JPH07123982A - Peroxidase transcription regulatory gene and method of using the same - Google Patents
Peroxidase transcription regulatory gene and method of using the sameInfo
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 西洋ワサビ由来のペルオキシダーゼ遺伝子pr
xC2 の転写調節に有効な転写調節遺伝子及び、その利用
方法を提供すること。
【構成】 配列番号1に示される塩基配列を有するペル
オキシダーゼ転写調節遺伝子。
(57) [Summary] [Purpose] Peroxidase gene pr derived from horseradish
To provide a transcriptional regulatory gene effective for xC2 transcriptional regulation and a method for using the same. [Structure] A peroxidase transcription regulatory gene having the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1.
Description
【0001】[0001]
本発明は、植物遺伝子の転写を抑制あるいは促進する機
能を有する転写調節遺伝子に関し、特に西洋ワサビ由来
のペルオキシダーゼ遺伝子prxC2 の転写調節に有効な転
写調節遺伝子及び、その利用方法に関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a transcriptional regulatory gene having a function of suppressing or promoting transcription of plant genes, and more particularly to a transcriptional regulatory gene effective for transcriptional regulation of horseradish-derived peroxidase gene prxC2 and a method of using the same.
【0002】[0002]
近年の植物分子生物学の発展に伴い、病害抵抗性などの
有用形質を備えた品種等の育種において、その目的の形
質を備えた遺伝子をセンス方向あるいはアンチセンス方
向に、植物で発現可能なプロモーターに連結し、その発
現を促進あるいは抑制する技術が可能となってきた。例
えば、Bacillus thuringensis 由来の殺虫性BT毒素遺
伝子を導入した例(D.A.Fischhoff 等:BioTechnology,
vol.5 ,p.807-813,1987)や、トマト果実の過熟に関す
るポリガラクツロナーゼcDNA遺伝子をアンチセンス
方向に導入した例(C.J.Smith 等:Nature,vol.334,
p.724-727,1988)等が報告されている。With the development of plant molecular biology in recent years, in breeding of varieties and the like having useful traits such as disease resistance, a gene capable of expressing a gene having the trait of interest in a sense direction or an antisense direction can be expressed in a plant. , And the technology for promoting or suppressing its expression has become possible. For example, an example of introducing an insecticidal BT toxin gene derived from Bacillus thuringensis (DA Fischhoff et al .: BioTechnology,
vol.5, p.807-813,1987) and an example of introducing a polygalacturonase cDNA gene for overripening of tomato fruit in the antisense direction (CJSmith et al .: Nature, vol.334,
p.724-727, 1988) etc. have been reported.
【0003】 これらは、いずれもカリフラワーモザイクウィルス(CaM
V)の35Sプロモーターを用い、その下流にBT遺伝子を
センス方向に、また、ポリガラクツロナーゼcDNA遺
伝子をアンチセンス方向にそれぞれ連結し、アグロバク
テリウムツメファシエンス(Agrobacterium tumefacien
s)を仲介して植物に導入したものであり、導入遺伝子の
発現、及び導入による新規な形質の獲得も確認されてい
る。These are all cauliflower mosaic virus (CaM
V) 35S promoter and the BT gene in the sense direction and the polygalacturonase cDNA gene in the antisense direction downstream of the 35S promoter, respectively, and the Agrobacterium tumefacien (Agrobacterium tumefacien
It has been confirmed that the expression of the transgene and the acquisition of a new trait by the introduction have been confirmed.
【0004】 しかしながら、アンチセンス法を用いてその遺伝子発現
を抑制する場合、以下のような問題点が生じる。即ち、
植物の多くの遺伝子は小多重遺伝子族(multi-gene fam
ily)を形成しており、その構造遺伝子領域のヌクレオチ
ド配列の相同性が高いため、アンチセンスを用いても目
的以外の遺伝子の発現も同時に抑制され、時には植物体
自体の生長阻害等の悪影響を及ぼす可能性があった。こ
のため、特異的に目的の遺伝子のみを抑制する方法の開
発が望まれていた。However, when the gene expression is suppressed by using the antisense method, the following problems occur. That is,
Many genes in plants have a small multi-gene fam
ily), and the homology of the nucleotide sequence of its structural gene region is high, expression of genes other than the target is also suppressed even when antisense is used, and sometimes adverse effects such as growth inhibition of the plant itself are suppressed. There was a possibility of affecting. Therefore, it has been desired to develop a method for specifically suppressing only the target gene.
【0005】 そこで、本発明者等は、上記課題について鋭意検討を重
ねた結果、西洋ワサビのペルオキシダーゼ遺伝子の転写
調節遺伝子を用いることによって良好な結果を得ること
ができることを見い出し、本発明を完成した。 従って、本発明の第1の目的は、特異的且つ人為的に、
遺伝子の転写を促進又は抑制することのできる新規なペ
ルオキシダーゼ転写調節遺伝子を提供することにある。 本発明の第2の目的は、新規な構造遺伝子を有する組換
えプラスミドを提供することにある。 更に、本発明の第3の目的は、特異性に優れた組換えベ
クターの製造方法を提供することにある。Therefore, as a result of intensive studies on the above problems, the present inventors have found that good results can be obtained by using a transcriptional regulatory gene for the horseradish peroxidase gene, and completed the present invention. . Therefore, the first object of the present invention is to specifically and artificially
It is intended to provide a novel peroxidase transcriptional regulatory gene capable of promoting or repressing gene transcription. The second object of the present invention is to provide a recombinant plasmid having a novel structural gene. Furthermore, a third object of the present invention is to provide a method for producing a recombinant vector having excellent specificity.
【0006】 本発明の上記の諸目的は、配列番号1に示される塩基配
列を有するペルオキシダーゼ転写遺伝子及び組換えプラ
スミド並びにそれを利用した組換えベクターの製造方法
により達成された。 以下に、先ず、本発明の背景としてのペルオキシダーゼ
について説明する。The above objects of the present invention have been achieved by a peroxidase transcription gene having the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1, a recombinant plasmid, and a method for producing a recombinant vector using the same. First, peroxidase as the background of the present invention will be described below.
【0007】 ペルオキシダーゼは、植物をはじめ、動物や微生物にも
存在し、過酸化水素による酸化反応の触媒としての機能
する酵素である。一般に、植物のペルオキシダーゼは糖
タンパク質で、多くのアイソザイム(同一機能を有し、
遺伝子が異なる酵素)やアイソフォーム(遺伝子は同じ
であるが、転写・翻訳後のプロセッシング、糖付加など
で構造が異なる酵素)から構成され、小多重遺伝子族を
形成している。さらに、ペルオキシダーゼは、過酸化水
素の除去、リグニンの生合成や植物ホルモンであるオー
キシン代謝などに広く関与していることが知られてい
る。Peroxidase is an enzyme that exists in plants, animals, and microorganisms, and functions as a catalyst for the oxidation reaction by hydrogen peroxide. In general, plant peroxidase is a glycoprotein that has many isozymes (having the same function,
It consists of enzymes with different genes) and isoforms (although the genes are the same, but with different structures due to post-transcriptional / translational processing, glycosylation, etc.), forming a small multigene family. Furthermore, it is known that peroxidase is widely involved in removal of hydrogen peroxide, lignin biosynthesis, auxin metabolism which is a plant hormone, and the like.
【0008】 また、近年、西洋ワサビ、アラビドプシス、ライス、タ
バコ、トマト、コムギ、ポテトやキュウリ等におけるペ
ルオキシダーゼ構造遺伝子の塩基配列が明らかになっ
た。これらの植物におけるヌクレオチドレベルでのペル
オキシダーゼ遺伝子の相同性は比較的高く、特に、ヘム
に配位する領域は、非常によく保存されている点が特徴
である。なかでも、西洋ワサビでクローニングされた4
種類のペルオキシダーゼゲノム遺伝子のヌクレオチドレ
ベルでの相同性は、いずれも60%を越えており、ペルオ
キシダーゼ遺伝子の構造がよく似ていることが判明して
いる。In recent years, the base sequence of the peroxidase structural gene in horseradish, Arabidopsis, rice, tobacco, tomato, wheat, potato, cucumber, etc. has been clarified. The homology of the peroxidase gene at the nucleotide level in these plants is relatively high, in particular the region that coordinates the heme is characterized by being very well conserved. Among them, 4 cloned in horseradish
The homology of each kind of peroxidase genomic gene at the nucleotide level exceeds 60%, and it has been found that the structures of peroxidase genes are very similar.
【0009】 他方、植物では特定の遺伝子の働きを抑制する方法とし
て、アンチセンス法が知られている。この方法は、抑制
したい遺伝子を、植物で発現可能なプロモーター、例え
ばカリフラワーモザイクウィルス35Sプロモーターに逆
方向(3’側から5’側へ)に連結することによってア
ンチセンスRNAを生成させるものである。このアンチ
センスRNAは抑制したい遺伝子のmRNAと相補的で
あるために、核内で二本鎖RNAを形成し、結果的に遺
伝子の働きを抑制することができる。しかしながら、前
述のペルオキシダーゼ遺伝子のように構造がよく似てい
る小多重遺伝子族を形成しているものの場合には、アン
チセンス法で特異的に一つの遺伝子を抑えることは困難
である。On the other hand, the antisense method is known as a method for suppressing the action of a specific gene in plants. In this method, an antisense RNA is produced by linking a gene to be suppressed to a plant-expressible promoter, for example, the cauliflower mosaic virus 35S promoter in the reverse direction (from 3 ′ side to 5 ′ side). Since this antisense RNA is complementary to the mRNA of the gene to be suppressed, it can form double-stranded RNA in the nucleus and consequently suppress the function of the gene. However, it is difficult to specifically suppress one gene by the antisense method in the case of a small multigene group having a similar structure like the above-mentioned peroxidase gene.
【0010】 そこで、本発明者等は、遺伝子の発現に関与する転写調
節遺伝子の働きを抑制することによってかかる問題を解
決した。なお、ペルオキシダーゼはリグニンの生合成に
関与しており、従って、このリグニン生合成に対して触
媒作用をしているペルオキシダーゼを特異的に抑制する
ことができれば、紙やパルプの原料となる樹木の開発を
行う際に、その利用が大いに期待される。Therefore, the present inventors solved this problem by suppressing the action of a transcriptional regulatory gene involved in gene expression. Peroxidase is involved in lignin biosynthesis. Therefore, if the peroxidase that catalyzes this lignin biosynthesis can be specifically suppressed, the development of trees as raw materials for paper and pulp will be developed. It is highly expected to be used when doing.
【0011】 本発明の転写調節遺伝子は、具体的には以下の方法で調
製される。 (1)タバコmRNAの単離精製 (2)タバコcDNAライブラリーの作成 (3)ペルオキシダーゼ転写調節遺伝子の選抜 (4)選抜した転写調節遺伝子の塩基配列の決定 (5)発現転写調節活性を確認するための組換えプラス
ミドの構築 (6)発現転写調節活性の確認The transcriptional regulatory gene of the present invention is specifically prepared by the following method. (1) Isolation and purification of tobacco mRNA (2) Preparation of tobacco cDNA library (3) Selection of peroxidase transcription regulatory gene (4) Determination of the nucleotide sequence of the selected transcription regulatory gene (5) Confirmation of expression transcription regulatory activity Construction of recombinant plasmid for (6) Confirmation of expression transcription regulation activity
【0012】 以下、本発明の転写調節遺伝子の調製方法について詳細
に説明する。 (1)タバコmRNAの単離精製 本発明においてタバコmRNAの材料となるタバコは、
特に限定されず、例えばタバコ葉、茎、根等を広く用い
ることができる。 タバコmRNAは、例えば、葉を液体窒素等で凍結破砕
し、Chomcznski等の方法(Chomcznski等:Annal.Bioche
m.,vol.162,p.156-159,1987)により全RNAを抽出し
た後、常法に従ってオリゴdTセルロースカラムで精製
される。The method for preparing the transcriptional regulatory gene of the present invention will be described in detail below. (1) Isolation and Purification of Tobacco mRNA Tobacco used as a material for tobacco mRNA in the present invention is
There is no particular limitation, and for example, tobacco leaves, stems, roots, etc. can be widely used. Tobacco mRNA can be obtained, for example, by freezing and crushing leaves with liquid nitrogen or the like, followed by the method of Chomcznski et al. (Chomcznski et al .: Annal. Bioche
m., vol.162, p.156-159, 1987), and after extracting total RNA, it is purified by an oligo dT cellulose column according to a conventional method.
【0013】 (2)タバコcDNAライブラリーの作成 以上の方法により得られたmRNAからcDNAを合成
する方法としては、 Hoffman法を採用することができ
る。即ち、得られたmRNAにオリゴdTを付加し、こ
れをプライマーとして逆転写酵素を作用させることによ
りDNA−RNAハイブリッドを得る。得られたDNA
−RNAハイブリッドをRNA鎖をRN-aseH 法により分
解し、さらにDNAポリメラーゼIを作用させることに
より、cDNAを合成する。次いで、得られたcDNA
の両端に制限酵素 EcoRI、NotIアダプター等を連結すれ
ば、タバコcDNAライブラリーを作成に供することが
できる。(2) Preparation of Tobacco cDNA Library As a method for synthesizing cDNA from the mRNA obtained by the above method, the Hoffman method can be adopted. That is, oligo dT is added to the obtained mRNA, and a reverse transcriptase is used as a primer to obtain a DNA-RNA hybrid. The obtained DNA
-RNA hybrid is decomposed by RN-aseH method in RNA hybrid, and then DNA polymerase I is allowed to act to synthesize cDNA. Then the obtained cDNA
A tobacco cDNA library can be prepared by connecting restriction enzymes EcoRI, NotI adapters and the like to both ends of the plasmid.
【0014】 更に、得られたcDNAをDNAリガーゼの存在下でク
ローニングベクターに連結する。この際に用いるクロー
ニングベクターとしては、プラスミドやファージ等の公
知のものを広く用いることができるが、発現クローニン
グを行うのに適したプロモーターをもつラムダgt11、ラ
ムダZAPII が特に好ましい。Further, the obtained cDNA is ligated to a cloning vector in the presence of DNA ligase. As the cloning vector used in this case, known ones such as plasmids and phages can be widely used, but lambda gt11 and lambda ZAPII having promoters suitable for expression cloning are particularly preferable.
【0015】 次に、上記組換えDNAを宿主に導入する。使用する宿
主としては、原核生物、酵母、真核生物等の何れの種類
であっても良いが、既に用いたクローニングベクターの
種類によって規定される。なお、原核生物として代表的
なものとしては、大腸菌、枯草菌等を、酵母としては、
サッカロマイセス・セレビシエ、シゾサッカロマイセス
・ポンベ等を、さらに、真核生物としては、タバコ等の
大量培養可能な植物細胞を用いることができる。Next, the above recombinant DNA is introduced into a host. The host to be used may be any type of prokaryote, yeast, eukaryote, etc., and is determined by the type of cloning vector already used. In addition, as typical prokaryotes, Escherichia coli, Bacillus subtilis, etc.
Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe, and the like can be used, and as eukaryotes, plant cells such as tobacco that can be mass-cultured can be used.
【0016】 上記クローニングベクターは、各々の宿主に外来遺伝子
を導入しやすい状態で宿主に導入すれば良い。例えば、
宿主として大腸菌を用いる場合には、対数的増殖期にあ
る細胞を集め、マグネシウムイオンで処理したものを用
いることが好ましい。 さらにクローニングベクターの導入に際しては、例え
ば、電気パルス法を用いることができる。The above cloning vector may be introduced into the host in a state where the foreign gene can be easily introduced into each host. For example,
When Escherichia coli is used as the host, it is preferable to use cells that have been collected in a logarithmic growth phase and treated with magnesium ions. Furthermore, when introducing the cloning vector, for example, the electric pulse method can be used.
【0017】 (3)ペルオキシダーゼ転写調節遺伝子の選抜 以上のようにして得られたタバコcDNAライブラリー
より、ペルオキシダーゼ転写調節遺伝子を有する株を選
別することが必要であるが、その選別方法としては、公
知の発現クローニング法を用いることができる。例え
ば、ベクターとしてラムダgt11を用いる場合には、通
常、サウスウェスタン法(H.Singh 等:Cell.,vol.52,
p.415-423,1988)と称される方法が採用される。(3) Selection of Peroxidase Transcription Control Gene It is necessary to select a strain having a peroxidase transcription control gene from the tobacco cDNA library obtained as described above. Can be used. For example, when using lambda gt11 as a vector, the Southwestern method (H. Singh et al .: Cell., Vol. 52,
p.415-423,1988) is adopted.
【0018】 即ち、シャーレ上に組換えラムダファージのプラークを
形成させ、その表面にイソプロピルチオガラクトシド
(以下『IPTG』と略す)を含ませたニトロセルロー
ス又はナイロン膜をのせて、組換え体からタンパク質を
産生させる。即ち、IPTGによってラムダgt11の lac
プロモーターが活性化され、組み込んだcDNAをコー
ドするタンパク質が産生される。That is, recombinant lambda phage plaques were formed on a petri dish, and nitrocellulose or nylon membrane containing isopropylthiogalactoside (hereinafter abbreviated as “IPTG”) was placed on the surface of the plaque, and the protein was recovered from the recombinant. To produce. That is, lac of lambda gt11 by IPTG
The promoter is activated and a protein encoding the integrated cDNA is produced.
【0019】 次いで、産生されたタンパク質をニトロセルロース又は
ナイロン膜に吸着させる。この膜に、西洋ワサビペルオ
キシダーゼ prxC2遺伝子の発現に重要な領域に相当す
る、オリゴヌクレオチドプローブを用いて結合反応を行
わせ、この領域に特異的に結合し得るタンパク質をコー
ドするcDNAを含む組換えラムダファージを、陽性プ
ラークとして得ることができる。Next, the produced protein is adsorbed on a nitrocellulose or nylon membrane. The membrane was subjected to a ligation reaction with an oligonucleotide probe corresponding to a region important for expression of the horseradish peroxidase prxC2 gene, and recombinant lambda containing a cDNA encoding a protein capable of specifically binding to this region. Phage can be obtained as positive plaques.
【0020】 次に得られた陽性プラークに由来する組換えファージか
ら、常法によりDNAを抽出し、適当な制限酵素を用い
ることにより、大腸菌形質転換株に組み込まれた挿入D
NA断片を切り出すことができる。また、ファージベク
ターのクローニングサイト両端部分をプライマーとし
て、PCR法(R.K.Saiki等:Science,vo-l.239,p487-49
1,1988)によってDNA断片を増幅することも可能であ
る。Then, DNA is extracted from the obtained recombinant plaque derived from the positive plaque by a conventional method, and an appropriate restriction enzyme is used to insert the inserted D into the E. coli transformant.
NA fragments can be excised. In addition, PCR was performed using both ends of the cloning site of the phage vector as primers (RKSaiki et al .: Science, vo-l.239, p487-49).
1, 1988) to amplify the DNA fragment.
【0021】 (4)選抜した転写調節遺伝子の塩基配列の決定 以上のようにして確認されたペルオキシダーゼ転写調節
遺伝子を含むDNA断片の構造については、例えば、ダ
イデオキシチェーンターミネーション法(F.Sanger等:
Proc.,Natl.Acad.Sci.,USA,vol.74,p.5463-5469,1977)
によって塩基配列を決定し、オープンリーディングフレ
ームからそのアミノ酸配列を予測することができる。(4) Determination of Nucleotide Sequence of Selected Transcription Regulator Genes Regarding the structure of the DNA fragment containing the peroxidase transcription regulator gene confirmed as described above, for example, the dideoxy chain termination method (F. Sanger et al .:
Proc., Natl.Acad.Sci., USA, vol.74, p.5463-5469,1977)
It is possible to determine the nucleotide sequence and predict the amino acid sequence from the open reading frame.
【0022】 (5)発現転写調節活性を確認するための組換えプラス
ミドの構築 以上の方法で推定された領域が転写調節遺伝子であるこ
とを確認するためには、先ず、特定植物で目的とする効
果を発現させなければならない。そのために、植物で発
現可能なプロモーター、例えばカリフラワーモザイクウ
ィルス35Sプロモーターに、得られた転写調節遺伝子を
センス方向またはアンチセンス方向に連結させる。その
際、この組換え遺伝子をエフェクターとして用いる。(5) Construction of Recombinant Plasmid for Confirming Expression and Transcriptional Regulatory Activity In order to confirm that the region deduced by the above method is a transcriptional regulatory gene, first, the target in a specific plant is targeted. The effect must be expressed. For that purpose, the obtained transcriptional regulatory gene is ligated in a sense direction or an antisense direction to a plant-expressible promoter such as the cauliflower mosaic virus 35S promoter. At this time, this recombinant gene is used as an effector.
【0023】 さらに、転写調節遺伝子の発現を高感度で検出できるレ
ポーター遺伝子(例えばクロラムフェニコールアセチル
トランスフェラーゼ(CAT)やβ−グルクロニダーゼ(GU
S)、或いはルシフェラーゼ(LUC)遺伝子等を利用する方
法も有利である。即ち、標的となる遺伝子のプロモータ
ー領域をこれらのレポーター遺伝子に連結し、この組換
え遺伝子をレポーターとして用いることができる。Furthermore, a reporter gene (eg, chloramphenicol acetyltransferase (CAT) or β-glucuronidase (GU
The method using S) or luciferase (LUC) gene is also advantageous. That is, the promoter region of the target gene can be linked to these reporter genes, and this recombinant gene can be used as a reporter.
【0024】 これらのエフェクターとレポーターは、pBI101(Clonta
ch社製) 等の植物細胞に導入可能なベクターに挿入する
ことが好ましい。なお、かかる組換えプラスミドの構築
は、公知の方法、例えば、Moleculae Cloning に示され
る方法(Maniat is等:Molecular Cloning,A Laboratory Manual, Cold
SpringHarbor Laboratory,N.Y.,1982)によって行うこと
ができる。These effectors and reporters are based on pBI101 (Clonta
ch)) and the like, which can be introduced into plant cells. In addition, the construction of such a recombinant plasmid is a known method, for example, the method shown in Moleculae Cloning (Maniat is et al .: Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Cold.
Spring Harbor Laboratory, NY, 1982).
【0025】 (6)発現転写調節活性の確認 以上のようにして得られた組換えプラスミドを、先に示
したアグロバクテリウム感染法やエレクトロポレーショ
ン法、或いはパーティクルガン法によって植物細胞に導
入し、レポーターの発現を検出することにより、本発明
の転写調節遺伝子の発現転写調節活性を確認できる。例
えば、発現活性を上昇させたい場合には、エフェクター
としてセンス転写調節遺伝子を導入し、逆に低下させた
い場合には、アンチセンス転写調節遺伝子を導入する。
この方法により、人為的な転写調節を確認することがで
きる。(6) Confirmation of expression transcription regulation activity The recombinant plasmid obtained as described above was introduced into plant cells by the Agrobacterium infection method, electroporation method, or particle gun method described above. By detecting the expression of the reporter, the expression and transcription regulation activity of the transcription regulation gene of the present invention can be confirmed. For example, when it is desired to increase the expression activity, a sense transcription regulatory gene is introduced as an effector, and conversely, when it is desired to decrease it, an antisense transcription regulatory gene is introduced.
By this method, artificial transcriptional regulation can be confirmed.
【0026】 以上のようにして発現転写調節を確認することができた
遺伝子は、タバコにおける西洋ワサビペルオキシダーゼ
prxC2遺伝子の制御を行い得ることはもちろんである
が、例えば、イネ、アラビドプシス等、更に広く、他の
植物遺伝子の発現を促進することも可能である。 なお、本発明の転写調節遺伝子は、以上のようにタバコ
から調製できることはもちろんであるが、通常の方法、
例えばホスファイトトリエステル法(M.Hunkapiller等:
Nature,vol.310,p.105-111,1984)に従って,化学的に
合成することも可能である。The gene whose expression and transcription regulation can be confirmed as described above is horseradish peroxidase in tobacco.
It is of course possible to control the prxC2 gene, but it is also possible to broaden the expression of other plant genes such as rice and Arabidopsis. The transcriptional regulatory gene of the present invention can, of course, be prepared from tobacco as described above.
For example, the phosphite triester method (M. Hunkapiller et al .:
It can also be chemically synthesized according to Nature, vol.310, p.105-111, 1984).
【0027】 本発明の遺伝子と西洋ワサビペルオキシダーゼ遺伝子 p
rxC2プロモーターを用いて植物構造遺伝子の発現活性を
上昇させる場合には、前記のように、植物で発現可能な
プロモーターの下流に本発明の転写調節遺伝子を連結し
たキメラ遺伝子と、発現させたい構造遺伝子を西洋ワサ
ビペルオキシダーゼ prxC2プロモーター制御下に連結し
たキメラ遺伝子とを構築する。次いで、この二つのキメ
ラ遺伝子をそれぞれ別々に、又は同時に組み込んだベク
ターを公知の方法により構築し、これをベクターの種類
に応じた宿主に導入して、発現させることができる。発
現させる際の詳細な条件は、植物構造遺伝子、ベクタ
ー、または宿主の種類に応じて個別に決定される。 また、発現した植物物質の単離・精製も通常の方法で行
うことができる。The gene of the present invention and horseradish peroxidase gene p
When the expression activity of a plant structural gene is increased using the rxC2 promoter, as described above, a chimeric gene in which the transcriptional regulatory gene of the present invention is linked downstream of a plant-expressible promoter, and a structural gene to be expressed To construct a chimeric gene ligated under the control of horseradish peroxidase prxC2 promoter. Then, a vector in which these two chimeric genes are separately or simultaneously incorporated can be constructed by a known method, and this can be introduced into a host depending on the type of vector and expressed. Detailed conditions for expression are individually determined depending on the type of plant structural gene, vector, or host. In addition, the expressed plant material can be isolated and purified by a usual method.
【0028】[0028]
以上詳述したように、本発明のペルオキシダーゼ転写調
節遺伝子は、植物の構造遺伝子の転写を人為的且つ特異
的に促進または抑制することができるので、その構造遺
伝子を有する組換えプラスミドを使用することにより、
組換えベクターを製造することが従来になく容易とな
る。As described above in detail, since the peroxidase transcriptional regulatory gene of the present invention can artificially and specifically promote or suppress transcription of a plant structural gene, use a recombinant plasmid having the structural gene. Due to
It will be easier than ever to produce recombinant vectors.
【0029】[0029]
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本
発明はこれによって限定されるものではない。Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
【0030】 実施例1. (1)タバコmRNAの単離精製 温室で約2ヶ月間生育させたタバコの葉約10g を、液体
窒素の存在下で磨砕し、前述したChomcznski等の方法に
より、全RNAを可能な限り完全に抽出した。 この全RNA1mgを二炭酸ジエチルで処理した滅菌水に
溶解し、65℃で5分間処理した後、当量の2倍に相当す
るローディング緩衝液(20mM Tris-HCl,pH7.6,0.5MNaC
l,1mM EDTA, 0.1% SDS)を加え、予め活性化させて
おいたオリゴdTセルロースカラムにアプライした。Example 1. (1) Isolation and purification of tobacco mRNA About 10 g of tobacco leaves grown in a greenhouse for about 2 months were ground in the presence of liquid nitrogen, and total RNA was purified as completely as possible by the method of Chomcznski described above. Extracted. 1 mg of this total RNA was dissolved in sterilized water treated with diethyl dicarbonate and treated at 65 ° C for 5 minutes, and then equivalent to twice the equivalent loading buffer (20 mM Tris-HCl, pH7.6, 0.5M NaC
1, 1 mM EDTA, 0.1% SDS) was added and applied to an oligo dT cellulose column that had been activated in advance.
【0031】 次いで、カラム容量の5〜10倍のローディング緩衝液で
洗浄した後、5倍量の洗浄緩衝液(20mM Tris-HCl, pH
7.6, 0.1MNaCl, 1mMEDTA, 0.1 %SDS )で洗浄した。 更に、2〜3倍カラム量の溶出緩衝液(10mM Tris-HCl,
pH 7.6, 1mM EDTA, 0.05%SDS)を用いてmRNAを溶出
させ、mRNA10μg を得た。Next, the column was washed with 5 to 10 column volumes of the loading buffer, and then 5 volumes of the washing buffer (20 mM Tris-HCl, pH
It was washed with 7.6, 0.1 M NaCl, 1 mM EDTA, 0.1% SDS). Furthermore, a 2-3 times column amount of elution buffer (10 mM Tris-HCl,
The mRNA was eluted using pH 7.6, 1 mM EDTA, 0.05% SDS) to obtain 10 μg of mRNA.
【0032】 (2)タバコcDNAライブラリーの作成 以上のようにして得られたmRNAに、cDNA合成キ
ット(Amersham社製)を用いてオリゴdTプライマーを付
加させ、二本鎖のcDNAを合成した。このcDNAを
ラムダgt11のEcoR Iサイトに挿入した。次いで、得られ
た組換えDNAをラムダファージの外被タンパク(in v
itro packagingkit Gigapack II Gold,Stratagene社)
と混和し、20℃で2時間放置することによって組換えラ
ムダファージを得た。(2) Preparation of Tobacco cDNA Library To the mRNA obtained as described above, an oligo dT primer was added using a cDNA synthesis kit (Amersham) to synthesize a double-stranded cDNA. This cDNA was inserted into the EcoRI site of lambda gt11. Then, the obtained recombinant DNA was used to coat the lambda phage coat protein (in v
(itro packaging kit Gigapack II Gold, Stratagene)
Recombinant lambda phage was obtained by mixing with and leaving it at 20 ° C. for 2 hours.
【0033】 一方、大腸菌 Y-1990 株を10mlのLBMM培地(トリプ
トン1%,食塩1%、酵母エキス0.5 %、硫酸マグネシ
ウム10mM及びマルトース 0.4%)に接種し、37℃で12時
間振とう培養した。培養後、遠心分離により菌体を集
め、予め4℃に冷却しておいた10mM濃度の硫酸マグネシ
ウム10mlに懸濁して、ラムダファージが感染し易い状態
にした。こうして得られた大腸菌に、上記組換えラムダ
ファージを混和した後、37℃で15分間放置して感染さ
せ、 0.7%の寒天を含むLBMM培地に懸濁した。 次に、1.5 %の寒天を含むLBMM培地に広げ、37℃で
12時間培養した。On the other hand, Escherichia coli Y-1990 strain was inoculated into 10 ml of LBMM medium (1% tryptone, 1% sodium chloride, 0.5% yeast extract, 10 mM magnesium sulfate and 0.4% maltose) and shake-cultured at 37 ° C. for 12 hours. . After the culturing, the bacterial cells were collected by centrifugation and suspended in 10 ml of 10 mM magnesium sulfate which had been cooled to 4 ° C. in advance to make them susceptible to lambda phage infection. The Escherichia coli thus obtained was mixed with the above recombinant lambda phage, allowed to stand at 37 ° C. for 15 minutes for infection, and suspended in LBMM medium containing 0.7% agar. Then spread on LBMM medium containing 1.5% agar, and at 37 ℃
It was cultured for 12 hours.
【0034】 (3)ペルオキシダーゼ転写調節遺伝子の選抜 以上のようにして得られた組換えラムダファージを大腸
菌 Y-1090 に感染させ、2×104 個/130cm2で播き、プ
ラークが出たところで(約4時間)、予め10mMIPTGに浸
した後風乾させておいたメンブレンフィルターをのせ、
37℃で2.5 時間放置した後、 メンブレンフィルターをプ
レートから剥がし、5%のスキムミルクを含むバインディ
ングバッファー(10mM Hepes(pH7.5), 50mM NaCl, 1mM
EDTA,5%のglycerol)を用いて、4℃で1時間ブロッキ
ングした。(3) Selection of Peroxidase Transcription Regulator Gene The recombinant lambda phage obtained as described above was infected with Escherichia coli Y-1090 and seeded at 2 × 10 4 cells / 130 cm 2 , and when plaque appeared (about 4 hours), soak in a membrane filter that had been soaked in 10 mM IPTG and then air-dried,
After incubating at 37 ℃ for 2.5 hours, remove the membrane filter from the plate and use 5% skim milk in binding buffer (10 mM Hepes (pH7.5), 50 mM NaCl, 1 mM).
EDTA, 5% glycerol) was used for blocking at 4 ° C. for 1 hour.
【0035】 次いで、メンブレンフィルターをバインディングバッフ
ァーで軽く洗浄し、プローブを含むバインディングバッ
ファー中で、4℃で1時間バインディング反応を行わせ
た。なお、選抜のためのプローブとしては、西洋ワサビ
ペルオキシダーゼ prxC2遺伝子の発現に重要な領域に相
当する合成二本鎖オリゴヌクレオチド−TAAACACGTGATAT
−を、ニックトランスレーションでラベルしたものを使
用した。Then, the membrane filter was lightly washed with a binding buffer, and a binding reaction was carried out at 4 ° C. for 1 hour in the binding buffer containing the probe. As a probe for selection, a synthetic double-stranded oligonucleotide-TAAACACGTGATAT corresponding to a region important for expression of the horseradish peroxidase prxC2 gene was used.
-Labeled with nick translation was used.
【0036】 その後、メンブレンフィルターをバインディングバッフ
ァーで3回、30分程度室温で洗浄し、オートラジオグラ
フィーを行ない、一次スクリーニングおよび二次スクリ
ーニングした結果、5×105 のファージプラークから1
つのポジティブクローンが得られた。これを、転写調節
遺伝子 TFHP-1 とした。After that, the membrane filter was washed with binding buffer three times at room temperature for about 30 minutes, and autoradiography was performed. As a result of primary screening and secondary screening, 5 × 10 5 phage plaques
Two positive clones were obtained. This was designated as a transcription regulatory gene TFHP-1.
【0037】 (4)選抜した転写調節遺伝子の塩基配列の決定 以上のようにして得られたポジティブクローンのファー
ジDNAから、ラムダgt11のクローニングサイトのプラ
イマーを用いて、PCR法でインサートDNAを増幅し
た結果、約1kbpのバンドがアガロースゲル電気泳動で確
認された。このインサートDNAを T4DNAポリメラーゼ
と T4DNAキナーゼで処理した後、プラスミドpBluescrip
t SK+ の EcoRVサイトに組み込んだ。(4) Determination of Nucleotide Sequence of Selected Transcriptional Regulatory Gene From the positive clone phage DNA thus obtained, the insert DNA was amplified by PCR using the primers of the lambda gt11 cloning site. As a result, a band of about 1 kbp was confirmed by agarose gel electrophoresis. After treating this insert DNA with T4 DNA polymerase and T4 DNA kinase, the plasmid pBluescrip
It was incorporated into the EcoRV site of t SK + .
【0038】 このプラスミドを用いてダイデオキシ法に基づく SEQUE
NASETM version 2.0(U.S.B.社製)を用いて得られたプ
ラスミドの塩基配列を決定し、その配列を下記表1に記
載の配列番号1に示した。SEQUE based on the dideoxy method using this plasmid
The nucleotide sequence of the obtained plasmid was determined using NASE ™ version 2.0 (manufactured by USB), and the sequence is shown in SEQ ID NO: 1 in Table 1 below.
【表1】 決定した配列番号1の塩基配列について検索したとこ
ろ、 234のアミノ酸からなるタンパクをコードするもの
であると推定された。また、TFHP-1のコードするタンパ
クの二次構造をRobsonの方法で解析した結果、helix-lo
op-helix(HLH)構造をとるものと推定された。この HLH
構造は、9〜20のアミノ酸残基を挟む2つの両親媒性α
ーhelix 構造であり、これがDNAに結合することが、
哺乳類の転写遺伝子等で知られている。このセカンド h
elix領域は、哺乳類の筋肉細胞の分化に関与する myoD
などと相同性が見られた。[Table 1] When the determined nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 was searched, it was estimated to encode a protein consisting of 234 amino acids. In addition, the secondary structure of the protein encoded by TFHP-1 was analyzed by Robson's method, and helix-lo
It was presumed to have an op-helix (HLH) structure. This HLH
The structure is composed of two amphipathic α sandwiching 9 to 20 amino acid residues.
-Helix structure, which binds to DNA
It is known for mammalian transcription genes. This second h
The elix domain is a myoD involved in mammalian muscle cell differentiation
Was found to be homologous.
【0039】 (5)発現転写調節活性を確認するための組換えプラス
ミドの構築 次いで、得られた転写調節遺伝子 TFHP-1 を植物で発現
させるために、カリフラワーモザイクウィルス35Sプロ
モーターをもつpBI221(Clontach社製)のβ-グルクロ
ニダーゼ遺伝子の位置に、TFHP-1を含むDNA断片をセ
ンス方向またはアンチセンス方向に組み込み、これをエ
フェクターとして用いた。(5) Construction of Recombinant Plasmid for Confirming Expression and Transcriptional Regulatory Activity Next, in order to express the obtained transcriptional regulatory gene TFHP-1 in plants, pBI221 (Clontach, Inc.) having a cauliflower mosaic virus 35S promoter was expressed. A DNA fragment containing TFHP-1 was incorporated at the position of the β-glucuronidase gene (in the product) in the sense direction or the antisense direction, and this was used as an effector.
【0040】 また、レポーターとして、西洋ワサビペルオキシダーゼ
prxC2遺伝子のプロモーター領域約 500bpをβ- グルク
ロニダーゼ(GUS)構造遺伝子と結合させたものを pUC19
に組み込んだものを使用した。その構築図は図1に示し
た通りである。 得られた組換えプラスミドを、コンピテント・ハイ HB1
01(東洋紡績株式会社)を用いて、大腸菌 HB101に導入
し、形質転換体を得た。 この形質転換体を、1リットルのLB培地(1%トリプト
ン,0.5%酵母エキス,0.5%食塩)を用いて37℃にて培養
した後常法に従って単離精製し、約1mgのプラスミドD
NAを得た。As a reporter, horseradish peroxidase
Approximately 500 bp of promoter region of prxC2 gene was combined with β-glucuronidase (GUS) structural gene to obtain pUC19
I used it. The construction diagram is as shown in FIG. The obtained recombinant plasmid was designated as competent high HB1.
01 (Toyobo Co., Ltd.) was used to introduce into Escherichia coli HB101 to obtain a transformant. This transformant was cultured at 37 ° C. in 1 liter of LB medium (1% tryptone, 0.5% yeast extract, 0.5% sodium chloride) and then isolated and purified according to a conventional method to give about 1 mg of plasmid D.
I got NA.
【0041】 (6)発現転写調節活性の確認 以上のようにしてクローン化した転写遺伝子TFHP-1の発
現転写調節能を、タバコプロトプラストを用いたエレク
トロポレーション法によって調べた。上記の方法は下記
に詳述する如く、タバコ培養細胞BY-2のプロトプラスト
に電荷を与えてDNAを取り込ませ、その一過的な発現
を調べる方法である。(6) Confirmation of expression transcription regulation activity The expression transcription regulation ability of the transcription gene TFHP-1 cloned as described above was examined by an electroporation method using tobacco protoplasts. As described in detail below, the above method is a method in which protoplasts of cultured tobacco cells BY-2 are charged to incorporate DNA and the transient expression thereof is examined.
【0042】 先ず、タバコ培養細胞BY-2より、岡田等の方法(K.Okada
等:Plant Cell.Physiol.,Vol.27,619,1986 )に従って
プロトプラストを調製した。このプロトプラスト約3×
106 個を、エレクトロポレーション緩衝液(5mM MES,70m
M KCl,0.3Mマンニト−ル,pH 5.8)1ml中に調整し、3
種類の組み合わせ(レポーター20μg 、レポーター20μ
g +センスエフェクター20μg 、レポーター20μg +ア
ンチセンスエフェクター20μg )に対して、遺伝子導入
装置GTE-10(島津製作所株式会社製)を用いて、電気パ
ルス(300V,0.2msec.)を2回与えた。First, from the cultured tobacco cells BY-2, the method of Okada et al. (K. Okada
Et al .: Plant Cell. Physiol., Vol. 27, 619, 1986). This protoplast is about 3x
10 6 cells were electroporated in buffer (5 mM MES, 70 mM
M KCl, 0.3M mannitol, pH 5.8) Adjust to 1 ml and
Combination of types (reporter 20μg, reporter 20μ
An electric pulse (300 V, 0.2 msec.) was applied twice to g + sense effector 20 μg, reporter 20 μg + antisense effector 20 μg) using the gene transfer device GTE-10 (manufactured by Shimadzu Corporation).
【0043】 次いで、電気パルスを与えたプロトプラストを0.4Mマン
ニトールで洗浄した後、プロトプラスト用培地(ムラシ
ゲ・スクーグ培地用混合塩類(日本新薬製)に0.4Mマン
ニトールを加えたもの)を加え、直径6cm のプラスチッ
クシャーレにて、25℃で24時間培養した。その後、プロ
トプラストを破砕して、Jefferson 等の方法(R.A.Jeff
erson 等,EMBO. J.,vol. 6,p.3901-3907,1987)によ
ってβ-グルクロニダーゼ活性を測定した。Then, the protoplasts to which the electric pulse was applied were washed with 0.4 M mannitol, and then a medium for protoplasts (mixed salts for Murashige-Skoog medium (manufactured by Nippon Shinyaku Co., Ltd., to which 0.4 M mannitol was added) was added, and a diameter of 6 cm The cells were cultured for 24 hours at 25 ° C in a plastic Petri dish. After that, the protoplasts are crushed and the method of Jefferson et al. (RAJeff
β-glucuronidase activity was measured by erson et al., EMBO. J., vol. 6, p. 3901-3907, 1987).
【0044】 その結果、レポーター20μg のみのものと比較して、20
μg のセンスエフェクターを同時に導入したものの場合
には GUS遺伝子の発現が誘導され、20μg アンチセンス
エフェクターを加えたプロトプラストの場合には、顕著
に活性が低下していることが確認された。 これにより、本発明の転写調節遺伝子は西洋ワサビペル
オキシダーゼ prxC2遺伝子の発現の誘導及び抑制を転写
調節することができるものであることが証明された。As a result, compared to the 20 μg reporter only, 20
It was confirmed that the expression of the GUS gene was induced in the case of simultaneous introduction of μg of the sense effector, and the activity was remarkably decreased in the case of protoplasts containing 20 μg of the antisense effector. This proved that the transcriptional regulatory gene of the present invention can transcriptionally regulate the induction and repression of the expression of horseradish peroxidase prxC2 gene.
【図1】 プラスミド pUC19の構築図である。FIG. 1 is a construction diagram of plasmid pUC19.
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C12R 1:19) (C12N 9/08 C12R 1:91) Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display area C12R 1:19) (C12N 9/08 C12R 1:91)
Claims (3)
ペルオキシダーゼ転写調節遺伝子。1. A peroxidase transcriptional regulatory gene having the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1.
ペルオキシターゼ転写調節遺伝子を含有する組換えプラ
スミド。2. A recombinant plasmid containing a peroxidase transcriptional regulatory gene having the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1.
ペルオキシターゼ転写調節遺伝子と植物で発現可能なプ
ロモ−タ−とを利用する組換えベクタ−の製造方法。3. A method for producing a recombinant vector which utilizes a peroxidase transcriptional regulatory gene having the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 and a plant-expressible promoter.
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|---|---|---|---|
| JP5301027A JP2681253B2 (en) | 1993-11-05 | 1993-11-05 | Peroxidase transcription regulatory gene and method of using the same |
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| JPH07123982A true JPH07123982A (en) | 1995-05-16 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998056921A1 (en) * | 1997-06-12 | 1998-12-17 | Dow Agrosciences Llc | Regulatory sequences for transgenic plants |
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1993
- 1993-11-05 JP JP5301027A patent/JP2681253B2/en not_active Expired - Fee Related
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