JPH09322780A - 脂肪アルデヒドデカルボニラーゼ活性に関与するタンパク質をコードするdnaフラグメント、前記フラグメントを含んで成る組換分子、並びに形質転換細胞及び植物を獲得するための方法 - Google Patents

脂肪アルデヒドデカルボニラーゼ活性に関与するタンパク質をコードするdnaフラグメント、前記フラグメントを含んで成る組換分子、並びに形質転換細胞及び植物を獲得するための方法

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JPH09322780A
JPH09322780A JP8342685A JP34268596A JPH09322780A JP H09322780 A JPH09322780 A JP H09322780A JP 8342685 A JP8342685 A JP 8342685A JP 34268596 A JP34268596 A JP 34268596A JP H09322780 A JPH09322780 A JP H09322780A
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ヘラルドゥス マリア アールツ マーティヌス
Andy Pereira
ペレイラ アンディ
Wilhelmus Johannes Stiekema
ヨハネス スティーケマ ウィルヘルムス
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】形質転換細胞を利用した脂肪アルデヒドデカル
ボニラーゼ活性を有するタンパク質の製造方法、及び改
変エピクチクラ蝋組成を示す形質転換植物を獲得する方
法の提供。 【解決手段】アラビドプシス・サリアナ由来の脂肪アル
デヒドデカルボニラーゼ活性に関与するタンパク質をコ
ードするDNAフラグメントを得て、そのフラグメント
を含む組換DNAを得て、その組換DNAを利用して形
質転換細胞を獲得し、その形質転換細胞を利用して脂肪
アルデヒドデカルボニラーゼ活性を有するタンパク質を
製造する。また、DNAフラグメントの過剰発現を及ぼ
す又は発現阻害遺伝子の発現を及ぼすDNAと作用可能
式に連結されている組換DNA分子を植物細胞に移入
し、改変エピクチクラ蝋組成を示す形質転換植物を獲得
する。その植物から細胞、果実、種子又は子孫を誘導す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は脂肪アルデヒドデカ
ルボニラーゼ活性に関与するタンパク質をコードするD
NAフラグメントに関連し、ここでこのタンパク質はア
ルカン類の生合成に関与する。本発明はまた上記のフラ
グメントを含む組換DNA及びこの組換DNAを利用し
て形質転換宿主細胞を獲得するための方法に関する。本
発明は更に形質転換細胞及びこの形質転換細胞を利用し
て脂肪アルデヒドデカルボニラーゼ活性を有するタンパ
ク質を製造するための方法に関する。更に、本発明は改
変エピクチクラ蝋組成を示す形質転換植物を獲得するた
めの方法、及びこの植物から誘導された形質転換植物、
細胞、果実、種子又は子孫に関する。
【0002】
【従来の技術】植物は脂肪酸類、アルコール類、エステ
ル類及びアルカン類より主として成る長鎖脂質(C20
−C40)より成るエピクチクラ蝋(EW)層により履
われている(Kolattukudy,1976)。植
物種間で劇的に相違する多種多様な特異的な蝋成分があ
り、それ故個々の植物の種の表層の一般的な特徴付けを
担っている(Kolattukudy,1975)。こ
の固有のEW層は各植物種とその環境との特異的な相互
作用を媒介し、そしてそれは日照り/霜、病原体及び昆
虫の如き非生物性及び生物性ストレスに対する防御の最
前線となる。
【0003】EW層の主要的な機能は表皮を介する水損
失の軽減であり(Hall andJones,196
1)、それは日照り寛容を担う特徴である。更に、個々
の脂質成分又はEW抽出物並びに植物表層の物理構造は
昆虫の挙動に影響を及ぼすことができ、これは特定の昆
虫に対する植物の耐性をもたらしうる(Thompso
n,1963,Staedler,1986,Eige
nbrode and Espelie,1995)。
更に、EW層は植物と植物病原性菌類との相互作用にお
ける主要機能を有する(Podilaら、1993)。
EWはヒトによっても利用される。ろうやしは商業的目
的のために利用される蝋、例えば研磨用のカルナバ蝋を
生成し、一方似たようなタイプがその他の様々な植物種
から集められる。
【0004】EW生合成経路は伸長−還元脱カルボキシ
ル化メカニズムを基礎とするものと推定され、これは長
鎖脂肪酸、アルデヒド及びアルカンを生成する(Bia
nchiら、1985;Lemieuxら、1994;
von Wettstein−Knowles,197
6;von Wettstein−Knowles,1
994)。即ち、蝋合成は様々な生化学工程により決定
され、数多くの遺伝子が関与することが示唆される。こ
のことは、トウモロコシ、オオムギ、ブラッシカ(Br
assica)種及びアラビドプシス・サリアナ(Ar
abidopsis thaliana)の如きいくつ
かの種について観察される大量の突然変異遺伝子座に対
応する(Baker,1974;von Wettst
ein−Knowles,1979;Bianchi
ら、1985;Kolattukudy,1980;K
oornneefら、1989;McNevinら、1
993;Lemieuxら、1994)。ほとんどの突
然変異体は、蝋生成の減少に基づく野生型植物の灰緑色
の外観と比べ、鮮緑色の無蝋表現型を示す。突然変異体
は、トウモロコシ及びブラッシカ種に関してはglos
sy(gl)と呼ばれ、そしてオオムギ及びアラビドプ
シスに関してはeceriferum(cer)と呼ば
れる。目視、それ故蝋構造ベースで選別された天然gl
及びcer突然変異体は劇的な突然変異体であり、それ
は脂質組成及び結晶構造において変化を有する。ブラッ
シカ種において、gl突然変異体は特定の昆虫に対して
耐性であることが示された(Stoner,199
2)。
【0005】遺伝子操作手法による植物におけるEWの
生合成経路の改変はEWの改変を可能にし、その結果植
物とその環境との相互作用の改変を可能にする。従っ
て、EW成分の変化は植物を(非)生物ストレスに対し
て耐性へと操作する新規のシステムを供するであろう。
更に、生合成ルートの改変は、薬理、化粧品、洗剤、プ
ラスチック及び潤滑剤を含む工業用途を有する新規の蝋
をもつ植物又は細菌の提供の可能性を開く。
【0006】一般に、アラビドプシスにおける生化学工
程はC30に至るまでの脂肪酸への一連の伸長反応より
成り、それらはアルコールへと還元されるか、又は還元
及び脱カルボニル化されてアルカンとなる。植物におけ
るEWの形成を司る酵素の更なる分析は、EW生合成に
関与する精製酵素の欠如によって妨げられる。従って、
EW生合成経路の更なる研究のためにこれらの酵素の同
定をできるようにする手段を企画することが所望され
る。CER遺伝子によってコードされるタンパク質生成
物はおそらく膜結合型であり、従って生化学的に単離す
ることが困難である。従って、かかる単離を成し遂げる
ため、そして蝋生合成ルートを改変することができるよ
うにするため、本発明の目的はEW生合成に関与する酵
素をコードする遺伝子を単離することにある。
【0007】従って、我々はアラビドプシス・サリアナ
のcer突然変異体を分子レベルで分析した。アラビド
プシス・サリアナはEW生合成に関与する遺伝子の単離
に極めて適し、その理由は特にEWに影響する22の遺
伝子座が既にわかっているからである(Koornne
efら、1989;McNevinら、1993)。こ
れらの突然変異体の生化学組成分析は多くの遺伝子座に
起因する機能を可能にした。トランスポゾン・タッギン
グ技術の適用により、我々は脂肪アルデヒドからアルカ
ンへの脱カルボニル化に関与するタンパク質の合成を司
る遺伝子を単離することができた。遺伝子座の事前の表
示との整合性のため、単離した遺伝子をCER1と命名
し、そして対応のタンパク質をCER1タンパク質と命
名した。(Apartsら、1993;Aartsら、
1995)
【0008】関連文献 植物の蝋の生合成及び遺伝子に基づく論文はvon W
ettstein−Knowles(1995)のWa
xes,The Oily Press,Dunde
e,Scotland;Ed,J.R.Hamilto
nにより公開されている。アラビドプシスのEceri
ferum突然変異体の葉エピクチクラ蝋の分析につい
ての論文はM.A.Jenksらの1995,Plan
t Physiology、第108巻、369〜37
7頁に公開されている。
【0009】Eigenbrode and Espe
lieはAnnual Review of Ento
mology 1995、第40巻、171〜194頁
に昆虫草食動物に対する植物エピクチクラ脂質の作用に
ついての論文を公開している。
【0010】定義 遺伝子又はセンス遺伝子:RNA分子及び/又はポリペ
プチドとして発現されうるヌクレオチド配列。 プロモーター:(センス)遺伝子又はアンチセンス遺伝
子の発現を指令するヌクレオチド配列又はそれより誘導
されたヌクレオチド配列。
【0011】アンチセンス遺伝子:本明細書において定
義している標的遺伝子と50%以上、好ましくは80%
以上の相同性を有し、且つ標的遺伝子に対して3’から
5’の方向においてプロモーターに連結され、そしてR
NA分子として発現できるヌクレオチド配列。
【0012】阻害遺伝子:(センス)遺伝子又はアンチ
センス遺伝子であって、その発現が本明細書において定
義する標的遺伝子の発現の阻止又は阻害を及ぼすもの。 標的遺伝子:本明細書において定義する阻害遺伝子の適
切な発現により阻害される遺伝子。
【0013】発明の概要 本発明はアラビドプシス・サリアナのEW生合成に関与
するCER1遺伝子の単離を述べる。cer1突然変異
体のEWは予め分析されており、そしてアルデヒドに特
に富み、しかもアルカン欠くことがわかっている。この
ことは、提供するCER1遺伝子によりコードされるC
ER1タンパク質がアルデヒドのアルカンへの転換に関
与することを示す。
【0014】本発明は、ファージラムダ中のゲノムアラ
ビドプシス・サリアナDNAライブラリーからEW生合
成に関与するCER1として表示するタンパク質をコー
ドするCER1遺伝子を単離した。この遺伝子は図1〜
2に示すヌクレオチド配列を有する。図1〜2はCER
1遺伝子の部分ヌクレオチド配列を示し、その完全ヌク
レオチド配列は約6000のヌクレオチドを含んで成る
であろうと仮定される。更に、図3〜5に示すヌクレオ
チド配列を有するCER1 cDNAを単離した。この
cDNAから推定したCER1タンパク質のアミノ酸配
列を図8〜10に示す。
【0015】従って、本発明は図8〜10に示すアミノ
酸配列を含んで成るタンパク質をコードするDNAフラ
グメント又はそれと実質的に相同性であり、且つ脂肪ア
ルデヒドデカルボニラーゼ活性に関与するタンパク質を
提供する。更に、本発明は図3〜5に示すヌクレオチド
配列又は相同性のヌクレオチド配列を含んで成るDNA
フラグメントを提供する。このDNAフラグメントは以
降しばしばCER1遺伝子と呼び、それは事実上CER
1 cDNAであることが理解されるはずである。「相
同性ヌクレオチド配列」とは、CER1タンパク質アミ
ノ酸配列から合成されうる任意の核酸配列を意図する
か、又はそうでなければ別の生物において同定され、そ
してCER1タンパク質核酸配列もしくはCER1タン
パク質に対して調製された抗体をプローブとして利用し
て単離された任意の核酸配列を意図する。これにより、
核酸又は抗原法によりCER1配列を利用して他の生物
から単離された配列は同じ活性を有するその他のタンパ
ク質を単離するために似たようにして利用されうること
がわかる。かかるタンパク質も相同性であると考える。
【0016】更に、本発明はアラビドプシス・サリアナ
の染色体DNAから単離したCER1遺伝子の5’調節
領域又はプロモーターを提供する。このプロモーターは
図6〜7に示すヌクレオチド配列を有するか、又は相同
性遺伝子のプロモーターである。
【0017】更に、本発明は上記のDNAフラグメント
を含んで成る組換DNA分子(組換核酸配列)を提供す
る。特に、本発明は組換核酸配列であって、改変脂肪ア
ルデヒドデカルボニラーゼ活性を示す宿主細胞を獲得す
るために適切に利用でき、前記宿主細胞の中でCER1
遺伝子を発現せしめることのできる遺伝子を含んで成
り、前記CER1タンパク質をコードするような組換核
酸配列を提供する。ここでこの遺伝子は図3〜5に示す
配列を有する遺伝子であるか、又は相同性の遺伝子であ
る。特に、CER1タンパク質の好適な基質を含む特定
の宿主細胞、例えばブラッシカ植物の細胞が考慮され
る。別の好適な本発明に係る態様において、前記遺伝子
の発現を駆動するプロモーターはCER1遺伝子のプロ
モーターを含んで成る。このプロモーターは図6〜7に
示す配列を有する。
【0018】本発明はまた、組換核酸配列であって、改
変された脂肪アルデヒドデカルボニラーゼ活性を示す宿
主細胞を獲得するために適切に利用でき、前記宿主細胞
の中で標的遺伝子の発現を阻害できる阻害遺伝子を本質
的に含んで成る配列も提供する。本発明の好適な態様に
おいて、この標的遺伝子はCER1遺伝子であり、この
遺伝子は図1〜2に示す配列を有するものであるか、又
は相同性の標的遺伝子である。
【0019】更に、本発明は組換核酸配列であって、改
変アルカン生合成を示す宿主細胞を獲得するために適切
に利用でき、前記宿主細胞の中でのアルカン生合成に関
与するCER1タンパク質をコードする標的遺伝子の発
現を阻害することのできる阻害遺伝子を本質的に含んで
成る配列を提供する。ここでこの標的遺伝子は図1〜2
に示す配列を有するか、又は相同性の標的遺伝子であ
る。
【0020】本発明の好適な態様において、当該標的遺
伝子は図1〜2に示す配列を有するCER1遺伝子であ
る。
【0021】本発明の更なる好適な態様において、当該
阻害遺伝子は前記標的遺伝子に対して特異的な(セン
ス)遺伝子又はアンチセンス遺伝子である。本発明の更
なる好適な態様において、当該阻害遺伝子の発現を駆動
するプロモーターはCER1遺伝子のプロモーターを含
んで成り、このプロモーターは図6〜7において示す配
列を有する。
【0022】本発明は更に改変EW組成を有する植物を
獲得するための方法も提供し、この方法は: a.本発明に係る任意の組換核酸配列を植物細胞に移入
する、 b.前記核酸配列の組込まれた細胞から完全新植物を発
生させる、そして c.改変EW組成を有する植物を選定する、工程を含ん
で成る。
【0023】本発明の更なる別の態様は、本発明に係る
組換核酸配列がその中に組込まれて含んで成る組換ゲノ
ムである。特に、植物ゲノム又は細菌ゲノムが考慮され
る。一般に、本発明は上記の組換DNA分子を宿主細胞
に移入することにより形質転換宿主細胞を獲得するため
の方法を提供する。前記組換DNA分子は好ましくは宿
主細胞の中でDNAフラグメントの(過剰)発現を及ぼ
すことのできるDNA配列に作用可能式に連結されたC
ER1タンパク質又は相同性タンパク質をコードするD
NAフラグメントを含んで成る。特に細菌宿主細胞が考
慮される。このようにして形質転換させた細菌細胞はC
ER1タンパク質又は相同性タンパク質の生産に利用で
きる。従って、本発明はCER1タンパク質又は相同性
タンパク質を生産するための方法を提供し、この方法は
この形質転換細菌細胞を適当な培養培地の中で培養し、
そしてこのタンパク質を単離することを含んで成る。本
発明は更に形質転換植物及び細胞、果実、種子、又は交
配もしくは自家受粉を通じて前記植物から誘導された子
孫も包括する。
【0024】発明の詳細な説明アラビドプシス・サリアナのCER1遺伝子の単離 トランスポゾン誘導型cer突然変異体の表現型及び遺
伝分析 エピクチクラ蝋生合成に関与する遺伝子を単離するた
め、我々はI/dSpmトランスポゾン・タッギング手
法を利用してEn/Spm−I/dSpmトランスポゾ
ン・タッギングシステムを含むアラビドプシス系を作成
及びスクリーニングした(実験の章:Aartsら、1
995を参照のこと)。スクリーニングした系別のう
ち、我々は多重I/dSpm因子及びTEn2トランス
ポサーゼT−DNA(Aartsら、1995)をもつ
一の系を選定した。これは正常野生型植物より若干鮮緑
色の半不稔性突然変異体を示した。表現上は、これらの
突然変異体は光沢を帯びた幹を有し、繁殖力の低下した
公知のクラスのcer突然変異体に非常に似ていた(K
oornneefら、1989)。このクラスにおける
cer1,cer3,cer6及びcer10突然変異
体による補完試験は、トランスポゾン誘導型突然変異体
がcer1−1に対して対立形態であることを示した。
我々のcer1突然変異体(我々はこれをcer1−m
と呼ぶ)とcer1−1突然変異体との間には表現型の
はっきりとした相違はなかった。双方は光沢の強い幹及
び果実の表現型を示し、蝋生成の目に見える徴候はなか
った。
【0025】cer1−m突然変異体のI/dSpm因
子によるタッギング cer1−m突然変異体はトランスポーズ性I/dSp
m因子をもつ系において見い出され、そしてそれはおそ
らくはI/dSpm因子の挿入により生じたものであ
る。cer1がタッギングされたかを決定するため、突
然変異体由来の数多くの子孫を、野生表現型に戻った子
孫についてスクリーニングした。これはトランスポゾン
誘導型突然変異性の典型的な表現型である。胚種先祖返
りは4つの個々の子孫において50分の1〜300分の
1の頻度で認められ、不安定な突然変異体はCER1遺
伝子におけるトランスポゾン挿入に事実上よることが示
唆される。
【0026】分離(segregating)子孫のD
NAブロット分析(実験の章を参照のこと)は、cer
1−m突然変異表現型と共に分離するI/dSpmイン
サート(I/dSpm89)を示した。このI/dSp
m89インサートの隣接DNAを逆ポリメラーゼ連鎖反
応(IPCR)により増幅し、そしてクローニングし
た。DNA配列に基づき、野生型及び先祖返りI/dS
pm89除去対立形態のPCR増幅のためのプライマー
をデザインした。3つの個別に誘導された胚種先祖返り
植物は全て除去対立形態を含み、cer1−m突然変異
体がI/dSpm89挿入により事実上タッギングさ
れ、cer1::I/dSpm89対立形態ができている
ことを示している。I/dSpm因子の除去は通常短い
塩基対欠失及び付加をもたらすが(Aartsら、19
93)、この3つのケースにおいては、先祖返り対立形
態のDNA配列は野生型DNA配列と同一であり、遺伝
子の必須不可決な位置でのI/dSpm89の挿入が示
唆される。
【0027】CER1遺伝子のクローニング プローブとしてのI/dSpm89隣接ゲノムDNAに
より、相同性cDNAクローン及び長さ17bpのゲノム
クローンが対応のDNAライブラリーから単離された。
このcDNAクローンがCER1遺伝子座を起源とする
ことを確認するため、挿入DNAの一部をプローブとし
て用い、そしてcer1::I/dSpm89突然変異体
及び先祖返り植物のブロットにハイブリダイズさせた。
突然変異体は全てI/dSpm89インサートを含むフ
ラグメントに対するホモ接合体であったが、除去も観察
され、そして全ての先祖返り体はI/dSpm89イン
サーに対するヘミ接合体であるか又はインサーを欠いて
いた。
【0028】単離された遺伝子が実際にエピクチクラ蝋
生成に関与するCER1遺伝子であるとの決定的な証拠
は野生表現型は有するが小型の突然変異cerセクター
のない植物の分析から得られた。cer1::I/dSp
m89分析の際、かかる3種の植物は様々な子孫におい
て見い出された。これらの植物のうちの1つにおける突
然変異セクターであってI/dSpm89に対してヘミ
接合体であるものは小さな葉で終わり、それからDNA
わPCR分析のために単離した。I/dSpm特異性末
端プライマーと別のCER1特異性プライマー(実験の
章参照のこと)との組合せを、cerセクター由来のD
NA及び同一の植物の野生型のロゼット葉由来のDNA
についてのPCRのために用いた。2つのcerセクタ
ー特異性DNAフラグメントを2通りのプライマー組合
せのために増幅させた。新しいcerセクター特異性I
/dSpm挿入を、クローニングした遺伝子のコード領
域内のI/dSpm89インサーの1.0kb上流に配置
せしめた。クローニングした遺伝子へのI/dSpm因
子の新たな挿入は再び突然変異cer表現型をもたらし
たため、我々はクローニングした遺伝子が実際にエピク
チクラ蝋生合成に関与するCER1であるものと考え
た。
【0029】CER1 cDNAの分析 エピクチクラ蝋は主としてアラビドプシスの幹及び果実
の表皮上に見い出され、従って単離CER1遺伝子はこ
れらの器官の中で発現されるであろう。従ってCER1
転写をRNAゲルブロットハイブリダイゼーションによ
り試験し、そして予測通り、CER1転写体は野生型の
幹及び果実組織において見い出された。更に強い発現が
アラビドプシスの花において検出され、それにおいては
CER1遺伝子の発現は突然変異体の雄の不稔性表現型
に基づいて予測されうる。アラビドプシスは葉の上にご
くわずかな蝋形成を有し、葉転写体のレベルの低さを示
唆する。CER1遺伝子の転写はcer1::I/dSp
m89突然変異花の中ではブロッキングされ、一方ce
r1−1花における転写は影響されなかった。化学誘導
されたcer1−1突然変異体の突然変異表現型はおそ
らくはささいな転位、例えば点突然変異に基づく。ce
r1::I/dSpmとcer1−1との間でのF1 ハイ
ブリドの花において、遺伝子の転写レベルは2種の親の
中間体であった。
【0030】長さ2109bpのCER1 cDNAは6
25個のアミノ酸のオープンリーディングフレームを含
んでいた(図3〜5)。対応のゲノムDNA配列の一部
を決定し、そしてイン・フレーム・停止コドンがATG
開始コドンの33bp上流に見つかり、cDNAクローン
が完全なオープンリーディングフレームを含んで成るこ
とが示唆された。推定TATA転写開始配列がゲノムD
NA配列の中のATG開始コドンの72bp上流に存在し
ていた(図1〜2)。この推定タンパク質は72.3kD
の見かけ分子量及び8.23のpIを有していた。PC
/Geneコンピューターによるアミノ酸配列の分析は
このタンパク質を膜内在タンパク質に分類せしめた。ア
ミノ酸位置178〜213及び325〜350に広がる
2つの推定トランスメンブランヘリックスが推定され、
そして更なる膜結合型ヘリックスはアミノ酸の位置7〜
27,45〜65,99〜119及び126〜146を
占めている。2つの考えられるAsnグリコシル化部位
が258及び456位に見い出された。I/dSpm8
9の挿入はThr(アミノ酸位置272)以降のリーデ
ィングフレームを破綻させる(図8〜10)。
【0031】図6〜7はCER1遺伝子のプロモーター
のヌクレオチド配列を示す。この配列はCER1遺伝子
のA.サリアナエコタイプLandsberg ere
ctaゲノムクローンから得た。
【0032】CER1相同体はその他の種に存在する 蝋生産は多くの植物種に一般的であり、そして蝋生合成
に関与する遺伝子は種間でよく保存されていることがあ
る。これはCER1 cDNA及び推定アミノ酸配列で
実施するデーターベースサーチとして確認され、cDN
Aと、双子葉類種及び単子葉類種の双方に由来の配列の
発現配列tag(EST)との有意な相同性を示した
(方法を参照のこと)。アラビドプシスのつぼみから単
離したEST ATTS1001 cDNAの推定アミ
ノ酸配列は推定CER1アミノ酸配列(図8〜10)の
C末端領域(210個のアミノ酸)に対して53.8%
の同一性を示した。更に、B.キャンペストリス(B.
campestris)のつぼみのESTは49.1%
の推定アミノ酸配列同一性(117個のアミノ酸)を示
し、ポテトの表皮のESTは67.4%のアミノ酸同一
性(46個のアミノ酸)を示し、そしてセネシオ・オド
ルス(Senecio odorus)表皮cDNAは
31.3%のアミノ酸同一性(513個のアミノ酸)を
示した(図8〜10)。この近縁配列の族は単子葉類種
オオムギ及びコメにも及びうる。トウモロコシの栄養分
裂組織のESTは110個のアミノ酸にわたって52.
7%のアミノ酸同一性を示した。5’末端から配列決定
した2種類のコメのカルスcDNAの相同性は推定CE
R1アミノ酸配列のN末端からちょうど始まり、約80
個のアミノ酸を占める配列決定されたcDNA全長に及
ぶ(全体で37.5%の同一性;図8〜10)。興味深
くは、推定CER1アミノ酸配列に対して短いアミノ酸
鎖類似性を有する別のコメのcDNAの推定アミノ酸配
列が、ERG3遺伝子によりコードされる酵母のC−5
ステロールデサチュラーゼタンパク質に至るこの領域に
おける相同性を示した(Arthingtonら、19
91)。これらの2本の短い相同鎖はCER1,SOL
IPTRB、コメのEST及びERG3間で保存され、
そしてその一部はトウモロコシのESTにおいても見つ
かった。各相同鎖は短いモチーフを示し、以下の共通配
列を有する:Tyr−His−Ser/Thr−X−H
is−His(ここでXは任意のアミノ酸を表わす)。
【0033】CER1タンパク質は蝋アルカン生合成に
おける機能を有する cer1突然変異体は劇的に変化したエピクチクラ蝋表
現型をもつ4種のcer突然変異体の一つであり、対応
の野生型遺伝子に対するその生化学機能が注目される。
生化学研究は、CER2及びCER6がきっと脂肪酸伸
長の成分をコードするという結論をもたらし、一方CE
R4は脂肪アルデヒド還元に関与することを示唆する
(Hannoufaら、1993;Lemieuxら、
1994;Jenksら、1995)。生化学研究(H
annoufaら、1993;McNevinら、19
93;Lemieuxら、1994)はcer1突然変
異体が、幹の蝋のC30アルデヒド(トリアコンタナー
ル)からC29アルカン(ノナコサン)への転換をブロッ
キングし、そしてそれらが第二級アルコール(14及び
15−ノナコサノール)及びそのケトン(15−ノナコ
サノン)誘導体を欠くことも示した。アルカン、第二級
アルコール及びケトンは野生型Landsberg e
recta中の全蝋量の約65%を占める(Lemie
uxら、1994)。アルデヒドからアルカンへの転換
はアルデヒドデカルボニラーゼにより媒介される(Ch
eesbrough and Kolattukud
y,1984)。我々は、CER1タンパク質がこの生
化学工程に関与して長鎖アルカンを生成するものと考え
た。
【0034】応用段階 本発明のCER1タンパク質の核酸配列はゲノムDN
A,cDNA,mRNAに由来する、又は完全もしくは
部分的に合成されたDNA又はRNAでありうる。これ
らの遺伝子配列は例えばゲノムDNAを適当な起源から
単離し、そして注目の配列をポリメラーゼ連鎖反応(P
CR)を利用して増幅及びクローニングすることにより
クローニングできうる。他方、これらの遺伝子配列は、
宿主特異的配列を供することが所望される場合、完全又
は部分的に合成されたものであってよい。即ち、所望の
構造遺伝子全体又は一部(CER1タンパク質をコード
する遺伝子部分)を選定の宿主により優先されるコドン
を利用して合成してよい。宿主特異的コドンは例えば所
望の宿主の種において発現されるタンパク質において最
も頻繁に利用されるコドンから決定されうる。
【0035】CER1タンパク質に係る核酸配列は数多
くの用途があるであろう。例えば、プローブとして利用
できる、又は宿主細胞中でのCER1タンパク質の発現
を担う組換構築体が調製できる。意図する用途に応じ、
この構築体はCER1タンパク質全体又はその一部をコ
ードする配列を含みうる。例えば、CER1タンパク質
の重要領域、例えば活性部位が同定されうる。このよう
にして、CERタンパク質のうちの所望のCER1活性
に必須なアミノ酸をコードする部分のみを含む更なる構
築体が調製できうる。
【0036】CER1タンパク質の発現にとって有用な
系には原核系細胞、例えばE.コリ(E.coli)、
酵母細胞及び植物細胞が含まれ、維管束及び非維管束植
物細胞が所望の宿主である。このようにして、CER1
タンパク質は生産されうる。更に、CER1タンパク質
コード配列の部位特異的突然変異誘発がCER1タンパ
ク質の反応特性に対する特異的な突然変異の効果を研究
するために利用されうる。
【0037】更に、CER1タンパク質コード配列又は
その一部の粗補性配列の転写を供するアンチセンス構築
体が調製されうる。このようにして、標的宿主生物の中
で生産されるCER1タンパク質の量は削減できる。ま
た、CER1タンパク質をコードするDNA配列はその
他の配列、例えばクロロプラストへの輸送のためのトラ
ンジットペプチドをコードする配列に連結されていてよ
い。
【0038】本発明は改変蝋を有する植物を得るための
以下の工程を含む:アラビドプシス・サリアナのセンス
CER1もしくはアンチセンスCER1遺伝子又はその
他の種の相同性対応物をCER1プロモーターのコント
ロール下に置く。ここでこのプロモーターのDNA配列
は図6〜7に示し、そしてこれらの構築体は稔性穀類植
物の形質転換のために利用できる。この構築体を発現す
る形質転換植物の選別後、改変蝋生産を示すトランスジ
ェニック植物が選定できうる。
【0039】一般に、改変蝋合成を示す植物はこのよう
にして得られうる。選定した品種の植物は前記植物の細
胞の中に1又は複数種の組換ポリヌクレオチドであっ
て、1もしくは複数の阻害遺伝子を本質的に含んで成る
ものを導入することによって遺伝子的に形質転換され
る。ここでこの阻害遺伝子は植物における適正な発現に
より、CER1遺伝子の発現を阻害することができる。
【0040】CER1遺伝子の発現の阻害は改変蝋組成
物示す植物をもたらす。これは標的遺伝子に対して特異
的な阻害遺伝子の適切な発現により成し遂げられうる。
阻害遺伝子は一連の代替物、例えば同族又は異種(即
ち、別の起源から得られた)センス及びアンチセンス
(合成)遺伝子、又は適当な長さ及び適当な阻害に関し
て相同性を有するその一部から適切に選ばれうる。それ
らは国際特許出願WO92/18625及び国際特許出
願WO90/11682に例示されている。
【0041】好ましくは、阻害遺伝子は本発明に従い表
皮において発現される。これは阻害遺伝子をアラビドプ
シス・サリアナ由来のCER1遺伝子由来のプロモータ
ー又はその異種対応物(即ち、別の起源から得られたも
の)のコントロール下に融合させることにより成し遂げ
られうる。
【0042】本発明の別の好適な態様において、CER
1タンパク質コード核酸を植物において活性な転写開始
調節領域に連結する。これらの領域はとりわけアグロバ
クテリウム遺伝子に一体化した調節領域(Nos,Oc
s,Masプロモーター)並びにウイルス遺伝子に一体
化した調節領域(CaMV 35S,CaMV 19S
プロモーター)、又は一定の組織の中で活性な調節領
域、例えばナピン、種子もしくは葉ACPに由来のも
の、RUBISCOの小サブユニット、Cab等であ
る。調節転写終止配列も本発明の組換構築体に施してよ
い。これはCER1タンパク質コード遺伝子の転写終止
領域であるか、又は別の遺伝子起源に由来のものであっ
てよい。
【0043】CER1タンパク質をコードする遺伝子に
適合する植物形質転換構築体は多種多様な植物、特に非
常に長い脂肪アルデヒドを産生する植物、例えば限定す
ることなく、ブラッシカ、トウモロコシ及びコメに利用
されうる。本発明は単子葉植物及び双子葉植物に適用可
能である。
【0044】植物又はその器官への組換核酸の転移は様
々な技術により達成されうる。その一部をここに例示
し、そしてそれはカルシウム/ポリエチレングリコール
法を利用するプロトプラストの形質転換(Krens
ら、1982;Negrutiuら、1987)、エレ
クトロポレーション(Shillitoら、198
5)、マイクロインジェクション(Crossway
ら、1986)、(DNA又はRNAコート化)粒子ボ
ンバードメント(Kleinら、1987)、ウイルス
等による感染、アグロバクテリウム種による好ましくは
いわゆるバイナリーベクター系の利用を介する自然DN
A移入(Bevanら、1984)を含んで成る。
【0045】形質転換植物材料の同定後、完全植物を論
文に記載されているよく知られたプロトコールを利用し
て再生する(例えば、Horschら、1985を参照
のこと)。使用する植物の器官についての任意の制限は
ない。
【0046】形質転換植物が得られたら、それらを所望
の特徴の存在及び/又は所望の特徴が発現される程度に
ついて評価できる。第一の評価には阻害遺伝子の発現レ
ベル及びトランスジェニック植物が改変蝋生合成を示す
程度が含まれうる。次いで、安定及び/又は推定可能な
特徴の遺伝子等を示すトランスジェニック植物を選別す
ることができる。
【0047】本発明は、蝋生合成が可能であり、それに
ついての改変蝋の生産の商業的関心のもたれる任意の植
物に適用できうる。
【0048】本発明はまた微生物におけるCER1タン
パク質の発現も含む。真核又は原核系微生物、特に単細
胞宿主における発現のため、多種多様な構成又は調節性
プロモーターが採用されうる。微生物における発現はC
ER1タンパク質の簡便な起源を担う。記載の転写開始
領域はとりわけ細菌及び酵母宿主、例えばE.コリ、
B.スブチリス(B.subtilis)、サッカロマ
イセス・セレビジエ(Saccharomyces c
erevisiae)由来の領域、例えばベーターガラ
クトシダーゼ、T7ポリメラーゼ、トリプトファンE等
である。
【0049】実験 方法 エンハンサー/サプレッサー−ミュテーター・インヒビ
ター/欠損サプレッサー−ミュテータートランスポゾン
植物及びeceriferum突然変異体 実験は全てアラビドプシス・サリアナのLandsbe
rg erectaエコタイプで実施し、それは表現型
補完のために試験した化学的又は物理的誘導型ecer
iferum(cer)突然変異体の遺伝子基礎でもあ
る(突然変異体は全てM.Koornneef,Wag
eningen Agricultural Univ
ersityより提供)。スクリーニングのため、25
種類のエンハンサー/サプレッサー−ミュテーター・イ
ンヒビター/欠損サプレッサー−ミュテーター(En/
Spm−I/dSpm)トランスポゾンタッギング系を
それぞれに植物体づつ温室の中で個々に成育させ、そし
てcer突然変異について調べた。これらの細胞系は全
て2回自家受粉世代交代を経て得られ、複数のトランス
ポゾン性I/dSpm因子を伴うTEn2 En/Sp
mトランスポサーゼT−DNA遺伝子座を含む一の植物
体から始めた(Aartsら、1995)。オリジナル
のcer1::I/dSpm89トランスポゾンタッギン
グ突然変異体は、約15種のI/dSpm因子を含み、
且つTEn2 T−DNAに対してホモ接合体である系
H12.1.6.2において見い出された。TEn5は
別のより活性なT−DNA遺伝子座を含み、そしてその
他のI/dSpm因子を含まない別のEn/Spmトラ
ンスポサーゼ系である。この系をcer1::I/dSp
m89植物体と交配させ、そしてcer1F2 植物体を
除去セクターに関してスクリーニングした。子孫のため
に成育させた植物は全て交差受粉を避けるためにAra
conコンテナー(Beta Tech,Gent,B
elgium)の中に保った。cer突然変異体の稔性
は相対湿度を高めるためにその植物をプラスチックバッ
グの中で密閉に保つことにより条件を整えた(Koor
nneefら、1989)。
【0050】cer1−m共分離性I/dSpm因子の
同定及び隣接ゲノムDNAの単離 オリジナルのcer1−m突然変異体を2回の世代交代
でLandsbergerecta野生型にもどし交配
させた。2世代目のもどし交配子孫植物からゲノムDN
Aを単離し、そしてI/dSpm因子の存在について試
験した。植物を全て自家受粉させ、そしてその子孫をc
er1表現型の分離について試験して、2世代目のもど
し交配子孫におけるI/dSpm因子とcer1表現型
との連結を確認した。cer1−連結I/dSpm89
因子及びいくつかのその他の未連結I/dSpm因子を
含む植物由来のゲノムDNAを、I/dSpm特異的逆
PCR(IPCR:Massonら、1991)を経
て、I/dSpm89の両側の隣接DNAを得るために
用いた。I/dSpmの双方の末端逆リピーツに適合す
る配列番号1のプライマーを利用する更なるPCR増幅
は最小限のトランスポゾンDNAを伴うフラグメントの
単離を可能にした。I/dSpm89隣接配列に基づ
き、配列番号2のプライマー2及び配列番号3のプライ
マー3をデザインした。それはI/dSpm89挿入部
位を占める189bpの野生型DNAフラグメントを増幅
させる。
【0051】cDNA及びゲノムライブラリースクリー
ニング 種々のアラビドプシス組織を代表する増幅cDNAラム
ダライブラリー(Newmanら、1994)並びにA
rabidopsis BiologicalReso
urce Center(Ohio State Un
iversity,Columbus,OH)及びEu
ropean DNA Resource Centr
e(Max−Delbruck Laborator
y,Koln,Germany)を通じて得られたLa
ndsberg erectaゲノムライブリーをI/
dSpm89 IPCRフラグメントプローブによりス
クリーニングした。ゲノムクローンのDNAインサート
をEcoRIフラグメントとしてサブクローニングし
た。
【0052】DNA及びRNA分析 DNA及びRNAゲルブロットを65℃にて一夜標準式
にハイブリダイズさせ、そして65℃で2×のSSC
(1×のSSCは0.15MのNaCl,0.015M
のクエン酸ナトリウム)、1%のSDS又は(よりスト
リンジェンシーとするのに)0.1×のSSC,1%の
SDSで2回洗った。DNA配列はABISequen
cerを利用して決定した。CER1 cDNA Sa
lI及びSalI−XbaIフラグメントをpBlue
script SK+ の中にサブクローニングし、そし
て配列決定した。二本鎖DNA配列はcDNA特異性プ
ライマー1(配列番号4)、プライマー4(配列番号
5)、プライマー5(配列番号6)及びプライマー6
(配列番号7)を利用して完成させた(IsogenB
ioscience,Amsterdam)。同じプラ
イマー並びにI/dSpm89に隣接するプライマー2
及び3を、I/dSpm末端逆リピーツプライマー
(T:図8〜10)との組合せで、突然変異cer1セ
クターをもたらすCER1における新たな挿入を試験す
るために用いた。プライマー1〜6及びTについてのP
CR条件は94℃で5分、次いで94℃(30秒)、5
5℃(30秒)及び72℃(3分)の30サイクルとす
る。cDNA配列に加えて、CER1開始コドンの16
56bp上流に至るまでの一本鎖ゲノムDNAの配列を決
定した。cDNA配列及び推定アミノ酸配列をPC/G
eneコンピューターパッケージ(IntelliGe
netics,Geneva,Switzerlan
d)を用いて分析した。
【0053】データーベースサーチ BLASTプログラム(Altschnlら、199
0)を用いCER1相同体についてGenBank及び
ESTデーターベースをサーチした。報告の相同性配列
のGenBank受託番号は、セネシオ・オドルス(S
enecio odorus)SOLIPTRB部分c
DNAについてはL33792;CER1cDNAとほ
ぼ100%の同一性を有する2種のアラビドプシスES
TについてはT22420及びZ18418;アラビド
プシスATTS1001ESTについてはZ2548
7;ブラッシカ カンペストリス(B.campest
ris)ESTについてはL35835;ポテトEST
についてはR27543;トウモロコシESTについて
はT70657;CER1に対してN末端相同性を有す
る2種のコメESTについてはD15324及びD22
308;内部相同性を有する2種のコメESTについて
はD40658及びD23996である。4種のコメE
STに対応するcDNAクローンはRice Geno
me Research Program(STATF
Institute、日本国茨城県)のナガムラ ヨ
シアキ氏より贈呈された。D15324及びD2230
8の双方の5’末端をフレームシフト及びオリジナルデ
ーターベース配列において見い出せるその他の遇発的な
誤解読の補正のために再配列決定した。
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【0063】
【配列表】
配列番号:1 5'-GACACTCCTTAGATCTTTTCTTGTAGTG-3'
【0064】配列番号:2 5'-GGAGCATGAGAATTGCAGATACC-3'
【0065】配列番号:3 5'-GGCGTCGTCAGGTGAGTTAAGTGC-3'
【0066】配列番号:4 5'-GGCCTCCGGCAATAGGTTGATG-3'
【0067】配列番号:5 5'-GGTGCTTAGTCTGGGTCTCATG-3'
【0068】配列番号:6 5'-CACAGGAGTGGACATTCACCAGAG-3' 配列番号:7 5'-CGCATGAGTGTGGCACATCCC-3'
【図面の簡単な説明】
【図1】アラビドプシス・サリアナCER1遺伝子の部
分ヌクレオチド配列。
【図2】図1の続き。
【図3】アラビドプシス・サリアナCER1 cDNA
のヌクレオチド配列。
【図4】図3の続き。
【図5】図4の続き。
【図6】アラビドプシス・サリアナCER1遺伝子のプ
ロモーターのヌクレオチド配列。
【図7】図6の続き。
【図8】CER1推定アミノ酸配列及び相同性アミノ酸
配列との対比。 (A)セネシオ・オドルス由来のSOLIPTRB(S
OLIPT)の部分cDNA配列由来の及びアラビドプ
シス由来のATTS1001(AT1001)由来の相
同性アミノ酸配列と対比させたCER1 cDNA(C
ER1)から推定したアミノ酸配列。CER1アミノ酸
配列中の2種の膜スパニング配列に上線を付した。ヒス
チジンリッチモチーフに下線を付した。CER1アミノ
酸配列中の推定グリコシル化アスパラギン残基に表示(
* )をし、そしてcer1::I/dSpm89突然変異
体におけるリーディングフレームを破綻せしめるI/d
Spm89の挿入により生ずる標的部位二量化の箇所に
(↓)をつけた。点はSOLIPTRB及びATTS1
001 cDNAが部分的であることを示し、且つ完全
アミノ酸配列のN末端が欠失していることを示す。 (B)約80個のアミノ酸のN末端鎖。CER1タンパ
ク質と、2種のコメcDNAクローン(D15324及
びD22308)から推定した2種のアミノ酸配列との
間に全体で37.5%の同一性がある。網かけ枠は類似
のアミノ酸残基を示し、同一のアミノ酸残基は太字で示
す。類似の残基は以下のようにグループ分けする:
(V,L,IM),(S,T),(Q,N,E,D),
(K,R),(G,A)及び(F,W,Y)。
【図9】CER1 DNAから推定したアミノ酸配列。
【図10】図9の続き。
───────────────────────────────────────────────────── 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 // C07H 21/04 C12N 5/00 C (C12N 1/21 C12R 1:19) (C12N 5/10 C12R 1:91) (C12N 9/88 C12R 1:19) (C12N 9/88 C12R 1:91) (72)発明者 アンディ ペレイラ オランダ国,6716 ヘーヘー エーディー エー,インディラ ハンディシンヘル 14 (72)発明者 ウィルヘルムス ヨハネス スティーケマ オランダ国,6708 ベーヘー ワーゲニン ゲン,フルットウェイド 197

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 図9〜10に示すアミノ酸配列を含んで
    成るタンパク質又はそれと実質的に相同性であり且つ脂
    肪アルデヒドデカルボニラーゼ活性に関与するタンパク
    質をコードするDNAフラグメント。
  2. 【請求項2】 図3〜5に示すヌクレオチド配列又は相
    同性のヌクレオチド配列を含んで成る請求項1記載のD
    NAフラグメント。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載のDNAフラグメン
    トのプロモーター、ここでこのプロモーターは図6〜7
    に示すヌクレオチド配列を有する、又は相同性DNAフ
    ラグメントのプロモーターを含んで成るDNA配列。
  4. 【請求項4】 請求項1又は2記載のDNAフラグメン
    トを含んで成る組換DNA分子。
  5. 【請求項5】 前記DNAフラグメントが宿主細胞の中
    で前記DNAフラグメントの過剰発現を及ぼすことので
    きるDNA配列と作用可能式に連結されている、請求項
    4記載の組換DNA分子。
  6. 【請求項6】 前記DNAフラグメントの発現を駆動せ
    しめるDNA配列が請求項3において規定するプロモー
    ターである、請求項5記載の組換DNA分子。
  7. 【請求項7】 宿主細胞の中での請求項1又は2におい
    て規定するDNAフラグメントの発現を阻害することの
    できる阻害遺伝子を含んで成る組換DNA分子であっ
    て、この阻害遺伝子がそれを発現させることのできるD
    NA配列と作用可能式に連結されている、組換DNA分
    子。
  8. 【請求項8】 前記阻害遺伝子の発現を駆動するDNA
    配列が請求項3において規定するプロモーターである請
    求項7記載の組換DNA分子。
  9. 【請求項9】 請求項4〜8のいづれか1項記載の組換
    DNA分子を宿主細胞に移入することによって形質転換
    宿主細胞を獲得する方法。
  10. 【請求項10】 請求項5又は6において規定する組換
    DNA分子を細菌宿主細胞に移入する、請求項9記載の
    方法。
  11. 【請求項11】 請求項10記載の方法により得られる
    形質転換細菌細胞。
  12. 【請求項12】 図8〜10に示すアミノ酸配列を含ん
    で成るタンパク質又はそれと実質的に相同性であり且つ
    脂肪アルデヒドデカルボニラーゼ活性に関与するタンパ
    ク質を製造するための方法であって、請求項11記載の
    形質転換細菌細胞を適当な培養培地の中で培養し、そし
    て前記タンパク質を単離することを含んで成る方法。
  13. 【請求項13】 改変エピクチクラ蝋(EW)組成を示
    す形質転換植物を獲得するための方法であって: a)請求項5〜8のいづれか1項記載の組換DNA分子
    を植物細胞に移入する; b)前記組換DNA分子の組込まれた細胞から完全植物
    を発生させる;そして c)改変EW組成を示す植物を選定する;工程を含んで
    成る方法。
  14. 【請求項14】 請求項13記載の方法により得られる
    形質転換植物。
  15. 【請求項15】 請求項14記載の植物から誘導できる
    細胞、果実、種子又は子孫。
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