAAA와 같은 폴리아데닐화 시그널의 발생은 전사의 미숙한 절단을 야기시키는 것으로 간주된다. 또한, 단자엽 식물은 AT가 풍부한 서열을 스플라이스 부위로서 인식할 것이다(아래 참조).The GC content of plant genes is typically at least 35%. ORF sequences rich in A and T nucleotides can cause some problems in plants. First, the motif of ATTTA is considered to cause destabilization of the message and is found at the 3 'end of many RNAs. Second, generation of polyadenylation signals such as AATAAA at inappropriate locations in the message is considered to cause immature cleavage of transcription. In addition, monocotyledonous plants will recognize AT-rich sequences as splice sites (see below).
3.개시 메티오닌에 인접하는 서열 3. Sequences Adjacent to Initiating Methionine
식물은 이들의 메시지가 한정된 리보좀 결합 부위를 갖지 않는다는 점에서 미생물과 상이하다. 오히려, 리보좀은 메시지의 5' 말단에 부착되어 해독을 개시하는 제1의 이용가능한 ATG에 대해 스캐닝하는 것으로 간주된다. 그럼에도 불구하고, ATG에 인접하는 특정의 뉴클레오티드에 대한 선택성이 존재하고, ATG에서의 진핵 생물 컨센서스 해독 개시인자의 포함에 의해 미생물 유전자의 발현이 증진될 수 있다. 클론테크(Clontech)(1993/1994 catalog, page 210)는 식물 내에서의 이. 콜라이(E. coli) uidA 유전자의 발현에 대한 컨센서스 해독 개시인자로서 서열 GTCGACCATGGTC(서열 8)을 제안하였다. 또한, 조쉬(Joshi)[참조: NAR15: 6643-6653 (1987)]는 ATG에 인접하는 다수의 식물 서열을 비교하였고, 컨센서스 TAAACAATGGCT(서열 9)를 제안하였다. 미생물 ORF의 발현이 식물 내에서 곤란한 상황에 있어서, 상기 서열 중의 하나가 개시 ATG에서 포함될 경우에 해독을 향상시킬 수 있다. 이러한 경우에, 컨센서스 중의 마지막 3개의 뉴클레오티드는 제2의 AA 잔기의 변형으로 인해 변형된 서열 내에 포함되기에 적합하지 않을 수 있다. 개시메티오닌에 인접하는 바람직한 서열은 상이한 식물 종 사이에서 상이할 수 있다. GenBank 데이터베이스에 위치하는 14개의 옥수수 유전자의 조사는 다음과 같은 결과를 제공한다:Plants differ from microorganisms in that their messages do not have defined ribosomal binding sites. Rather, ribosomes are considered scanning for the first available ATG attached to the 5 'end of the message to initiate decryption. Nevertheless, selectivity exists for certain nucleotides adjacent to ATG, and expression of microbial genes may be enhanced by inclusion of eukaryotic consensus translational initiators in ATG. Clontech (1993/1994 catalog, page 210) has been developed for plant-derived bacteria. The sequence GTCGACC ATG GTC (SEQ ID NO: 8) was proposed as a consensus translational initiator for the expression of the E. coli uidA gene. In addition, Josh (NAR 15 : 6643-6653 (1987)) compared a number of plant sequences adjacent to ATG and proposed the consensus TAAACA ATG GCT (SEQ ID NO: 9). In situations where expression of the microbial ORF is difficult in plants, translation can be enhanced when one of the sequences is included in the starting ATG. In such cases, the last three nucleotides in the consensus may not be suitable for inclusion in the modified sequence due to modification of the second AA residue. Preferred sequences adjacent to the initiation methionine may differ between different plant species. Investigation of the 14 maize genes in the GenBank database gives the following results:
14개의 옥수수 유전자 내에서의 개시 ATG 앞의 위치Position before initiation ATG in 14 maize genes
-10-10 -9-9 -8-8 -7-7 -6-6 -5-5 -4-4 -3-3 -2-2 -1-One
C 3 8 4 6 2 5 6 0 10 7C 3 8 4 6 2 5 6 0 10 7
T 3 0 3 4 3 2 1 1 1 0T 3 0 3 4 3 2 1 1 1 0
A 2 3 1 4 3 2 3 7 2 3A 2 3 1 4 3 2 3 7 2 3
G 6 3 6 0 6 5 4 6 1 5G 6 3 6 0 6 5 4 6 1 5
이러한 분석법은 티오레독신 또는 티오레독신 리덕타제 유전자를 도입하고 ATG에 인접하는 서열을 변형시켜 바람직한 뉴클레오티드를 도입한 목적하는 식물 종에 대해 수행할 수 있다.Such assays can be performed on the desired plant species incorporating the thioredoxin or thioredoxin reductase gene and modifying the sequence adjacent to the ATG to introduce the desired nucleotides.
4.부적합 스플라이스 부위의 제거 4. Removal of nonconforming splice sites
비식물 기원으로부터 클로닝되어 식물 내의 발현에 대해 최적화되지 않은 유전자는 또한 5' 또는 3' 스플라이스 부위로서 식물 내에서 인식되고 절단되어, 절단되고 결실된 메시지를 생성시킬 수 있는 모티프를 함유할 수도 있다. 본원에 참고문헌으로 인용된 특허원 제WO 97/02352호에 기술된 방법을 사용하여 이들 부위를제거할 수 있다.Genes that are cloned from non-plant origin and not optimized for expression in the plant may also contain motifs that can be recognized and cleaved in the plant as 5 'or 3' splice sites, resulting in a truncated and deleted message. . These sites can be removed using the methods described in patent application WO 97/02352, which is incorporated herein by reference.
암호화 서열과 인접하는 서열의 변형을 위한 방법은 당해 분야에 익히 공지되어 있다. 미생물 ORF의 초기 발현이 낮고 이것이 상기한 바와 같은 서열로 변형시키는 데 적합한 것으로 간주되는 경우에, 합성 유전자의 작제를 당해 분야에 익히 공지된 방법에 따라 달성할 수 있다. 이는, 예를 들어, 공개된 특허 공보 EP 제0 385 962호, EP 제0 359 472호 및 제WO 93/07278호에 기술되어 있다. 대부분의 경우에, 형질전환 식물에 전달하기 전에 일시적 검정 프로토콜(당해 분야에 익히 공지되어 있음)을 이용하여 유전자 작제의 발현을 검정하는 것이 바람직하다.Methods for modification of sequences adjacent to coding sequences are well known in the art. If the initial expression of the microbial ORF is low and it is deemed suitable for modification to the sequence as described above, the construction of the synthetic gene can be accomplished according to methods well known in the art. This is described, for example, in published patent publications EP 0 385 962, EP 0 359 472 and WO 93/07278. In most cases, it is desirable to assay expression of gene constructs using transient assay protocols (well known in the art) prior to delivery to transgenic plants.
색소체 형질전환의 주요 이점은 색소체가 일반적으로 실질적인 변형없이 세균의 유전자를 발현시킬 수 있다는 것이다. 상기한 바와 같은 코돈 적용 등은 필요하지 않으며, 색소체는 단일 프로모터의 제어하에 다중 오픈 리딩 프레임을 발현시킬 수 있다.The main advantage of chromatin transformation is that the pigment can generally express bacterial genes without substantial modification. Application of codons as described above is not required and the chromosomes may express multiple open reading frames under the control of a single promoter.
식물 형질전환 벡터와 선택가능한 마커의 작제Construction of Plant Transformation Vectors and Selectable Markers
다수의 형질전환 벡터가 식물 형질전환에 이용가능하며, 본 발명의 유전자를 임의의 이러한 벡터와 함께 사용할 수 있다. 사용하기 위한 벡터의 선택은 바람직한 형질전환 기법과 형질전환에 대한 표적 종에 따라 달라질 것이다. 특정의 표적 종에 대해, 상이한 항체 또는 제초제 선택 마커가 바람직할 수 있다. 형질전환에서 통상적으로 사용되는 선택 마커는 카나마이신에 대한 내성을 제공하는 nptII 유전자 및 관련된 항체[참조: Vieira & Messing, Gene19: 259-268 (1982); Bevan etal., Nature304: 184-187 (1983)], 제초제 phoSphI노트리신에 대한 내성을 제공하는 bar 유전자[참조: White e tal., Nucl Acids Res18: 1062 (1990), Spencer et al. Theor Appl Genet79: 625-631 (1990)], 항체 하이그로마이신에 대한 내성을 제공하는 hpt 유전자[참조: Blochinger & Diggelmann, Mol Cell Biol4: 2929-2931], 메토트렉세이트에 대한 내성을 제공하는 dhfr 유전자[참조: Bourouis et al., EMBO J.2(7): 1099-1104 (1983)] 및 미국 특허 제5,767,378호에 기술되어 있는, 만노즈를 대사시키는 능력을 제공하는 만노즈-6-포스페이트 이소머라제 유전자를 포함한다.Many transformation vectors are available for plant transformation, and the genes of the invention can be used with any of these vectors. The choice of vector for use will depend on the desired transformation technique and the target species for transformation. For certain target species, different antibody or herbicide selection markers may be preferred. Selection markers commonly used in transformation include nptII genes and related antibodies that confer resistance to kanamycin (Vieira & Messing, Gene 19 : 259-268 (1982); Bevan et al., Nature 304 : 184-187 (1983)], bar genes that provide resistance to the herbicide phoSph I notrycin (White e tal., Nucl Acids Res 18 : 1062 (1990), Spencer et al. Theor Appl Genet 79 : 625-631 (1990)], hpt gene that provides resistance to antibody hygromycin [Blochinger & Diggelmann, Mol Cell Biol 4 : 2929-2931], dhfr which provides resistance to methotrexate Mannose-6-phosphate, which provides the ability to metabolize mannose, described in the gene (Bourouis et al., EMBO J. 2 (7) : 1099-1104 (1983)) and US Pat. No. 5,767,378. Isomerase gene.
식물 발현 카세트의 작제를 위한 요건Requirements for the Construction of Plant Expression Cassettes
형질전환 식물 내에서 발현시키고자 하는 유전자 서열을 먼저 적합한 프로모터 뒤와 적합한 전사 터미네이터의 상류의 발현 카세트 내에 조합한다. 이어서, 이들 발현 카세트를 상기한 식물 형질전환 벡터에 용이하게 전달할 수 있다.The gene sequence to be expressed in the transgenic plant is first combined in an expression cassette upstream of a suitable promoter and upstream of a suitable transcription terminator. These expression cassettes can then be readily delivered to the plant transformation vectors described above.
1.프로모터 선택 1. Select promoter
발현 카세트에서 사용되는 프로모터의 선택은 형질전환 유전자의 형질전환 식물 내에서의 공간과 시간적 발현 패턴을 결정할 것이다. 선택된 프로모터는 특이적인 세포 유형(예를 들어, 잎 표피 세포, 엽육 세포, 뿌리 피층 세포)이나 특이적인 조직 또는 기관(예를 들어, 뿌리, 종자, 잎 또는 꽃) 내에서 형질전환 유전자를 발현시킬 수 있으며, 이러한 선택은 바람직한 티오레독신 생합성 위치를 나타낼것이다. 본 발명에 있어서, 종자 특이적 프로모터가 바람직하다. 또는, 선택된 프로모터는 광-유도되거나 다른 일시적으로 조절된 프로모터하에 유전자의 발현을 구동시킬 수 있다. 추가의 대안은 선택된 프로모터가 외부 자극, 예를 들어, 특이적인 화학 유도인자의 적용에 의해 또는 필요한 경우에만 티오레독신 전사를 유도하는 가능성을 제공하는 제2 식물 계통과의 하이브리드화에 의해 유도할 수 있다는 것이다.The choice of promoter used in the expression cassette will determine the spatial and temporal expression patterns of the transgene in the transgenic plant. The selected promoter may be used to express the transgene in a specific cell type (eg leaf epidermal cells, lobe cells, root cortical cells) or in specific tissues or organs (eg roots, seeds, leaves or flowers). This choice will indicate the desired thioredoxin biosynthesis site. In the present invention, seed specific promoters are preferred. Alternatively, the selected promoter can drive expression of the gene under a light-induced or other temporarily regulated promoter. A further alternative is to induce selected promoters by external stimulation, for example by application of specific chemical inducers or by hybridization with a second plant line that offers the possibility of inducing thioredoxin transcription only if necessary. Can be.
2.전사 터미네이터 2. Warrior Terminator
각종 전사 터미네이터가 발현 카세트 내에서 사용하기에 유용하다. 이는 형질전환 유전자 뒤에서 전사 종료와 이의 정확한 폴리아데닐화를 초래한다. 적합한 전사 터미네이터와 식물 내에서의 기능이 공지되어 있는 것들은 CaMV 35S 터미네이터, tml 터미네이터, 노팔린 신타제 터미네이터, 완두콩 rbcS E9 터미네이터를 포함한다. 이들은 단자엽 식물과 쌍자엽 식물 모두에서 사용할 수 있다.Various transcription terminators are useful for use in expression cassettes. This leads to transcription termination and correct polyadenylation behind the transgene. Suitable transcriptional terminators and functions known in plants include CaMV 35S terminators, tml terminators, nopalin synthase terminators, and pea rbcS E9 terminators. They can be used in both monocotyledonous and dicotyledonous plants.
3.발현의 증진 또는 조절을 위한 서열 3. Sequences for Enhancing or Controlling Expression
다수의 서열이 전사 단위 내로부터 유전자 발현을 증진시키는 것으로 밝혀져 있으며, 이들 서열을 본 발명의 유전자와 함께 사용하여 형질전환 식물의 발현을 증진시킬 수 있다.A number of sequences have been found to enhance gene expression from within the transcription unit, and these sequences can be used with the genes of the invention to enhance expression of the transgenic plant.
각종 인트론 서열이 특히 단자엽 식물 세포 내에서 발현을 증진시키는 것으로 나타났다. 예를 들어, 옥수수 Adh1 유전자의 인트론이 옥수수 세포 내에 도입될 경우에 이의 동종성 프로모터하에 야생형 유전자의 발현을 상당히 증진시키는 것으로 밝혀졌다. 인트론 1이 특히 유효하며 클로람페니콜 아세틸트랜스퍼라제 유전자와의 융합 작제물 내에서의 발현을 증진시키는 것으로 밝혀졌다[참조: Callis et al., Genes Develop1: 1183-1200 (1987)]. 동일한 실험 시스템 내에서, 옥수수 bronze1 유전자로부터의 인트론은 발현을 증진시키는 데 있어서 유사한 효과를 갖는다. 인트론 서열은 전형적으로는 비해독된 리더 내에서 식물 형질전환 벡터 내로 통상적으로 도입한다.Various intron sequences have been shown to enhance expression, particularly in monocotyledonous plant cells. For example, introns of the maize Adh1 gene have been found to significantly enhance the expression of wild-type genes under their homologous promoter when introduced into maize cells. Intron 1 has been shown to be particularly effective and to enhance expression in fusion constructs with the chloramphenicol acetyltransferase gene (Callis et al., Genes Develop 1 : 1183-1200 (1987)). Within the same experimental system, introns from the corn bronze1 gene have a similar effect in enhancing expression. Intron sequences are typically introduced into plant transformation vectors, typically in a non-translated leader.
바이러스로부터 유래된 다수의 비해독된 리더 서열이 또한 발현을 증진시키는 것으로 공지되어 있으며, 이들은 특히 쌍자엽 식물 세포 내에서 유효하다. 구체적으로는, 담배 모자이크 바이러스(Tobacco Mosaic Virus: TMV, "Ω-서열")로부터의 리더 서열, 옥수수 퇴록 반점 바이러스(Maize Chlorotic Mottle Virus: MCMV) 및 자주개자리 모자이크 바이러스(Alfalfa Mosaic Virus: AMV)로부터의 리더 서열이 발현을 증진시키는 데 유효한 것으로 나타났다[참조예: Gallie et al. Nucl. Acids Res.15: 8693-8711 (1987); Skuzeski et al. Plant Molec. Biol.15: 65-79 (1990)].Many non-ready leader sequences derived from viruses are also known to enhance expression, which are particularly effective in dicotyledonous plant cells. Specifically, from leader sequences from Tobacco Mosaic Virus (TMV, "Ω-sequence"), Maize Chlorotic Mottle Virus (MCMV) and Alfalfa Mosaic Virus (AMV). Leader sequences have been shown to be effective for enhancing expression. See, eg, Gallie et al. Nucl. Acids Res. 15 : 8693-8711 (1987); Skuzeski et al. Plant Molec. Biol. 15 : 65-79 (1990).
4.세포 내에서의 유전자 산물의 표적화 4. Targeting Gene Products in Cells
유전자 산물의 표적화에 대한 각종 메카니즘은 식물 내에 존재하는 것으로 공지되어 있으며, 이들 메카니즘의 작용화를 제어하는 서열이 상세하게 특성화되어 있다. 아미노말단 서열은 ER, 아포플라스트, 및 호분 세포로부터의 세포 외 분비에 대한 표적화를 초래한다[참조: Koehleer & Ho, Plant Cell2: 769-783 (1990)]. 또한, 카복시말단 서열과 함께 아미노말단 서열이 유전자 산물의 액포 표적화를 초래한다[참조: Shinshi et al. Plant Molec. Biol.14: 357-368 (1990)]. 목적하는 형질전환 유전자 서열에 대해 상기한 적합한 표적화 서열의 융합에 의해, 형질전환 산물을 세포 기관 또는 세포 구획에 대해 지시하는 것이 가능하다. 선택된 시그널 서열은 공지된 절단 부위를 포함하여야만 하고, 작제된 융합물은 절단에 필요한 절단 부위 뒤에 임의의 아미노산을 취해야만 한다. 특정의 경우에, 이러한 요건은 소수의 아미노산을 절단 부위와 형질전환 유전자 ATG 사이에 첨가하거나 일부 아미노산을 형질전환 유전자 서열로 치환함으로써 충족시킬 수 있다.Various mechanisms for targeting gene products are known to exist in plants, and the sequences controlling the functionalization of these mechanisms have been characterized in detail. The amino terminal sequence results in targeting for extracellular secretion from ER, apoplasts, and eukaryotic cells. Koehleer & Ho, Plant Cell 2 : 769-783 (1990). In addition, the amino-terminal sequence together with the carboxy-terminal sequence results in vacuole targeting of the gene product. Shinshi et al. Plant Molec. Biol. 14 : 357-368 (1990)]. By fusion of the above suitable targeting sequence to the desired transgene sequence, it is possible to direct the transformation product to the organelle or cell compartment. The signal sequence selected must comprise a known cleavage site and the constructed fusion must take any amino acid after the cleavage site necessary for cleavage. In certain cases, this requirement can be met by adding a few amino acids between the cleavage site and the transgene ATG or by substituting some amino acids with the transgene sequence.
세포의 표적화에 대한 상기한 메카니즘을 이들의 동종성 프로모터뿐만 아니라, 이종 프로모터와 함께 이용하여, 표적화 시그널이 유래된 프로모터의 발현 패턴과는 상이한 발현 패턴을 갖는 프로모터의 전사 조절하에 특이적인 세포 표적화 목표를 달성할 수 있다.The above-described mechanisms for the targeting of cells are used in conjunction with their homologous promoters as well as heterologous promoters to target specific cell targeting targets under the transcriptional control of promoters with expression patterns different from those of the promoter from which the targeting signal is derived. Can be achieved.
발현 카세트 작제의 실시예Examples of Expression Cassette Construction
본 발명은 프로모터의 기원과는 상관없이 식물 내에서 발현가능한 임의의 프로모터의 조절하에 티오레독신 유전자의 발현을 포함한다.The present invention includes expression of the thioredoxin gene under the control of any promoter that is expressible in a plant, regardless of the origin of the promoter.
또한, 본 발명은 임의의 식물-발현가능한 프로모터를 티오레독신 또는 티오레독신 리덕타제 유전자의 발현에 대해 필요하거나 선택되는 추가의 서열과 함께 사용함을 포함한다. 이러한 서열은 전사 터미네이터, 발현을 증진시키는 외래성서열[예를 들어, 인트론(예: Adh 인트론 1), 바이러스 서열(예: TMV-Ω)] 및 유전자 산물을 특이적인 세포 기관과 세포 구획에 대해 표적화시키고자 하는 서열을 포함하나, 이에 한정되지는 않는다.The present invention also encompasses the use of any plant-expressable promoter with additional sequences necessary or selected for the expression of thioredoxin or thioredoxin reductase genes. Such sequences target transcriptional terminators, exogenous sequences that enhance expression (eg, introns (eg, Adh intron 1), viral sequences (eg, TMV-Ω)), and gene products to specific organelles and cell compartments. Include but are not limited to the sequence to be made.
각종 화학적 조절인자를 사용하여 본 발명에 따라서 형질전환된 식물 내에서 티오레독신 또는 티오레독신 리덕타제 암호화 서열의 발현을 유도할 수 있다. 본 명세서의 문맥에서는, "화학적 조절인자"는 식물 내에서의 PR-1a 프로모터에 대한 유도인자(참조: 미국 특허 제5,614,395호) 또는 이의 밀접한 유도체로 공지되어 있는 화학물질을 포함한다. 본 발명의 화학적으로 유도가능한 조절제의 바람직한 그룹은 벤조-1,2,3-티아디아졸(BTH) 구조를 기본으로 하고, 하기 종류의 화합물: 벤조-1,2,3-티아디아졸카복실산, 벤조-1,2,3-티아디아졸티오카복실산, 시아노벤조-1,2,3-티아디아졸, 벤조-1,2,3-티아디아졸카복실산 아미드, 벤조-1,2,3-티아디아졸카복실산 하이드라지드, 벤조-1,2,3-티아디아졸-7-카복실산, 벤조-1,2,3-티아디아졸-7-티오카복실산, 7-시아노벤조-1,2,3-티아디아졸, 벤조-1,2,3-티아디아졸-7-카복실산 아미드, 벤조-1,2,3-티아디아졸-7-카복실산 하이드라지드, 알킬 그룹이 1개 내지 6개의 탄소원자를 함유하는 알킬 벤조-1,2,3-티아디아졸카복실레이트, 메틸 벤조-1,2,3-티아디아졸-7-카복실레이트, n-프로필 벤조-1,2,3-티아디아졸-7-카복실레이트, 벤질 벤조-1,2,3-티아디아졸-7-카복실레이트, 벤조-1,2,3-티아디아졸-7-카복실산 2급-부틸하이드로아지드와 적합한 이들의 유도체를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 화학적 유도인자는, 예를 들어, 벤조산, 살리실산(SA), 폴리아크릴산과 치환된 이들의 유도체를 포함할 수 있으며, 적합한 치환체는 저급 알킬, 저급 알콕시, 저급 알킬티오 및 할로겐을 포함한다. 본 발명의 화학적으로 유도가능한 DNA 서열에 대한 조절인자의 또 다른 그룹은 피리딘 카복실산 구조, 예를 들어, 이소니코틴산 구조, 바람직하게는 할로이소니코틴산 구조를 기본으로 한다. 디클로로이소니코틴산과 이의 유도체, 예를 들어, 저급 알킬 에스테르가 바람직하다. 상기 부류의 화합물의 적합한 조절인자는, 예를 들어, 2,6-디클로로이소니코틴산(INA)과 이의 저급 알킬 에스테르, 특히 메틸 에스테르이다.Various chemical regulators may be used to induce the expression of thioredoxin or thioredoxin reductase coding sequences in plants transformed according to the present invention. In the context of the present specification, a "chemical regulator" includes a chemical known as an inducer to the PR-1a promoter in plants (see US Pat. No. 5,614,395) or a close derivative thereof. Preferred groups of chemically inducible modulators of the present invention are based on the benzo-1,2,3-thiadiazole (BTH) structure and are of the following kinds of compounds: benzo-1,2,3-thiadiazolecarboxylic acid, Benzo-1,2,3-thiadiazolethiocarboxylic acid, cyanobenzo-1,2,3-thiadiazole, benzo-1,2,3-thiadiazolecarboxylic acid amide, benzo-1,2,3- Thiadiazolecarboxylic acid hydrazide, benzo-1,2,3-thiadiazole-7-carboxylic acid, benzo-1,2,3-thiadiazole-7-thiocarboxylic acid, 7-cyanobenzo-1,2 , 3-thiadiazole, benzo-1,2,3-thiadiazole-7-carboxylic acid amide, benzo-1,2,3-thiadiazole-7-carboxylic acid hydrazide, having 1 to 6 alkyl groups Benzo-1,2,3-thiadiazole carboxylate containing 2 carbon atoms, methyl benzo-1,2,3-thiadiazole-7-carboxylate, n-propyl benzo-1,2,3-thia Diazol-7-carboxylate, benzyl benzo-1,2,3-thiadiazole-7-carboxylate, benzo-1,2,3-thiadia 7-carboxylic acid sec-one include suitable derivatives thereof with butyl hydro-azide, and the like. Other chemical inducers may include, for example, benzoic acid, salicylic acid (SA), polyacrylic acid and their derivatives substituted, and suitable substituents include lower alkyl, lower alkoxy, lower alkylthio and halogen. Another group of modulators for the chemically inducible DNA sequences of the present invention are based on pyridine carboxylic acid structures, such as isoninicotinic acid structures, preferably haloisonicotinic acid structures. Preference is given to dichloroisonicotinic acid and its derivatives, for example lower alkyl esters. Suitable modulators of this class of compounds are, for example, 2,6-dichloroisonicotinic acid (INA) and lower alkyl esters thereof, in particular methyl esters.
구성 발현: 액틴 프로모터Constitutive expression: actin promoter
액틴의 몇몇 이소형태는 대부분의 세포 유형에서 발현하는 것으로 공지되어 있으며, 결과적으로 액틴 프로모터는 구성 프로모터에 대해 우수한 선택이다. 특히, 벼 Act1 유전자로부터의 프로모터는 클로닝되어 특성화되어 있다[참조: McElroy et al. Plant Cell2: 163-171 (1990)]. 프로모터의 1.3kb 단편이 벼 원형질체 내에서의 발현에 필요한 모든 조절 인자를 함유하는 것으로 밝혀졌다. 또한, Act1 프로모터를 기본으로 하는 다수의 발현 벡터가 단자엽 식물에서 사용하기 위해 특이적으로 작제되었다[참조: McElroy et al. Mol. Gen. Genet.231: 150-160 (1991)]. 이는 Act1-인트론 1, Adh1 5' 플랭킹 서열과 Adh1-인트론 1(옥수수 알콜 데하이드로게나제 유전자 기원) 및 CaMV 35S 프로모터로부터의 서열을 도입한다. 가장 고도의 발현을 나타내는 벡터는 35S와 Act1 인트론 또는 Act1 5' 플랭킹 서열 및 Act 인트론의 융합물이다. (GUS 리포터 유전자의) 개시 ATG 주변 서열의 최적화가 또한 발현을 증진시킨다. 문헌[참조: McElroy et al. Mol. Gen. Genet.231:150-160 (1991)]에 기술되어 있는 프로모터 발현 카세트는 본 발명의 유전자의 발현을 위해 용이하게 변형시킬 수 있으며, 단자엽 식물 숙주에서 사용하기에 특히 적합하다. 예를 들어, 프로모터 함유 단편을 맥엘로이(McElroy) 작제물로부터 제거하고, pCGN1761ENX 내에서 이중 35S 프로모터를 치환하는 데 사용하여, 이를 삽입 또는 특이적인 유전자에 대해 이용가능하다. 이어서, 이와 같이 작제된 융합 유전자를 적합한 형질전환 벡터에 전달할 수 있다. 별개의 보고서에서, 제1 인트론을 함유하는 벼 Act1 프로모터가 또한 배양된 보리 세포 내에서 고도의 발현을 지시하는 것으로 밝혀져 있다[참조: Chibbar et al. Plant Cell Rep.12: 506-509 (1993)].Several isoforms of actin are known to express in most cell types, with the result that the actin promoter is a good choice for the constitutive promoter. In particular, promoters from the rice Act1 gene have been cloned and characterized. McElroy et al. Plant Cell 2 : 163-171 (1990)]. The 1.3 kb fragment of the promoter was found to contain all the regulatory factors required for expression in rice protoplasts. In addition, many expression vectors based on the Act1 promoter have been specifically constructed for use in monocotyledonous plants. McElroy et al. Mol. Gen. Genet. 231 : 150-160 (1991)]. It introduces Act1-intron 1, Adh1 5 'flanking sequences and sequences from Adh1-intron 1 (corn alcohol dehydrogenase gene origin) and CaMV 35S promoters. The vector with the highest expression is a fusion of 35S with Act1 intron or Act1 5 'flanking sequence and Act intron. Optimization of the sequence around the starting ATG (of the GUS reporter gene) also enhances expression. See McElroy et al. Mol. Gen. Genet. 231 : 150-160 (1991) can be readily modified for expression of the genes of the invention and are particularly suitable for use in monocotyledonous plant hosts. For example, promoter containing fragments can be removed from McElroy constructs and used to replace the dual 35S promoter in pCGN1761ENX, which is available for insertion or specific genes. The fusion gene so constructed can then be delivered to a suitable transformation vector. In a separate report, the rice Act1 promoter containing the first intron was also found to direct high expression in cultured barley cells. Chibbar et al. Plant Cell Rep. 12 : 506-509 (1993).
구성 발현: 우비퀴틴 프로모터Constitutive expression: ubiquitin promoter
우비퀴틴은 다수의 세포 유형 내에 축적하는 것으로 공지된 또 다른 유전자 산물이며, 이의 프로모터가 형질전환 식물에서 사용하기 위한 몇가지 종으로부터 클로닝되어 있다[참조예: 해바라기 - Binet et al. Plant Science79: 87-94 (1991), 옥수수 - Christensen et al. Plant Molec. Biol.12: 619-632 (1989)]. 옥수수 우비퀴틴 프로모터는 형질전환 단자엽 식물계에서 발생하며, 단자엽 식물 형질전환을 위해 작제된 이의 서열과 벡터가 특허 공보 EP 제0 342 926호에 기재되어 있다. 또한, 옥수수 우비퀴틴 프로모터 및 제1 인트론과 미세발사 충격에 의해 도입할 경우에 다수의 단자엽 식물의 세포 현탁액 내에서 이의 고도의 활성을 포함하는 벡터(pAHC25)가 문헌[참조: Taylor et al. Plant Cell Rep. 12: 491-495(1993)]에 기술되어 있다. 우비퀴틴 프로모터는 형질전환 식물, 특히 단자엽 식물 내에서의 티오레독신의 발현에 적합하다. 적합한 벡터는 pAHC25의 유도체나 적합한 우비퀴틴 프로모터 및/또는 인트론 서열의 도입에 의해 변형된, 본 명세서에 기술되어 있는 임의의 형질전환 벡터이다.Ubiquitin is another gene product known to accumulate in many cell types, and its promoter has been cloned from several species for use in transgenic plants. See, for example, sunflower-Binet et al. Plant Science 79 : 87-94 (1991), corn-Christensen et al. Plant Molec. Biol. 12 : 619-632 (1989). Corn ubiquitin promoters occur in transgenic monocot plant systems and their sequences and vectors constructed for monocot plant transformation are described in patent publication EP 0 342 926. In addition, a vector (pAHC25) comprising its highly active in cell suspensions of a plurality of monocotyledonous plants when introduced by the corn ubiquitin promoter and the first intron and microblast bombardment is described by Taylor et al. Plant Cell Rep. 12: 491-495 (1993). Ubiquitin promoters are suitable for the expression of thioredoxin in transgenic plants, especially monocotyledonous plants. Suitable vectors are any of the transformation vectors described herein, modified by the introduction of a derivative of pAHC25 or a suitable ubiquitin promoter and / or intron sequence.
뿌리 특이적 발현Root Specific Expression
본 발명의 티오레독신과 티오레독신 리덕타제에 대한 발현의 또 다른 바람직한 패턴은, 예를 들어, 사탕무와 감자와 같은 뿌리 작물로부터의 전분과 당류의 추출을 증진시키는 뿌리 발현이다. 적합한 뿌리 프로모터는 문헌[참조: de Framond, FEBS290: 103-106 (1991)] 또는 공개된 특허원 EP 제0 452 269호에 기술되어 있다. 이러한 프로모터를 티오레독신 또는 티오레독신 리덕타제 유전자의 삽입에 대해 적합한 벡터, 예를 들어, pCGN1716ENX에 전달하고, 후속적으로 전체 프로모터-유전자-터미네이터 카세트를 목적하는 형질전환 벡터에 전달한다.Another preferred pattern of expression for thioredoxin and thioredoxin reductases of the present invention is root expression that enhances the extraction of starch and sugars from root crops such as, for example, sugar beet and potatoes. Suitable root promoters are described in de Framond, FEBS 290 : 103-106 (1991) or published patent application EP 0 452 269. This promoter is transferred to a vector suitable for insertion of the thioredoxin or thioredoxin reductase gene, eg, pCGN1716ENX, and subsequently the entire promoter-gene-terminator cassette is transferred to the desired transformation vector.
상처 유도가능한 프로모터Wound-inducible promoter
상처 유도가능한 프로모터가 또한 채취시 활성화되는 티오레독신 유전자의 발현에 적합할 수 있다. 다수의 이러한 프로모터는 문헌[참조예: Xu et al. Plant Molec. Biol.22: 573-588 (1993), Logemann et al. Plant Cell1: 151-158 (1989), Rohrmeier & Lehle, Plant Molec. Biol.22: 783-792 (1993), Firek et al. Plant Molec. Biol.22: 129-142 (1993), Warner et al. Plant J.3: 191-201(1993)]에 기술되어 있으며, 이들 모두 본 발명에서 사용하기에 적합하다. 로게만(Logemann) 등은 쌍자엽 식물인 감자의 wun1 유전자의 5' 상류 서열을 기술하고 있다. 쉬(Xu) 등은 쌍자엽 식물인 감자(pin2)로부터의 상처 유도가능한 프로모터가 단자엽 식물인 벼에서 활성임을 제시하고 있다. 또한, 로르마이어와 레레(ohrmeier & Lehle)는 상처 유도되고 표준 방법을 이용하여 동종성 프로모터를 분리하는 데 사용될 수 있는 옥수수 Wip1 cDNA의 클로닝을 기술하고 있다. 유사하게는, 피렉(Firek) 등과 바르너(Warner) 등은 국부적인 상처와 병원균 침입 부위에서 발현되는 단자엽 식물인 아스파라구스 오피시날리스(Asparagus officinalis)로부터의 상처 유도된 유전자를 기술하고 있다. 당해 분야에 익히 공지된 클로닝 기술을 이용하여, 상기 프로모터를 적합한 벡터로 전달하고, 본 발명의 티오레독신 유전자에 융합시켜 사용하여, 식물의 상처난 부위에서 상기 유전자를 발현시킬 수 있다.Wound-inducible promoters may also be suitable for expression of the thioredoxin gene that is activated at harvest. Many such promoters are described in Xu et al. Plant Molec. Biol. 22 : 573-588 (1993), Logemann et al. Plant Cell 1 : 151-158 (1989), Rohrmeier & Lehle, Plant Molec. Biol. 22 : 783-792 (1993), Firek et al. Plant Molec. Biol. 22 : 129-142 (1993), Warner et al. Plant J. 3 : 191-201 (1993), all of which are suitable for use in the present invention. Logemann et al. Describe the 5 'upstream sequence of the wun1 gene of a dicotyledonous potato. Xu et al suggest that a wound-inducible promoter from the dicotyledonous plant, pin2, is active in rice, the monocotyledonous plant. In addition, Lormeier and Lehle describe the cloning of maize Wip1 cDNA that can be wound induced and used to isolate homologous promoters using standard methods. Similarly, Firek et al. Warner et al describe wound-derived genes from Asparagus officinalis, a monocotyledonous plant expressed at local wounds and pathogen invasion sites. . Using a cloning technique well known in the art, the promoter can be transferred to a suitable vector and fused to the thioredoxin gene of the present invention to express the gene at the wound site of the plant.
색소체 표적화를 이용한 발현Expression Using Chromosome Targeting
문헌[참조: Chen & Jagendorf, J. Biol. Chem.268: 2363-2367 (1993)]에는 이종 형질전환 유전자의 이입을 위한 엽록체 트랜지트 펩타이드의 성공적인 사용이 기술되어 있다. 사용된 상기 펩타이드는 니코티아나 플룸바기니폴리아(Nicotiana plumbaginifolia) 유래의 rbcS 유전자로부터의 트랜지트 펩타이드[참조: Poulsen et al. Mol. Gen. Genet.205: 193-200 (1986)]이다. 제한 효소 DraI과 SphI, 또는 Tso509I와 SphI를 사용하여, 상기 트랜지트 펩타이드를 암호화하는 DNA 서열을플라스미드 prbS-8B로부터 절단하여, 상기한 작제법 중의 어느 하나에 대해 사용하기 위해 조작한다. DraI-SphI 단편은 개시 rbcS ATG에 상응하는 -58부터 이입 절단 부위 바로 뒤의 성숙한 펩타이드의 제1 아미노산(또한 메티오닌)을 포함하는 부위까지 연장하는 반면, Tsp509I-SphI 단편은 개시 rbcS ATG에 상응하는 -8부터 성숙한 펩타이드의 제1 아미노산을 포함하는 부위까지 연장한다. 따라서, 이들 단편을 선택된 프로모터(예: 35S, PR-1a, 액틴, 우비퀴틴 등)의 비해독된 리더와의 전사 융합물을 생성시키면서 트랜지트 펩타이드의 정확한 융합 하류에 티오레독신 또는 티오레독신 리덕타제의 삽입을 가능하게 하는 임의의 선택된 발현 카세트의 폴리링커에 적합하게 삽입할 수 있다.See Chen & Jagendorf, J. Biol. Chem. 268 : 2363-2367 (1993) describe the successful use of chloroplast transgenic peptides for the introduction of heterologous transgenes. The peptide used was a transgenic peptide from the rbcS gene from Nicotiana plumbaginifolia [Poulsen et al. Mol. Gen. Genet. 205 : 193-200 (1986). Using the restriction enzymes DraI and SphI, or Tso509I and SphI, the DNA sequence encoding the transit peptide is cleaved from plasmid prbS-8B and manipulated for use in any of the above constructions. The DraI-SphI fragment extends from -58, corresponding to the starting rbcS ATG, to the site containing the first amino acid (also methionine) of the mature peptide immediately after the inlet cleavage site, while the Tsp509I-SphI fragment corresponds to the starting rbcS ATG Extends from -8 to the site comprising the first amino acid of the mature peptide. Thus, these fragments are thioredoxin or thioredoxin downstream of the exact fusion of the transient peptide, creating a transcriptional fusion with the non-ready leader of the selected promoter (eg 35S, PR-1a, actin, ubiquitin, etc.). It can be suitably inserted into the polylinker of any selected expression cassette that allows insertion of reductase.
쌍자엽 식물의 형질전환법Transformation of Dicotyledonous Plants
쌍자엽 식물의 형질전환 기법은 당해 분야에 익히 공지되어 있으며, 아그로박테리움을 기재로 하는 기법과 아그로박테리움을 필요로 하지 않는 기법을 포함한다. 비-아그로박테리움 기법은 원형질체 또는 세포에 의한 직접적인 외생 유전자 물질의 흡수법을 포함한다. 이는 PEG 또는 전기천공 매개된 흡수법, 입자 충격-매개된 전달법 또는 미세주사법에 의해 달성할 수 있다. 이들 기법의 예는 문헌[참조: Paszkowski et al., EMBO J3: 2717-2722 (1984), Potrykus et al., Mol. Gen. Genet.199: 169-177 (1985), Reich et al., Biotechnology4: 1001-1004 (1986) 및 Klein et al., Nature327: 70-73 (1987)]에 기술되어 있다. 각각의 경우에, 형질전환된 세포를 당해 분야에 공지된 표준 기법을 이용하여 전체 식물로 재생시킨다.Transformation techniques of dicotyledonous plants are well known in the art and include techniques based on Agrobacterium and techniques that do not require Agrobacterium. Non-Agrobacterium techniques include direct uptake of exogenous genetic material by protoplasts or cells. This can be accomplished by PEG or electroporation mediated absorption, particle impact-mediated delivery or microinjection. Examples of these techniques are described in Paszkowski et al., EMBO J 3 : 2717-2722 (1984), Potrykus et al., Mol. Gen. Genet. 199 : 169-177 (1985), Reich et al., Biotechnology 4 : 1001-1004 (1986) and Klein et al., Nature 327 : 70-73 (1987). In each case, the transformed cells are regenerated into whole plants using standard techniques known in the art.
아그로박테리움-매개된 형질전환법은 이의 고효율 형질전환과 다수의 상이한 종에 대한 광범위한 유용성으로 인해 쌍자엽 식물의 형질전환에 대해 바람직한 기법이다. 아그로박테리움에 의해 통상적으로 형질전환가능한 다수의 작물 종은 담배, 토마토, 해바라기, 목화, 유채, 감자, 대두, 자주개자리 및 포플러를 포함한다[참조: EP 제0 317 511호(목화), EP 제0 249 432호(토마토), 제WO 87/07299호[브라시카(Brassica)] 또는 미국 특허 제4,795,855호(포플러)]. 아그로박테리움 형질전환법은 전형적으로 목적하는 외래 DNA를 보유하는 이원 벡터(예: pCIB200 또는 pCIB2001)를 공동 정주성 Ti 플라스미드 상에 또는 염색체 상에 운반되는 vir 유전자의 보체에 따라 달라질 수 있는 숙주 아그로박테리움 균주[예: pCIB200과 pCIB2001에 대한 균주 CIB542(참조: Uknes et al. Plant Cell5: 159-169 (1993))]로 전달함을 포함한다. 재조합 이원 벡터의 아그로박테리움으로의 전달은 재조합 이원 벡터를 보유하는 이. 콜라이, pRK2013과 같은 플라스미드를 보유하고 재조합 이원 벡터를 표적 아그로박테리움 균주로 이동시킬 수 있는 헬퍼 이. 콜라이 균주를 사용하는 3모체 교배 과정에 의해 달성한다. 또는, 재조합 이원 벡터를 DNA 형질전환에 의해 아그로박테리움에 전달할 수 있다[참조: Hofgen & Willmitzer, Nucl. Acids Res.16: 9877 (1988)].Agrobacterium-mediated transformation is a preferred technique for the transformation of dicotyledonous plants because of its high efficiency transformation and widespread utility for many different species. Many crop species commonly transformed by Agrobacterium include tobacco, tomatoes, sunflowers, cotton, rapeseed, potatoes, soybeans, alfalfa and poplars. EP 0 317 511 (cotton), EP 0 249 432 (tomato), WO 87/07299 (Brassica) or US Pat. No. 4,795,855 (Poplar). Agrobacterium transformation typically involves a host vector that can vary depending on the complement of the vir gene carried on a co-stable Ti plasmid or a binary vector carrying the desired foreign DNA (eg pCIB200 or pCIB2001). To strains (e.g., strain CIB542 for pCIB200 and pCIB2001 (Uknes et al. Plant Cell 5 : 159-169 (1993))). The delivery of the recombinant binary vector to Agrobacterium is carried out with E. coli carrying the recombinant binary vector. E. coli, a helper E. carrying a plasmid such as pRK2013 and capable of transferring a recombinant binary vector to a target Agrobacterium strain. Achievement is achieved by trimeric crossing process using E. coli strains. Alternatively, the recombinant binary vector can be delivered to Agrobacterium by DNA transformation. Hofgen & Willmitzer, Nucl. Acids Res. 16 : 9877 (1988).
표적 식물 종의 재조합 아그로박테리움에 의한 형질전환법은 통상적으로 아그로박테리움과 식물로부터의 외식편의 공동 배양을 포함하며, 당해 분야에 익히 공지된 프로토콜에 따른다. 형질전환된 조직을 이원 플라스미드 T-DNA 경계 사이에 존재하는 항체 또는 제초제 마커 내성 마커를 보유하는 선택가능한 배지 위에서 재생시킨다.Transformation with recombinant Agrobacterium of the target plant species typically involves co-culture of Agrobacterium with explants from the plant and is in accordance with protocols well known in the art. Transformed tissue is regenerated on a selectable medium bearing the antibody or herbicide marker resistance marker present between the binary plasmid T-DNA boundaries.
쌍자엽 식물의 형질전환법은 바이오리스틱(bioistic)을 사용하여 수행할 수도 있다. 미국 특허 제5,024,944호에 기술된 방법이 대두 형질전환에 특히 바람직하다.Transformation of dicotyledonous plants can also be carried out using bioistic (bioistic). Particularly preferred for soybean transformation is the method described in US Pat. No. 5,024,944.
단자엽 식물의 형질전환법Transformation of monocotyledonous plants
대부분의 단자엽 식물 종의 형질전환법은 현재 통상적인 수단으로 되어 있다. 바람직한 기법은 PEG 또는 전기천공 기법과 캘러스 조직 내로의 입자 충격법을 이용하는 원형질체 내로의 직접 유전자 전달을 포함한다. 당해 형질전환법은 단일 DNA 종 또는 다중 DNA 종(즉, 동시 형질전환법)을 사용하여 수행할 수 있으며, 이들 기법 둘 다 본 발명에 대해 사용하기에 적합하다. 동시 형질접환법은 복잡한 벡터 작제를 피하고, 바람직한 것으로 간주되는 후속 세대에서의 선택가능한 마커의 제거를 가능하게 하는, 목적하는 유전자에 대해 연결되지 않은 좌위를 갖는 형질전환 식물을 생성시킬 수 있는 이점을 가질 수 있다. 그러나, 동시 형질전환법 사용의 단점은 별개의 DNA 종이 게놈 내에 통합되는 빈도가 100% 미만이라는 것이다[참조: Schocher et al. Biotechnology4: 1093-1096 (1986)].Transformation of most monocotyledonous plant species is currently a common means. Preferred techniques include direct gene transfer into protoplasts using PEG or electroporation techniques and particle bombardment into callus tissue. Such transformations can be performed using single DNA species or multiple DNA species (ie, simultaneous transformation), both of which are suitable for use with the present invention. Simultaneous transfection has the advantage of being able to generate transgenic plants with locus unlinked to the gene of interest, which avoids complex vector construction and allows the removal of selectable markers in subsequent generations that are considered desirable. Can have However, a disadvantage of using co-transfection is that the frequency of integration into separate DNA species genomes is less than 100%. Schocher et al. Biotechnology 4 : 1093-1096 (1986)].
특허원 EP 제0 292 435호, EP 제0 392 225호 및 제WO 93/07278호에는 선발된 근교계 옥수수로부터의 캘러스와 원형질체의 제조, PCG 또는 전기천공법을 이용하는 원형질체의 형질전환과 형질전환된 원형질체로부터의 옥수수 식물의 재생에 대한 기법이 기술되어 있다. 문헌[참조: Gordon-Kamm et al. Plant Cell2: 603-618 (1990) 및 Fromm et al. Biotechnology8: 833-839 (1990)]에는 입자 충격법을 이용하는 A188-유래 옥수수 계통의 형질전환에 대한 기법이 공개되어 있다. 또한, 국제 특허원 제WO 93/07278호 및 문헌[참조: Koziel et al. Biotechnology11: 194-200 (1993)]에는 선별된 근교계 옥수수의 입자 충격법에 의한 형질전환에 대한 기법이 기술되어 있다. 이러한 기법은 수분 후 14 내지 15일째에 옥수수 이삭으로부터 절제된 1.5-2.5mm 길이의 미숙한 옥수수 배아와 충격용 PDS-1000He Biolistics 장치를 사용한다. 또한, 옥수수를, 예를 들어, 문헌[참조: Ishida et al., 1996; High efficiency transformation of maize(Zea mays L.) mediated by Agrobacterium tumefaciens, Nature Biotechnology 14, 745-750]에 기술된 방법을 이용하여 아그로박테리움에 의해 형질전환시킬 수 있다.Patent applications EP 0 292 435, EP 0 392 225 and WO 93/07278 describe the preparation of callus and protoplasts from selected suburban corn, transformation and transformation of protoplasts using PCG or electroporation. Techniques for the regeneration of corn plants from isolated protoplasts are described. See Gordon-Kamm et al. Plant Cell 2 : 603-618 (1990) and Fromm et al. Biotechnology 8 : 833-839 (1990) discloses a technique for the transformation of A188-derived maize strains using particle bombardment. See also WO 93/07278 and Koziel et al. Biotechnology 11 : 194-200 (1993) describes a technique for the transformation by particle bombardment of selected suburban corn. This technique uses 1.5-2.5 mm long immature corn embryos excised from corn ears 14 to 15 days after pollination and the PDS-1000He Biolistics device for impact. Corn is also described, for example, in Ishida et al., 1996; High efficiency transformation of maize (Zea mays L.) mediated by Agrobacterium tumefaciens, Nature Biotechnology 14, 745-750 can be transformed by Agrobacterium.
또한, 벼의 형질전환은 원형질체 또는 입자 충격법을 이용하는 직접 유전자 전달 기법에 의해 수행할 수 있다. 원형질체-매개된 형질전환법은 자포니카형과 인디카형에 대해 문헌[참조: Zhang et al., Plant Cell Rep7: 379-384 (1989); Shimamoto et al. Nature338: 274-277 (1989); Datta et al. Biotechnology8: 736-740 (1990)]에 기술되어 있다. 두 유형은 또한 통상적으로 입자 충격법을 이용하여 형질전환가능하다[참조: Christou et al. Biotechnology9: 957-962 (1991)].In addition, transformation of rice may be performed by direct gene transfer techniques using protoplasts or particle bombardment. Protoplast-mediated transformation methods are described for the saponica and indica types in Zhang et al., Plant Cell Rep 7 : 379-384 (1989); Shimamoto et al. Nature 338 : 274-277 (1989); Datta et al. Biotechnology 8 : 736-740 (1990). Both types are also typically transformable using particle bombardment. See Christou et al. Biotechnology 9 : 957-962 (1991).
특허원 EP 제0 332 581호에는 포오이데애(Pooideae) 원형질체의 발생, 형질전환 및 재생에 대한 기법이 기술되어 있다. 이러한 기법들은 닥틸리스(Dactylis)와 밀의 형질전환을 가능하게 한다. 또한, 입자 충격법을 이용하는 C형 장기 재생가능한 캘러스 세포로의 밀 형질전환법이 문헌[참조: Vasil et al. Biotechnology10: 667-674 (1992)]에 기술되어 있으며, 입자 충격법을 이용하는 미숙한 배아와 미숙한 배아-유래된 캘러스의 밀 형질전환법이 문헌[참조: Weeks et al. Plant Physiol.102: 1077-1084 (1993)]에 기술되어 있다. 그러나, 밀 형질전환에 바람직한 기법은 미숙한 배아의 입자 충격법에 의한 밀의 형질전환법을 포함하고, 유전자 전달 전에 고도의 수크로즈 또는 고도의 말토즈 단계를 포함한다. 충격 전에, 임의 개수의 배아(0.75-1mm 길이)를 3% 수크로즈[참조: Murashige & Skoog, Physiology Planetarium15: 473-497 (1962)]와 암 조건하에 진행되어야 하는 체세포 배아 유도용 2,4-D 3mg/ℓ를 함유하는 MS 배지 위에 플레이팅시킨다. 충격 중의 선택된 날에, 배아를 유도 배지로부터 제거하여 오스모티쿰(즉, 목적하는 농도, 전형적으로 15%로 수크로즈 또는 말토즈를 함유하는 유도 배지) 위에 위치시킨다. 배아를 2 내지 3시간 동안 원형질 분리하고, 이어서 충격을 준다. 표적 플레이트당 20개의 배아가 전형적이나, 중요하지는 않다. 표준 방법을 이용하여 적합한 유전자-보유 플라스미드(예를 들어, pCIB3064 또는 pSG35)를 마이크로미터 크기의 금 입자 상에 침전시킨다. 표준 80메쉬 스크린을 사용하면서 ~1000psi 파열압을 사용하는 DuPont BiolisticsR헬륨 장치로 각각의 플레이트의 배아를 발사한다. 충격 후에, 배아를 암 조건하에 다시 위치시켜, 약 24시간 동안(여전히 오스모티쿰 위) 회수한다. 24시간 후에, 배아를 오스모티쿰으로부터 제거하고, 재생 전 약 1달 동안 정치시킬 유도 배지 위에 위치시킨다. 약 1달 후에, 배아발생성 캘러스를 함유하는 배아 외식편을 적합한 선택 제제(pCIB3064의 경우에 10mg/ℓ Basta 및 pSOG35의 경우에 2mg/ℓ 메토트렉세이트)를 추가로 함유하는 재생 배지(MS + 1mg/ℓ NAA, 5mg/ℓ GA)에 이전시킨다. 약 1달 후에, 발육된 발사체를 1/2 농도 MS, 2% 수크로즈와 동일한 농도의 선택 제제를 함유하는 "GA7s"로 공지된 보다 큰 멸균 용기에 이송시킨다. 본원에 참고문헌으로 인용되어 있는 특허원 제WO 94/13822호에는 밀 형질전환에 대한 방법이 기술되어 있다.Patent application EP 0 332 581 describes a technique for the generation, transformation and regeneration of Poideae protoplasts. These techniques enable the transformation of Dactylis and wheat. In addition, wheat transformation into type C long term regenerable callus cells using particle bombardment is described by Vasil et al. Biotechnology 10 : 667-674 (1992), and wheat transformation methods of immature embryos and immature embryo-derived callus using particle bombardment are described in Weeks et al. Plant Physiol. 102 : 1077-1084 (1993). However, preferred techniques for wheat transformation include transforming wheat by particle bombardment of immature embryos, and include a high sucrose or high maltose step prior to gene transfer. Prior to impact, any number of embryos (0.75-1 mm long) were subjected to 3% sucrose (Murashige & Skoog, Physiology Planetarium 15 : 473-497 (1962)) and 2,4 for the induction of somatic embryos that should proceed under cancer conditions. Plate on MS medium containing -D 3 mg / L. On selected days during the impact, embryos are removed from the induction medium and placed on osmoticum (ie, induction medium containing sucrose or maltose at the desired concentration, typically 15%). Embryos are protoplasted for 2-3 hours and then shocked. Twenty embryos per target plate are typical, but not critical. Using standard methods, suitable gene-bearing plasmids (eg pCIB3064 or pSG35) are precipitated onto micrometer sized gold particles. Embryos of each plate are launched with a DuPont Biolistics R helium device using ~ 1000psi burst pressure using a standard 80 mesh screen. After the impact, the embryos are placed back under dark conditions and recovered for about 24 hours (still on osmoticum). After 24 hours, embryos are removed from Osmotichum and placed on induction medium to be left for about 1 month before regeneration. After about one month, embryo explants containing embryogenic callus were regenerated medium (MS + 1 mg / ml) further containing suitable selection agents (10 mg / l Basta for pCIB3064 and 2 mg / l methotrexate for pSOG35). 1 NAA, 5 mg / L GA). After about one month, the developed projectiles are transferred to a larger sterile vessel known as "GA7s" containing a selection agent at a concentration equal to 1/2 concentration MS, 2% sucrose. Patent application WO 94/13822, which is incorporated herein by reference, describes a method for wheat transformation.
색소체 형질전환법Chromosome Transformation
색소체 형질전환 기법은 미국 특허 제5,451,513호, 제5,545,817호 및 제5,545,818호; PCT 특허원 제WO 95/16783호 및 제WO 98/11235호; 및 문헌[참조: McBride et al. (1984) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91, 7301-7305]에 상세하게 기술되어 있으며, 상기 문헌들의 전체 내용은 명백하게 본원에 참조로 인용되어 있다. 엽록체 형질전환에 대한 기본적인 기법은 바이오리스틱스 또는 원형질체 형질전환법(예: 염화칼슘 또는 PCG 매개된 형질전환법)을 이용하여 클로닝된 색소체 DNA 플랭킹 선택가능한 마커의 영역을 목적하는 유전자와 함께 적합한 표적 조직 내로 도입함을 포함한다. 표적화 서열로 불리는 1 내지 1.5kb 플랭킹 영역은 색소체 게놈과의 동종성 재조합을 촉진시켜, 플라스톰의 특이적 영역의 치환 또는 변형을 가능하게 한다. 처음에, 스펙티노마이신 및/또는 스트렙토마이신에 대한 내성을 제공하는 엽록체 16S rRNA와 rps12 유전자에서의 점 돌연변이를 형질전환에 대한 선택가능한 마커로서 사용한다[본원에 참고로 인용된 문헌참조: Svab, Z., Hajdukiewicz, P., and Maliga, P. (1990) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87, 8526-8530 및 Staub, J.M., and Maliga, P. (1992) Plant Cell 4, 39-45]. 이로 인해 표적 잎의 100회 충격당 약 1개의 안정한 동종 원형질 형질전환체가 생성된다. 상기 마커 사이의 클로닝 부위의 존재는 외래 유전자의 도입에 대한 색소체 표적화 벡터의 생성을 가능하게 한다[본원에 참고로 인용된 문헌참조: Staub, J.M., and Maliga, P. (1993) EMBO J. 12, 601-606]. 형질전환 빈도의 실질적인 증가는 우성 선택가능한 마커를 갖는 열성 rRNA 또는 r-단백질 항체 내성 유전자, 스펙티노마이신-해독 효소 아미노글리코사이드-3'-아데닐트랜스퍼라제를 암호화하는 세균성 aadA 유전자의 치환에 의해 수득된다[본원에 참고로 인용되어 있는 문헌참조: Svab, Z., and Maliga, P. (1993) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90, 913-917]. 이전에는, 이러한 마커는 녹조류 클라미도모나스 레인하르드티이(Chlamydomonas reinhardtii)의 색소체 게놈의 고 빈도 형질전환에 성공적으로 사용되었다[본원에 참고로 인용되어 있는 문헌참조: Goldschmidt-Clermont, M. (1991) Nucl. Acids Res. 19, 4083-4089]. 색소체 형질전환에 유용한 다른 선택가능한 마커는 당해 분야에 공지되어 있으며, 본 발명의 범주 내에 포함된다. 전형적으로는, 형질전환에 이은 약 15 내지 20회의 세포 분열 주기가 동종 색소체 상태에 이르는 데 필요하다.Chromosome transformation techniques are described in US Pat. Nos. 5,451,513, 5,545,817 and 5,545,818; PCT Patent Applications WO 95/16783 and WO 98/11235; And McBride et al. (1984) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91, 7301-7305, the entire contents of which are expressly incorporated herein by reference. Basic techniques for chloroplast transformation include biomarkers or protoplast transformation (e.g., calcium chloride or PCG mediated transformations), clonal chromatin DNA flanking using a target gene suitable for the region of interest with the desired gene. It includes introducing into. 1 to 1.5 kb flanking regions, called targeting sequences, facilitate homologous recombination with the chromatin genome, allowing substitution or modification of specific regions of the plasma. Initially, point mutations in the chloroplast 16S rRNA and rps12 gene that provide resistance to spectinomycin and / or streptomycin are used as selectable markers for transformation. See Svab, which is incorporated herein by reference. Z., Hajdukiewicz, P., and Maliga, P. (1990) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87, 8526-8530 and Staub, J.M., and Maliga, P. (1992) Plant Cell 4, 39-45. This results in about one stable homologous plasma transformant per 100 impacts of the target leaf. The presence of cloning sites between these markers allows the generation of chromatin targeting vectors for introduction of foreign genes. See, eg, Staub, JM, and Maliga, P. (1993) EMBO J. 12. , 601-606. Substantial increase in transformation frequency is achieved by substitution of a recessive rRNA or r-protein antibody resistance gene with a dominant selectable marker, a bacterial aadA gene encoding spectinomycin-detoxifying enzyme aminoglycoside-3'-adenyltransferase. Obtained by Svab, Z., and Maliga, P. (1993) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90, 913-917. Previously, such markers have been used successfully for high frequency transformation of the chromatin genome of the green alga Chlamydomonas reinhardtii (Goldschmidt-Clermont, M. (1991), incorporated herein by reference). Nucl. Acids Res. 19, 4083-4089. Other selectable markers useful for chromatin transformation are known in the art and are included within the scope of the present invention. Typically, about 15 to 20 cell division cycles following transformation are necessary to reach homologous state.
유전자가 동종성 재조합에 의해 각각의 식물 세포 내에 존재하는 순환 색소체 게놈의 수천개의 복사체 전체에 도입되는 색소체 발현은 핵-발현된 유전자를 능가하는 거대한 복사체 수 이점을 취득하여, 전체 가용성 단백질 중의 10%를 용이하게 초과할 수 있는 발현 수준을 허용한다. 그러나, 이러한 고 발현 수준은 특히, 초기 식물 생육 동안에 잠재적 생육성 문제를 야기시킬 수 있다. 형질전환 식물의 생존에 매우 유해할 수 있어, 구성적으로 발현될 경우에 식물 게놈에 성공적으로 도입되지 않을 수 있는 생활성 효소 또는 단백질의 발현에 의해 유사한 문제가 야기된다. 따라서, 특정한 국면에서, 본 발명은 엽록체-표적화 파아지 T7 RNA 폴리머라제의 핵 게놈 내에서의 발현을 담배의 화학적으로 유도가능한 PR-1a 프로모터[참조: 본원에 인용되어 있는 미국 특허 제5,614,395호]의 제어하에 T7 유전자 10 프로모터/터미네이터 서열에 의해 조절된 엽록체 리포터 형질전환 유전자에 커플링시킨다. 예를 들어, β-글루쿠로니다제(GUS) 리포터를 암호화하는 모체로부터 유전된 uidA 유전자에 대해 동종 원형질성인 색소체 형질전환체를 T7 폴리머라제를 핵 내에서 발현시키는 계통에 의해 수분시킬 경우에, GUS 단백질을 발현시키지 않는 형질전환 작제물 둘 다를 보유하는 F1 식물이 수득된다. 다량의 효소적 활성 GUS의 합성은 오로지 PR-1a 유도인자 화합물 벤조(1,2,3)티아디아졸-7-카보틴산 S-메틸 에스테르(BTH)의 잎 도포 후에 상기 식물의 색소체 내에서 개시된다.Chromosome expression, in which genes are introduced throughout thousands of copies of the circulating chromatin genome present in each plant cell by homologous recombination, yields a huge copy number advantage over nuclear-expressed genes, resulting in 10% of the total soluble protein. Allow expression levels that can easily be exceeded. However, these high expression levels can cause potential growth problems, especially during early plant growth. Similar problems are caused by the expression of bioactive enzymes or proteins that can be very detrimental to the survival of the transgenic plant and, if constitutively expressed, may not be successfully introduced into the plant genome. Thus, in certain aspects, the present invention is directed to the expression of tobacco chemically inducible PR-1a promoters of tobacco in the nuclear genome of chloroplast-targeted phage T7 RNA polymerase (see US Pat. No. 5,614,395, incorporated herein by reference). Under control it is coupled to the chloroplast reporter transformed gene regulated by the T7 gene 10 promoter / terminator sequence. For example, when a pigment transformant homologous to the uidA gene inherited from a parent encoding a β-glucuronidase (GUS) reporter is pollinated by a lineage expressing T7 polymerase in the nucleus F1 plants are obtained that retain both transgenic constructs that do not express the GUS protein. Synthesis of large amounts of enzymatically active GUS is initiated in the plastids of the plant only after leaf application of PR-1a inducer compound benzo (1,2,3) thiadiazole-7-carbotinic acid S-methyl ester (BTH) do.
서열목록 내의 서열의 간단한 설명Brief description of the sequences in the sequence listing
서열 1: 메타노코커스 잔나스치이로부터의 티오레독신의 단백질 서열SEQ ID NO: 1 protein sequence of thioredoxin from Metanococcus jannaschii
서열 2: 아르카에오글로부스 펄기두스로부터의 티오레독신의 단백질 서열(trx-1)SEQ NO: 2: protein sequence of thioredoxin from Arcaeoglobus pulgidus (trx-1)
서열 3: 아르카에오글로부스 펄기두스로부터의 티오레독신의 단백질 서열(trx-2)SEQ ID NO: 3 protein sequence of thioredoxin from Arcaeoglobus pergidus (trx-2)
서열 4: 아르카에오글로부스 펄기두스로부터의 티오레독신의 단백질 서열(trx-3)SEQ NO: 4: protein sequence of thioredoxin from Arcaeoglobus pulgidus (trx-3)
서열 5: 아르카에오글로부스 펄기두스로부터의 티오레독신의 단백질 서열(trx-4)SEQ ID NO: 5: protein sequence of thioredoxin from Arcaeoglobus pulgidus (trx-4)
서열 6: 메타노코커스 잔나스치이로부터의 티오레독신 리덕타제의 단백질 서열(trxB)SEQ ID NO: 6 protein sequence (trxB) of thioredoxin reductase from Metanococcus jannaschii
서열 7: 아르카에오글로부스 펄기두스로부터의 티오레독신 리덕타제의 단백질 서열(trxB)SEQ ID NO: 7 protein sequence of thioredoxin reductase from Arcaeoglobus pulgidus (trxB)
서열 8: 클론테크 서열SEQ ID NO: 8: Clontech Sequence
서열 9: 조쉬 서열SEQ ID NO: 9: Josh Sequence
본 발명을 아래의 상세한 실시예를 참고로 하여 추가로 기술한다. 이들 실시예는 단지 예시의 목적으로 제공하는 것이지, 달리 명시하지 않는 한, 제한하고자 하는 것은 아니다.The invention is further described with reference to the following detailed examples. These examples are provided for illustrative purposes only and are not intended to be limiting unless otherwise specified.
본원에서 사용된 표준 재조합 DNA와 분자 클로닝 기법은 당해 분야에 익히 공지되어 있으며, 문헌[참조예: Sambrook et al. (1989) Molecular Cloning 및 Ausubel et al. (1994) Current Protocols in Molecular Biology]에 기술되어 있다.Standard recombinant DNA and molecular cloning techniques used herein are well known in the art and described in Sambrook et al. (1989) Molecular Cloning and Ausubel et al. (1994) Current Protocols in Molecular Biology.
실시예 1: 옥수수의 열 안정성 티오레독신으로의 형질전환Example 1 Transformation of Corn into Thermostable Thioredoxin
MSKVKIELFTSPMCPHCPAAKRVVEEVANEMPDAVEVEYINVMENPQKAMEYGIMAVPTIVINGDVEFIGAPTKEALVEAIKKRL의 서열(서열 1)을 갖는 메타노코커스 잔나스키이 유래의 열 안정성 티오레독신을 발현시키는 유전자를 미국 특허 제5,625,136호에 기술된 바와 같은 옥수수의 바람직한 코돈을 사용하여 종자-특이적 감마-제인 프로모터와 pGIGUP 플라스미드의 T-DNA 경계 사이에 도입된 발현 카세트의 제어하에 제조한다. 당해 플라스미드의 T-DNA는 포스피노트리신에 대한 내성을 제공하는 우비퀴틴 프로모터에 의해 구동되는 식물에서 발현가능한 bar 유전자[참조: Christensen et al., Plant Mol. Biol. 18: 875-689, 1992]를 함유한다. 또한, 당해 플라스미드는 옥토핀과 만노핀 신타제 유전자로부터 유래된 키메라 프로모터에 의해 구동되는 암호화 유전자(SMAS)의 N-말단 코돈(만노핀 신타제 유전자의 영역을 갖는 서열을 활성화시키는 옥토핀 신타제 프로모터 상류의 트리머; 참조: Ni et al., Plnt J. 7: 661-676, 1995) 내의 인트론과 함께 GUS 유전자(베타-글루쿠로니다제)를 함유한다. 이러한 인트론-GUS 유전자는 GUS 활성을 식물 세포 내에서는 발현시키나 아그로박테리움 내에서는 발현시키지 않는다. 또는, 메타노코커스 잔나스키이 유래의 열 안정성 티오레독신을 만노즈 상에서 선택용 옥수수 우비퀴틴 프로모터에 의해 구동되는 식물에서 발현가능한 pmi 유전자를 함유하는 플라스미드 pNOV117 내로 클로닝시킨다[참조: Christensen et al. 1992, Joersbo et al., 1998].Genes expressing heat stable thioredoxin derived from Metanococcus zanarisky with the sequence of MSKVKIELFTSPMCPHCPAAKRVVEEVANEMPDAVEVEYINVMENPQKAMEYGIMAVPTIVINGDVEFIGAPTKEALVEAIKKRL (SEQ ID NO: 1) were used to express a gamma-codon-specific species using a gene as described in US Pat. No. 5,625,136. Prepared under the control of an expression cassette introduced between the promoter and the T-DNA border of the pGIGUP plasmid. The T-DNA of this plasmid is a bar gene expressible in plants driven by the ubiquitin promoter that provides resistance to phosphinothricin (Christensen et al., Plant Mol. Biol. 18: 875-689, 1992]. The plasmid also contains an octopin synthase that activates the sequence having the region of the N-terminal codon (mannopine synthase gene) of a coding gene (SMAS) driven by a chimeric promoter derived from the octopin and mannino synthase genes. Trimer upstream of the promoter; see Ni et al., Plnt J. 7: 661-676, 1995) and contain the GUS gene (beta-glucuronidase). This intron-GUS gene expresses GUS activity in plant cells but not in Agrobacterium. Alternatively, thermally stable thioredoxin derived from Metanococcus xannaskii is cloned into plasmid pNOV117 containing pmi genes expressible in plants driven by the selection corn ubiquitin promoter on mannose. Christensen et al. 1992, Joersbo et al., 1998].
균주 에이. 투메파시엔스 LBA4404(pAL4404, pSB1)를 당해 실험에서 사용한다. pAL4404는 해제된 헬퍼 플라스미드이다. pSB1은 pGIGUP와 pNOV117에 대한 상동성 영역과 pTiBo542의 독성 역역으로부터 15.2kb KpnI 단편을 함유하는 광범위한 숙주 플라스미드이다[참조: Ishida et al., 1996; High efficiency transformationof maize(Zea mays L.) mediated by Agrobacterium tumefaciens, Nature Biotechnology 14, 745-750]. 전기천공에 의해 플라스미드 pGIGUP 또는 pNOV117의 LBA4404(pAL4404, pSB1) 내로의 도입은 pGIGUP 또는 pNOV117과 pSB1의 상호통합을 야기시킨다. pNOV117의 T-DNA는 만노즈를 대사시키는 능력을 제공하는 우비퀴틴 프로모터에 의해 구동된 만노즈-6-포스페이트 이소머라제 유전자와 상기한 티오레독신 유전자를 함유한다.Strain A. Tumefaciens LBA4404 (pAL4404, pSB1) is used in this experiment. pAL4404 is a released helper plasmid. pSB1 is a broad host plasmid containing 15.2 kb KpnI fragments from the homology region for pGIGUP and pNOV117 and the virulence region of pTiBo542 (Ishida et al., 1996; High efficiency transformation of maize (Zea mays L.) mediated by Agrobacterium tumefaciens, Nature Biotechnology 14, 745-750]. Introduction of the plasmid pGIGUP or pNOV117 into LBA4404 (pAL4404, pSB1) by electroporation results in the mutual integration of pGIGUP or pNOV117 with pSB1. The T-DNA of pNOV117 contains the mannose-6-phosphate isomerase gene driven by the ubiquitin promoter that provides the ability to metabolize mannose and the thioredoxin gene described above.
아그로박테리움을 스펙티노마이신 50mg/ℓ와 테트라사이클린 10mg/ℓ가 보충된 YP 배지(효모 추출물 5mg/ℓ, 펩톤 10g/ℓ, NaCl 5g/ℓ, 한천 15g/ℓ, pH 6.8) 상에서 3일 동안 성장시킨다. 세균을 루프로 수집하여, 109내지 5x109개 세포/ml 범위의 밀도로 N6 액체 배지에 현탁시킨다. 또한, 아그로박테리움 세포를 YP 배지 중의 하룻밤 동안의 배양물로부터 수집하여, N6 액체 배지에 재현탁시킨다. 배지 1ℓ에 대해, 분말 N6 염(Sigma, St. Louis, MO) 4g, 수크로즈 30g, 마이오-이노시톨 100mg, 글리신 2mg, 티아민 1mg, 피로독신 HCL 0.5mg, 니코틴산 0.5mg, 2,4-D[2,4-D를 묽은 KOH에 용해시켜 제조한 원액(1mg/mL)로부터] 2mg을 가한다. 1M KOH를 사용하여 pH 6.0으로 조정하고, Gelrite 3g을 가하여, 오토클레이빙시킨다.Agrobacterium for 3 days on YP medium (5 mg / l yeast extract, 10 g / l peptone, 5 g / l NaCl, 15 g / l agar, pH 6.8) supplemented with 50 mg / l spectinomycin and 10 mg / l tetracycline To grow. To collect the bacteria as a loop, 10 9 to 5x10 9 then suspended in N6 liquid medium at a density of cells / ml. Agrobacterium cells are also collected from overnight cultures in YP medium and resuspended in N6 liquid medium. For 1 L of medium, 4 g of powdered N6 salt (Sigma, St. Louis, MO), sucrose 30 g, myo-inositol 100 mg, glycine 2 mg, thiamine 1 mg, pyrotoxin HCL 0.5 mg, nicotinic acid 0.5 mg, 2,4-D 2 mg [from a stock solution (1 mg / mL) prepared by dissolving 2,4-D in dilute KOH) is added. Adjust to pH 6.0 with 1M KOH, add 3 g of Gelrite and autoclave.
옥수수 미숙 배아를 자가 수분 후 약 10일 내지 14일째에 획득한다. 배아발생성 캘러스 형성을 유도하여 지지할 수 있는 배지를 함유하는 다른 플레이트 각각에 플레이트당 약 25개의 미숙한 접합성 배아를 분배한다.Corn immature embryos are obtained about 10 to 14 days after self pollination. About 25 immature conjugated embryos are distributed per plate to each other plate containing medium capable of inducing and supporting embryogenic callus formation.
미숙한 배아를 선택가능한 마커 유전자를 포함하는 Ti 플라스미드를 갖는 아그로박테리움을 함유하는 플레이트 위에 또는 액체 중에 접종한다. 미숙한 배아를 아그로박테리움을 접종하기 전에 또는 직후에 질산은(10mg/ℓ)을 함유하는 캘러스 개시 배지 상에 플레이팅시킨다. 약 25개의 미숙한 배아를 각각의 플레이트 위에 둔다. 접종 후 16시간 내지 72시간째에, 미숙한 배아를 질산은과 세포탁심을 함유하는 캘러스 개시 배지에 이전시킨다. 형질전환된 세포의 선택을 다음과 같이 수행한다:Immature embryos are seeded on a plate containing Agrobacterium with a Ti plasmid containing a selectable marker gene or in a liquid. Immature embryos are plated on callus initiation medium containing silver nitrate (10 mg / L) before or immediately after inoculation with Agrobacterium. About 25 immature embryos are placed on each plate. 16 to 72 hours after inoculation, immature embryos are transferred to callus initiation medium containing silver nitrate and cytotaxy. Selection of transformed cells is performed as follows:
만노즈를 사용하여 시험관 내에서 형질전환된 세포를 선택한다. 이러한 선택물은 접종 후 2일 내지 20일째에 1g/ℓ 정도로 적게 적용시켜, 총 2주 내지 12주 동안 유지시킬 수 있다. 이와 같이 수득된 배아발생성 캘러스를 표준 재생 배지 위에서 만노즈의 존재 또는 부재하에 재생시킨다. 전체 식물을 만노즈에 대한 내성에 대해 클로로페놀 레드(CR) 시험에 의해 시험한다. 이러한 검정은 pH 감수성 지시제 염료를 사용하여 세포가 만노즈의 존재하에 성장하였는지의 여부를 나타낸다. 성장하는 세포는 배지 내에서 pH 변화를 발생시켜, 지시제 클로로페놀 레드(CR)의 색을 적색으로부터 황색으로 변화시킨다. 만노즈에 대한 내성을 나타내는 식물은 이러한 시험으로 용이하게 확인된다. CR 시험에 의한 반응이 양성인 식물을 만노즈 유전자의 존재에 대해 PCR에 의해 분석한다. PCR 시험에 대한 반응이 양성인 식물을 써던 블롯에 의해 분석한다.Mannose is used to select transformed cells in vitro. These choices can be applied as little as 1 g / L on days 2-20 after inoculation, and maintained for a total of 2-12 weeks. Embryonic callus thus obtained is regenerated on the standard regeneration medium in the presence or absence of mannose. Whole plants are tested by the chlorophenol red (CR) test for resistance to mannose. This assay uses a pH sensitive indicator dye to indicate whether cells have grown in the presence of mannose. Growing cells produce a pH change in the medium, changing the color of the indicator chlorophenol red (CR) from red to yellow. Plants that exhibit resistance to mannose are readily identified by this test. Plants with a positive response by the CR test are analyzed by PCR for the presence of the mannose gene. Analyze by Southern blot using plants with positive response to PCR test.
재생된 식물을 티오레독신의 발현에 대해 분석한다. 당해 식물은 발육상 정상이다. 가장 높은 발현 이벤트로부터 유래된 자손 식물로부터의 옥수수 곡물을 소규모 습식 분쇄공정에서 분석하고, 전분 추출성을 티오레독신 형질전환 유전자를함유하지 않는 동일한 유전자형의 옥수수와 비교하여 측정한다. 티오레독신 유전자를 발현시키는 옥수수는 동질 유전자의 비형질전환된 옥수수보다 습식 분쇄공정에서 실질적으로 보다 큰 전분 이용가능성을 나타낸다.Regenerated plants are analyzed for expression of thioredoxin. The plant is developmentally normal. Corn grains from progeny plants derived from the highest expression events are analyzed in a small scale wet grinding process and starch extractability is measured in comparison to corn of the same genotype without the thioredoxin transgene. Corn expressing the thioredoxin gene shows substantially greater starch availability in the wet milling process than untransformed corn of the homologous gene.
실시예 2: 열 안정성 티오레독신과 티오레독신 리덕타제로의 옥수수의 형질전환Example 2: Transformation of Corn with Heat Stability Thioredoxin and Thioredoxin Reductase
실시예 1에서 기술한 과정을 이용하여, 옥수수를 상기한 엠. 잔나스키이로부터의 티오레독신과 티오레독신 리덕타제 둘 다에 대한 유전자로 공동 형질전환시킨다. 상기 두 유전자를 종자 특이적 감마 제인 프로모터의 제어하에 둔다. 2가지 유전자를 연결하여 pGIGUP 또는 pNOV117 플라스미드의 좌우 경계 사이에 위치시켜, 2가지 유전자가 단일 삽입물로서 식물의 염색채 내로 삽입될 수 있는 가능성을 증진시킨다.Using the procedure described in Example 1, corn was described above. Cotransforms with genes for both thioredoxin and thioredoxin reductase from Jannasquiy. Both genes are placed under the control of a seed specific gamma agent promoter. The two genes are linked and placed between the left and right boundaries of the pGIGUP or pNOV117 plasmids, enhancing the likelihood that the two genes can be inserted into the plant's chromosome as a single insert.
재생된 식물을 티오레독신과 티오레독신 리덕타제의 발현에 대해 분석한다. 당해 식물은 발육상 정상이다. 가장 높은 발현 이벤트로부터 유래된 자손 식물로부터의 옥수수 곡물을 소규모 습식 분쇄공정에서 분석하고, 전분 추출성을 티오레독신/티오레독신 리덕타제 형질전환 유전자를 함유하지 않는 동일한 유전자형의 옥수수와 비교하여 측정한다. 티오레독신과 티오레독신 리덕타제 유전자를 발현시키는 옥수수는 동질 유전자의 비형질전환된 옥수수보다 습식 분쇄공정에서 실질적으로 보다 큰 전분 이용가능성을 나타낸다.Regenerated plants are analyzed for expression of thioredoxin and thioredoxin reductase. The plant is developmentally normal. Corn grains from progeny plants derived from the highest expression events were analyzed in a small scale wet grinding process and starch extractability was measured in comparison to corn of the same genotype without the thioredoxin / thioredoxin reductase transgene. do. Maize expressing thioredoxin and thioredoxin reductase genes exhibit substantially greater starch availability in wet milling processes than untransformed maize of homogeneous genes.
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