【発明の詳細な説明】
〔請求項11〕 フイラー量をコードするDNA配列がフイラー量の組織特異的
発現を起こし得る調節配列に機能的に結合することを特徴とする発現構築物。
〔請求項12〕 請求項11記載の発現構築物を含むことを特徴とするベクター
。
〔請求項13〕 請求項12記載のベクターを含むことを特徴とする細菌。
〔請求項14〕 植物または植物器官が該植物宿主中でフイラー量の発現を起こ
し得る調節配列と機能的に結合するフィラー量コードDNA配列を含む発現構築
物を含むことを特徴とするトランスジェニック植物または植物器官。
〔請求項15〕 請求項1乃至7のいずれか1項記載の方法で生産されるフイラ
ー量をフィチン酸塩、を含む基質に作用させることを特徴とするフィチン酸塩の
イノシトールおよび無機リン酸への変換方法。
〔請求項16〕 飼料が請求項1乃至7のいずれか1項記載の方法で生産したフ
イラー量を含むことを特徴とする動物の飼料組成物。
〔請求項17〕 飼料が請求項1乃至7のいずれか1項記載の方法で生産したフ
イラー量を含むトランスジェニック植物または植物器官を含むことを特徴とする
請求項16記載の飼料組成物。
〔請求項18〕 飼料を摂取した動物の成長増進に効果的な最の請求項16記載
の飼料組成物を含む飼料で動物を飼育することを特徴とする動物の成長の増進方
法。
〔請求項19〕 飼料中に含まれるフィチン酸塩をイノシトールおよび無機リン
酸塩に変換するのに有効な量の請求項16記載の飼料組成物を含む飼料で動物を
飼育することを特徴とする動物排泄物中のフィチン酸レベルの減少方法。
〔請求項20〕 フィチン酸塩の生産方法で、a)植物宿主中、多量のフイラー
量を発現しく辱る調節配列に機能的に結合するフィラー量コードDNA配列を含
む発現構築物で植物宿主をトランスホームし、植物組織中でフイラー量コードD
NAが発現される条件下で該トランスホーム植物を生育させること、および
b)該トランスジェニック植物組織からフイラーゼを抽出すること、
以上a)およびb)のステップを含む方法。
〔請求項21〕 食品または飼料中の成分として請求項1乃至7および21のい
ずれか1項記載の方法で生産したフイラー量を使用すること。
明細書
植物におけるフイラー量の発現
(関連分野)
本発明は、トランスジェニック植物におけるフイラー量の産生および工業におけ
る該フイラー量の使用に関する。
(関連技術)
リンは、あらゆる生物の生育に必須の元素である。畜産においては、単胃動物(
例えば、ブタ、家禽および魚)を良く生育させるために、飼料に無機リンを補わ
なければならない。これに対し反別動物の飼料には無機リンを添加する必要はな
い。ルーメン内に存在する微生物が、フィチン酸塩(myo−イノシトールヘキ
サキス−ホスフェート)をイノシトールと無機リン酸塩に変換する酵素を生産す
る。
フィチン酸は、植物に由来する全ての飼料物質中に貯蔵リンとして存在する(レ
ヴユ−: Phytic acid、 chemistry and appl
ic一旦1ons、 E、グラフ(Graf) m、 Pilatus Pre
ss ; 帽nneapo l is。
MN、 [1,S、 A、 (1986) ) 、フィチン酸は、あらゆるナツ
ツ、穀類、マメ類、種、胞子および花粉に1−3%含まれている。フィチン酸の
複合塩は、フィチンと呼ばれる。フィチン酸は、カルシウム、亜鉛、マグネシウ
ム、鉄などのミネラルをキレートし、また蛋白質と反応して、蛋白質や栄養的に
重要なミネラルの利用を減少させることから、反栄養因子と考えられている。フ
ィチン酸塩のリンは、単胃動物の胃腸を通過し、排泄される。フィチン酸塩は、
結腸でいくらか加水分解されるが、無機リンは、小腸でのみ吸収されることから
このようにして放出される無機リンは栄養的な価値はない。結論として、飼料中
に存在していたとしても、単胃動物は、栄養的に重要なリンを使用できない。
フィチン酸塩のリンの排泄は、重大な問題を含んでいる。この千年、畜産は非常
に盛んになってきている。結果的に生産される排泄物の量は、それに応じて増加
しており、世界中のいろいろな所で環境問題を引き起こしている。これは、一部
は表面水中における排泄物由来のリン酸の蓄積によるもので、これが富栄養化を
起こしている。
フィチン酸塩をイノシトールと無機リン酸に変換する微生物由来の酵素は、フィ
ツーゼとして広く知られている。フィラーゼ産生微生物には、枯草菌<8aci
llus 5ubtilis) (V、 K、ペーパー(Paper)およびV
、 J、ジャガナサン(Jagannathan) (1982)J、 Bac
teriol、151. 1102>および”ニードモナス(Pseu−doi
onas) (D、 J、コスグローブ(Cosgrove) (1970)
Au5tral。
J、 Biol、 Sci、23. 1207>などのバクテリア、サツカロミ
セス セレビシェ(Saccharomyces cerevisiae) (
N、 R,ナイーニ()1ayini)およびP、 7−カキス(Markak
is) (1984)Lebinsmittel Wissenschaft
und Technologie 17. 24)などのイーストおよびアスベ
ルギラス テレウス(Aspergillus terreis)(K、ヤマダ
(Yamada)、 Y、ミノダ(Minoda)およびS、ヤマモト (Ya
mamoto) (1986) Agric、Biol、Chem、3 2.
1 2 7 5)などの菌類が含まれる。その他のアスベルギラス(Asper
gillus)種でもいろいろなものがフィツーゼを生産していることが知られ
ており、その中でも、アスベルギラス フィカム<Asperg百Iusf 1
cuun+)によって生産されるフィツーゼは、他の微生物によって生産される
フイラーゼよりも熱安定性が高いことと同時に、比活性がもっとも高いものの一
つであることが分かった(ファンゴルコム(van Gorcom)等(199
1)ヨーロッパ特許出願89202436゜5、刊行番号0420358.19
89年9月27日登録)。
また、フイラーゼは、多くの植物の内部に存在する(ローワス(Loewus)
、 F、A、(1990) Plant Biology vol、 9 :
“植物中のイノシトール代謝” (K、 J、モア(Morre)、 11.
F、ボス([]oss)。
P、 A、O−ワス(Loewus)編)13)、ゲラトリー(Gel Iat
ly)。
K、 S、およびL/ 7 xブレ(Lefebvre)、 D、 D、((1
990) PlantPhysiology (増補)、93. アブストラク
ト562)は、じゃがいもの塊茎由来のフイラーゼcDNAクローンの単離およ
び特性について報告している。ギプソン(Gibson)、口0M0等およびク
リステン([”hristen)、 A、 A、等((1988) J、 Ce
1l Bioctus、。
12C,アブストラクトL407およびL402)は、大豆の種の発芽の際の内
在性フィツーゼの合成について報告している。しかし、植物性フイラーゼは、通
常工業的な用途に使用するには生産量が不十分である。
単胃動物の資料に微生物性フイラーゼを添加するという考え方は、以前からある
(ウェア(Ware)、 J、 H,、ブラック(Bluff)。
し、およびシェ(Shieh)、 T、 R,(1967)米国特許第3.29
7゜548:ネルソン(Nelson)、 T、 S、、シ5−(Shieh)
、 T、 R,、ウォジンスキー(Wodzinski)、 R,J、およびウ
ェア(flare)、 J、 H。
(1971)J、Nutrition 101.1289)、 しかし、今日ま
でこの酵素の生産コストが高いという理由から、この考えの応用は、商業的にう
まくいっていない(Y、 11.ハン(Han) (1989)AniLIIa
l Feed Sci、 and Technol、24. 345) o経済
的理由から、今でも無機リンが単胃動物の飼料に添加されている。
フィツーゼには、他の工業的用途がある。その例には、とうもろこしや小麦等の
穀類から澱粉を生産する工業的プロセスに使用することが挙げられる。このよう
な湿式製粉プロセスから得られるコーングルテン等を含む廃棄産物が、動物飼料
として売られている。浸せきプロセスの際に、フィツーゼを補うことが出来る。
その条件(T=50℃およびpH=5.5>は、菌類フイラーゼに理想的なもの
である(ヨーロッパ特許出願0321004アルコ社)。
都合がよいことに、このプロセスの廃棄産物に由来する動物飼料にはフィチン酸
塩の代わりにリン酸塩を含む。
また、フィツーゼは、大豆処理にも使用できると考えられてきた(アルコ社製フ
ィナーセ(Finase”) 、フィンランド、ラジセマキ、アルコ社から刊行
されている製品情報パンフレット参照)。
大豆食には、この蛋白質源をベビーフードや魚、牛および他の反部動物用の飼料
への使用に適さないものにする高レベルの反栄養因子フィターセが含まれている
。この高蛋白質源の酵素的変換で、この原料の栄養的および商業的価値が増加す
る。
高価な蛋白質の生産システムとしてトランスジェニック植物を使用が提唱された
。今日までの例としては、タバコにおけるインターフ、ロン(グンドマン(Go
od+nan)、 R,M、、クノーフ(にnauf)。
V、C,、コーン (Houck)、 C,M、およびコマイ (Comai)
、 L、(1987)PCT/111087100865)、タバコ、ブラシカ
ナブス([trassica napus)およびアラビドンス サリアナ(
Arabidopsis thaliana>におけるエンカファリン(バンプ
カークホープ(Vandekerckhove)、 J、。
ファンダメ (Van Dammed、 J、、ファンリセベテンス(Van
Lijseb−ettens)、 M、、ボタ−マン(Botterman)、
J、、デブロック(DeBlock)。
組、デクラーク (DeCIerq)、 A、、リーマンス(Leemans)
、 J、ファンモンターギュ(Van Montagu)、 M、およびフレバ
ース(Krebbers) 。
E、 (1989) Bio/Techno1.7. 929) 、タバコにお
ける抗体くハイアット(Fliatt)、 A、、カフアキ−(Cafferk
ey)、 R,およびボーディツシュ(Boedish)、 K、 (1990
) Nature342. 76)およびタバコおよびポテトにおけるヒト血清
アルブミン(シモンズ(Sijmons)、 P、C,、デフカー([1ekk
er)、 B、 @、 M、、シラメイヤ(Schrammerjer) 、
B、、バーワード(Verwoerd)、 T、 C,、7yンデンエルセ7
(van denε1zen)、 P、 J、 M、およびホーケマ(Hoek
ema)、 A、 (1990) Bio/Techno1.8. 217)の
生産がある。
実際に、多くの植物種、特に双子葉植物種(例えば、タバコ、ポテト、トマト、
ペチュニア(Petun ia)、 ブラシカ(Brassica))のトラン
スホーメーンヨンは、当分野においてルーチンになっている(クリ−(Klee
)、 J、、ホーシx (Horsch)、 R,#よびロジャース(Roge
rs)、 S、 (1987) Annu、 Rev、 Plant Phys
iol。
38.467+ガサ−(Gasser)、 C,S、およびフレーリー(Pra
ley)。
R,T、(1989) 5cience 244. 1293) 、植物におい
て外来遺伝子を発現させる方策は、確立されている(ガサ−(Gass−er)
およびフレー’J (Fraley)、上述)。植物および植物細胞内で機能的
に発現されえるキメラ遺伝子の構築に用いられる植物遺伝子由来の調節遺伝子が
同定されている。
この遺伝子構築物の植物への導入のために、アグロバクテリウム ツメファシェ
ンス(Agrobacterium tumefaciens)またはアグロバ
クテリウム リゾゲネス(Agrobacterium rhizogenes
)を用いたトランスホーメーンヨンなど幾つかの方法が使用できる。この方策を
用いて、幅広い植物組織が使われてきたが、その選択は、その植物種や組織培養
の容易さに依存する。うまくいった例には、プロトプラスト、ミクロスポア、ま
たは花粉および葉、茎、根、胚軸および子葉等のイクスプラントのトランスホー
メーションがある。さらに、マイクロインジェクション、エレクトロポレーショ
ン、粒子衝突および直接的DNA取り込み等、プロトプラストや植物細胞または
組織への直接的DNA導入が使用される(ガサ−(Gasser)およびフレー
リー(Fraley) 、上述)。
種々の発現システムを用いて、植物中で蛋白質を生産し得る。
例えば、カリフラワー モザイク ウィルス(CaMV)の355プロモーター
等の構成的プロモーターを用いると、トランスジェニック植物の全ての器官中に
発現した蛋白質が蓄積される(ギリー(Guilley)、 H,、ダドリー(
Dudley)、 R,K、、 ジョナード (Jan−ard)、 G、、バ
ラズ(Balazs)、 E、およびリチャード(Richards)、 K。
E、(1982)Cell 30,763) 。それとは別に、非常に組織特異
的でステージ特異的に発現される蛋白質をコードする遺伝子、即ち、標的組織で
のみ、かつ、分化の所定の段階でのみ発現される遺伝子(ヒギンズ(旧ggin
s)、 T、 J、 V、、(1984)Annu、Rev、Plant Ph
ysiol、35. 191 ;ショー/トウエル(Shotwell)、 M
、 A、およびラーキンス(Larkins 9. b、 a。
(1989) “植物の生化学”vol、15(アカデミツクプレス、サンディ
エゴ:スタ77 (Stampf)、 P、 K、およびコン(Conn)、E
。
E、、編)由来のプロモーターも使用しえる。
フィツーゼ生産の経済的方法は、とりわけ動物飼料工業に有益であると考えられ
る。より経済的にフィツーゼを生産する方法は、組み換えDMA技術を用いて、
例えば動物が直接摂取するための動物飼料に添加しえるフィツーゼを発現できる
トランスジェニック植物または植物器官を生成するものとなるであろう。それと
は別に、これらのトランスジェニック植物または植物器官で発現されるフィツー
ゼを抽出し、場合によっては、所望される用途に合うように精製することが出来
る。
(本発明の概要)
本発明は、トランスジェニック植物または植物器官におけるフィツーゼの発現お
よびこれらの植物の生産方法を提供する。この事は、フィツーゼ活性を有する蛋
白質をコードするDNA配列を含む発現構築物を植物に導入することによって行
われる。
本発明により提供される植物のトランスホーメーションを目的としたDNA発現
構築物は、フィツーゼの発現を指示しえる調節配列のコントロール下にある。こ
れらの調節配列は、その植物またはその一部分を使用するかに存在して、構成的
または段階的および、または組織特異的に、植物における転写を指示しえる配列
も含む。
本発明により提供されるトランスジェニック植物および植物器官は、例えば動物
飼料に直接使用する様式で、工業プロセスに使用することもできるし、また、そ
こから発現したフィツーゼを抽出したり、場合によっては精製することもできる
。
(図面の簡単な説明)
第1図 フィツーゼcDNAのクローニングの方法。
第2図 フィツーゼcDNAフラグメントの翻訳領域のヌクレオチド配列および
誘導されるフィツーゼ蛋白質のアミノ酸配列。
成熟フィツーゼ蛋白質の開始は+1で示されている。
第3図 バイナリ−ベクターpMOG23゜第4図 クローニングに使用するオ
リゴヌクレオチド二本鎖。
第5図 プラスミドpMOG29゜植物中での構成的発現を目的とした発現カセ
ットおよびタバコシグナルペプチドを含むプラスミドpUC18゜
第6図 フィツーゼからの無機リンの放出に関するフィツーゼ含有種子粉砕物の
添加の効果。
第7図 インビトロ消化モデルにおけるアスペルギラス(Aspe−rgill
us)フィツーゼの投与一応答関係。
第8図 インビトロ消化モデルにおけるアスベルギラス(Aspe−rgill
us)フィツーゼおよびタバコ種子に含まれるフィツーゼの投与一応答関係。
(発明の詳細な説明)
本発明に従い、フィツーゼを生産するトランスジエニ・ツク植物または植物器官
が得られる。この事は、フィツーゼ活性を有する蛋白質をコードするDNA配列
を含む発現構築物の植物への導入で行われる。
本発明により、フィツーゼをコードする遺伝子による植物の安定なトランスホー
メーションを目的としたDNA発現構築物が提供される。これらの構築物は、フ
ィツーゼの発現を指示しつる調節配列と機能的に結合したフィツーゼをコードす
るDNA遺伝子を含む。また、これらの調節配列には、その植物またはその一部
分を使用するかに従って、構成的に、または段階的および、または組織特異的に
植物中での転写を指令しえる配列も含む。
本発明で提供される発現構築物は、選択された植物宿主のノくクチリア依存のト
ランスホーメーションで使用するベクター、好ましくはプラスミドに挿入しえる
。さらに、この発現構築物はその植物の宿主のゲノムに組み込まれることが好ま
しい。
本発明の範囲において、フィツーゼという言葉は、種々のIIIy〇−イノシト
ールリン酸塩から無機リンを放出する反応を触媒する一連の酵素が含まれる。こ
の事は、フィツーゼ活性を有する全ての蛋白質が含まれると理解される。
フィツーゼをコードするDNA配列は、微生物、植物または動物など種々の生物
から得ることが出来る。このDNA配列は、繊維状菌類アスベルギラス(Asp
ergillus)等の微生物から得ることが望ましい。更に、このDNAは、
アスペルギラス フイカム(Aspergillus ficuum) 、アス
ベルギラス ニガー(Asperg i I lus旧ger)、アスペルギラ
ス アワモリ(Aspergillus awamori)およびアスペルギラ
ス ニズランス(Aspergillus n1dulans)から得ることが
望ましい。
フィツーゼ蛋白質をコードする遺伝子またはcDNAのクロ・−ニングは、種々
方法で行いえる。一つの方法は、フィツーゼ蛋白質の精製、N−末端および幾つ
かのアミノ酸配列の決定、およびそのアミノ酸配列に基づくオリゴヌクレオチド
プローブを用いたフィツーゼ産生生物のゲノムまたはcDNAライブラリーのス
クリーニングを含むものである。
もし、少なくともその遺伝子の部分的配列が分かっているなら、この情報を用い
てポリメレースチェーンリアクション(PCR)等によりそれに対応するcDN
Aをクローン化することが出来る(PCR技術:原則およびDNA増幅への応用
、(1989)HoA、7−リツヒ([1hrlich)編、ストックトンプレ
ス、ニューヨーク)。
上述のクローン化したフィツーゼ遺伝子は、他の微生物からのフィツーゼコード
遺伝子の単離を目的とした異種ハイブリダゼーション実験に使用しえる。
別の特徴として、上述のクローン化フィターゼ遺伝子は、第二世代フィツーゼの
構築の原料として使用しえる。第二世代フィツーゼとは、突然変異誘発(例えば
、部位特異的突然変異誘発)で変化し野生型のフィツーゼまたは本発明により生
成された組み換えフィツーゼとは異なる性質を有するフィツーゼである。例えば
、至適濃度またはpH1比活性または基質親和性を所定の過程に使用するのによ
り適したものになるように変えることが出来る。
フィツーゼをコードするcDNAを単離すれば、例えば、プロモーター、分泌シ
グナル、またはそれらの組み合わせたもののような調節要素の交換などの組み換
えDNA技術を使用して、選択された植物宿主におけるフィツーゼの生産を指令
しえる発現構築物を構築できる。
フィツーゼは、このトランスジェニック植物において、分化のあらゆる段階で構
成的に生産される。この酵素は、植物または植物の器官の使用に依存して、例え
ば、塊茎形勢または果実分化の際など、段階特異的に発現しえる。また、その使
用に依存して、この酵素は、たとえば、果実、塊茎、葉または種子など植物器官
内に組織特異的に発現される。
本発明の範囲のトランスジェニック植物には、所望の植物または植物器官内のフ
ィツーゼ生産の開始や増加を起こすように組み換えDNA技術により遺伝適の修
正された植物(外植物の一部および細胞も同様に)およびそれらの子孫も含まれ
る。
本発明において、フィツーゼの増加という語句は、同量の未修正植物組織に見ら
れる平均的フィツーゼ酵素量と比較して統計的に有意に増加したフィツーゼを含
む統計的に有意な量の植物組織を示す。
本発明において、選択される植物には、カリフラワー(Brassi−ca o
leracea)およびチョウセンアザミ (Cynara scolymus
)のような食用孔、リンゴ(Malus、例えばdomest 1cus)、バ
ナナ(Musa。
例えばacuminata)、べり−(スグリ等、Ribes、例えばrubr
um)。
チェリー(スイートチェリー等、Prunus、例えばavium) 、 キュ
ウリ (Cucumis、例えば5ativus)、ブドウ(Vitis、例え
ばvinif−era)、レモン(Ctrus Iimon)、メロン(Cuc
umis melo)、ナツツ(ウオールナツツ等、Juglans、例えばr
egia ;ビーナツツ、Arachishypogeae) 、オレンジ(C
iLrus、例えばmaxima)、ビーチ(Prunus。
例えばpers+ca)、す’、y (Pyra、例えばcommun is)
、プラム(Prunus。
例えばdomest 1ca)、ストロベリー(Fragar ia、例えばm
oschata)。
トマト (Lycopers 1con、例えばesculentum)、アル
ファルスア(Med icago、例えば5ativa)、キャベツ(例えばB
rassica olerac−ea)、エンジブ(CIchareum、例え
ばendivia)、リーク(AIIiua+。
例えばporrum)、レタス(Lactuca、例えば5ativa)、はう
れん草(Sp 1nac ia、例えばo Ieraceae) 、タバコ(N
1cot Iana、例えばtabacui)等の葉、アロールート(Mar
anta、例えばarundinacea)。
ビート<Beta、例えばvulgaris)、 エンジブ(Daucus、例
えばc arota)、キャラサバ(Manihot、例えばescu Ien
ta) 、ターニップ(Brassica、例えばrapa)、ラディッシュ(
Raphanus、例えば5ativus)、ヤム(D 1oscorea、例
えばesculenta)、スィートポテト(Ipomoea batatas
)等の根およびビーン(Phaseolus、例えばvu Igar is)
、ビー(Pisum、例えばastivua+)、大豆(Glycin、例えば
wax)、小麦(Tr it icum、例えばaestivul)、大麦()
fordat+I11゜例えばvulgare)、コーン(Zea、例えば5a
ys) 、米(Oryza、例えば5ativa)、レープシード(8rass
ica napusン、ミレット(Panictnwし、)、ひまわり (He
lianthus annus)、オーツ(Avena 5ativa>等の種
子、コールラビ([1rass ica、例えばoleraceae)、ジャガ
イモ(Solanum、例えばtuberosum)等の塊茎が含まれるが、こ
れらの限られるわけではない。
基本的に、植物種の選択は、その植物またはその一部のトランスホーメーション
の容易性により決定する。
フィツーゼコードDNA配列を含む発現構築物の標的植物への導入法には幾つか
ある。これらの方法には、カルシウム/ポリエチレングリコール法、エレクトロ
ポレーションおよびマイクロインジェクションまたは(コート化)粒子衝突(ボ
トリカス(Potr−ykus)、 1. (1990) Bio/Techn
o1.8. 535>等を用いたプロトプラストのトランスホーメーションが含
まれる。
これらのいわゆる直接的DNA l−ランスホーメーション法に加えて、ウィル
スベクター(たとえば、カリフラワーモザイクウィルス(CaMV) )および
バクテリアベクター(例えば、アグロバクテリウム(Agrobacteriu
m)属)(ボトリクス(Potrykus) 、上述)等のベクターを含むトラ
ンスホーメーションシステムが広<使ワれている。選択および、またはスクリー
ニングの後、トランスホームしたプロトプラスト、細胞または植物の一部分を当
分野でよく知られている方法を用いて完全な植物体に再生する(ホーシュ()I
orsch)、 R,B、、フライ(Fry)、 J、 E、、ホフマン(tl
of fmann)。
N、L、、アイクホルツ(Eichholtz)、 Q、、oジャース(Rog
ers) 。
S、 G、およびフレーリー(Fraley)、 R,T、(1985) 5c
ience227.1229>。トランスホーメーンヨンおよび、または再生の
方法の種類は、本発明に本質的ではない。
双子葉植物の場合、本発明の好ましい1様では、バイナリ−ベクターシステムを
使用する(ホーケマ(Hoekema) 、^、 バーシュ(旧rsch)、
P、 R,ホイカース(Hooykaas)、 P、 J、 J、およびシルパ
ルート(Schilperoort)、 R,A、(1983) Nature
303゜179;シルバルート(Schilperoort)、 R,A、、
ホーケア (Hoek−ema)、 A、およびホイカース(Hooykaas
)、 P、 J、 J、 (1984)ヨーロッパ特許出1fiNn 0120
516)。このシステムでは、毒性遺伝子を含むvirプラスミドおよび転移す
べき遺伝子構築物を含む適合プラスミドを有するアグロバクテリウム(Agro
bacteriua+)を使用する。このベクターは、大腸菌およびアグロバク
テリウム(Agrobacter iua+)の両方で複製でき、かつ、本発明
に関係ない詳細な修正を行えるバイナリ−ベクターB1n19 (ビーパン(B
evan)。
L (1984) Nucl、 Ac1ds Res、12. 8711)から
誘導される。本実施例で使用されているように、このバイナリ−ベクターには、
T−DNAの左−および右−境界配列のあいだに、カナマイシン耐性をコードす
るNPTII−遺伝子(ビーパン(3evan)上述)および必要とされる遺伝
子構築物をクローニングするための多重クローニング部位がある。
単子葉穀物のトランスホーメーションおよび再生は、標準的方法ではない。しか
し、最近の科学の進歩は、原則的に、単子葉植物はトランスホームしやすく、か
つ、トランスジェニック植物は、トランスホーム細胞から再生しえることを示し
た。遺伝子物質の植物への導入に関する強力な方法とともに、これらの穀物の再
生産可能な組織培養システムの発展が、トランスホーメーションを容易にした。
現在、単子葉植物のトランスホーメーション法の選択には、植物片または懸濁細
胞のマイクロプロジェクタイルボンバードメントおよびプロトプラストの直接的
DNA取り込み、またはエレクトロポレーションがある。例えば、トランスジェ
ニック稲植物は、選択マーカーとして、ハイグロマイシン耐性をコードするバク
テリアhph遺伝子を用いてうまく得ることが出来る。
この遺伝子は、エレクトロポレーションにより導入する(シマモト (Shim
amoto)、 K、、 テラダ(Terada)、 R,、イザワ(lzaw
a)、 T。
およびフジモト(Fujilloto)、 H,(1989) Nature
338゜274)。トランスジェニックトウモロコシは、微粒子衝突によりトウ
モロコシ懸濁培養物の胚細胞に、(除草剤ホスフィノスリシンヲ不活性化する酵
素)ホスフィノスリシン アセチルトスンスフエラーゼをコードするストレプト
ミセス バイグロスコピカス(Streptomyces hygroscop
icus) bar遺伝子を導入することによって得られる(ゴートンカム(G
ordon−にaim)、 11.J、、 スヘ:/1(Spencer)、
T、 M、、 ?7ガノ(Mangano)、 M、 L、、アダムス(Ada
ms)、 T、R,、デイネス(口aenes)、 R,J、、スター) (S
tart)。
11、G、、オブライエン(口’ 0rient、 j、 V、、チャンパース
(Chambers)。
S、 A、、アダムス(Adams) Jr、 、 R,W、、コーシュ(Ka
rsch)、 A。
P、およびレモークス(Lemaux)、 P、 G、(1990) The
PlantCell 2. 603)。小麦や大麦などのその他の単子葉穀物の
アルローンプロトプラストへの遺伝子物質の導入も、報告されている(リー(L
ee)、 B、、?−ドック(Murdoch)、 K、、Lyピング(Top
ping)、J、、フレイス(Kreis)、 M、およびジョーンズ(Jon
es)。
M、 G、に、 (1989) Plant Mo1. Biol、13. 2
1)、小麦は、胚懸濁培養を行うための成熟した緻密でこぶのある胚形成カルス
組織を選択することによって、胚懸濁培養物から再生する(バシル(Vasil
)、 V、、レドウエイ(Redway)、 F、およびバンル(Vasil)
。
1、 K、(L 990) Bio/Techno1.8. 429> 、この
穀物に対して幾つかのトランスホーメーションシステムを組み合わせて用いるこ
とは、本発明の単子葉植物への応用を可能にする。また、これらの方法は、双子
葉植物のトランスホーメーションおよび再生にも適用しえる。
このフィツーゼ構築物の発現には、組み替えDNA技術の分野でよく知られてい
る植物ポリメラーゼによる遺伝子の転写やmRNAの翻訳などの詳細な事項が含
まれる。本発明の理解に関連する事項のみを以下に説明する。
本発明では、フィツーゼの発現を起こすことが知られている調節配列を用いてい
る。使用する調節配列の選択は、所望する標的穀物および、または標的器官に依
存する。このような調節配列は植物体または植物ウィルスから得ることが出来る
し、また、化学的に合成することもできる。このように調節配列には、植物また
は植物の一部分の使用に依存して、構成的にまたは段階的および、または組織特
異的に植物における転写を指令するプロモーターがある。これらのプロモーター
には、これらに限られるわけではないが、カリフラワーモザイクウィルス(Ca
MV)の353プロモーター等の構成的発現を示すプロモーター(ギ’) −(
Guilley)等、(1982)Cell 30.763)、ノブロース ビ
スホスフェートカルボキシラーゼスモールサブユニット遺伝子のプロモーターな
どの葉特異的なもの(コルジ(Coruzzi)等、(1984)EMBOJ、
3. (1671)、グルタミンシンテース遺伝子由来のプロモーターなどの板
枠異的発現に関するもの(チンゲイ(TingtlJ>等、 (1987)li
MBOJ、、6.3565>、ブラシカ カルス(Brassica napu
s)由来のクルジフェリンAプロモーターなどの種子特異的発現に関するもの(
ライアン(Ryan)等、(1989)Nucl、 Ac1ds Res、 1
7. 3584) 、ポテトのクラス−■バタチンプロモーター等の塊茎特異的
発現に関するもの(ロカーソサまたは、トマトのポリガラクトウロナーゼ(PC
)プロモーターなどの果実特異的発現に関するもの(バード(Bird)等、(
1988)Plant Mo1.Biol、11. 651)などがある。
ターミネータ−やポリアゾニレ−ジョンシグナル等その他の調節配列には、植物
中でそのような機能を果たすものが含まれ、その選択は当業者によって行いえる
。このような配列の例には、アグロバクテリウム、゛ンメ77シエンス(Agr
obacterium tumefaci−ens)のツバリンシンテース(n
os)遺伝子の3゛隣接領域がある(ビーパン(Bevan)、 M、、上述)
。
また、調節配列には、CaMVの353プロモーターに見られるエンハンサ−配
列、アルファルファモザイクウィルス(AIMV) RNA4のリーダー配列な
どのmRNA安定化配列(ブレブロード(Brederode)、 F、 T、
、rパーワルトフ(Koper−Zwarthoff)、 E、C。
およびポル(Bol)、 J、 F、 (1980) Nucl、 Ac1ds
Res、 8.2213>または、同様の機能を果たすその他の配列が含まれ
る。
フィツーゼは、発現された蛋白質の安定性が保証される環境に発現されなければ
ならない。本発明においてフィツーゼの生物物理学的パラメーターに依存して、
細胞質ゾル、小胞体、液胞、プロティンボディー、または細胞周辺腔等の細胞部
分を選択することでそのような安定した環境を作ることが出来る。このようなパ
ラメータには、至適pH、プロテアーゼに対する感受性または所望される細胞部
分のモル濃度に対する感受性などが含まれる。
この細胞の細胞質で発現させるためには、発現される酵素は分泌シグナルペプチ
ドまたはその他の標的配列を含むべきではない。
葉緑体およびミトコンドリアでの発現のためには、発現される酵素はこれらのオ
ルガネラに移行させるための特異的ないわゆるトランジットペプチドを含むべき
である。この事を行うための、目的の酵素に結合しつる標的配列は、良く知られ
ている(スミーケンズ(Smeekens)等、(1990) T、 l、 B
、 S、 15.73;ファンデンブルーク(van den Broeck)
等、(1985) Natureなら、この酵素を液胞に送る特異的標的配列と
同時に、分泌シグナル配列が存在しなければならない(タグ−(Tague)等
、(1988)Plant Phys、86. 506) o種子におけるプロ
ティンボディーについても同じことが言える。目的の酵素をコードするDNA配
列は、この酵素が細胞中の所望される位置で作用できるように、修正されなけれ
ばならない。
フィツーゼの細胞外発現を行うために、本発明の発現構築物は分泌シグナル配列
を使用する。植物宿主と同種(天然)のシグナル配列が望ましいが、異種配列、
すなわち、他の植物種または微生物起源のものも同様に使用できる。このような
シグナル配列は当分野でよく知られている。本発明で使用しえる適当なシグナル
配列は報告されている。ウォルタ−(Waiter)、 P、およびプロベル(
Blobel)、 G、 (1986) Biochem、Soc、 Symp
、+ 47.183 ;ホンハイ:/ (Von He1jne)、 G、(1
986) J、Mo1. Biol、。
189.239;およびシモンズ(Sijmons)、 P、C,、デツカ−(
Dekker)、 B、 L M、、シュラメイア−(Schrammeije
r)、 B、、バーワード(Verwoerd)、 T、 C,、ファンデンエ
ルゼン(van den Elz−en)、 P、 J、 M、およびホーケ?
(Hoekema)、 A、(1990)Bio/Technol、、8. 2
17゜本発明の関連するDNA構築物のあらゆる部分(プロモーター、調節、分
泌、安定化、ターゲツティング、またはターミネーション配列)は、望ましいな
ら当分野でよく知られている方法を用いてそれらのコントロール特性を変えるこ
とができる。
本発明を用いて得られるフィツーゼを含む植物用いて、より高レベルのフィツー
ゼを有する植物または植物器官を得ることが出来ることが指摘される。例えば、
ソモクローナル変化技術または交配技術により、このような植物または植物器官
を得ることが出来る。これらの技術は当分野でよく知られている。
本発明の態様においては、アスペルギラス フィカム(Aslllerg−il
lus ficuum)から単離したmRNAからフィツーゼをコードする二重
鎖cDNAを調製する。このD N、 A構築物は、ブラシカナブス(Bras
sica napus)由来の125貯蔵蛋白質をコードする遺伝子の調節配列
のコントロール下に置く。それからこの構築物をpMOG23 (大腸菌に−1
2DH5α中、1990年1月29日オランダ、バーン、セントラルプリューボ
アシメルカルチャーズに受理番号CB5102.90で登録された)等のバイナ
リ−ベクターにサブクローニングした。このベクターをジスアームドTiプラス
ミドを含むアグロバクテリウム ツメファシェンス(Agrobacteriu
m tumefaciens)に導入する。この構築物を含むバクテリア細胞を
タバコまたはブラシカ(3rass 1ca)植物由来の組織と共培養し、そし
て、トランスホームした植物細胞を抗生物質を含む栄養培地で選択してから、誘
導してこのような培地で分化した植物に再生する。生成した植物は、このDNA
構築物を発現する種子を生産する。
本発明の別の態様においては、このフィラーゼコードDNA1i築物は、カリフ
ラワーモザイクウィルス(CaMV)の353プロモーター由来の調節配列のコ
ントロール下に置く。その後、このベクターをジスアームドTiプラスミドを含
むアグロバクテリウムツメファシェンス(Agrobacteriu+++ t
umefaciens)に導入する。この構築物を含むバクテリア細胞をタバコ
またはブラシカ(Brassic−a)植物由来の組織と共培養し、そして、ト
ランスホームした植物細胞を抗生物質を含む栄養培地で選択してから、誘導して
このような培地で分化した植物に再生する。生成した植物は、構成的にこのDN
Aを含み、これを発現する。
フィラーゼ活性は、多くの検定法で測定できるが、その選択は、本発明にとって
重要ではない。例えば、トランスジェニック植物組織のフィラーゼ酵素活性は、
比色技術やゲル検定法を用いたELISA検定法、ウェスタンブロッティング、
または直接的酵素検定法で試験する。
本発明で生産されるフィツーゼを含む植物または植物器官は、フィツーゼの作用
を必要とする種々の工業的プロセスで使用しえる。このような応用の例には、非
反栃動物の飼料添加物、大豆処理、またはフィチン酸塩からのイノシトールまた
はイノシトールホスフェートの生産がある。その他には、澱粉工業や醸造工業の
ような醗酵工業のようなフィチン酸塩を含む基質を用いる工業プロセスがある。
フィチン酸塩による金属イオンのキレート化は、これらのミネラルを生産微生物
に使用できなくしてしまう。フィチン酸塩の酵素的加水分解は、この問題を回避
する。
また、植物中で生産されるフィツーゼは、トウモロコシやサトウモロコシの穀粒
の浸せき処理に使用しえる。この植物組織は、浸せきトウモロコンに添加する前
に粉砕する。植物組織から放出されたフィツーゼは、多くのトウモロコシ調製物
に存在するフィチンに作用する。浸せきコーン中のフィチンの分解は、動物飼料
や微生物醗酵の栄養として使用されるコーン浸せき液の商品価値を高くする。さ
らに、フィチンの分解は、コーン浸せき液の濃縮、輸送および貯蔵の際のフィル
ター、バイブ、反応容器などのゴミの蓄積に関する問題を回避できる(パーラ(
Vaara)、 T、等、(1989)ヨーロッパ特許出願0321004>。
また、フィツーゼの作用は、コーン湿式粉砕における浸せき過程および分離過程
を促進する。
この植物または植物器官は、直接すなわちさらに処理することなく使用できるか
、または、まず使用する前に望ましい固さにまで粉砕するような従来取られてい
る処理を行うこともある。
これとは別に、このフイラーゼを、この植物または植物器官から抽出したり、ま
た、望ましい場合は使用する前に従来の抽出法や精製法で精製することもある。
意図した応用にかなう植物中でのフイラーゼの生産は、非常に便利であり、また
、たとえば動物飼料などに経済的に使用できる点で、微生物フイラーゼに比べて
生産コストを押さえることが出来、事実上、無機リン酸と争えるほどのコストバ
ーホーマンスを得ることが出来る。さらに、排泄物中のリン含量をかなり低く出
来るというメリットがある。
無機リンとコストを争えるフイラーゼの使用は、高品質の飼料を生産する混合飼
料工業の自由度を増すと考えられる。例えば、飼料にフィツーゼを補う場合、無
機リンの添加を省略することが出来るし、また、フィチン酸を含む種々の物質の
含量を増やすことが出来る。
以下の実施例は、本発明の完全な公開およびその内容の製造法および使用法の説
明を当業者を対象にして示したものであり、本発明の範囲を制限するものではな
い。使用している数値(例えば、量、温度、pH)は、正確を期するよう配慮し
たが、ある程度の実験誤差やばらつきを考慮しなければならない。特記しないか
ぎり、温度は、℃で表し、また、圧力は、大気圧付近である。
(実施例1)
アスペルギラス フィカム(Aspergillus ficuum>からのポ
リA” RNA0単離
22.72 g/ i! )ウモロコシ粉(pH7,85℃で15分間アミラー
ゼ処理したもの)、9.36g/Ilグルコース、2.9 g/ j! KNO
−。
0.142g/ji! KCl、 0.142 g/l Mg5O,・7H20
および56.8■/1FeSO・7H20を含む培地中でアスベルギラス フィ
カム(Aspergi−11us ficuum)N RRL 3135株を培
養する。6日後、その菌糸体を収穫する。
感想菌糸体(0,5g>を液体窒素で凍結し、粉砕する。つづいて、オー7 L
/ −(Auffray>およびロージャン(Rougeon) (1980)
物質をウルトラッラックス(1分間、最高速度)を用い、3MLiC1,6M尿
素中、0℃で、ホモジナイズし、ついで、4℃で、−晩装置する。全細胞RNA
は、16000Xgの遠心と、フェノール:クロロホルム:イソアミルアルコー
ル(50:48:2)による二回の抽出で得られる。このRNAをエタノールで
沈殿させ、ll1llの10mM)リス−HC1(pt17.4 ) 、0.5
%SDSに溶解する。ポIJA”選択のため、全RNAサンプルを65℃で5分
間加熱し、0.5 MNaC!lに調製してから、オリゴ(d T)−セルロー
スカラムにかける。10mM)リスplI7. O11+MEDTAおよび0.
1mM NaC1を含む溶液で、数回洗浄した後、■Off1MトリスpH7,
0および1mMEDTAで溶出する事によりボIJ A″RNAを回収した。
(実施例2)
フィツーゼをコードするcDNAの調製およびクローニングcDNAの第−鎮合
成のために、実施例1にしたがって単離した5μgのポU A″RNAを16.
5μlの水に溶解し、以下の成分を添加した: 2.5 ttl RNasin
(30U/1tl) 、l Ottlの50mM)すx−Hl pH7,6,
6mMMgCLおよび40mMKCA’を含むバッファ、2μi!(1)IMK
Cj!、5μfのo、I MDTTS 0.5Allのオリゴ(dT) +2−
+e (2,5mg/ml 、5μJの8 m M dNTP−ミックス、5t
tlのBSA (1mg/+n1)および2.5t、tlのモロニーMLV逆転
写酵素(200U/μl)。この混合物を37℃で、30分間インキュベートし
、反応を、10μlの0.2M EDTAおよび50μlのH,0を添加して停
止する。 110μlのクロロホルムを用いて抽出を行い、5分間遠心したのち
、上清に5 M NH,Acおよび440μj!エタノール(−20℃)を添加
する。ドライアイス/エタノール溶液中30分間かけて沈殿化を行う。遠心後(
0℃、10分間) 、cDNA/mRNAぺレフトを、70%エタノールで洗浄
する。ベレット乾燥後、20μlの水に溶解する。
フィターゼをコードするcDNAは、二つのフラグメントとして、ポリメレース
チェーンリアクション(PCR)で単離する。
これらの二つの7ラグメントをこの遺伝子内のBa181部位を用いて、結合し
、完全な長さのcDNAを得る。フイターゼcDNAのクローニング法を第1図
に示す。
フィターゼ遺伝子の部分的シーケンシングは(ファンゴルコム(Van Gor
om)等、上述)、開始コドンから約800塩基対のところのBanH1部位の
存在を示している。フイターゼ遺伝子の開始コドンの前のヌクレオチド配列およ
び終止コドンの後のヌクレオチド配列同様、この13am81部位付近のヌクレ
オチド配列を用し)でPCR用のオリゴヌクレオチドを設計した。
第−鎮合成の反応産物および0.5μgの各オリゴヌクレオチドを含む1,5μ
βの溶液を用い、Taq−ポリメラーゼの製造元(シータス)の(旨示1こした
がい、ポリメレースチェーンリアクションを行う。増幅は、パーキンエルマー/
ンータスのDNA増幅器で行う。94℃、2分間、55℃、2分間、72℃、3
分間の25サイクル後、この反応物にフェノールおよびクロロホルム抽出による
脱蛋白質処理を行う。このDNAを沈殿させ、10mMIJス、PH7および0
.1mMEDTAを含むバンファに溶解してから、適当な制限酵素で消化する。
この蛋白質のN−末端部分をコードするフラグメントを増幅するために、以下の
二つのオリゴヌクレオチドを使用する:オリゴ1 : 5 ’ GGGTAGA
ATTCAAAAATGGGCGTCTCTGCTGTTCTA 3’オリゴ2
・5 ’ AGTGACGAATTCGTGCTGGTGGAGATGGTGT
CG 3’増幅したフラグメントを、EcoRIて消化し、pTZ18R(ファ
ルマシアから購入)のEcoR1部位にクローン化する。制限地図およびヌクレ
オチドシーケンシングは、このフラグメントの正当性を示している。このプラス
ミドをpGB925と命名する。
第二の7ラグメントを増幅するために、以下の二つのオリゴヌクレオチドを使用
する:
オリゴ3 : 5 ’ GAGCACCAAGCTGAAGGATCC3’オリ
ゴ4 : 5 ’ AAACTGCAGGCGTTGAGTGTGATTGTT
TAAAGGG 3’増幅したフラグメントをBan+HIおよびPstlで消
化し、予めBai+HIおよびPstIで消化したpTZ18Rにクローン化す
る。
制限地図およびヌクレオチドシーケンシングは、このフラグメントが正しいもの
であることを示している。このプラスミドをpG8926と命名する。
完全な長さのcDNAを単離するために、pGB925をEc。
RIおよび13amHIで消化し、フィターゼコードDNAを含むフラグメント
を単離する。このフラグメントを予めEcoRIおよびBaa+HIで消化した
プラスミドpGB926にクローン化し、プラスミドpGB927とする。プラ
スミドpGB927は、1.8kbpという適当な長さで、フィターゼをコード
する完全な長さのcDNAを含む。フィターゼ蛋白質をコードするcDNA領域
の配列および誘導されるフィターゼ蛋白質のアミノ酸配列を第2図に示す。
(実施例3)
バイナリ−ベクターpMOG23の構築本実施例では、バイナリ−ベクターpM
OG23 (大腸菌に−12DH5α中、1990年1月29日受理番号CB
3102.90で、セントラルプリューボアンメルカルチャーズに登録)の構築
について説明する。
このバイナリ−ベクターpMOG23 (31!2図)は、ベクターB1n19
(ビーパン(Bevan)、 M、、上述)の誘導体である。pMOG23を得
るために、分子生物学の分野でよく使われている方法を用いて、本発明に影響し
ないようにベクターB1n19を修正する。
まず、レフトボーダー(LB)とライトボーダー(RB)の位置をネオマイシン
ホスホトランスフエラーセ遺伝子n(NPRII遺伝子)に関して交換する。第
二に、そのMPTII遺伝子の方向をLBの転写の方向について逆向きにする。
最後に、B1n19のボIJ IJンカーを以下の制限酵素認識部位: Eco
RI、Kpnl。
SmaI、BamHI、 Xbal、5acI、 XholおよびHindII
Iを含むポリリンカーと交換する。
(実施例4)
植物における構成的発現を目的とした発現構築物へのアスベJレギラス フイカ
ム(Aspergillus ficuum)のフイターゼc DNAのクロー
ニング アスヘルギラス フイカム(Aspergillus ficuum)
のフィターゼ遺伝子を加工し、構成的発現を目的とした発現構築物内のカリフラ
ワーモザイクウィルス35Sプロモーターの下流に、クローニングする。また、
この発現構築物は、植物起源のシグナルペプチド配列のコーディング情報を含ん
でいる。
このフィターゼcDNAをプラスミドpMOG29(以下のa)に述べる)に存
在するように発現構築物にクローン化する。つづいて、この構築物全体を、バイ
ナリ−ベクターpMOG231こ導入し、それをアグロバクテリウム ツメファ
シェンス(Agrobact−eriuo+ tumefaciens) L
B A 4404株に移行させる。
a)発現ベクターpMOG29の構築
ROKI (ボールカム(Bau Icombe)等、(1986) Natu
re321.446)の発現構築物をEcoR[/ Hind [7ラグメント
としてpUc18Iクローン化する。この構築物には、EcoRI/BamHI
フラグメント上にカリフラワーモザ゛イクウイルス(CaMV)353プロモー
ターを含んでおり、Ban+HI / H1ndII[フラグメント上にツバリ
ンシンテース(nos)転写ターミネータ−を含んでいる。このプロモーターフ
ラグメントには、CaMV 353プロモーターの−800から+1迄の配列を
含んでいる。含まれている部位+1は、転写開始部位である(ギ’)−(Gu−
i I 1ey)等、上述)。部位−512のNco1部位の上流の配列を欠失
させ、この部位をEcoR1部位に変える。これは、pUc18に存在する発現
構築物をNC0Iで切断し、クレノーフラグメントで一本鎖末端を充填し、Ec
oRIリンカ−をライゲーションすることによって行う。このプラスミドを、E
coRIで切断し、元のNcoT部位の上流にある35Sプロモーターの配列を
有するEc。
RIフラグメントを欠失させる。口aSターミネータ−を含むBaIIIHI/
HindIIIフラグメントを、アルファルファモザイクウィルス(AIMV)
のRNA4のリーダー配列を含む合成りNAフラグメント (第4図、オリゴヌ
クレオチド二本mA)と置き換える(プレブロード(Brederode>等、
上述)。このことは、BamHIとそれにつづ<HindIIIによる切断、お
よび合成りNAフラグメントとのライゲーションによって行われる。このBam
HI部位および上流の三個のヌクレオチドを部位特異的突然変異誘発で欠失させ
る。このプラスミドには、nosターミネータ−配列を含むBamHI/Hin
d IIIフラグメントが、再導入されている。Ncol/Ba1HIフラグメ
ントとして、β−グルクロニダーセをコードする遺伝子(プラスミドpRAJ2
75由来、ジェファーソン(Jefferson)、 R,A、(1987)
Plant Mol、 Biol、Reporter5、387)rライケーン
ヨンして、プラスミドpMOG14を作製した。文献から、−343と−90の
間の配列の重複は、353プロモーターの活性を増加することが知られている(
ケイ(Kay)。
R1チャン(Chan)、 A、、ディリー(口ayly)、 M、およびマク
7フーソン(McPherson)、 J、 (1987) 5cience
236.1299)。
二重の、いわゆるエンハンサ−配列を含むプロモーターフラグメントを得るため
に、当分野では良く知られている以下の操作を行う。プラスミドpMOG14か
ら、ACCI / ECORIフラグメントとして、エンハンサ−フラグメント
を単離し、つづいて、クレノーフラグメントで平滑末端化する。このフラグメン
トを、EC0RIで切断し、平滑末端化したpMOG14に導入し、平滑末端化
したEcoRIおよびAccIFA位の間の境界に新しいEcoRIi位を作る
。このプラスミド(pMOG 18)は、二個のエンハンサー配列を持つ35S
プロモーター、AIMV由来のRNA4のリーダー配列、およびEcoRI /
Hind mフラグメント上になあ存在する発現構築物中のnosターミネー
タ−を含んでいる。最後にβ−グルクロニダーゼをコードするNco I /
BamHIフラグメントをPROB12 cDNAから誘導した合成りNAフラ
グメントB(第4図)と置き換える(コーネリ七ン(Cornel 1ssen
)。
B、 J、 C,、フートファンフズイネン()Iooft van Huij
sduijnen)。
R,A、M、およびポル(Bol)、 J、 F、< 1986) Natur
e 321゜531)。このフラグメントBは、タバコ サムサンNNのPR−
蛋白質 PR−Sシグナルペプチド配列をコードしている。一つのヌクレオチド
を変えることによって、シグナルペプチドコードDNA配列中に5ph1部位を
作製する。この変化では、コードされているPR−Sシグナルペプチドのアミノ
酸配列は、変化しない。このプラスミドをpMOG29と呼ぶ(第4図)。
b)アスペルギラス フィカム(Asperg目1us ficuum)のフイ
ターゼ遺伝子のバイナリ−ベクターへのクローニングオリゴヌクレオチド二本鎖
C(第4図)を、5phrおよびBamHIで消化したプラスミドpMOG29
にクローン化して、プラスミドpMOG407を作製する。このオリゴヌクレオ
チド二本鎖は、成熟フィツーゼの最初の6個のアミノ酸の前のPR−3のシグナ
ルペプチドの最後の二個のアミノ酸に関するコード情報を含んでいる。
完全な長さのフィツーゼcDNAを含むプラスミドpGB927をXhoI(部
分的)およびPstIで消化する。アミノ酸6から先の成熟フィツーゼをコード
するDNA配列を含むXhol/Pstlフラグメントを、XholおよびPs
trで線状化したプラスミドにクローン化し、プラスミドpMOG417を作製
する。キメラフィターゼ遺伝子を含むこの構築物をEcoRI / Hind
mフラグメントとして、EC0RIおよびHindII[で線状化したバイナリ
−プラスミドpMOG23にクローン化する。生成したパイナリーベク9−pM
OG413を、大腸菌に−12RK2013(プラスミドpRK2013を含む
)との王者交配において、植物へのT−DNA転移に必要な毒性遺伝子を含むプ
ラスミドを有するアグロバクテリウム ツメファシェンス(Agrobacte
riun+ tumefaci−ens)LBA4404株に動員される(ジッ
タ(Ditta)、 G、、 スタンフィールド(Stanfield)、 S
、、]−ビン(Corbin)、 [1,およびヘリンスキー(Hel 1ns
ki)、口、 R,(1980) Proc、 Natl、 Acad。
Sci、 [ISA 77、 7347)。
(実施例5)
タバコプロトプラストにおけるキメラフイターゼ遺伝子の一時的発現
タバコのプロトプラストを構成的CaMV 35Sプロモーターの調節下のキメ
ラフィターゼ遺伝子を有するプラスミドDNAでトランスホームする。72時間
後フイターゼ活性検定を用い、処理したプロトプラストについて導入されたフイ
ターゼ遺伝子の一時的発現を検定する。
プロトプラストは、無菌的に生育した月齢1−2才のタバコ(Nicotian
a tabacum 5RI)から調製する。全操作は、ローデンノく−グ(R
odenburg)、K、W、、デグロート (口eGroot)、 M、 J
、A、。
ンルペルート (Schilperoort)、 R,A、およびホイカース(
Hooyka−as)、P、J、J、 ((1989) PIantMol 、
Bio+、13. 71 1)により報告されている。トランスホーメーショ
ンは、5xlO’個のプロトプラストを40μgのプラスミドpMOG417D
NAでエレクトロポレーションする事によって行う。エレクトロポレーション後
、プロトプラストを3 mlのに3G培地に!!!濁する。
フィターゼ活性検定するために、このプロトプラストをペレット化し、その上清
3 mlを過剰の水に対して、−晩透析する。透析物を凍結乾燥し、300μl
の25mM酢酸ナトリウムρ115.5に懸濁する。それから、250mMグリ
シン−HClバッフy pH2,5の代わりに、25mM酢酸ナトリウムバッフ
ァpus、 5を用いること以外、実施例10に詳細に説明しているように、検
定を行う。
これら実験において、フィツーゼ1ユニット(PTU)は、37℃、PH5,5
で、1.511IMフィチン酸ナトリウム溶液から毎分1μmolのフィチン酸
塩を放出すると定義する。
未処理のプロトプラストでは、活性は検出されない。プラスミドpMOG417
でエレクトロポレーションしたプロトプラストは上清中量白質し■当たり0.2
6PTUの活性を示す。
(実施例6)
CaMV35Sプロモーターのコントロール下のタバコ植物におけるキメラフィ
ターゼ遺伝子の安定な発現タバコを、CaMV35Sプロモーターの調節下のキ
メラフィターゼ遺伝子を有するバイナリ−ベクターpMOG413を含むアグロ
バクテリウム ツメファシェンス(Agrobacterium tumefa
−ciens)LBA4404株とその植物組織との共培養によりトランスホー
ムする。トランスホーメーションは、ホーシュ(Horsch)等の方法(上述
)に従い、タバコにコチアナ タバカム(Nicotiana tabacuI
i) S RI )葉ディスクの共培養によって行う。トランスジェニック植物
を、選択培地(100n+g#カナマイシン)で生育した若芽から再生し、根づ
け土壌に移す。この若い植物のNPTII活性を検定しくカナマイシン耐性)、
成熟させて自家授粉させて結実させる。
トランスジェニック植物の葉のフィツーゼ活性を検定するために、若い葉の直径
約51mの断片を各植物から採取し、300μlの25mM酢酸ナトリウムバッ
ファpH5,5中でホモジナイズする。
つづいて、一時的検定で説明したように、フィツーゼ活性を検定する。32個の
独立したトランスホームタバコ植物をテストしてみると、最高の活性は、抽出物
中の総可溶性蛋白質fmg当たり2PTUであった。これは、総可溶性蛋白質の
1.7%に相当する。
これらのトランスホームタバコ植物の種子においては、最高総可溶性種子蛋白質
の0.4%に当たるフィツーゼ発現レベルが観測された。非トランスホーム植物
では、フィツーゼ活性は検出されなかった。二つのトランスジェニック植物系列
、413.25および413゜32、を高いフィツーゼ発現レベルに基づいて選
択した。
(実施例7)
種子特異的発現構築物におけるアスベルギラス フィカム(Aspergill
us ficuun)のフィツーゼcDNAのクローニングブラシカ ナブス(
Brassica napus> 125貯蔵蛋白質遺伝子クルジフエリン(c
ru A ;ライアン(Ryan)等、上述)の配列を用いて、種子特異的発現
が行われるように発現構築物を構築する。
これらの配列は、本発明と同じ目的を達成するために、同様の種子特異的遺伝子
由来の配列と置き換えることが出来る。
フィツーゼcDNAを、この発現構築物にクローン化する。最後に、全構築物を
アグロバクテリウム ツメファシェンス(Agr。
bacterium tumefaciens)に導入し、これをトランスホー
メーションに使用する。本実施例における全ての大腸菌のトランスホーメーショ
ンには、大腸菌に−12DH5αを用いる。
a)発現構築物の構築
種子特異的発現を目的とした発現構築物を構築するため、プランカナバス(Br
assica napus) cv、 Jet Nenfのクル/フェリンA(
cruA〉遺伝子由来のプロモーターおよびターミネータ−をテンプレートとし
て単離したゲノムDNAを用いたPCRで合成する(メトラー(MeHler)
、1.J、(1987) Plant Mo1. Biol、Rep。
5.346)。この遺伝子は種子特異的発現を示す。そのコード配列および隣接
配列はシーケンシングされている(ライアン(Ryan)等、上述)。
2組のオリゴヌクレオチドを合成する。1組はEcoRI/Nc。
IフラグメントとしてcruA 5 ’隣接領域およびシグナルペプチドコード
配列の一部を増幅するのに使用する。
5 ’ GTT[GGAATTCGGGTT[:CGG 3’および5’ AA
CTGTTGAGCTGTAGAGCC3’もう1組はBglll/ Hind
Inフラグメントとして3′隣接配列の増幅に使用する。
5 ’ CTTAAGATCTTACCCAGTGA 3’および5 ’ CG
GAGAAGCTTGCATCTCGT 3’オリゴマーはその末端に適当な制
限部位を含み、フラグメントを制限酵素で消化後直接発現構築物を構築できるよ
うに設計する。
シグナルペプチドをコードする54ヌクレオチドの配列を含むcruA遺伝子の
5′フラグメントをEcoRIおよびNcolで切断したベクターpMOG44
5 (SstlおよびEcoRIで線状化したベクターpUc18にオリゴヌク
レオチド二重鎖E(第4図)をクローン化したもの)にクローン化し、ベクター
pM OG 424を生成する。プランカナバス(Brassica napu
s)クルジフェリンのシグナル配列の最後の5個のコードトリブレット、成熟フ
ィツーゼのアミノ#1〜6をコードする配列および多重クローニング部位を含む
合成オリゴヌクレオチド二本jllD (罵4図)をNcolおよびHindI
[Iで切断したベクターpMOG424にクローン化する。生成するベクターを
pMOG425と呼ぶ。Bglll/HindIIIフラグメントとして3’
cruA PCRフラグメントをBgl■およびHindlIIで消化したpM
OG425にクローン化し、pMOG426を生成する。
b)アスベルギラス ライヵム(Aspergillus ficuum)のフ
ィツーゼ遺伝子のバイナリ−ベクターへのクローニングアスペルギラス フィカ
ム(Asperg+目υsficuum)のフィツーゼをコードする全配列を含
むプラスミドpGB927をXhoI(部分的)およびPstlで消化する。ア
ミノ酸6からの成熟フィツーゼをコードするDNA配列を含むXhol/Pst
IフラグメントをXholおよびPstlで切断したベクターpMOG426に
クローン化する。このベクターpMOG428からキメラフィターゼ遺伝子を含
む全構築物をEcoRf/Hind IIIInフラグメントてEcoRIおよ
びHindlllで線状化したバイナリ−ベクターpMOG23に挿入する。こ
のバイナリ−ベクターpMOG429を大腸菌に一12RK2013 (プラス
ミドpRK2013を含む)(ジッタ(Ditta>等、上述)と共に植物への
T−DNA転移に必要な毒性遺伝子を含むプラスミドを有するアグロバクテリウ
ム(^3robacterium) L B A 4404株(ホーケマ(Ho
eke+na)等、1983、上述に導入して王者交配させる。
(実施例8)
タルシフニリンプロモーターのコントロール下のタバコ種子内におけるフィツー
ゼの安定な種子特異的発現タルシフニリンプロモーターのコントロール下のフィ
ツーゼCDNAを含むバイナリ−ベクターpMOG429を有するアグロバクテ
リウム(Agrobacterium) L B A 4404株をトランスホ
ーメーション実験に用いる。タバコ(Nicotiana tabacum 5
RI)のトランスホーマンヨンはホーシュ(tlorseh)等(上述)の方法
に従がい葉ディスクの共培養を用いて行う。トランスジェニック植物は選択培地
<100mg/A’カナマイシン)で生育する若木から再生する。若木のNPT
II活性(カナマイシン耐性)を検定し、成熟させ、自家授粉により結実させる
。各トランスホーマントの種子を集め、その一部でフィツーゼの存在を検定する
。トランスホームしていないコントロール種子と比較して、最も高い発現を示す
クローンの残りの種子をカナマイシン存在下で(200mg/l)発芽させる。
生成する82種子のデータから、NPTnと(同時にフィツーゼと)同種の種子
を選択し、最も多くフィツーゼを生産し得る植物を大量に増やすのに使用する。
これらは消化実験等に使用する。トランスジェニック種子に存在するフィツーゼ
活性を測定するため、約50mgの種子を採り、1++/!25n+14酢酸す
) IJウムバッファ(pf15.5 )中、氷冷した乳鉢および乳棒でホモジ
ナイズする。遠心後、一時的検定で説明した方法で上清を検定する。55個のト
ランスホームしたタバコ植物で全可溶性種子タンパク質の0.15%という最高
フィツーゼ発現レベルが観測された。フィツーゼ活性はトランスジェニック植物
の茎、根および葉には検出されず、またトランスホームしていない植物にも検出
されなかった。
(実施例9)
ナタネ種子のトランスホーメーション
この実施例ではキメラフィターゼ遺伝子を含むバイナリ−ベクターを有するアグ
ロバクテリウム ツメファシェンス(Agrobacteriulltulle
fac+ens)と植物組織を共培養することによりナタネの種子のトランスホ
ーメーションを行う。トランスジェニックM物は抗生物質で選択する。トランス
ジェニック植物のフィツーゼ活性を検定する。高発現体をさらに解析し、次の実
験に使用する。
バイナリ−ベクター(pMOG429)における同じキメラフィターゼ構築物を
実施例7で説明した方法でアグロバクテリウムツメファシェンス(Agroba
cterium tumefaciens) L B A 4404株に導入す
る。この株を用いてナタネの種子(ブラシカナバス(Brassica nap
us)cv、ウェスター(Wester) )をトランスホームする。この目的
のため開花直前の週令5〜6オの植物から採った表面滅菌した茎断片を1mg/
i’BAPを含むMS培地(フライ(Fry)等、(1987) Plant
Ce1l Reports 6. 321)中で24時間前処理し、ついで同じ
培地を入れた新しいプレート中、48時間アグロバクテリウム(Agrobac
ter ium)と共培養する。トランスジェニック植物は選択培地(500m
g/nlカルベニシリン、40mg/lパロモマイシン)で生育する若木から再
生し、タバコについて実施例8で述べた方法でさらに分析した。
(実施例10)
総計的0.25 P T Uを含むトランスジェニック植物を粉砕した。
(PTU−フィツーゼユニット。フィターゼ活性1ユニットは37℃、pH2,
5において1.5+++Mフィチン酸ナトリウムから1μmol/lll1nの
速度で無機リンを放出する酵素量と定義する)。それとは別に、この量のフィツ
ーゼを植物から抽出する。
粉砕植物を、0.86gフィチン酸すl−Uラム11H20を含む250mMグ
リシン/HClバッファ(pH2,5) 50 ml中でインキュベートする。
アスペルギラス(Asperg i l 1us)フィツーゼは至適p)12.
5または5.5で発現されるが植物のフィツーゼ活性を排除するため低い方のp
Hを用いた。
生成する混合物を37℃で15分または60分インキュベートする。インキュベ
ート物51I11を10%TCA (トリクロロ酢酸)5 mlと混ぜることに
より反応を停止する。その後指示薬(2,5g (NHJsMotOzn −4
H20および3 all@ H−SO4を水で250rmlに希釈したモリブデ
ン酸アンモニウム溶液50IIllに3.66gのFe50.・7H20を溶か
したもの)を反応液に加える。青色の強度を700nn+における分光測定によ
り測定する。
T=Oにおける無機リン含量をブランクとする。
0.1mM範囲のリン酸塩の校正曲線から、リン酸の放出量を得る。
(実施例11)
飼料とニコチアナタバカム植物粉砕物のインキュベーション典型的には0.25
gの溶媒抽出大豆ミールをフィチン酸す) IJウムを添加すること以外、先に
述べたように約0.25PTUを含む粉砕したニコチアナタバカムとインキュベ
ーションする。この場合添加したインキュベーション試薬には410nj!バッ
ファド90m1の水の混合物が含まれている。
溶媒抽出大豆ミールにおけるフィチン酸塩からのリン酸の放出を第6図に示す。
粉砕植物を入れないと活性は観測されない。
実質的に同じ実験で基質としてトウモロコシグルテン飼料を用いても同じ結果を
与える。トランスジェニック種子を用いた結果を第6図に示す。
粉砕植物が無い場合やフィツーゼ活性を含まない植物を用いた場合活性は観測さ
れなかった。
(実施例12)
家禽の消化管をシミュレートした条件下でのフィツーゼ含有トランスジェニック
植物のインビトロテストトランスジェニックタバコ植物で生産されたフィツーゼ
効果を検定するためアスペルギラス(Aspergillus)由来のフィツー
ゼ活性を家禽の消化管の条件をシミュレートしたモデルで測定する。
まず標準的家禽飼料を39℃で60分間1g/15m1水の濃度でインキュベー
トし、家禽のニブクロの条件をンミュレートする。つづいて5 mlのペプシン
溶液(メルク、5.28g/l、pH3,0−塩酸で調整)を添加し、HCl1
でpH3,0でplを調整した後、同温度でさらに90分間インキュベートして
胃の条件をノミュレートする。
このインキュベーションの際に、順次サンプルを採取して飼料に存在するフィチ
ン酸塩から放出されるリン酸塩の量を測定する。
菌類フィツーゼの作用は第7図から明らかである。飼料1 kg当り250 P
TUから100OPTUへとフィツーゼ投与量を増していくと飼料から放出され
るリン酸塩が増加する。
種子または葉のトランスジェニックタバコ植物サンプルを(系列413.25J
よび413゜32、乳鉢で粉砕後)菌類フィツーゼ代りに用いると、同様のリン
酸放出の増加が見られる(第8図)。フィツーゼを含まないコントロールのタバ
コ植物もテストしたが、ブランクコントロールと比較してリン酸の放出は観測さ
れなかった。
kg当り500および700 PTUの結果をkg当り50gのトランスジェニ
ックタバコ種子の結果との比較は、このインビトロ家禽消化モデルにおいて1g
のタバコ種子は約12PTUに匹敵することを示している。葉を用いたサンプル
比較は1gのタバコの葉は約25PTUを含んでいる。
(実施例13)
動物テスト
植物種子中で発現するフィツーゼの効果および動物に対するタバコ種子の許容性
を示すためブロイラーを用いたテストを行う。
フィターゼ発現タバコ種子およびコントロール種子を収穫する。
種子100グラムを冷却に配慮しながら500μmのポアサイズのフルイ (レ
ッチミルZMI)で粉砕する。
日令1才の雄ブロイラーのヒヨコ(バイブロ)を2つのケージ(0,45m’)
に入れる。最初の2日の室温は32℃で、次の1週間は4℃づつ下げていく。さ
らに1週間ごとに2℃づつ温度を下げていく。またブロイラーは1時間光を照ら
し、3時間暗闇に置くという条件で生育させる。
その鳥は18目にクローン30ワクチンでニューキャッスル病に対して免疫化す
る。実験中、このブロイラーには全てフスマとアドリビタムの実験飼料を与える
。成長と飼料/重量増比を測定する。全リンの見かけの使用量を3日間測定し、
その間乾燥物質としての飼料消費を測定し、その排泄物を定量する。
フィツーゼを添加していない以下のコントロール飼料を使用する。
飼HCa (%) 全リン(%) フィチン酸のリン(%)1 0.60 0.
45 0.30
2 0.75 0.60 0.30
3 0.90 0.75 0.30
飼料1 (基本飼料)には飼料用リン酸を添加しない。飼料2と3には無水リン
酸二カルシウムおよびリン酸−アンモニウムの混合物(5: l)由来のカルシ
ウムおよびリンを補う。全ての実験飼料は基本飼料への添加で得られる(第1表
)。
実験飼料4にはファンゴルコム(Van Gorcom)等(上述)ノ方法で調
製した飼料kg当り400PTUa度の微生物フィツーゼを添加する。
実験飼料5は飼料90kg当り3kgの割合で非トランスジェニックタバコの種
子粉砕物を添加すること以外は飼料4と同様である。
実験飼料6は90kg飼料混合物に最終的に飼料kg当り400PTUの濃度と
なるようにトランスジェニックタバコ(系列413.25>種子粉砕物3kgを
添加すること以外飼料4と同様である。
実験は24日まで16のケージ中176羽(ケージ当り11羽)のブロイラーを
用いて行う。処理(飼料)は2度繰り返し、各段のケージはランダムに指定する
。
リンの使用量は日令21〜24才のものについて測定する。
各々飼料4.5および6を供給した動物のリン使用量および成長の結果はフィツ
ーゼ添加のポジティブ効果を示す(第2表)。
また、飼料4.5および6の比較は飼料中のタバコ種子がブロイラーなどの家畜
の胃腸管における微生物フィツーゼの作用を起こし、動物にネガティブな効果を
起こさないことを示している。
本発明は特定の態様で説明しているが、本発明の精神および範囲を逸脱すること
なく変化や置換を行ない得ることは明白である。
さらに本発明の目的、精神および範囲に対して特定の状況、物質、植物、種子、
方法、操作に多くの修正を行うことができる。これらの変化も以下に示す特許請
求の範囲内にある。
第1表 ブロイラーを用いた実験に使用する基礎飼料の組成成 分 含有(g/
kg)
イエローマイズ 280.0
ツルガム(低タンニン) 200.0
ひまわり種子ミール(溶媒抽出物) 80.0大豆ミール(溶媒抽出物、48.
8%たんばく質) 350.0大豆油 58.5
ビタミン類95.0
ミネラル類” 15.0
石灰石 1.0
合成メチオニン 1.0
ME (MJ/kg) 13.1
カルシウム 6.0(6,0−6,6) ”全リン 4.5(4,7−4,7)
”有機性フィチン酸塩 3.0(3,1−3,1) ”本飼料kg当りの量;
1200011Jビ9 ミンA ; 20001Uヒタミ7D、 +51U
ビタミンB ; 1.5mgビタミンに3; 1mgチアミン; 5mgリボフ
ラビン;IBピリドキシン; 30mgニコチン酸;7.5mg ローパントテ
ン酸; 0,015mgビタミンB+z ; 0.5n+g葉酸;35軸g 塩
酸コリン; 7511gエトキシキン; 9.5gCaCO3; 2.5 g
NaC1; 0.26g Fe5O−+ 0.24gMn5On ; 45mg
CLISO4; 60mg ZnSO4; 105mg Kl。
本震()は各々実験1および2の分析値。
Figure 1
VXaυRE 2 (Eiheet l of 2)−1◆1
P工GυRE 2 (Eiheet 2 of 2)生成リン酸塩(mm○l/
kg乾燥物質)P 放出量 (mmol/kg)
P a出量 (mmol/kg)
国際調査報告
、□AIe1.la+ゆ。師、PCT/NL 91100047国際調査報告
S^ 46143
国際調査報告
フロントページの続き
(51) Int、 C1,5識別記号 庁内整理番号C12N 1/21 7
236−4B
15155 ZNA
//(C12N 1/21
C12R1:01)
(C12N 15155
C12R1:66)
(72)発明者 フッケマ アンドレアスオランダ国 エフエル−2341カー
イツクスウーヘストヘースト ワルモンデルウェッヒ 66
(72)発明者 セイモンス ペーテル クリスチャンオランダ国 エヌエル−
1075へ一カー アムステルダム ヴエレリウスストラートI
(72)発明者 ファン オーイエン アルベルト イエ−イエ−
オランダ国 エヌエル−2275へ一カー アムステルダム オーヴエルピュル
クカーデ(72)発明者 レイトフェルト フレインオランダ国 エフエル−3
132チーエル ヴラールディンへン ファン デル ヴアールスストラート1
29
(72)発明者 フェルヴールド テラニス コルネリスオランダ国 エフエル
−2312エルカ−レイデン アウデシンヘル 286