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JP7094494B2 - Transformed plant of the genus Catharanthus in the family Apocynaceae - Google Patents

Transformed plant of the genus Catharanthus in the family Apocynaceae Download PDF

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JP7094494B2
JP7094494B2 JP2018168132A JP2018168132A JP7094494B2 JP 7094494 B2 JP7094494 B2 JP 7094494B2 JP 2018168132 A JP2018168132 A JP 2018168132A JP 2018168132 A JP2018168132 A JP 2018168132A JP 7094494 B2 JP7094494 B2 JP 7094494B2
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Description

本発明は、キョウチクトウ科ニチニチソウ属の形質転換植物体に関する。特には、野生株に比べてアルカロイドの含有量又は生成量が増大しているキョウチクトウ科ニチニチソウ属の形質転換植物体に関する。 The present invention relates to a transformed plant of the genus Catharanthus in the family Apocynaceae. In particular, it relates to a transformed plant of the genus Catharanthus of the Apocynaceae family, which has an increased alkaloid content or production as compared with a wild strain.

ビンブラスチン、ビンクリスチンなどのビンカアルカロイドは、キョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物から抽出されるモノテルペンインドールアルカロイド(MIA)であり、強力な微小管重合阻害活性を奏することが知られている。また、ホジキン病、悪性リンパ腫等への抗がん剤としても上市されている。 Vinca alkaloids such as vinblastine and vincristine are monoterpene indole alkaloids (MIA) extracted from plants of the genus Catharanthus in the family Apocynaceae, and are known to exhibit strong microtube polymerization inhibitory activity. It is also marketed as an anticancer agent for Hodgkin's disease, malignant lymphoma, etc.

キョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物は、樹木に比べて生育が早く、環境負荷の問題も小さいため、MIA類の生成のための原料として優れているといえる。しかしながら、キョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物の抽出によって得られるアルカロイドの量は微量(ビンカアルカロイドの場合100μg/gFW程度)であるため、当該植物を大量に栽培しなければ今後見込まれる需要の増大に対応することが出来ない。 Plants of the genus Catharanthus in the family Apocynaceae grow faster than trees and have less environmental impact, so they can be said to be excellent as raw materials for the production of MIA. However, since the amount of alkaloids obtained by extracting plants of the genus Catharanthus of the Apocynaceae family is very small (about 100 μg / gFW in the case of vinca alkaloids), it will meet the expected increase in demand unless the plants are cultivated in large quantities. I can't.

キョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物におけるアルカロイドの生成量を増大させる方法として、非特許文献1には、アラビドプシス由来のトリプトファンによるフィードバック阻害に抵抗性を有するアントラニレート合成酵素αサブユニットをグルココルチコイド誘導性プロモーターにより、ニチニチソウの毛状根中で発現させることにより、トリプトファン及びトリプタミンの収量を増大させ、これによりモノテルペンインドールアルカロイド(MIA)の一種であるロクネリシン(lochnericine)の量を増大させることが記載されている。
また、非特許文献2には、ORCA4の過剰発現により、ニチニチソウ毛状根のビンカアルカロイド生合成中間体の蓄積量を増大させることが記載されている(1108頁右欄6~7行)。
As a method for increasing the production of alkaloids in plants of the genus Catharanthus in the family Apocynaceae, Non-Patent Document 1 describes an anthranilate synthase α subunit having resistance to feedback inhibition by tryptophan derived from arabidopsis as a glucocorticoid-inducible promoter. It is described that the expression in the hair root of Madagascar periwinkle increases the yield of tryptophan and tryptamine, thereby increasing the amount of lochnericine, which is a kind of monoterpene indole alkaloid (MIA). There is.
In addition, Non-Patent Document 2 describes that overexpression of ORCA4 increases the accumulation amount of vinca alkaloid biosynthetic intermediates in madagascar periwinkle roots (page 1108, right column, lines 6 to 7).

Hughes et al., Expression of a Feedback-Resistant Anthranilate Synthase in Catharanthus roseus Hairy Roots Provides Evidence for Tight Regulation of Terpenoid Indole Alkaloid Levels, Biotechnology and Bioengineering, Vol. 86, No. 6, June 20, 2004, pp. 718-727Hughes et al., Expression of a Feedback-Resistant Anthranilate Synthase in Catharanthus roseus Hairy Roots Provides Evidence for Tight Regulation of Terpenoid Indole Alkaloid Levels, Biotechnology and Bioengineering, Vol. 86, No. 6, June 20, 2004, pp. 718- 727 Paul et al., A differentially regulated AP2/ERF transcription factor gene cluster acts downstream of a MAP kinase cascade to modulate terpenoid indole alkanoid biosynthesis in Catharanthus roseus, New Phytologist (2017) 213: pp. 1107-1123Paul et al., A differentially regulated AP2 / ERF transcription factor gene cluster acts downstream of a MAP kinase cascade to modulate terpenoid indole alkanoid biosynthesis in Catharanthus roseus, New Phytologist (2017) 213: pp. 1107-1123

しかしながら、非特許文献1及び2のいずれの方法も、導入した遺伝子の発現は1世代限りであり、後代の種子を得て、大量に増殖させることができないという大きな問題がある。また、非特許文献1の方法は、毛状根に限定された発現であり、無菌的な環境でしか増殖できず、さらにはロクネリシン以外のインドールアルカロイド量が有意に増大しないという問題がある(非特許文献1のAbstract)。また、非特許文献2の方法についても、非特許文献1と同様に毛状根に限定された知見であり、ORCA4過剰発現によりアルカロイドの生産効率がある程度向上するものの、今後想定される需要の増大を考えると、その生産効率は未だ十分なものとはいえない。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、外来遺伝子がキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物のゲノムに組みこまれている、形質転換植物体(トランスジェニック植物)を得ることを目的するものである。
また、本発明は、高効率でアルカロイドを生成させることができる形質転換植物体(トランスジェニック植物)を提供することを他の目的とするものである。
However, in any of the methods of Non-Patent Documents 1 and 2, the expression of the introduced gene is limited to one generation, and there is a big problem that the seeds of the progeny cannot be obtained and propagated in large quantities. In addition, the method of Non-Patent Document 1 has a problem that the expression is limited to hairy roots, it can grow only in a sterile environment, and the amount of indole alkaloids other than locnericin does not increase significantly (non-patent). Patent Document 1 Abstract). Further, the method of Non-Patent Document 2 is also a finding limited to hairy roots as in Non-Patent Document 1, and although the production efficiency of alkaloids is improved to some extent by overexpression of ORCA4, the expected increase in demand in the future is also expected. Considering the above, its production efficiency is not yet sufficient.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to obtain a transformed plant (transgenic plant) in which a foreign gene is incorporated into the genome of a plant belonging to the genus Catharanthus in the family Apocynaceae. It is a thing.
Another object of the present invention is to provide a transformed plant (transgenic plant) capable of producing alkaloids with high efficiency.

本発明者らは、鋭意努力の結果、外来遺伝子がキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物のゲノムに組み込まれている形質転換植物体を得ることに成功した。
また、本発明者らは、鋭意努力の結果、トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子がキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物のゲノムに組み込まれた形質転換植物体を用いることにより、高効率でアルカロイドを生成させることができることを見出した。
本発明は、以下の構成を含む。
〔1〕 外来遺伝子がキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物のゲノムに組み込まれている形質転換植物体。
〔2〕 前記外来遺伝子が安定発現している、〔1〕に記載の形質転換植物体。
〔3〕 前記外来遺伝子が、アグロバクテリウム・リゾゲネス(Agrobacterium rhizogenes)及び/又はメロペネムを用いて、前記植物のゲノムに組み込ませた外来遺伝子である、〔1〕又は〔2〕に記載の形質転換植物体。
〔4〕 前記アグロバクテリウム・リゾゲネスが、アグロバクテリウム・リゾゲネスA13株(MAFF210266)である、〔1〕~〔3〕のいずれか1項に記載の形質転換植物体。
〔5〕 前記外来性の遺伝子が、トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子である、〔1〕~〔4〕のいずれか1項に記載の形質転換植物体。
〔6〕 前記外来遺伝子が、大腸菌由来のトリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子である、〔5〕に記載の形質転換植物体。
〔7〕 前記形質転換植物体の単位質量あたりの少なくとも1種のアルカロイドの含有量が、キョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物野生株の単位質量あたりの少なくとも1種のアルカロイドの含有量よりも1.1倍以上多い、〔5〕又は〔6〕に記載の形質転換植物体。
〔8〕 前記アルカロイドが、カタランチン、ビンドリン、アジマリシンから成る群から選択される少なくとも1種である、〔7〕に記載の形質転換植物体。
〔9〕 前記アルカロイドが、カタランチンである、〔7〕に記載の形質転換植物体。
〔10〕 前記トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子が、aroG、trpD及びtrpEからなる群から選択される少なくとも1種を含む、〔5〕~〔9〕のいずれか1項に記載の形質転換植物体。
〔11〕 前記トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子が、少なくとも、
(1)aroG、或いは
(2)trpD及びtrpEの組み合わせ
を含む、〔5〕~〔10〕のいずれか1項に記載の形質転換植物体。
〔12〕 前記トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子が、aroG、trpD及びtrpEを含む、〔5〕~〔11〕のいずれか1項に記載の形質転換植物体。
〔13〕 前記aroGは、フェニルアラニンによる3-デオキシ-D-アラビノ-ヘプツロソン酸-7-リン酸合成酵素のフィードバック制御を抑えるように改変された遺伝子であり、及び/又は、
前記trpEは、トリプトファンによるアントラニル酸合成酵素のフィードバック制御を抑えるように改変された遺伝子である、〔10〕~〔12〕に記載の形質転換植物体。
〔14〕 前記aroGは、配列番号21のDNA配列を有する遺伝子であり、及び/又は
前記trpDは、配列番号22のDNA配列を有する遺伝子であり、及び/又は
前記trpEは、配列番号24のDNA配列を有する遺伝子である、〔10〕~〔13〕のいずれか1項に記載の形質転換植物体。
〔15〕 前記キョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物が、ニチニチソウである、〔1〕~〔14〕のいずれか1項に記載の形質転換植物体。
〔16〕 〔1〕~〔15〕のいずれか1項に記載の形質転換植物体から得られる植物片。
〔17〕 外来遺伝子をキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物に導入する工程、
前記外来遺伝子を導入したキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物がカルスでない場合には、前記遺伝子を導入した植物からカルスを形成させる工程、及び
カルスから根及びシュートを分化させて、形質転換植物体を得る工程を含む、〔1〕~〔15〕のいずれか1項に記載の形質転換植物体の製造方法。
〔18〕 前記外来遺伝子が、トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子である、〔17〕に記載の製造方法。
〔19〕 トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子をキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物に導入する工程、
前記外来遺伝子を導入したキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物がカルスでない場合には、前記遺伝子を導入した植物からカルスを形成させる工程、及び
カルスから根及びシュートを分化させて、形質転換植物体を得る工程
を含む、アルカロイドの製造方法。
〔20〕 アグロバクテリウム・リゾゲネス(Agrobacterium rhizogenes)を用いて前記外来遺伝子をキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物に導入し、且つ
メロペネムを含む培地を用いてカルスから根及びシュートを分化させる、〔17〕~〔19〕のいずれか1項に記載の製造方法。
As a result of diligent efforts, the present inventors have succeeded in obtaining a transformed plant in which a foreign gene is integrated into the genome of a plant belonging to the genus Catharanthus in the family Apocynaceae.
In addition, as a result of diligent efforts, the present inventors have achieved high efficiency by using a transformed plant in which a gene encoding a protein involved in tryptophan biosynthesis is integrated into the genome of a plant belonging to the genus Catharanthus in the family Apocynaceae. We have found that it is possible to generate alkaloids.
The present invention includes the following configurations.
[1] A transformed plant in which a foreign gene is integrated into the genome of a plant belonging to the genus Catharanthus in the family Apocynaceae.
[2] The transformed plant according to [1], wherein the foreign gene is stably expressed.
[3] The transformation according to [1] or [2], wherein the foreign gene is a foreign gene integrated into the genome of the plant using Agrobacterium rhizogenes and / or melopenem. Plant body.
[4] The transformed plant according to any one of [1] to [3], wherein the Agrobacterium resogenes is Agrobacterium rezogenes A13 strain (MAFF210266).
[5] The transformed plant according to any one of [1] to [4], wherein the exogenous gene is a gene encoding a protein involved in tryptophan biosynthesis.
[6] The transformed plant according to [5], wherein the foreign gene is a gene encoding a protein involved in the biosynthesis of tryptophan derived from Escherichia coli.
[7] The content of at least one alkaloid per unit mass of the transformed plant is 1.1 times higher than the content of at least one alkaloid per unit mass of a wild plant strain of the genus Catharanthus in the family Apocynaceae. The transformed plant according to [5] or [6], which is more than that.
[8] The transformed plant according to [7], wherein the alkaloid is at least one selected from the group consisting of catharanthine, bindrin, and ajmalicine.
[9] The transformed plant according to [7], wherein the alkaloid is catharanthine.
[10] The item according to any one of [5] to [9], wherein the gene encoding the protein involved in the biosynthesis of tryptophan contains at least one selected from the group consisting of aroG, trpD and trpE. Transformed plant body.
[11] At least, the gene encoding the protein involved in the biosynthesis of tryptophan is at least.
The transformed plant according to any one of [5] to [10], which comprises (1) aroG or (2) a combination of trpD and trpE.
[12] The transformed plant according to any one of [5] to [11], wherein the gene encoding the protein involved in the biosynthesis of tryptophan contains aroG, trpD and trpE.
[13] The aroG is a gene modified to suppress the feedback control of 3-deoxy-D-arabino-hepturosonic acid-7-phosphate synthase by phenylalanine, and / or.
The transformed plant according to [10] to [12], wherein trpE is a gene modified so as to suppress feedback control of anthranilic acid synthase by tryptophan.
[14] The aroG is a gene having the DNA sequence of SEQ ID NO: 21, and / or the trpD is a gene having the DNA sequence of SEQ ID NO: 22, and / or the trpE is the DNA of SEQ ID NO: 24. The transformed plant according to any one of [10] to [13], which is a gene having a sequence.
[15] The transformed plant according to any one of [1] to [14], wherein the plant belonging to the genus Catharanthus in the family Apocynaceae is Madagascar periwinkle.
[16] A plant piece obtained from the transformed plant according to any one of [1] to [15].
[17] A step of introducing a foreign gene into a plant belonging to the genus Catharanthus in the family Apocynaceae,
When the plant of the Apocynaceae genus Apocynaceae into which the foreign gene has been introduced is not a callus, a step of forming a callus from the plant into which the foreign gene has been introduced, and a step of differentiating roots and shoots from the callus to obtain a transformed plant. The method for producing a transformed plant according to any one of [1] to [15], which comprises.
[18] The production method according to [17], wherein the foreign gene is a gene encoding a protein involved in tryptophan biosynthesis.
[19] A step of introducing a gene encoding a protein involved in tryptophan biosynthesis into a plant belonging to the genus Catharanthus of the Apocynaceae family.
When the plant of the genus Catharanthus in the family Apocynaceae into which the foreign gene has been introduced is not a callus, a step of forming a callus from the plant into which the foreign gene has been introduced, and a step of differentiating roots and shoots from the callus to obtain a transformed plant. How to make alkaloids, including.
[20] The foreign gene is introduced into a plant belonging to the genus Catharanthus of the Apocynaceae family using Agrobacterium rhizogenes, and roots and shoots are differentiated from callus using a medium containing melopenem, [17] to The production method according to any one of [19].

本発明によれば、外来遺伝子がキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物のゲノムに組み込まれている形質転換植物体を提供することができる。また、本発明によれば、高効率でアルカロイドを生産することができる形質転換植物体を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a transformed plant in which a foreign gene is integrated into the genome of a plant belonging to the genus Catharanthus in the family Apocynaceae. Further, according to the present invention, it is possible to provide a transformed plant capable of producing alkaloids with high efficiency.

図1は、ニチニチソウにおけるアルカロイド合成経路を説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an alkaloid synthesis pathway in Madagascar periwinkle. 図2(a)は、本発明の実施例で用いた各ベクターの設計図であり、図2(b)は、図2(a)に示すベクターを複数のニチニチソウの子葉(TG.1~33)に導入した後、当該ベクターに存在するNPTII遺伝子がニチニチソウのゲノム内に取り込まれたかどうかを、NPTII遺伝子特異的プライマーを用いたゲノムPCR解析により確認した結果を示す図である。バンドが確認できた植物は、少なくともNPTII遺伝子がニチニチソウのゲノムに取り込まれたことを意味する。なお、実施例1~10はそれぞれTG.1、TG.8、TG.10、TG.17、TG.25、TG.7、TG.13、TG.2、TG.6、TG.33である。2 (a) is a design drawing of each vector used in the embodiment of the present invention, and FIG. 2 (b) shows the vector shown in FIG. 2 (a) as a plurality of leaflets of Madagascar periwinkle (TG. 1-33). ), It is a figure which shows the result of having confirmed whether or not the NPTII gene present in the vector was incorporated into the genome of Madagascar periwinkle by genome PCR analysis using the NPTII gene-specific primer. Plants with confirmed bands mean that at least the NPTII gene has been incorporated into the genome of Madagascar periwinkle. In addition, in Examples 1 to 10, TG. 1, TG. 8, TG. 10, TG. 17, TG. 25, TG. 7, TG. 13, TG. 2. TG. 6, TG. 33. 図3は、コントロール及び実施例1~5のニチニチソウの葉に含まれる遊離トリプトファン含量(単位質量あたりのトリプトファン含量(μmol))を示す図である(n=3,t-test。*は、P<0.05を意味し,**はP<0.01を意味する)。FIG. 3 is a diagram showing the free tryptophan content (tryptophan content per unit mass (μmol)) contained in the leaves of Madagascar periwinkle and the leaves of Examples 1 to 5 (n = 3, t-test. * Is P. <0.05, ** means P <0.01). 図4は、コントロール及び実施例6~10のニチニチソウの葉に含まれる遊離トリプトファン含量(単位質量あたりのトリプトファン含量(μmol))を示す図である(n=3,t-test。*は、P<0.05を意味し,**はP<0.01を意味する)。FIG. 4 is a diagram showing the free tryptophan content (tryptophan content per unit mass (μmol)) contained in the leaves of Madagascar periwinkle and the leaves of Examples 6 to 10 (n = 3, t-test. * Is P. <0.05, ** means P <0.01). 図5は、コントロール及び実施例1~5のニチニチソウの葉に含まれるアルカロイド(カタランチン、ビンドリン、アジマリシン)含量(単位質量あたりの含量(μg))を示す図である(n=3,t-test。*は、P<0.05を意味し,**はP<0.01を意味する)。FIG. 5 is a diagram showing the alkaloid (catharanthine, bindrin, ajmalicine) content (content per unit mass (μg)) contained in the leaves of Madagascar periwinkle and Examples 1 to 5 (n = 3, t-test). * Means P <0.05, ** means P <0.01). 図6は、コントロール及び実施例6~10のニチニチソウの葉に含まれるアルカロイド(カタランチン、ビンドリン、アジマリシン)含量(単位質量あたりの含量(μg))を示す図である(n=3,t-test。*は、P<0.05を意味し,**はP<0.01を意味する)。FIG. 6 is a diagram showing the alkaloid (catharanthine, bindrin, ajmalicine) content (content per unit mass (μg)) contained in the leaves of Madagascar periwinkle and Examples 6 to 10 (n = 3, t-test). * Means P <0.05, ** means P <0.01). 図7は、大腸菌由来のaroG遺伝子のDNA配列である。FIG. 7 is a DNA sequence of the aroG gene derived from Escherichia coli. 図8は、大腸菌由来のaroG遺伝子を改変したaroG4遺伝子のDNA配列である。FIG. 8 is a DNA sequence of the aroG4 gene obtained by modifying the aroG gene derived from Escherichia coli. 図9は、大腸菌由来のtrpD遺伝子のDNA配列である。FIG. 9 is a DNA sequence of the trpD gene derived from Escherichia coli. 図10は、大腸菌由来のtrpE遺伝子のDNA配列である。FIG. 10 is a DNA sequence of the trpE gene derived from Escherichia coli. 図11は、大腸菌由来のtrpE遺伝子を改変したtrpE8遺伝子のDNA配列である。FIG. 11 is a DNA sequence of the trpE8 gene obtained by modifying the trpE gene derived from Escherichia coli. 図12は、ニチニチソウ由来のアルドラーゼのクロロプラスト(葉緑体)移行シグナルのDNA配列である。FIG. 12 is a DNA sequence of a chloroplast (chloroplast) transfer signal of aldolase derived from Madagascar periwinkle. 図13は、タバコ由来のNt-JAT2遺伝子のDNA配列である。FIG. 13 is a DNA sequence of the Nt-JAT2 gene derived from tobacco.

<<I.第1の態様>>
本発明の第1の態様は、外来遺伝子がキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物のゲノムに組み込まれている形質転換植物体である。好ましくは、外来遺伝子がキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物に遺伝子導入され、当該外来遺伝子が植物のゲノムに組み込まれている形質転換植物体である。
本明細書及び特許請求の範囲において、「形質転換植物体」とは、植物ゲノムに組み込まれた外来遺伝子の発現により、遺伝的形質が変化した植物個体をいう。従って、導入された外来遺伝子が植物ゲノムには組み込まれていない植物個体は、本発明の形質転換植物体に含まれない。また、外来遺伝子が単に葉、茎、根などに導入されただけの植物片も、植物個体ではないため、本発明の形質転換植物体に含まれない。
本発明の形質転換植物体は植物個体であるため、生殖能力(有性生殖能力)を有し、植物ゲノムに組み込まれた外来遺伝子が次世代にも受け継がれるという優れた利点を有する。
他方、外来遺伝子が植物ゲノムには組み込まれていない植物個体は、外来遺伝子が次世代に受け継がれない。また、外来遺伝子が葉、茎又は根などに導入された植物片についても、生殖能力を有さないため、外来遺伝子が次世代に受け継がれない。
本明細書及び特許請求の範囲において、植物ゲノムに組み込まれる「外来遺伝子」とは、当該植物に内在する遺伝子とは異なる遺伝子、或いは当該植物に内在する遺伝子と同一の遺伝子であるが当該植物外から導入される遺伝子をいう。外来遺伝子としては、当該植物に内在する遺伝子とは異なる遺伝子であることが好ましく、当該植物とは異なる生物(植物、動物、微生物など)由来の遺伝子であることがより好ましい。ここで、外来遺伝子が植物に内在する遺伝子と同一であるとは、外来遺伝子の発現により得られるタンパク質のアミノ酸配列が、組み込まれる植物に内在する遺伝子の発現により得られるタンパク質のアミノ酸配列と同一であるものを指す。外来遺伝子が植物に内在する遺伝子と異なるとは、外来遺伝子の発現により得られるタンパク質のアミノ酸配列が、組み込まれる植物に内在する遺伝子の発現により得られるタンパク質のアミノ酸配列と異なるものを指す。
<< I. First aspect >>
The first aspect of the present invention is a transformed plant in which a foreign gene is integrated into the genome of a plant belonging to the genus Catharanthus in the family Apocynaceae. Preferably, it is a transformed plant in which a foreign gene is introduced into a plant belonging to the genus Catharanthus of the Apocynaceae family and the foreign gene is integrated into the genome of the plant.
As used herein and in the claims, "transformed plant" refers to an individual plant whose genetic trait has changed due to the expression of a foreign gene integrated into the plant genome. Therefore, an individual plant in which the introduced foreign gene is not integrated into the plant genome is not included in the transformed plant of the present invention. Further, a plant piece in which a foreign gene is simply introduced into leaves, stems, roots, etc. is not included in the transformed plant of the present invention because it is not an individual plant.
Since the transformed plant of the present invention is an individual plant, it has fertility (sexual fertility) and has an excellent advantage that the foreign gene integrated into the plant genome is passed on to the next generation.
On the other hand, in plant individuals in which the foreign gene is not integrated into the plant genome, the foreign gene is not passed on to the next generation. Further, even a plant piece in which a foreign gene is introduced into a leaf, a stem, a root, or the like does not have fertility, so that the foreign gene cannot be passed on to the next generation.
In the present specification and the scope of the patent claim, the "foreign gene" integrated into the plant genome is a gene different from the gene endogenous to the plant, or the same gene as the gene endogenous to the plant, but outside the plant. A gene introduced from. The foreign gene is preferably a gene different from the gene inherent in the plant, and more preferably a gene derived from an organism (plant, animal, microorganism, etc.) different from the plant. Here, the fact that the foreign gene is the same as the gene endogenous to the plant means that the amino acid sequence of the protein obtained by the expression of the foreign gene is the same as the amino acid sequence of the protein obtained by the expression of the gene endogenous to the integrated plant. Refers to something. The term "foreign gene is different from the gene endogenous to the plant" means that the amino acid sequence of the protein obtained by the expression of the foreign gene is different from the amino acid sequence of the protein obtained by the expression of the gene endogenous to the integrated plant.

本発明の形質転換植物体は、外来遺伝子が、アグロバクテリウム・リゾゲネス(Agrobacterium rhizogenes)及び/又はメロペネムを用いて当該植物のゲノムに組み込まれていることが好ましい。アグロバクテリウム・リゾゲネスは、アグロバクテリウム属(リゾビウム属)に属する細菌(グラム陰性菌)の一種である。本発明の形質転換植物体は、例えば、外来遺伝子を含むベクターを有する細菌をキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物に感染させることにより得ることができるが、当該細菌としてアグロバクテリウム・リゾゲネスを用いることにより、外来遺伝子が安定的に発現する形質転換植物体が得やすくなる。アグロバクテリウム・リゾゲネス細菌としては、アグロバクテリウム・リゾゲネスA13株(農業生物資源ジーンバンクに登録番号MAFF210266として寄託されている株(野生株))であることが好ましい。
メロペネムは、抗細菌作用を有するカルバペネム系抗生物質製剤の一種である。メロペネムを用いることにより、外来遺伝子が安定的に発現する形質転換植物体が得やすくなる。その理由は定かではないが、メロペネムを用いると、外来性遺伝子を含む細菌をキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物に感染させた後の細菌の増殖を適度に抑えることができ、さらに、植物の生育に対する影響も少ないため、植物の生育が旺盛となり、細菌増殖による植物の死滅率を低減させることが、影響しているのではないかと推察される。
The transformed plant of the present invention preferably has a foreign gene integrated into the genome of the plant using Agrobacterium rhizogenes and / or melopenem. Agrobacterium risogenes is a type of bacterium (gram-negative bacterium) belonging to the genus Agrobacterium (genus Rhizobium). The transformed plant of the present invention can be obtained, for example, by infecting a plant of the genus Catharanthus of the Apocynaceae family with a bacterium having a vector containing a foreign gene, and by using Agrobacterium lysogenes as the bacterium. It becomes easy to obtain a transformed plant in which a foreign gene is stably expressed. As the Agrobacterium resogenes bacterium, it is preferable that the Agrobacterium resogenes A13 strain (a strain (wild strain) deposited under the Agricultural Bioresource Gene Bank under the registration number MAFF210266).
Meropenem is a kind of carbapenem antibiotic preparation having antibacterial activity. By using meropenem, it becomes easy to obtain a transformed plant in which a foreign gene is stably expressed. Although the reason is not clear, the use of melopenem can moderately suppress the growth of bacteria after infecting a plant of the genus Catharanthus of the Apocynaceae family with a bacterium containing an exogenous gene, and further, the effect on the growth of the plant. Since there are few plants, it is speculated that the growth of plants is vigorous and the rate of plant mortality due to bacterial growth is reduced.

外来遺伝子としては、特に制限はなく、トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子、イソプレノイド生合成系に関与するタンパク質をコードする遺伝子、ビンカアルカロイド生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子、さらに、これらの代謝系を調節する転写因子などが挙げられる。これらの中でも、トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子であることが好ましい。すなわち、本発明の第1の態様は、トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子がキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物のゲノムに組み込まれた形質転換植物体であることが好ましい。 The foreign gene is not particularly limited, and is a gene encoding a protein involved in tryptophan biosynthesis, a gene encoding a protein involved in the isoprenoid biosynthesis system, a gene encoding a protein involved in binca alkaloid biosynthesis, and further. , Transcription factors that regulate these metabolic systems, and the like. Among these, a gene encoding a protein involved in tryptophan biosynthesis is preferable. That is, the first aspect of the present invention is preferably a transformed plant in which a gene encoding a protein involved in tryptophan biosynthesis is integrated into the genome of a plant belonging to the genus Catharanthus in the family Apocynaceae.

植物体内におけるトリプトファン(L-トリプトファン)の生合成経路について説明する。L-トリプトファンは、芳香族アミノ酸の共通中間物質であるコリスミ酸から生合成される。ホスホエノールピルビン酸及びD-エリトロース-4-リン酸から始まる共同のシキミ酸経路を経て生成されたコリスミ酸にトリプトファンオペロンであるtrpEDCBAが合成する5種類の酵素が作用してL-トリプトファンが生合成される。まず、アントラニル酸合成酵素(TrpE-TrpD重合体)がコリスミ酸に作用してアントラニル酸を合成し、その後、アントラニル酸ホスホリボシル転移酵素(TrpD)が作用してホスホリボシルアントラニル酸を合成する。次いで、ホスホリボシルアントラニル酸異性化酵素(TrpC)およびインドール-3-グリセロールリン酸合成酵素(TrpC)が作用してインドール-3-グリセロールリン酸を合成し、ここにトリプトファン合成酵素(TrpB-TrpA重合体)が作用してL-トリプトファン合成が完成する(Bonggaerts et al.,MetabEng,3,289-300,2001)。
このように、トリプトファンの生合成には、種々のタンパク質(酵素)が関与しており、生体内におけるこれらの酵素の量を増やすことにより、トリプトファンの合成量を増大させることができる。
また、トリプトファンは、その合成量が増大すると、アントラニル酸合成酵素のαサブユニット(TrpE)にトリプトファンが結合することによって負のフィードバック制御を行うことが知られている。従って、アントラニル酸合成酵素のαサブユニット(trpE)を、トリプトファンと結合できないよう改変することによって、トリプトファンの合成量を更に増大させることができる。
The biosynthetic pathway of tryptophan (L-tryptophan) in the plant body will be described. L-Tryptophan is biosynthesized from chorismic acid, a common intermediate in aromatic amino acids. L-tryptophan is biosynthesized by the action of five enzymes synthesized by the tryptophan operon trpEDCBA on chorismic acid produced via a joint shikimate pathway starting with phosphoenolpyruvate and D-erythrose-4-phosphate. Will be done. First, anthranilic acid synthase (TrpE-TrpD polymer) acts on chorismic acid to synthesize anthranilic acid, and then anthranilic acid phosphoribosyltransferase (TrpD) acts to synthesize anthranilic acid. Then, phosphorribosyl anthranilic acid isomerization enzyme (TrpC) and indole-3-glycerol phosphate synthase (TrpC) act to synthesize indole-3-glycerol phosphate, which is here with tryptophan synthase (TrpB-TrpA weight). L-tryptophan synthesis is completed (Bonggaerts et al., MetabEng, 3,289-300, 2001).
As described above, various proteins (enzymes) are involved in the biosynthesis of tryptophan, and the amount of tryptophan synthesized can be increased by increasing the amount of these enzymes in the living body.
Further, it is known that when the amount of tryptophan synthesized increases, tryptophan binds to the α subunit (TrpE) of anthranilic acid synthase to perform negative feedback control. Therefore, the amount of tryptophan synthesized can be further increased by modifying the α subunit (trpE) of the anthranilic acid synthase so that it cannot bind to tryptophan.

<1.トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子>
トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子としては、アントラニル酸合成酵素(trpE)、ホスホグリセリン酸デヒドロゲナーゼ(serA)、3-デオキシ-D-アラビノヘプツロン酸-7-リン酸合成酵素(aroG)、3-デヒドロカイネート合成酵素(aroB)、シキミ酸デヒドロゲナーゼ(aroE)、シキミ酸キナーゼ(aroL)、5-エノイルピルビニルシキミ酸-3-リン酸合成酵素(aroA)、コリスミ酸合成酵素(aroC)、プレフェン酸デヒドラターゼ、コリスミ酸ムターゼ(pheA)及びトリプトファン合成酵素(trpA,trpB)、ホスホリボシルアントラニル酸異性化酵素(TrpC)、インドール-3-グリセロールリン酸合成酵素(TrpC)アントラニル酸ホスホリボシル転移酵素(TrpD)をコードする遺伝子が挙げられる。なお、これらの遺伝子は、当該遺伝子がコードするタンパク質(酵素)の酵素活性が大きくなるように改変されていてもよい。また、トリプトファンとの結合により負のフィードバック制御を受けることが知られているアントラニル酸合成酵素のαサブユニット(trpE)やフェニルアラニンとの結合により負のフィードバック制御を受けることが知られている3-デオキシ-D-アラビノヘプツロン酸-7-リン酸合成酵素(aroG)をコードする遺伝子は、当該負のフィードバック制御が低減される改変や当該制御が解除されるように改変が施されていてもよい。トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子は、1種類の遺伝子であってもよく、2種類以上の遺伝子であってもよい。
<1. Genes encoding proteins involved in tryptophan biosynthesis>
Genes encoding proteins involved in tryptophan biosynthesis include anthranilic acid synthase (trpE), phosphoglycerate dehydrogenase (serA), and 3-deoxy-D-arabinohepturonic acid-7-phosphate synthase ( aroG), 3-dehydrokinate synthase (aroB), shikimic acid dehydrogenase (aroE), shikimic acid kinase (aroL), 5-enoylpyrrovinyl shikimic acid-3-phosphate synthase (aroA), chorismate synthesis Enzyme (aroC), prefenate dehydratase, chorismate mutase (pheA) and tryptophan synthase (trpA, trpB), phosphoribosyl anthranilic acid isomerase (TrpC), indol-3-glycerol phosphate synthase (TrpC) anthranyl acid Examples include the gene encoding the phosphoribosyl transferase (TrpD). In addition, these genes may be modified so that the enzyme activity of the protein (enzyme) encoded by the gene becomes large. In addition, it is known that it receives negative feedback control by binding to tryptophan and α-subunit (trpE) of anthranyl acid synthase, which is known to receive negative feedback control, and it is known to receive negative feedback control by binding to phenylalanine. The gene encoding deoxy-D-arabinohepturonic acid-7-phosphate synthase (aroG) has been modified to reduce or release the negative feedback control. It is also good. The gene encoding the protein involved in tryptophan biosynthesis may be one type of gene or two or more types of genes.

これらの中でも、トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子としては、aroG、trpD及びtrpE遺伝子から選択される少なくとも1種を含むことが好ましく、trpD遺伝子及びtrpE遺伝子の組み合わせ及び/又はaroG遺伝子を含むことがより好ましく、aroG、trpD及びtrpE遺伝子を含むことがさらにより好ましい。また、trpE遺伝子は、トリプトファンによるアントラニル酸合成酵素のフィードバック制御を抑えるように改変されたtrpE遺伝子であってもよい。aroG遺伝子は、フェニルアラニンによる3-デオキシ-D-アラビノ-ヘプツロソン酸-7-リン酸合成酵素のフィードバック制御を抑えるように改変されたaroG遺伝子であってもよい。
また、トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子は、大腸菌由来の当該遺伝子であることが好ましい。
以下、aroG、trpD及びtrpE遺伝子について説明する。
Among these, the gene encoding the protein involved in tryptophan biosynthesis preferably contains at least one selected from the aroG, trpD and trpE genes, and is preferably a combination of the trpD gene and the trpE gene and / or the aroG gene. Is more preferably included, and even more preferably to include the aroG, trpD and trpE genes. Further, the trpE gene may be a trpE gene modified so as to suppress the feedback control of anthranilic acid synthase by tryptophan. The aroG gene may be an aroG gene modified to suppress the feedback control of 3-deoxy-D-arabino-hepturosonic acid-7-phosphate synthase by phenylalanine.
The gene encoding the protein involved in tryptophan biosynthesis is preferably the gene derived from Escherichia coli.
Hereinafter, the aroG, trpD and trpE genes will be described.

(aroG遺伝子)
aroGは、トリプトファン生合成時の芳香族アミノ酸の第一前駆体3-デオキシ―D-アラビノヘプツロン酸7リン酸(NAHP)の合成に関与する酵素、すなわち、3-デオキシ-7-ホスホヘプツロン酸合成酵素(AroG)をコードする遺伝子である。当該酵素の作用により、ホスホエノールピルビン酸とD-エリトロース4-リン酸からNAHPが合成され、さらにNAHPはいくつかの代謝過程を経てコリスミン酸に代謝されることにより、最終的にトリプトファンの生合成量が増大する。当該酵素をコードする遺伝子(aroG)を有する生物としては、大多数の植物、微生物が該当し、例えば、E.coli ,Corynebacterium glutamicum, Bacilus subtils, Arabidopsis thaliana, Oryza sativa等が挙げられる。本発明において、aroG遺伝子は、植物由来及び/又は微生物由来のaroG遺伝子であってよい。好ましくは、aroG遺伝子は、大腸菌(E.coli)由来の遺伝子である。
本明細書及び特許請求の範囲において、aroG遺伝子は、当該遺伝子を発現して得られるタンパク質が3-デオキシ-7-ホスホヘプツロン酸合成酵素として機能する限りにおいて、変異を有していてもよい。aroG遺伝子は、上記植物又は微生物のいずれか(好ましくはE.coli)が有するaroG遺伝子と90%以上の相同性を有することが好ましく、当該配列と95%以上の相同性を有することがより好ましく、当該配列と98%以上の相同性を有することが好ましく、当該配列と99%以上の相同性を有することがさらにより好ましく、当該配列と100%の相同性を有していてもよい。
上記aroGの変異遺伝子としては、フェニルアラニンによるフィードバック制御が解除されるように改変されていても改変されていなくてもよいが、改変されているものが好ましい。当該変異遺伝子を用いることにより、トリプトファンの生合成量が増えても負のフィードバック制御が起こらないため、トリプトファンの生合成量を更に増大させることができる。このようなaroG遺伝子としては、aroG4遺伝子、aroG15遺伝子などが知られている。aroG4遺伝子については、APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGYFeb.1997,p.761-762を参照することが出来る。aroG15遺伝子についても、同様に参照することが出来る。
aroG遺伝子としては、大腸菌由来の配列番号20又は21に示すDNA配列と90%以上の相同性を有するDNA配列を有する遺伝子であることが好ましく、当該配列と95%以上の相同性を有するDNA配列を有する遺伝子であることがより好ましく、当該配列と98%以上の相同性を有するDNA配列を有する遺伝子であることがさらにより好ましく、当該配列と99%以上の相同性を有するDNA配列を有する遺伝子であることがさらにより好ましく、当該配列と99.5%以上の相同性を有するDNA配列を有する遺伝子であることがさらにより好ましく、当該配列と99.9%以上の相同性を有するDNA配列を有する遺伝子であることがさらにより好ましく、配列番号20又は21に示すDNA配列を有する遺伝子であることがさらにより好ましく、配列番号21(aroG4)に示すDNA配列を有する遺伝子であることが最も好ましい。
(AroG gene)
aroG is an enzyme involved in the synthesis of 3-deoxy-D-arabinohepturonic acid 7 phosphate (NAHP), the first precursor of aromatic amino acids during tryptophan biosynthesis, that is, 3-deoxy-7-phosphohepturonic acid. It is a gene encoding a synthase (AroG). By the action of the enzyme, NAHP is synthesized from phosphoenolpyruvate and D-erythrose 4-phosphate, and NAHP is metabolized to chorismic acid through several metabolic processes, and finally tryptophan biosynthesis. The amount increases. Examples of organisms having a gene (aroG) encoding the enzyme correspond to the majority of plants and microorganisms, and examples thereof include E. coli, Corynebacterium glutamicum, Bacilus subtils, Arabidopsis thaliana, Oryza sativa and the like. In the present invention, the aroG gene may be a plant-derived and / or a microorganism-derived aroG gene. Preferably, the aroG gene is a gene derived from E. coli.
In the present specification and claims, the aroG gene may have a mutation as long as the protein obtained by expressing the gene functions as a 3-deoxy-7-phosphohepturonic acid synthase. The aroG gene preferably has 90% or more homology with the aroG gene possessed by any of the above plants or microorganisms (preferably E. coli), and more preferably 95% or more homology with the sequence. , 98% or more homology with the sequence is preferable, 99% or more homology with the sequence is even more preferable, and 100% homology with the sequence may be obtained.
The mutant gene of aroG may or may not be modified so as to release the feedback control by phenylalanine, but a modified gene is preferable. By using the mutant gene, even if the amount of tryptophan biosynthesis increases, negative feedback control does not occur, so that the amount of tryptophan biosynthesis can be further increased. As such aroG gene, aroG4 gene, aroG15 gene and the like are known. For the aroG4 gene, see APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOROGYFeb. 1997, p. You can refer to 761-762. The aroG15 gene can be referred to in the same manner.
The aroG gene is preferably a gene having a DNA sequence having 90% or more homology with the DNA sequence shown in SEQ ID NO: 20 or 21 derived from Escherichia coli, and a DNA sequence having 95% or more homology with the sequence. It is more preferable that the gene has a DNA sequence having 98% or more homology with the sequence, and it is even more preferable that the gene has a DNA sequence having 99% or more homology with the sequence. It is even more preferable that the gene has a DNA sequence having 99.5% or more homology with the sequence, and the DNA sequence having 99.9% or more homology with the sequence is even more preferable. It is even more preferably a gene having the DNA sequence, further preferably a gene having the DNA sequence shown in SEQ ID NO: 20 or 21, and most preferably a gene having the DNA sequence shown in SEQ ID NO: 21 (aroG4).

(trpD遺伝子)
trpDは、アントラニル酸ホスホリボシルトランスフェラーゼ(TrpD)をコードする遺伝子である。当該酵素の作用により、アントラニル酸と5-ホスホリボシル二リン酸からピロリン酸とアントラニル酸が合成され、合成されたアントラニル酸がいくつかの代謝過程を経て代謝され、最終的にトリプトファンの生合成量が増大する。当該遺伝子を有する生物としては、大多数の植物、微生物が該当し、例えば、E.coli ,Corynebacterium glutamicum, Bacilus subtils, Arabidopsis thaliana, Oryza sativa等が挙げられる。本発明において、trpD遺伝子は、植物及び/又は微生物由来のtrpD遺伝子であってよい。好ましくは、trpD遺伝子は、大腸菌(E.coli)由来の遺伝子である。
本明細書及び特許請求の範囲において、trpD遺伝子は、当該遺伝子を発現して得られるタンパク質がアントラニル酸ホスホリボシルトランスフェラーゼとして機能する限りにおいて、変異を有していてもよい。trpD遺伝子は、上記植物又は微生物のいずれか(好ましくはE.coli)が有するtrpD遺伝子と90%以上の相同性を有することが好ましく、当該配列と95%以上の相同性を有することがより好ましく、当該配列と98%以上の相同性を有することが好ましく、当該配列と99%以上の相同性を有することがさらにより好ましく、当該配列と100%の相同性を有していてもよい。
trpD遺伝子としては、大腸菌由来の配列番号22に示すDNA配列と90%以上の相同性を有するDNA配列を有する遺伝子であることが好ましく、当該配列と95%以上の相同性を有するDNA配列を有する遺伝子であることがより好ましく、当該配列と98%以上の相同性を有するDNA配列を有する遺伝子であることがさらにより好ましく、当該配列と99%以上の相同性を有するDNA配列を有する遺伝子であることがさらにより好ましく、当該配列と99.5%以上の相同性を有するDNA配列を有する遺伝子であることがさらにより好ましく、当該配列と99.9%以上の相同性を有するDNA配列を有する遺伝子であることがさらにより好ましく、配列番号22に示すDNA配列を有する遺伝子であることが最も好ましい。
(TrpD gene)
trpD is a gene encoding anthranilic acid phosphoribosyltransferase (TrpD). By the action of the enzyme, anthranilic acid and 5-phosphoribosyl diphosphate are synthesized from anthranilic acid and anthranilic acid, and the synthesized anthranilic acid is metabolized through several metabolic processes, and finally the amount of tryptophan biosynthesis is increased. Increase. Examples of organisms having the gene correspond to the majority of plants and microorganisms, and examples thereof include E. coli, Corynebacterium glutamicum, Bacilus subtils, Arabidopsis thaliana, and Oryza sativa. In the present invention, the trpD gene may be a trpD gene derived from a plant and / or a microorganism. Preferably, the trpD gene is a gene derived from E. coli.
As far as the present specification and claims are concerned, the trpD gene may have a mutation as long as the protein obtained by expressing the gene functions as an anthranilic acid phosphoribosyl transferase. The trpD gene preferably has 90% or more homology with the trpD gene possessed by either of the above plants or microorganisms (preferably E. coli), and more preferably 95% or more homology with the sequence. , 98% or more homology with the sequence is preferable, 99% or more homology with the sequence is even more preferable, and 100% homology with the sequence may be obtained.
The trpD gene is preferably a gene having a DNA sequence having 90% or more homology with the DNA sequence shown in SEQ ID NO: 22 derived from Escherichia coli, and has a DNA sequence having 95% or more homology with the sequence. It is more preferably a gene, and even more preferably a gene having a DNA sequence having 98% or more homology with the sequence, and a gene having a DNA sequence having 99% or more homology with the sequence. It is even more preferable that the gene has a DNA sequence having 99.5% or more homology with the sequence, and the gene has a DNA sequence having 99.9% or more homology with the sequence. Is even more preferable, and the gene having the DNA sequence shown in SEQ ID NO: 22 is most preferable.

(trpE遺伝子)
trpE遺伝子は、アントラニル酸シンターゼのαサブユニット(TrpE)をコードする遺伝子である。当該酵素の作用により、コリスミン酸とグルタミンからアントラニル酸とグルタミン酸、ピルビン酸が合成され、合成されたアントラニル酸がいくつかの代謝過程を経て代謝されることにより、最終的にトリプトファンの生合成量が増大する。当該遺伝子を有する生物としては、大多数の植物、微生物が該当し、例えば、E.coli ,Corynebacterium glutamicum, Bacilus subtils, Arabidopsis thaliana, Oryza sativa等が挙げられる。本発明において、trpE遺伝子は、植物及び/又は微生物由来のtrpE遺伝子であってよい。好ましくは、trpE遺伝子は、大腸菌(E.coli)由来の遺伝子である。
本明細書及び特許請求の範囲において、trpE遺伝子は、当該遺伝子を発現して得られるタンパク質がアントラニル酸シンターゼのαサブユニットとして機能し、βサブユニットとともにアントラニル酸シンターゼとしての作用を奏する限りにおいて、変異を有していてもよい。trpE遺伝子は、上記植物又は微生物のいずれか(好ましくはE.coli)が有するtrpE遺伝子と90%以上の相同性を有することが好ましく、当該配列と95%以上の相同性を有することがより好ましく、当該配列と98%以上の相同性を有することが好ましく、当該配列と99%以上の相同性を有することがさらにより好ましく、当該配列と100%の相同性を有していてもよい。
上記trpEの変異遺伝子は、トリプトファンによるアントラニル酸合成酵素のフィードバック制御を抑えるように改変されていても改変されていなくてもよいが、改変されているものが好ましい。このようなtrpE遺伝子としては、trpE8遺伝子、TRP4などが知られている。trpE8遺伝子については、WO94/08031、特表平7-507693号を参照することが出来る。TRP4遺伝子については、THE PLANT CELL1993 VOL5、p1011-1027を参照することが出来る。
trpE遺伝子としては、大腸菌由来の配列番号23又は24に示すDNA配列と90%以上の相同性を有するDNA配列を有する遺伝子であることが好ましく、当該配列と95%以上の相同性を有するDNA配列を有する遺伝子であることがより好ましく、当該配列と98%以上の相同性を有するDNA配列を有する遺伝子であることがさらにより好ましく、当該配列と99%以上の相同性を有するDNA配列を有する遺伝子であることがさらにより好ましく、当該配列と99.5%以上の相同性を有するDNA配列を有する遺伝子であることがさらにより好ましく、当該配列と99.9%以上の相同性を有するDNA配列を有する遺伝子であることがさらにより好ましく、配列番号23又は24に示すDNA配列を有する遺伝子であることがさらにより好ましく、配列番号24に示すDNA配列を有する遺伝子(trpE8)であることが最も好ましい。
(TrpE gene)
The trpE gene is a gene encoding the alpha subunit (TrpE) of anthranilate synthase. By the action of the enzyme, anthranilic acid, glutamic acid, and pyruvic acid are synthesized from corismic acid and glutamine, and the synthesized anthranilic acid is metabolized through several metabolic processes, so that the amount of tryptophan biosynthesis is finally increased. Increase. Examples of organisms having the gene correspond to the majority of plants and microorganisms, and examples thereof include E. coli, Corynebacterium glutamicum, Bacilus subtils, Arabidopsis thaliana, and Oryza sativa. In the present invention, the trpE gene may be a trpE gene derived from a plant and / or a microorganism. Preferably, the trpE gene is a gene derived from E. coli.
In the present specification and claims, the trpE gene is used as long as the protein obtained by expressing the gene functions as an α subunit of anthranilate synthase and acts as an anthranilate synthase together with the β subunit. It may have a mutation. The trpE gene preferably has 90% or more homology with the trpE gene possessed by either of the above plants or microorganisms (preferably E. coli), and more preferably 95% or more homology with the sequence. , 98% or more homology with the sequence is preferable, 99% or more homology with the sequence is even more preferable, and 100% homology with the sequence may be obtained.
The above-mentioned mutant gene of trpE may or may not be modified so as to suppress the feedback control of anthranilic acid synthase by tryptophan, but the modified gene is preferable. As such trpE gene, trpE8 gene, TRP4 and the like are known. For the trpE8 gene, WO94 / 08031, No. 7-507693 can be referred to. For the TRP4 gene, THE PLANT CELL 1993 VOL5, p1011-1827 can be referred to.
The trpE gene is preferably a gene having a DNA sequence having 90% or more homology with the DNA sequence shown in SEQ ID NO: 23 or 24 derived from Escherichia coli, and a DNA sequence having 95% or more homology with the sequence. It is more preferable that the gene has a DNA sequence having 98% or more homology with the sequence, and it is even more preferable that the gene has a DNA sequence having 99% or more homology with the sequence. It is even more preferable that the gene has a DNA sequence having 99.5% or more homology with the sequence, and the DNA sequence having 99.9% or more homology with the sequence is even more preferable. It is even more preferably a gene having the DNA sequence, further preferably a gene having the DNA sequence shown in SEQ ID NO: 23 or 24, and most preferably a gene having the DNA sequence shown in SEQ ID NO: 24 (trpE8).

<2.アルドラーゼのクロロプラストへの移行シグナル配列をコードするDNA配列>
本発明の形質転換植物体は、ゲノムに組み込まれているトリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子が、ニチニチソウ由来のアルドラーゼのクロロプラスト(葉緑体)への移行シグナル配列をコードするDNA配列と連結されていてもよい。当該シグナル配列をコードするDNA配列は、トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする各遺伝子の5’末端側に連結されていることが好ましい。当該シグナル配列を有することにより、発現したタンパク質がクロロプラスト内に輸送されやすくなる。トリプトファンはクロロプラスト内で合成されるため、当該シグナル配列を有することにより、トリプトファンの合成量を増大させることができる。アルドラーゼのクロロプラストへの移行シグナル配列をコードするDNA配列は、配列番号25に示すDNA配列と90%以上の相同性を有するDNA配列を含むことが好ましく、当該配列と95%以上の相同性を有するDNA配列を含むことがより好ましく、当該配列と98%以上の相同性を有するDNA配列を含むことがさらにより好ましく、当該配列と99%以上の相同性を有するDNA配列を含むことがさらにより好ましく、当該配列と99.5%以上の相同性を有するDNA配列を含むことがさらにより好ましく、当該配列と99.9%以上の相同性を有するDNA配列を含むことがさらにより好ましく、配列番号25に示すDNA配列を含むことがさらにより好ましく、配列番号25に示すDNA配列であることが最も好ましい。
また、シグナル配列をコードするDNA配列は、トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする各遺伝子の5’末端側に連結されており且つ終止コドンを有さないことが好ましい。終止コドンを有さないことにより、シグナル配列とトリプトファンの生合成に関与するタンパク質が1つのタンパク質として発現されるため、N末端のシグナル配列を通じてトリプトファンの生合成に関与するタンパク質がクロロプラストに移行されることになる。
<2. DNA sequence encoding the signal sequence for the transfer of aldolase to chloroplast>
In the transformed plant of the present invention, the gene encoding the protein involved in the biosynthesis of tryptophan integrated into the genome is the DNA encoding the transfer signal sequence of aldolase derived from Nichinichisou to chloroplast (chloroplast). It may be concatenated with an array. The DNA sequence encoding the signal sequence is preferably linked to the 5'end side of each gene encoding a protein involved in tryptophan biosynthesis. Having the signal sequence facilitates the transport of the expressed protein into the chloroplast. Since tryptophan is synthesized in chloroplast, the amount of tryptophan synthesized can be increased by having the signal sequence. The DNA sequence encoding the transfer signal sequence of aldolase to chloroplast preferably contains a DNA sequence having 90% or more homology with the DNA sequence shown in SEQ ID NO: 25, and has 95% or more homology with the sequence. It is more preferable to include a DNA sequence having, further preferably to contain a DNA sequence having 98% or more homology with the sequence, and even more preferably to include a DNA sequence having 99% or more homology with the sequence. It is even more preferable to include a DNA sequence having 99.5% or more homology with the sequence, and even more preferably to contain a DNA sequence having 99.9% or more homology with the sequence. It is even more preferable to include the DNA sequence shown in SEQ ID NO: 25, and most preferably the DNA sequence shown in SEQ ID NO: 25.
Further, it is preferable that the DNA sequence encoding the signal sequence is linked to the 5'end side of each gene encoding a protein involved in tryptophan biosynthesis and has no stop codon. By not having a termination codon, the signal sequence and the protein involved in tryptophan biosynthesis are expressed as one protein, so that the protein involved in tryptophan biosynthesis is transferred to chloroplast through the N-terminal signal sequence. Will be.

<3.Nt-JAT2遺伝子>
Nt-JAT2(Nicotiana tabacum jasmonate-inducible alkaloid transporter 2)遺伝子は、タバコの培養細胞より単離された、ニコチンアルカロイドを液胞に輸送する働きを有する液胞局在型アルカロイドトランスポーターである。
本発明の形質転換植物体は、Nt-JAT2遺伝子が植物ゲノムに組み込まれていてもよい。また、本発明の形質転換植物体は、Nt-JAT2遺伝子が安定発現していてもよい。Nt-JAT2遺伝子は、タバコ(ニコチアナ・タバカム(Nicotiana tabacum))由来の遺伝子であることが好ましい。タバコ由来のNt-JAT2遺伝子としては、配列番号26に示すDNA配列と90%以上の相同性を有するDNA配列を有する遺伝子であることが好ましく、当該配列と95%以上の相同性を有するDNA配列を有する遺伝子であることがより好ましく、当該配列と98%以上の相同性を有するDNA配列を有する遺伝子であることがさらにより好ましく、当該配列と99%以上の相同性を有するDNA配列を有する遺伝子であることがさらにより好ましく、当該配列と99.5%以上の相同性を有するDNA配列を有する遺伝子であることがさらにより好ましく、当該配列と99.9%以上の相同性を有するDNA配列を有する遺伝子であることがさらにより好ましく、配列番号26に示すDNA配列を有する遺伝子であることが最も好ましい。
Nt-JAT2遺伝子が安定発現していることにより、本発明の形質転換植物体内で生成されたアルカロイドが液胞内に蓄積され、隔離されるため、細胞内でのアルカロイドの分解を防ぐことができる。
<3. Nt-JAT2 gene>
The Nt-JAT2 (Nicotiana tabacum jasmonte-inducible alkaloid transporter 2) gene is a vacuolar-localized alkaloid transporter isolated from cultured tobacco cells and having a function of transporting nicotine alkaloids to vacuoles.
In the transformed plant of the present invention, the Nt-JAT2 gene may be integrated into the plant genome. Further, in the transformed plant of the present invention, the Nt-JAT2 gene may be stably expressed. The Nt-JAT2 gene is preferably a gene derived from tobacco (Nicotiana tabacum). The tobacco-derived Nt-JAT2 gene is preferably a gene having a DNA sequence having 90% or more homology with the DNA sequence shown in SEQ ID NO: 26, and a DNA sequence having 95% or more homology with the sequence. It is more preferable that the gene has a DNA sequence having 98% or more homology with the sequence, and it is even more preferable that the gene has a DNA sequence having 99% or more homology with the sequence. It is even more preferable that the gene has a DNA sequence having 99.5% or more homology with the sequence, and the DNA sequence having 99.9% or more homology with the sequence is even more preferable. It is even more preferable that the gene has the gene, and most preferably the gene has the DNA sequence shown in SEQ ID NO: 26.
Since the stable expression of the Nt-JAT2 gene causes the alkaloids produced in the transformed plant of the present invention to be accumulated and sequestered in the vacuole, the degradation of the alkaloids in the cells can be prevented. ..

<4.安定発現>
本明細書及び特許請求の範囲において、「安定発現」又は「安定的に発現する」とは、導入された外来遺伝子が恒常的に発現していることを指す。当該表現は、一過性発現や誘導型発現ベクター系を用いた場合と区別するために用いられる。一過性発現系又は誘導型発現ベクター系では、一時的に導入された遺伝子が植物内で発現されるが、その発現は短期間であるため、外来遺伝子の効果は限定的にしか確認することができない。他方、本発明の形質転換植物体は、外来遺伝子が植物ゲノムに組み込まれているため、全ての生育期間を通して、外来遺伝子を安定的に発現させることができる。
本発明の形質転換植物体は、外来遺伝子が安定発現していることが好ましく、トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子が安定発現していることがより好ましい。トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子が安定発現していることにより、植物から得られるアルカロイドの生成量を長期に渡って安定的に増大させることができる。
<5.トリプトファン含有量>
本発明の形質転換植物体は、トリプトファンの含有量(或いは発現量又は合成量)が増大していることが好ましい。
また、本発明の形質転換植物体は、トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子が導入されていないキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物野生株と比較して、単位質量当たりのトリプトファン含有量(或いは発現量又は合成量)が1.5倍以上であることが好ましく、2倍以上であることがより好ましく、2.5倍以上であることがさらにより好ましく、3倍以上であることがさらにより好ましく、4倍以上であることがさらにより好ましい。トリプトファンの含有量が上記範囲内であることにより、植物から得られるアルカロイドの生成量が増大しやすい。
トリプトファン含有量の程度は、植物又は植物部位に含まれるトリプトファンの量を確認することによって直接評価することが出来る。
なお、「トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子が導入されていないキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物野生株」とは、トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子が当該植物外から導入されていない植物株をいう。
<4. Stable expression>
In the present specification and claims, "stable expression" or "stable expression" means that the introduced foreign gene is constitutively expressed. This expression is used to distinguish it from the case of using a transient expression or inducible expression vector system. In the transient expression system or the inducible expression vector system, the temporarily introduced gene is expressed in the plant, but since the expression is short-term, the effect of the foreign gene should be confirmed only in a limited manner. I can't. On the other hand, in the transformed plant of the present invention, since the foreign gene is integrated into the plant genome, the foreign gene can be stably expressed throughout the entire growing period.
In the transformed plant of the present invention, it is preferable that the foreign gene is stably expressed, and it is more preferable that the gene encoding the protein involved in tryptophan biosynthesis is stably expressed. The stable expression of the gene encoding the protein involved in tryptophan biosynthesis makes it possible to stably increase the amount of alkaloids produced from plants over a long period of time.
<5. Tryptophan content>
It is preferable that the transformed plant of the present invention has an increased tryptophan content (or expression level or synthetic amount).
In addition, the transformed plant of the present invention has a tryptophan content per unit mass (or, as compared with a wild strain of a plant belonging to the genus Catharanthus of the Apocynaceae family, in which a gene encoding a protein involved in tryptophan biosynthesis has not been introduced. The expression level or synthesis amount) is preferably 1.5 times or more, more preferably 2 times or more, further preferably 2.5 times or more, and even more preferably 3 times or more. It is preferable, and even more preferably, it is 4 times or more. When the tryptophan content is within the above range, the amount of alkaloids obtained from plants tends to increase.
The degree of tryptophan content can be directly evaluated by confirming the amount of tryptophan contained in the plant or plant site.
In addition, "a plant wild strain of the genus Catharanthus of the Apocynaceae family in which a gene encoding a protein involved in tryptophan biosynthesis has not been introduced" means that a gene encoding a protein involved in tryptophan biosynthesis is introduced from outside the plant. A plant strain that has not been used.

<6.植物>
本発明の形質転換植物体は、キョウチクトウ科ニチニチソウ属(Catharanthus)の植物である。これらの中でも、ニチニチソウ(Catharanthus roseus)であることがより好ましい。
<6. Plants>
The transformed plant of the present invention is a plant belonging to the genus Catharanthus of the family Apocynaceae. Among these, it is more preferable to use Catharanthus roseus.

<7.アルカロイド>
本発明の形質転換植物体は、トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子が導入されていないキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物野生株と比較して、単位質量あたりの少なくとも1種のアルカロイドの合成量が増大していることが好ましく、野生株よりも少なくとも1種のアルカロイドの合成量が1.1倍以上増大していることがより好ましく、1.2倍以上増大していることがより好ましく、1.3倍以上増大していることがさらにより好ましく、1.4倍以上増大していることがさらにより好ましく、1.5倍以上増大していることが特に好ましい。
アルカロイドとしては、ビンカアルカロイド(特にビンブラスチン(Vinblastine)及びビンクリスチン(Vincristine))や、その生合成中間体から選択される少なくとも1種のアルカロイドであることが好ましく、カタランチン(Catharanthine)、ビンドリン(Vindoline)、アジマリシン(Ajmalicine)、ビンブラスチン(Vinblastine)、ビンクリスチン(Vincristine)、タベルソニン(Tabersonine)、セルペンチン(Serpentine)、ステンマデニン(Stemmadenine)、ストリクトシジン(Strictosidine)からなる群から選択される少なくとも1種であることがより好ましく、カタランチン(Catharanthine)、ビンドリン(Vindoline)、ビンブラスチン(Vinblastine)、ビンクリスチン(Vincristine)、アジマリシン(Ajmalicine)からなる群から選択される少なくとも1種であることがさらにより好ましく、カタランチン(Catharanthine)、ビンドリン(Vindoline)、アジマリシン(Ajmalicine)からなる群から選択される少なくとも1種であることがさらにより好ましく、カタランチン(Catharanthine)、アジマリシン(Ajmalicine)からなる群から選択される少なくとも1種であることがさらにより好ましく、カタランチン(Catharanthine)であることが特に好ましい。
タベルソニン(Tabersonine)、ビンドリン(Vindoline)、カタランチン(Catharanthine)、ビンブラスチン(Vinblastine)、ビンクリスチン(Vincristine)、アジマリシン(Ajmalicine)、セルペンチン(Serpentine)、ステンマデニン(Stemmadenine)、ストリクトシジン(Strictosidine)の構造は下記のとおりである。
<7. Alkaloid>
The transformed plant of the present invention synthesizes at least one alkaloid per unit mass as compared with a wild strain of a plant belonging to the genus Catharanthus of the family Apocynaceae, in which a gene encoding a protein involved in tryptophan biosynthesis has not been introduced. The amount is preferably increased, the synthesis amount of at least one alkaloid is more preferably 1.1 times or more, and more preferably 1.2 times or more than that of the wild strain. , 1.3 times or more is further preferable, 1.4 times or more is further preferable, and 1.5 times or more is particularly preferable.
The alkaloids are preferably binca alkaloids (particularly Vinblastine and Vincristine) and at least one alkaloid selected from their biosynthetic intermediates, preferably catharanthine, Vindoline, etc. It is more likely that it is at least one selected from the group consisting of Ajmalicine, Vinblastine, Vincristine, Tabersonine, Serpentine, Stemmadenine and Strictosidine. It is even more preferably at least one selected from the group consisting of catharanthine, Vindoline, Vinblastine, Vincristine, Ajmalicine, and even more preferably catharanthine, bindrin. It is even more preferably at least one selected from the group consisting of (Vindoline) and Ajmalicine, and further preferably at least one selected from the group consisting of Catharanthine and Ajmalicine. More preferably, it is particularly preferably catharanthine.
Tabersonine, Vindoline, Catharanthine, Vinblastine, Vincristine, Ajmalicine, Serpentine, Stemmadenine, Stemmadenine, Stricto That's right.

Figure 0007094494000001
Figure 0007094494000001

ビンカアルカロイド(ビンブラスチン、ビンクリスチン、ビンデジン、ビノレルビン)は、強力な微小管重合阻害活性を奏することが知られている。ホジキン病、悪性リンパ腫等に対する抗がん剤作用を奏することも知られている。
従って、本発明の形質転換植物体は、これらの用途に用いるためのアルカロイド又はアルカロイド含有組成物を製造するためにも有用である。
Vinca alkaloids (vinblastine, vincristine, vincristine, vinorelbine) are known to exhibit strong microtubule polymerization inhibitory activity. It is also known to exert an anticancer drug action against Hodgkin's disease, malignant lymphoma and the like.
Therefore, the transformed plant of the present invention is also useful for producing alkaloids or alkaloid-containing compositions for use in these applications.

本発明の形質転換植物体は、カタランチンやビンドリンなどのアルカロイドの生成量を長期に渡って安定的に増大させることができる。非特許文献1において、トリプトファンによるフィードバック阻害の程度を弱化させたアントラニル酸合成酵素をコードする変異trpE遺伝子を、デキサメタゾン誘導系ベクターを利用して、一時的に発現させても、ロクネリシン量以外のアルカロイド量は有意に増大しなかったことからすると、本発明の効果は予想外且つ驚くべきものである。本発明の形質転換植物体が、カタランチンなどのアルカロイドの生成量を増大できる理由は明らかではないが、以下のように推測される。カタランチンは、葉の表皮で合成され、一部は、ビンドリンと結合し、ビンブラスチンの生合成に利用されると考えられている。また、利用されなかった過剰なカタランチンは、葉の一番外側のクチクラ層に放出され、蓄積されると考えられている。非特許文献1の毛状根と異なり、本発明の形質転換植物体は葉や茎を有し且つ成長が可能であるため、成長する過程で利用されなかった過剰なカタランチンが、常に少しずつ長期間蓄積され、その結果として、カタランチン含量が増加したのではないかと推測される。
また、本発明の形質転換植物体は、トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子が組み込まれているため、アルカロイドを長期に渡って安定的に増大させることができ、後代種子を利用することで、容易に大量に増殖させることができるため、産業上においても非常に有利である。
<<II.第2の態様>>
本発明の第2の態様は、第1の態様の形質転換植物体から得られる植物片である。植物片は、第1の態様の形質転換植物体の一部である。植物片としては、葉、茎、根のいずれであってもよいが、葉及び/又は茎が好ましく、葉がより好ましい。
The transformed plant of the present invention can stably increase the amount of alkaloids such as catharanthine and bindrin produced over a long period of time. In Non-Patent Document 1, even if the mutant trpE gene encoding anthranilic acid synthase in which the degree of feedback inhibition by tryptophan is weakened is temporarily expressed using a dexamethasone-inducing vector, alkaloids other than the amount of locnericin are used. The effect of the present invention is unexpected and surprising given that the amount did not increase significantly. The reason why the transformed plant of the present invention can increase the production of alkaloids such as catharanthine is not clear, but it is presumed as follows. Catharanthine is synthesized in the epidermis of leaves, and it is thought that part of it binds to bindrin and is used for vinblastine biosynthesis. It is also believed that unused excess catharanthine is released and accumulated in the outermost cuticle layer of the leaf. Unlike the hairy roots of Non-Patent Document 1, the transformed plant of the present invention has leaves and stems and is capable of growth, so that excess catharanthine not used in the process of growth is always gradually lengthened. It is speculated that the catalanthin content may have increased as a result of the accumulation over a period of time.
In addition, since the transformed plant of the present invention incorporates a gene encoding a protein involved in tryptophan biosynthesis, alkaloids can be stably increased over a long period of time, and progeny seeds are used. As a result, it can be easily propagated in large quantities, which is very advantageous in the industry.
<< II. Second aspect >>
The second aspect of the present invention is a plant piece obtained from the transformed plant body of the first aspect. The plant piece is part of the transformed plant of the first aspect. The plant piece may be any of leaves, stems and roots, but leaves and / or stems are preferable, and leaves are more preferable.

<<III.第3の態様及び第4の態様>>
本発明の第3の態様は、外来遺伝子をキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物に導入する工程、前記外来遺伝子を導入したキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物がカルスでない場合には、前記遺伝子を導入した植物からカルスを形成させる工程、及びカルスから根及びシュート(すなわち、葉及び茎)を分化させて、形質転換植物体を得る工程を含む、形質転換植物体の製造方法である。
好ましくは、本発明の第3の態様は、トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子をキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物に導入する工程、前記遺伝子を導入したキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物がカルスでない場合には、前記遺伝子を導入した植物からカルスを形成させる工程、及びカルスから根及びシュートを分化させて、形質転換植物体を得る工程を含む、形質転換植物体の製造方法である。
本発明の第4の態様は、外来遺伝子をキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物に導入する工程、前記外来遺伝子を導入したキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物がカルスでない場合には、前記遺伝子を導入した植物からカルスを形成させる工程、及びカルスから根及びシュートを分化させて、形質転換植物体を得る工程を含む、アルカロイドの製造方法である。
好ましくは本発明の第4の態様は、トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子をキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物に導入する工程、前記遺伝子を導入したキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物がカルスでない場合には、前記遺伝子を導入した植物からカルスを形成させる工程、及びカルスから根及びシュートを分化させて、形質転換植物体を得る工程を含む、アルカロイドの製造方法である。
外来遺伝子、トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子、植物などは、それぞれ上記のものが挙げられる。
外来遺伝子を導入する植物は、植物体そのものであってもよく、植物体の一部であってもよく、カルスであってもよいが、植物体の一部又はカルスであることが好ましく、植物体の一部としては、葉及び/又は茎であることが好ましく、葉であることがより好ましい。外来遺伝子を導入する植物は、葉又はカルスであることが特に好ましく、葉であることが最も好ましい。
<< III. Third aspect and fourth aspect >>
A third aspect of the present invention is a step of introducing a foreign gene into a plant belonging to the genus Catharanthus of the family Apocynaceae. A method for producing a transformed plant, which comprises a step of forming a catharanthus and a step of differentiating roots and shoots (that is, leaves and stems) from callus to obtain a transformed plant.
Preferably, a third aspect of the present invention is a step of introducing a gene encoding a protein involved in tryptophan biosynthesis into a plant of the genus Catharanthus of the family Apocynaceae, and a plant of the genus Catharanthus of the family Apocynaceae into which the gene has been introduced is not a callus. In the case, it is a method for producing a transformed plant, which comprises a step of forming callus from a plant into which the gene has been introduced and a step of differentiating roots and shoots from the callus to obtain a transformed plant.
A fourth aspect of the present invention is a step of introducing a foreign gene into a plant belonging to the genus Catharanthus of the family Apocynaceae. A method for producing an alkaloid, which comprises a step of forming a catharanthus and a step of differentiating roots and shoots from a crow to obtain a transformed plant.
Preferably, a fourth aspect of the present invention is a step of introducing a gene encoding a protein involved in the biosynthesis of tryptophan into a plant of the genus Catharanthus of the family Apocynaceae, in which the plant of the genus Catharanthus of the family Apocynaceae into which the gene is introduced is not a callus. Is a method for producing an alkaloid, which comprises a step of forming a dogbanes from a plant into which the gene has been introduced and a step of differentiating roots and shoots from the catharanthus to obtain a transformed plant.
Examples of foreign genes, genes encoding proteins involved in tryptophan biosynthesis, plants, and the like are as described above.
The plant into which the foreign gene is introduced may be a plant itself, a part of the plant, or a callus, but is preferably a part of the plant or a callus, and is a plant. The part of the body is preferably leaves and / or stems, more preferably leaves. The plant into which the foreign gene is introduced is particularly preferably a leaf or a callus, and most preferably a leaf.

<1.遺伝子の導入>
本発明の方法は、外来遺伝子(好ましくはトリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子)をキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物に導入する工程を有する。
外来遺伝子の導入は、当該遺伝子が植物に導入される限り特に制限はないが、外来遺伝子を含むベクターを用いて、外来遺伝子をキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物に導入することが好ましい。
<1. Gene introduction>
The method of the present invention comprises the step of introducing a foreign gene (preferably a gene encoding a protein involved in tryptophan biosynthesis) into a plant belonging to the genus Catharanthus in the family Apocynaceae.
The introduction of the foreign gene is not particularly limited as long as the gene is introduced into the plant, but it is preferable to introduce the foreign gene into a plant belonging to the genus Catharanthus in the family Apocynaceae using a vector containing the foreign gene.

外来遺伝子の導入方法としては、アグロバクテリウム法、パーティクルガン法などが挙げられる。
アグロバクテリウム法は、土壌細菌であるリゾビウム属のアグロバクテリウム・ツメファシエンス(Agrobacterium tumefaciens)(現在の正式学名:リゾビウム・ラジオバクター(Rizobium radiobacter))やアグロバクテリウム・リゾゲネス(Agrobacterium rhizogenes)(現在の正式学名:リゾビウム・リゾゲネス(Rizobium rhizogenes))を用いる方法で、この菌が有するTi又はRiプラスミドのT-DNA領域が、相同組換えにより、植物ゲノム内に挿入されることを利用したものである。すなわち、目的遺伝子をT-DNA領域内に挿入しておけば、アグロバクテリウムが植物に感染した際に、目的遺伝子を植物ゲノム内に導入することができるというものである。
パーティクルガン法は、金やタングステンなどの金属の微粒子にDNAをコーティングしたものを、弾丸として高速で射出し、植物細胞内にDNAを導入する方法である。金属粒子の射出には、ヘリウムなどの高圧ガスが主に用いられる。
これらの中でも、本発明の方法はアグロバクテリウム法により、外来遺伝子(特にトリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子)をキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物に導入することが好ましい。
Examples of the method for introducing a foreign gene include an Agrobacterium method and a particle gun method.
The Agrobacterium method is the soil bacterium Rhizobium genus Agrobacterium tumefaciens (current official scientific name: Rhizobium rhadiobacter) and Agrobacterium lizogenes (Agrobacterium). Official scientific name: A method using Rhizobium rhizogenes, which utilizes the fact that the T-DNA region of the Ti or Ri plasmid possessed by this bacterium is inserted into the plant genome by homologous recombination. .. That is, if the target gene is inserted into the T-DNA region, the target gene can be introduced into the plant genome when Agrobacterium infects the plant.
The particle gun method is a method in which fine particles of metal such as gold or tungsten coated with DNA are ejected as bullets at high speed to introduce DNA into plant cells. High-pressure gas such as helium is mainly used for the injection of metal particles.
Among these, it is preferable that the method of the present invention introduces a foreign gene (particularly a gene encoding a protein involved in tryptophan biosynthesis) into a plant belonging to the genus Catharanthus in the family Apocynaceae by the agrobacterium method.

アグロバクテリウム法では、例えば、外来遺伝子(特にトリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子)を含むベクターを含むアグロバクテリウムを、ニチニチソウの子葉又はカルスに感染させ、アグロバクテリウムを除菌するための抗生物質及び、遺伝子導入細胞の選抜のための抗生物質を培地に添加し、除菌及び選抜を繰り返して行うことで、前記遺伝子を当該植物に導入させることができる。
これらの中でも、本発明の方法は、アグロバクテリウム・リゾゲネス(Agrobacterium rhizogenes)を用いて前記外来遺伝子をキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物に導入することが好ましく、アグロバクテリウム・リゾゲネス細菌としては、アグロバクテリウム・リゾゲネスA13株(農業生物資源ジーンバンクに登録番号MAFF210266として寄託されている株(野生株))を用いることがより好ましい。アグロバクテリウム・リゾゲネスを用いることにより、外来遺伝子の導入後の植物からカルスが形成される確率や、カルスから根やシュート(shoot)が形成される確率が高まり、形質転換植物体が得られやすくなる。
In the agrobacterium method, for example, an agrobacterium containing a vector containing a foreign gene (particularly a gene encoding a protein involved in the biosynthesis of tryptophan) is infected with a leaflet or callus of Nichinichisou to eradicate the agrobacterium. By adding an antibiotic for selecting a gene-introduced cell and an antibiotic for selecting a gene-introduced cell to a medium and repeating eradication and selection, the gene can be introduced into the plant.
Among these, in the method of the present invention, it is preferable to introduce the foreign gene into a plant belonging to the genus Catharanthus of the Apocynaceae family using Agrobacterium rhizogenes. It is more preferable to use the Um-Rhizobium rhizogenes A13 strain (a strain (wild strain) deposited under the registration number MAFF210266 in the Agricultural Bioresource Genebank). By using Agrobacterium retogenes, the probability that callus will be formed from plants after introduction of foreign genes and the probability that roots and shoots will be formed from callus will increase, making it easier to obtain transformed plants. Become.

ベクターとしては、植物体内で上記遺伝子を発現させることが出来る限り特に制限はなく、種々のプラスミドベクターを用いることができ、例えば、pRI201-ANベクター(タカラバイオ社)、pBIベクター(タカラバイオ社)、pRIベクター(タカラバイオ社)、pFASTベクター(Thermo Fisher Scientific社)、pSuperAgroベクター(インプランタイノベーションズ社)を用いることが出来る。これらの中でも、pRI201-ANベクターが好ましい。
ベクターにトリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子を組み込む方法としては、例えば、制限酵素で切断し、ライゲーション反応でつなげることで組み込む方法や、In-fusion法やギブソン・アッセンブリー法など相同組換えによって組み込む方法が挙げられる。
The vector is not particularly limited as long as the above gene can be expressed in the plant, and various plasmid vectors can be used. For example, pRI201-AN vector (Takara Bio Inc.), pBI vector (Takara Bio Inc.) , PRI vector (Takara Bio Inc.), pFAST vector (Thermo Fisher Scientific), pSuperAgro vector (Implanta Innovations) can be used. Among these, the pRI201-AN vector is preferable.
As a method of incorporating a gene encoding a protein involved in tryptophan biosynthesis into a vector, for example, a method of incorporating by cleaving with a restriction enzyme and connecting by a ligation reaction, a homologous group such as an In-fusion method or a Gibson assembly method, etc. There is a method of incorporating by replacement.

<2.形質転換植物体の生成>
本発明の方法は、前記外来遺伝子を導入したキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物がカルスでない場合には、前記遺伝子を導入した植物からカルスを形成させる工程、及びカルスから根及びシュート分化させて、形質転換植物体を得る工程を有する。形質転換植物体は、カルスから根とシュート(shoot)を分化させることにより得ることができる。
本発明の方法は、前記外来遺伝子を導入したキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物がカルスの形態にある場合には、カルスを形成させる工程は不要である。他方、前記外来遺伝子を導入したキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物がカルスでない場合、例えば、葉、茎及び/又は根或いは植物体そのものである場合には、前記遺伝子を導入した植物からカルスを形成させる工程を有する。
<2. Generation of transformed plants>
In the method of the present invention, when the plant of the genus Catharanthus in the family Apocynaceae into which the foreign gene has been introduced is not a callus, a step of forming a callus from the plant into which the gene has been introduced, and a step of transforming the callus into roots and shoots. It has a step of obtaining a plant. Transformed plants can be obtained by differentiating roots and shoots from callus.
The method of the present invention does not require a step of forming callus when the plant of the genus Catharanthus in the family Apocynaceae into which the foreign gene has been introduced is in the form of callus. On the other hand, when the plant of the genus Catharanthus in the family Apocynaceae into which the foreign gene has been introduced is not callus, for example, when it is a leaf, stem and / or root or plant itself, a step of forming callus from the plant into which the gene has been introduced. Have.

遺伝子が導入された植物からカルスを形成させる方法及び/又はカルスから根とシュート(shoot)を分化させる方法としては、カルスから根とシュートを分化させる工程において、又は植物からカルスを形成する工程及びカルスから根とシュートを分化させる工程の両方において、外来遺伝子が導入された植物又はカルス(特に外来遺伝子を含むベクターを有するアグロバクテリウムに感染させた植物又はカルス)を、メロペネムを含む培地、好ましくは固体培地で培養することが好ましい。培地中のメロペネムの濃度は、10-50mg/l程度が好ましく、10-30mg/l程度がより好ましく、20mg/l程度がさらにより好ましい。メロペネムを含む培地でアグロバクテリウムに感染させた植物又はカルスを培養すると、カルスから根とシュート(shoot)を分化させることができ、形質転換植物体が得られやすくなる。
培地としては、例えば、ガンボーグB5培地(和光純薬工業株式会社)を半分に希釈した1/2B5培地を基本培地とし、メロペネム、30%ショ糖、MSビタミンを添加し、pHを5.8に調整した後、5%ゲルライト(和光純薬工業株式会社)を加えて固めた固形培地が挙げられる。アグロバクテリウムに感染させた植物片を、この固形培地に置床し、24℃、16時間日長で10日から2週間程度培養すると、植物片の切り口にカルスが形成される。カルスが確認できた葉片は、新しい同じ組成の培地に移植し、培養を継続すると移植後2週間から1か月後に、カルスから根の再生が確認できる。さらに、この根の再生が認められた葉片を2週間ごとに、新しい同条件の培地に移植を繰り返しながら培養を継続すると、1~2か月程度で、カルス付近からシュート(shoot)が再生される。得られたシュートは、茎で切り出し、新しい同じ組成の培地に移植すると、2週間から1か月程度で根を再生し、完全な植物体が得られる。
このようにして得られた形質転換植物体は、後の世代まで導入した遺伝子を安定的に発現させることができる。
As a method of forming callus from a plant into which a gene has been introduced and / or a method of differentiating root and shoot from callus, a step of differentiating root and shoot from callus, or a step of forming callus from a plant and In both the steps of differentiating roots and shoots from callus, callus-introduced plants or callus (particularly plants or callus infected with agrobacterium having a vector containing the foreign gene) is preferably a medium containing melopenem. Is preferably cultured in a solid medium. The concentration of meropenem in the medium is preferably about 10-50 mg / l, more preferably about 10-30 mg / l, and even more preferably about 20 mg / l. By culturing a plant or callus infected with Agrobacterium in a medium containing melopenem, roots and shoots can be differentiated from the callus, and transformed plants can be easily obtained.
As the medium, for example, 1 / 2B5 medium obtained by diluting Ganborg B5 medium (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) in half is used as the basic medium, and melopenem, 30% sucrose, and MS vitamin are added to adjust the pH to 5.8. After the adjustment, a solid medium solidified by adding 5% gellite (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) can be mentioned. When a plant piece infected with Agrobacterium is placed on this solid medium and cultured at 24 ° C. for 16 hours for 10 days to 2 weeks, callus is formed at the cut end of the plant piece. The leaf pieces in which callus can be confirmed are transplanted to a new medium having the same composition, and when the culture is continued, root regeneration can be confirmed from the callus 2 weeks to 1 month after transplantation. Furthermore, if the leaf pieces in which the root regeneration was observed are continuously transplanted to a new medium under the same conditions every two weeks and the culture is continued, shoots are regenerated from the vicinity of the callus in about 1 to 2 months. To. The obtained shoots are cut out from stems and transplanted to a new medium having the same composition, and the roots are regenerated in about 2 weeks to 1 month to obtain a complete plant.
The transformed plant thus obtained can stably express the gene introduced into later generations.

本発明の方法は、アグロバクテリウム・リゾゲネス(Agrobacterium rhizogenes)(好ましくはアグロバクテリウム・リゾゲネス細菌としては、アグロバクテリウム・リゾゲネスA13株(農業生物資源ジーンバンクに登録番号MAFF210266として寄託されている株(野生株)))を用いて前記外来遺伝子をキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物に導入し、且つメロペネムを含む培地、好ましくは固体培地を用いてカルスから根及びシュートを分化させる(好ましくはメロペネムを含む培地を用いて植物からカルスを形成させ且つカルスから根及びシュートを分化させる)ことが好ましい。これにより、形質転換植物体が得られやすくなる。 The method of the present invention is Agrobacterium rhizogenes (preferably, the Agrobacterium rhizogenes bacterium is Agrobacterium rhizogenes A13 strain (a strain deposited as registration number MAFF210266 in the Agricultural Biological Resources Genebank). (Wild strain))) is used to introduce the foreign gene into a plant belonging to the genus Agrobacterium of the family Rhizobium rhizome, and a medium containing melopenem, preferably a solid medium, is used to differentiate roots and shoots from callus (preferably containing melopenem). It is preferable to use a medium to form callus from the plant and to differentiate roots and shoots from the callus). This makes it easier to obtain a transformed plant.

<3.遺伝子が導入された植物の選別>
本発明の方法は、外来遺伝子(特にトリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子)を植物に導入後、外来遺伝子が導入された植物を選別する工程を有していてもよい。この工程は、形質転換植物体の生成工程前であってもよく、形質転換植物体の生成工程と同時であってもよく、形質転換植物体の生成工程後であってもよいが、形質転換植物体の生成工程前及び/又は形質転換植物体の生成工程と同時であることが好ましい。
当該植物の選抜方法としては、外来遺伝子とともに任意の薬剤耐性遺伝子を含むベクターを植物に導入後、当該任意の薬剤耐性遺伝子に対応する薬剤を含む培地で植物を培養する方法が挙げられる。薬剤耐性遺伝子としては、カナマイシン耐性遺伝子、ハイグロマイシン耐性遺伝子、ビアラフォス耐性遺伝子などが挙げられる。また、これらの耐性遺伝子に対応する薬剤としては、カナマイシン、ハイグロマイシン、ビアラフォスが挙げられる。例えば、ベクターのT-DNA領域にネオマイシン・ホスホトランスフェラーゼ遺伝子(neomycine phosphotransferase (NPT) gene)を挿入した場合は、抗生物質のカナマイシンを50-100 mg/l程度含む培地で選抜を行い、ハイグロマイシン(hygromaycin)耐性遺伝子(HPT)やビアラフォス耐性遺伝子(bar)遺伝子を挿入した場合は、それぞれ25-50 mg/l ハイグロマイシン(Hygromycin) B, 10-25 mg/l ビアラフォス(Bialaphos)を培地に添加し、アグロバクテリウムを感染させた植物を、これらの薬剤耐性遺伝子に対応する薬剤を添加した培地で培養することにより、当該遺伝子が導入された植物を選抜することができる。
これらの中でも、本発明の方法は50-100 mg/l カナマイシンを含む培地で選抜を行い、当該遺伝子が導入された植物を選抜することが好ましい。
<4.外来遺伝子が発現している形質転換植物体の選別>
本発明の方法は、形質転換植物体の生成工程後(シュート及び根を分化させた後)、外来遺伝子が発現している形質転換植物体を選別する工程を有していてもよい。外来遺伝子を発現している形質転換植物体の選別は、例えば、外来遺伝子由来のmRNA量を測定することにより確認することができる。また、外来遺伝子由来のタンパク質量を測定することによっても確認することができる。これらの中でも、外来遺伝子由来のタンパク質量を測定することにより確認することが好ましい。
<3. Selection of plants into which genes have been introduced>
The method of the present invention may include a step of introducing a foreign gene (particularly a gene encoding a protein involved in tryptophan biosynthesis) into a plant and then selecting a plant into which the foreign gene has been introduced. This step may be before the production step of the transformed plant, may be simultaneous with the production step of the transformed plant, or may be after the production step of the transformed plant, but may be transformed. It is preferable that the process is before and / or at the same time as the step of forming the transformed plant.
Examples of the method for selecting the plant include a method of introducing a vector containing an arbitrary drug resistance gene together with a foreign gene into the plant and then culturing the plant in a medium containing a drug corresponding to the arbitrary drug resistance gene. Examples of the drug resistance gene include a kanamycin resistance gene, a hygromycin resistance gene, and a bialaphos resistance gene. In addition, examples of the drug corresponding to these resistance genes include kanamycin, hygromycin, and bialaphos. For example, when a neomycine phosphotransphase (NPT) gene is inserted into the T-DNA region of the vector, selection is performed with a medium containing about 50-100 mg / l of the antibiotic canamycin, and hygromycin (hygromycin) ( When the hygromycin resistance gene (HPT) and the bialaphos resistance gene (bar) gene are inserted, 25-50 mg / l hygromycin (Hygromycin) B and 10-25 mg / l Vialaphos, respectively, are added to the medium. By culturing a plant infected with hygromycin in a medium supplemented with a drug corresponding to these drug resistance genes, the plant into which the gene has been introduced can be selected.
Among these, in the method of the present invention, it is preferable to select a medium containing 50-100 mg / l kanamycin and select a plant into which the gene has been introduced.
<4. Selection of transformed plants expressing foreign genes>
The method of the present invention may include a step of selecting a transformed plant in which a foreign gene is expressed after a step of producing a transformed plant (after differentiating shoots and roots). Selection of transformed plants expressing a foreign gene can be confirmed, for example, by measuring the amount of mRNA derived from the foreign gene. It can also be confirmed by measuring the amount of protein derived from a foreign gene. Among these, it is preferable to confirm by measuring the amount of protein derived from a foreign gene.

<5.抽出>
本発明の方法は、形質転換植物体を得た後、或いは、外来遺伝子が発現している形質転換植物体を選別した後、当該形質転換植物体からアルカロイドを抽出する工程を含んでいてもよい。形質転換植物体からアルカロイドを抽出する方法としては、生の形質転換植物体の葉を粉砕しメタノール等の溶媒で抽出する方法や、乾燥させた形質転換植物体の葉を粉砕しメタノール等の溶媒で抽出する方法などが挙げられる。
生葉からの抽出法では、例えば、液体窒素などで凍らせた後、粉砕し、99%メタノールを加えて、30℃で2時間程度振とうさせることで、形質転換植物体からアルカロイドを抽出することができる。
乾燥葉からの抽出法では、例えば、凍結乾燥させた葉をミキサー等で粉砕し、99%メタノールを加えて、30℃で2時間程度振とうさせることで形質転換植物体からアルカロイドを抽出することができる。
<5. Extraction>
The method of the present invention may include a step of extracting an alkaloid from the transformed plant after obtaining a transformed plant or selecting a transformed plant expressing a foreign gene. .. As a method for extracting alkaloid from the transformed plant, a method of crushing the leaves of the raw transformed plant and extracting with a solvent such as methanol, or a method of crushing the leaves of the dried transformed plant and using a solvent such as methanol is used. The method of extracting with is mentioned.
In the extraction method from fresh leaves, for example, alkaloids are extracted from transformed plants by freezing them in liquid nitrogen, crushing them, adding 99% methanol, and shaking them at 30 ° C. for about 2 hours. Can be done.
In the extraction method from dried leaves, for example, freeze-dried leaves are crushed with a mixer or the like, 99% methanol is added, and the leaves are shaken at 30 ° C. for about 2 hours to extract alkaloids from the transformed plant. Can be done.

以下、実施例を挙げて、本発明の有用性を具体的に説明する。しかしながら、本発明はこれらにより何ら限定されるものではない。 Hereinafter, the usefulness of the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the present invention is not limited thereto.

<<1.材料と方法>>
(1)ニチニチソウの種子の無菌播種と子葉の前培養
ニチニチソウ(品種:Pacifica タキイ種苗株式会社)の種子を用い、70%エタノールに1分間浸漬し、その後、2%次亜塩素酸ナトリウム(5倍希釈)に15分間浸漬した。クリーンベンチ内で、滅菌水で3回洗浄したのち、1/2 B5寒天培地(ガンボーグB5培地)に播種した。16時間日長、25℃で培養を行った。播種後20日目の幼植物の子葉を生長点が入らないように切り出し、同じ1/2 B5寒天培地に置床し、24時間前培養を行った。
<< 1. Materials and methods >>
(1) Aseptic sowing of Madagascar periwinkle seeds and pre-culture of cotyledons Using seeds of Madagascar periwinkle (variety: Pacifica Takii Seed Co., Ltd.), soak in 70% ethanol for 1 minute, and then 2% sodium hypochlorite (5-fold). Diluted) for 15 minutes. After washing 3 times with sterile water in a clean bench, the seeds were sown on 1/2 B5 agar medium (Ganborg B5 medium). Culturing was carried out at 25 ° C. for 16 hours. The cotyledons of the seedlings 20 days after sowing were cut out so as not to have growth points, placed on the same 1/2 B5 agar medium, and cultured 24 hours before.

(2)目的タンパク質をコードする遺伝子の取得とシグナル配列の付加
aroG遺伝子、trpE遺伝子、trpD遺伝子のそれぞれを、それぞれの遺伝子配列情報を元にプライマー(配列番号1~6)を用いて、E.coliのDNAからPCR法により取得した(aroG:配列番号20、trpE:配列番号23、trpD:配列番号22)。TAクローニングキットを用いてクローニングし、得られた遺伝子は、全てシークエンス解析を行い、塩基配列情報と相違が無いことを確認した。PrimeSTARMutagenesis Basal Kit(タカラバイオ社)を用いて、PCR法により、aroG遺伝子のアミノ酸配列の150番目のアミノ酸をプロリン(コドン配列:cca)からリジン(コドン配列:cta)に変異させ、aroG4遺伝子を得た(配列番号21)。同様に、PrimeSTARMutagenesis Basal Kit(タカラバイオ社)を用いて、PCR法により、trpE遺伝子のアミノ酸配列の21番目のアミノ酸をプロリン(コドン配列:ccc)からセリン(コドン配列:tcc)に変異させ且つ50番目のアミノ酸をリジン(コドン配列:aaa)からグルタミン酸(コドン配列:gaa)に変異させ、trpE8遺伝子を得た(配列番号24)。変異後の遺伝子もシークエンス解析を行い、塩基の置換が起こっていることを確認した。
植物において、トリプトファンは、クロロプラストで合成されることから、植物内で合成されたタンパク質がクロロプラストに輸送させるために、ニチニチソウ由来のアルドラーゼ(Aldolase)のクロロプラストへの移行シグナル配列(GenBank:GU723954,N末から174bp、配列番号25)を合成によって取得し、PCR法によりaroG4,trpE8及びtrpDの各遺伝子のN末端側に連結した(それぞれ、Ald-aroG4、Ald-trpE8、Ald-trpDと呼ぶ)。上記シグナル配列とaroG4との連結には、Aldlaseの5’側に作成したプライマー(配列番号7)と、AldraseとaroG4の連結領域に作成したreverse配列のプライマー(配列番号9)、及びAldraseとaroG4の連結領域に作成したforward配列のプライマー(配列番号8)と、aroG4の3’側に作成したreverse配列のプライマー(配列番号2)のそれぞれのプライマーのペアーで、Aldolaseのクロロプラストへの移行シグナル遺伝子(配列番号25)及びaroG4遺伝子(配列番号21)をテンプレートに用いてPCRを行い、次に、それぞれ増幅した遺伝子断片を、電気泳動により目的サイズであることを確認した後、ゲルからDNAを切り出し、Wizard SV Gel and PCR Clean-Up System(Promega社)を用いて精製し、それぞれの遺伝子を混合したものをテンプレートとし、Aldlaseの5’側に作成したプライマー(配列番号7)とaroG4の3’側に作成したreverse配列のプライマー(配列番号2)を用いてPCRを行うことで、それぞれの遺伝子を連結させた。同様の方法により、配列番号4、7、10、11のプライマーを用いて、上記シグナル配列とtrpE8とを連結させた。配列番号6、7、12、13のプライマーを用いて、上記シグナル配列とtrpD遺伝子とを連結させた。
Nt-JAT2遺伝子は、ゲノム情報(GenBank: AB922128)を元にプライマー(配列番号14,15)を作成し、タバコの葉より作成したcDNAをテンプレートに用いてPCRで増幅させた。得られた遺伝子は、シークエンス解析を行い、塩基配列が同じであることを確認した(配列番号26)。
(2) Acquisition of a gene encoding a target protein and addition of a signal sequence For each of the aroG gene, trpE gene, and trpD gene, E.I. Obtained from the DNA of colli by the PCR method (aroG: SEQ ID NO: 20, trpE: SEQ ID NO: 23, trpD: SEQ ID NO: 22). All the genes obtained by cloning using the TA cloning kit were subjected to sequence analysis, and it was confirmed that there was no difference from the base sequence information. Using the PrimeSTARMutagenesis Basal Kit (Takara Bio), the 150th amino acid of the amino acid sequence of the aroG gene is mutated from proline (codon sequence: cca) to lysine (codon sequence: cta) to obtain the aroG4 gene. (SEQ ID NO: 21). Similarly, using the PrimeSTARMutagenesis Basic Kit (Takara Bio), the 21st amino acid of the amino acid sequence of the trpE gene is mutated from proline (codon sequence: ccc) to serine (codon sequence: tcc) by the PCR method and 50. The second amino acid was mutated from lysine (codon sequence: aaa) to glutamate (codon sequence: gaa) to give the trpE8 gene (SEQ ID NO: 24). Sequence analysis was also performed on the mutated gene, and it was confirmed that base substitution had occurred.
In plants, tryptophan is synthesized in chloroplasts, so that the protein synthesized in the plant can be transported to chloroplasts, so that the signal sequence for the transfer of aldolase derived from nichinichisou to chloroplasts (GenBank: GU723954). , N-terminal 174bp, SEQ ID NO: 25) was obtained by synthesis and ligated to the N-terminal side of each gene of aroG4, trpE8 and trpD (referred to as Ald-aroG4, Ald-trpE8 and Ald-trpD, respectively). ). For ligation between the signal sequence and aroG4, a primer (SEQ ID NO: 7) prepared on the 5'side of Aldrace, a primer (SEQ ID NO: 9) of the reverse sequence prepared in the ligation region of Aldrace and aroG4, and Aldrase and aroG4. A pair of a primer of the forward sequence (SEQ ID NO: 8) prepared in the linking region of AroG4 and a primer of the reverse sequence (SEQ ID NO: 2) prepared on the 3'side of aroG4, and a signal for transfer of Aldrose to chloroplast. PCR was performed using the gene (SEQ ID NO: 25) and the aroG4 gene (SEQ ID NO: 21) as templates, and then the amplified gene fragments were confirmed to be of the desired size by electrophoresis, and then DNA was removed from the gel. Cut out, purified using Wizard SV Gel and PCR Clean-Up System (Promega), and using a mixture of each gene as a template, the primer (SEQ ID NO: 7) prepared on the 5'side of Aldrose and 3 of aroG4. Each gene was ligated by performing PCR using the reverse sequence primer (SEQ ID NO: 2) prepared on the'side. By the same method, the above signal sequence and trpE8 were ligated using the primers of SEQ ID NOs: 4, 7, 10 and 11. The above signal sequence and the trpD gene were ligated using the primers of SEQ ID NOs: 6, 7, 12, and 13.
For the Nt-JAT2 gene, primers (SEQ ID NOs: 14 and 15) were prepared based on genomic information (GenBank: AB922128), and cDNA prepared from tobacco leaves was used as a template and amplified by PCR. The obtained genes were subjected to sequence analysis and confirmed to have the same base sequence (SEQ ID NO: 26).

Figure 0007094494000002
Figure 0007094494000002

(3)発現用binary vectorの作成
得られた4種の遺伝子(Ald-aroG4、Ald-trpE8、Ald-trpD、Nt-JAT2)は、それぞれバイナリーベクター,pRI201-AN(TAKARA BIO.)のプロモーターとターミネーターの間に挿入し、これら4つの遺伝子セットを、配列番号16、17のプライマーを用いて、プロモータの上流からターミネータの下流までPCR法で増幅し、ギブッソンアッセンブリーシステム(NEW ENGLAND BioLabs)を利用して、1つの遺伝子セットごとに連結し、発現ベクター(JAED遺伝子群発現ベクター)を完成させた。連結したバイナリーベクターは、2種類のアグロバクテリウム(Agrobacterium tumefaciens,LBA4404 及びAgrobacterium rhizogenes, A13)に形質転換し、ニチニチソウへの形質転換実験に使用した。連結したベクターの構成は図2の通りである。
図2中、NPTIIはネオマイシン・ホスホトランスフェラーゼII(neomycin phosphotransferase II)遺伝子(カナマイシン耐性遺伝子)を意味し、35Sproは、カリフラワーモザイクウイルス35Sプロモーターを意味し、NOSProはノパリン合成酵素遺伝子プロモーターを意味する。
(3) Preparation of binary vector for expression The obtained four genes (Ald-aroG4, Ald-trpE8, Ald-trpD, Nt-JAT2) were used as a binary vector and a promoter of pRI201-AN (TAKARA BIO.), Respectively. Inserted between the terminators, these four gene sets are amplified by the PCR method from the upstream of the promoter to the downstream of the terminator using the primers of SEQ ID NOs: 16 and 17, and the Gibson assembly system (NEW ENGLAND BioLabs) is amplified. Using this, each gene set was ligated to complete an expression vector (JAED gene group expression vector). The ligated binary vector was transformed into two types of Agrobacterium (Agrobacterium tumefaciens, LBA4404 and Agrobacterium rhizogenes, A13) and used in the transformation experiment to Madagascar periwinkle. The structure of the linked vectors is as shown in FIG.
In FIG. 2, NPTII means the neomycin phosphotransferase II gene (kanamycin resistance gene), 35Spro means the cauliflower mosaic virus 35S promoter, and NOSPro means the noparin synthase gene promoter.

(4)アグロバクテリウムの感染と除菌処理、選抜処理
2 ml のYEP液体培地(バクトベプトン10g/l, 酵母抽出物10g/l, NaCl 5 g/l, pH7.0)に、前述のアグロバクテリウムを植菌し、28℃で24時間培養した。増殖したアグロバクテリウムは、滅菌水で100倍程度に希釈し、よく混合した後、前培養しておいた子葉を10分間浸漬させた。滅菌ろ紙に子葉を取り出し、余分な水分を除いた後、1/2 B5寒天培地に移植し、25℃、16時間日長で24時間培養を行った。20 mg/l メロペネム(和光純薬株式会社)又は、300mg/l セフォタキシム(和光純薬株式会社)を含む1/2B5培地に移植し、除菌処理を行った。さらに、1週間後に50 mg/l カナマイシン(ナカライテスク株式会社)、20 mg/l メロペネム又は、300mg/l セフォタキシムを含む1/2B5培地に移植し選抜を開始した。選抜は、同じ組成の培地で、2週間毎に行った。アグロバクテリウムの感染から2週間程度でカルスの形成が認められるようになり、さらに1-2週間程度でメロペネムを含む培地で培養したカルスからは発根が認められるようになった。発根が認められた子葉の培養をさらに継続したところ、カルスからシュートの再分化が生じた。得られたシュートを100mg/lカナマイシンを含む1/2 B5寒天培地に移植したところ、発根が確認された。発根したシュートは土に馴化し、遺伝子解析の材料とした。
(4) Agrobacterium infection, sterilization treatment, and selection treatment
The above-mentioned Agrobacterium was inoculated into 2 ml of YEP liquid medium (bactobeptone 10 g / l, yeast extract 10 g / l, NaCl 5 g / l, pH 7.0) and cultured at 28 ° C. for 24 hours. The grown Agrobacterium was diluted about 100 times with sterile water, mixed well, and then the pre-cultured cotyledons were immersed for 10 minutes. The leaflets were taken out on a sterile filter paper, excess water was removed, and then the cells were transplanted to 1/2 B5 agar medium and cultured at 25 ° C. for 16 hours for 24 hours. The cells were transplanted into a 1/2 B5 medium containing 20 mg / l meropenem (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) or 300 mg / l cefotaxime (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) for eradication. Furthermore, one week later, the cells were transplanted into a 1/2 B5 medium containing 50 mg / l kanamycin (Nacalai Tesque, Inc.), 20 mg / l meropenem, or 300 mg / l cefotaxime, and selection was started. Selection was performed every 2 weeks on a medium having the same composition. Callus formation was observed about 2 weeks after infection with Agrobacterium, and rooting was observed from callus cultured in a medium containing meropenem about 1-2 weeks. Further continuation of culture of cotyledons with rooting resulted in shoot redifferentiation from callus. When the obtained shoots were transplanted to 1/2 B5 agar medium containing 100 mg / l kanamycin, rooting was confirmed. The rooted shoots were acclimated to soil and used as materials for genetic analysis.

(5)遺伝子解析
土壌に馴化した再分化植物の葉より、DNeasy Plant Mini Kit(Qiagen社)を用いてDNAを抽出し、NPTII遺伝子特異的プライマー(配列番号18、19)を用いてゲノムPCRを行った。再分化植物でNPTII遺伝子が導入されたことが確認できた株は、さらに導入した遺伝子の発現を確認するため、RNeasy Plant Mini Kit(Qiagen社)を用いてRNAを抽出し、Prome Script RT reagent Kit(TAKARA Bio Inc.)を用いてcDNAを作成した。導入したaroG4, trpE8, trpD,Nt-JAT2遺伝子特異的プライマー(配列番号1~6、14~15)を用いて、RT-PCR解析を行い、導入した遺伝子の転写発現を確認した。
(5) Gene analysis DNA was extracted from the leaves of redifferentiated plants acclimatized to soil using DNeasy Plant Mini Kit (Qiagen), and genomic PCR was performed using NPTII gene-specific primers (SEQ ID NOs: 18 and 19). gone. For the strains in which it was confirmed that the NPTII gene was introduced in the redifferentiated plant, RNA was extracted using RNeasy Plant Mini Kit (Qiagen) in order to confirm the expression of the further introduced gene, and Prome Script RT reagent Kit. (TAKARA Bio Inc.) was used to generate cDNA. RT-PCR analysis was performed using the introduced aroG4, trpE8, trpD, Nt-JAT2 gene-specific primers (SEQ ID NOs: 1-6, 14-15) to confirm the transcriptional expression of the introduced gene.

(6)アミノ酸分析
200 mgの葉組織を液体窒素で凍結させ、MM300を用いて破砕し、その後80%エタノールを500μl添加した。室温で30分間、振とうさせた後、室温で12,000 rpmで20分間遠心し、上澄みを新しいチューブに移した。残った沈殿に80%エタノールを500μl添加し、室温で30分間、振とうさせた後、室温で12,000 rpmで20分間遠心し、上澄みを先のチューブに移した。この作業をもう一度繰り返し、3回の抽出を行った。抽出液を1.5 mlに調整した後、よく混合し、600μlを別のチューブに移した。これらは真空エバポレーターを用いて乾燥させ、600μlの滅菌水を添加し、溶解させた。さらに、タンパク質を除去するため、クロロホルム200μlを加え、よく混合した後、室温で12,000 rpmで10分間遠心し、上清液を別の新しいチューブに移した。180μlの精製液に0.2N 塩酸を20μl加え、よく混合した後、Ultra-free-MC 0.45μmフィルターを用いて濾過した。濾液は、HITACHI高速アミノ酸分析装置L8800を用いてアミノ酸分析を行った。
(6) Amino acid analysis 200 mg of leaf tissue was frozen in liquid nitrogen, disrupted using MM300, and then 500 μl of 80% ethanol was added. After shaking at room temperature for 30 minutes, the supernatant was transferred to a new tube by centrifugation at 12,000 rpm for 20 minutes at room temperature. 500 μl of 80% ethanol was added to the remaining precipitate, shaken at room temperature for 30 minutes, and then centrifuged at 12,000 rpm for 20 minutes at room temperature to transfer the supernatant to the previous tube. This work was repeated once again, and extraction was performed three times. The extract was adjusted to 1.5 ml, mixed well and 600 μl was transferred to another tube. These were dried using a vacuum evaporator, and 600 μl of sterile water was added and dissolved. Further, to remove the protein, 200 μl of chloroform was added, mixed well, and then centrifuged at 12,000 rpm for 10 minutes at room temperature, and the supernatant was transferred to another new tube. 20 μl of 0.2N hydrochloric acid was added to 180 μl of the purified solution, mixed well, and then filtered using an Ultra-free-MC 0.45 μm filter. The filtrate was subjected to amino acid analysis using a HITACHI high-speed amino acid analyzer L8800.

(7)アルカロイド分析
200mgの葉組織を液体窒素で凍結させ、MM300を用いて破砕し、その後100%メタノールを500μl添加した。30℃で2時間振とうした後、室温、12,000rpm 20分間遠心し、上澄み液をUltra-free-MC 0.45μmフィルターを用いて濾過し、濾液をサンプルとした。
HPLCはCapcellpacC18 UG120(4.6 × 250 mm,5 μm,資生堂)カラムを使用し、30%(v/v)メタノールと0.1M リン酸(pH2)混合液を用いて、1ml/分の流速で80分間展開した。カラムの温度は40℃とし、UV及び蛍光にて検出を行った。
(7) Alkaloid analysis 200 mg of leaf tissue was frozen in liquid nitrogen, disrupted using MM300, and then 500 μl of 100% methanol was added. After shaking at 30 ° C. for 2 hours, the mixture was centrifuged at room temperature at 12,000 rpm for 20 minutes, and the supernatant was filtered using an Ultra-free-MC 0.45 μm filter, and the filtrate was used as a sample.
HPLC used a Capcelllpac C18 UG120 (4.6 x 250 mm, 5 μm, Shiseido) column with a flow rate of 1 ml / min using a mixture of 30% (v / v) methanol and 0.1 M phosphoric acid (pH 2). Deployed for 80 minutes. The temperature of the column was 40 ° C., and detection was performed by UV and fluorescence.

<<2.結果>>
(1)アグロバクテリウム感染条件の検討
(a)アグロバクテリウムの選定
pRI-201-ANバイナリーベクターを含む2種類のアグロバクテリウム(アグロバクテリウム・ツメファシエンス,LBA4404(TAKARA Bio Inc.)及びアグロバクテリウム・リゾゲネス,A13(農業生物資源ジーンバンクに登録番号MAFF210266として寄託されている株,野生株))のいずれかをニチニチソウの子葉に感染させ、50 mg/l カナマイシン、20 mg/l メロペネムを含む培地で選抜及び除菌を行った結果、いずれのアグロバクテリウムを子葉に感染させてもカルスの形成までは確認できたが、アグロバクテリウム・ツメファシエンスでは毛状根やシュートが得られなかった。他方、アグロバクテリウム・リゾゲネスを感染させた子葉は、カルスの形成後、毛状根やシュートへの分化が認められた(表2)。
なお、各アグロバクテリウム感染試験1回あたり約300枚の子葉を使用した。2反復で試験を行っているため、各アグロバクテリウム感染試験で計600枚の子葉を使用した。
<< 2. Result >>
(1) Examination of Agrobacterium infection conditions (a) Selection of Agrobacterium Two types of Agrobacterium (Agrobacterium tumefaciens, LBA4404 (TAKARA Bio Inc.) and Agrobacterium including the pRI-201-AN binary vector) Infect the leaflets of Nichinichisou with one of Um tumefogenes, A13 (a strain deposited under the agricultural biological resource Genebank under registration number MAFF210266, a wild strain), containing 50 mg / l canamycin and 20 mg / l melopenem. As a result of selection and eradication with a medium, it was confirmed that no matter which Agrobacterium was infected with the leaflets, the formation of curls was confirmed, but no hairy roots or shoots were obtained with Agrobacterium tumefaciens. On the other hand, cotyledons infected with Agrobacterium risogenes were found to differentiate into hairy roots and shoots after the formation of callus (Table 2).
About 300 cotyledons were used for each Agrobacterium infection test. Since the test was conducted twice, a total of 600 cotyledons were used in each Agrobacterium infection test.

Figure 0007094494000003
*20mg/l メロペネム、50 mg/l カナマイシンを含む培地で選抜した場合。
+:選抜可能、-:選抜不可能
Figure 0007094494000003
* When selected in a medium containing 20 mg / l meropenem and 50 mg / l kanamycin.
+: Selectable,-: Not selectable

(b)除菌剤の選定
次にpRI-201-ANバイナリーベクターを含むアグロバクテリウム・リゾゲネス,A13を感染させた後、300mg/l セフォタキシム、又は20mg/l メロペネムを用いて感染させたアグロバクテリウムの除菌を行い、シュートの形成が見られるかどうか試験した。
試験の結果、セフォタキシムを用いた場合には、シュートの分化は観察されなかった。
他方、メロペネムを用いた場合には、シュートを形成させることができることが分かった。
また、300mg/l セフォタキシムを含む培地では、子葉が変色し、その後アグロバクテリウムの増殖が認められ、除菌効果が弱いのに対し、20mg/l メロペネムを含む培地では、子葉の生育抑制が認められず、また、アグロバクテリウムの増殖抑制も2週間~3週間程度持続することが分かった(表3)。
メロペネムを用いた場合にシュートが形成される理由は不明であるが、メロペネムを用いた場合には、セフォタキシムを用いた場合と異なり、アグロバクテリウムの増殖を十分抑えることができていたこと、および子葉の生育を抑制させないことから、植物に遺伝子を導入した後のアグロバクテリウムの増殖を抑え、かつ植物が旺盛に生育することにより、最終的にシュートの形成に至ったのではないかと推察された。
(B) Selection of disinfectant Next, Agrobacterium risogenes containing the pRI-201-AN binary vector, A13, and then infected with 300 mg / l cefotaxime or 20 mg / l meropenem. Um was sterilized and tested for shoot formation.
As a result of the test, no shoot differentiation was observed when cefotaxime was used.
On the other hand, it was found that meropenem can be used to form shoots.
In addition, in the medium containing 300 mg / l cefotaxime, the cotyledons were discolored, and then Agrobacterium growth was observed, and the sterilization effect was weak, whereas in the medium containing 20 mg / l meropenem, the growth of cotyledons was suppressed. It was also found that the suppression of Agrobacterium growth lasted for about 2 to 3 weeks (Table 3).
The reason why shoots are formed when meropenem is used is unknown, but when meropenem was used, unlike the case where cefotaxime was used, the growth of Agrobacterium was sufficiently suppressed, and the growth of Agrobacterium was sufficiently suppressed. Since it does not suppress the growth of cotyledons, it is speculated that the growth of Agrobacterium after the introduction of the gene into the plant was suppressed, and that the vigorous growth of the plant eventually led to the formation of shoots. rice field.

Figure 0007094494000004
(a)+:除菌良好、 -:アグロバクテリウムの増殖あり
(b)+:子葉の生育良好、 -:子葉が黒く変色
Figure 0007094494000004
(A) +: Good sterilization,-: Proliferation of Agrobacterium (b) +: Good growth of cotyledons,-: Black discoloration of cotyledons

(2)形質転換体の作出
上記試験の結果から、形質転換に用いるアグロバクテリウムとしてアグロバクテリウム・リゾゲネス,A13を選定し、20mg/lメロペネム及び50mg/lカナマイシンを含む培地で除菌と選抜を行い、2週間毎に新しい培地に移植を繰り返すこととした。その結果、約4,200枚の葉片にアグロバクテリウムを感染させ、選抜と除菌を繰り返したところ、68個のシュートが再生した。これらのシュートを100 mg/lカナマイシンを含む培地で生育させたところ、根の形成が確認できたのは 33個体であった(表4)これらの株を馴化させた後、NPTII遺伝子特異的プライマーを用いてゲノムPCR解析を行ったところ、24株にNPTII遺伝子の導入が確認でき、形質転換率は0.6%であった(図2)。
(2) Preparation of transformant Based on the results of the above test, Agrobacterium risogenes, A13 was selected as the Agrobacterium used for transformation, and sterilized and selected with a medium containing 20 mg / l meropenem and 50 mg / l kanamycin. Was performed, and transplantation to a new medium was repeated every two weeks. As a result, about 4,200 leaf pieces were infected with Agrobacterium, and when selection and sterilization were repeated, 68 shoots were regenerated. When these shoots were grown in a medium containing 100 mg / l kanamycin, root formation was confirmed in 33 individuals (Table 4). After acclimatizing these strains, NPTII gene-specific primers were confirmed. When the genome PCR analysis was performed using, the introduction of the NPTII gene was confirmed in 24 strains, and the transformation rate was 0.6% (Fig. 2).

Figure 0007094494000005
Figure 0007094494000005

(3)RT-PCR解析
得られた24株の形質転換体の葉よりcDNAを作成し、RT-PCR解析により、導入したそれぞれの遺伝子の転写発現を解析した。その結果、aroG4, trpE8, trpDの3個の遺伝子発現が確認できた5個体を得た(実施例1~5)。また、aroG4或いはtrpE8とtrpDの遺伝子発現が確認できた5個体を得た(実施例6~10)。これらについて、形質転換の解析を行った。
(3) RT-PCR analysis cDNAs were prepared from the leaves of the obtained 24 transformants, and the transcriptional expression of each introduced gene was analyzed by RT-PCR analysis. As a result, 5 individuals were obtained in which the expression of 3 genes of aroG4, trpE8, and trpD could be confirmed (Examples 1 to 5). In addition, 5 individuals were obtained in which gene expression of aroG4 or trpE8 and trpD was confirmed (Examples 6 to 10). Transformation analysis was performed on these.

Figure 0007094494000006
+:発現している、-:発現していない
Figure 0007094494000006
+: Expressed,-: Not expressed

(4)トリプトファン含量測定
5系統の形質転換の葉及び非形質転換体の葉(対照)を用いて、遊離トリプトファン酸含量の測定を行った結果、形質転換体は、全ての系統で、対照に比べて有意にトリプトファン含量の増加が認められ、3.6~6.5倍、トリプトファン含量が高いことが分かった(図3)。
また、RT-PCR解析で、aroG4遺伝子のみの発現が確認された実施例6~7、並びに、trpE8とtrpDのみの発現が確認された実施例8~10についても、各々の発現遺伝子の効果を確認するためにアミノ酸分析を行った。その結果、これらにおいてもトリプトファン含量が4.2倍~6.2倍に増加していることが分かった(図4)。
(4) Measurement of tryptophan content As a result of measuring the free tryptophan acid content using 5 lines of transformed leaves and non-transformed leaves (controls), the transformants were used as controls in all lines. A significant increase in tryptophan content was observed in comparison, and it was found that the tryptophan content was 3.6 to 6.5 times higher (Fig. 3).
In addition, the effects of the respective expressed genes were also shown in Examples 6 to 7 in which the expression of only the aroG4 gene was confirmed by RT-PCR analysis, and Examples 8 to 10 in which the expression of only trpE8 and trpD was confirmed. Amino acid analysis was performed to confirm. As a result, it was found that the tryptophan content also increased 4.2 to 6.2 times in these cases (Fig. 4).

(5)アルカロイド含量測定
前述で得られた実施例1~5の形質転換の葉及び非形質転換体の葉(対照)を用いて、アルカロイド含量の測定を行った結果、形質転換体は、非形質転換体(対照:コントロール)に比べて、カタランチン(Catharanthine)含量が1.3~1.9倍も高いことが分かった。一部の形質転換体でビンドリン(Vindoline)やアジマリシン(Ajimalicine)含量が高くなる傾向も認められた(図5)。また、RT-PCR解析で、aroG4遺伝子のみの発現が確認された実施例6~7、並びに、trpE8とtrpDのみの発現が確認された実施例8~10についても、各々の発現遺伝子の効果を確認するためにアルカロイド分析を行った。その結果、これらの系統においても、カタランチン(Catharanthine)含量が増加していることが分かった(図6)。
また、アルカロイドの合成経路において、カタランチンは、ビンブラスチンやビンクリスチンの上流に位置しているため、カタランチン含量の増大により、ビンブラスチンやビンクリスチンの含量も増大していると考えられる。
同様に、アジマリシンの含量が増大している形質転換体は、セルペンチンの含量も増大しているものと考えられる。
(5) Measurement of alkaloid content As a result of measuring the alkaloid content using the transformed leaves and non-transformed leaves (controls) of Examples 1 to 5 obtained above, the transformed body was not found. It was found that the catharanthine content was 1.3 to 1.9 times higher than that of the transformant (control: control). It was also observed that some transformants tended to have high contents of bindolin and ajmalicine (Fig. 5). In addition, the effects of the respective expressed genes were also shown in Examples 6 to 7 in which the expression of only the aroG4 gene was confirmed by RT-PCR analysis, and Examples 8 to 10 in which the expression of only trpE8 and trpD was confirmed. Alkaloid analysis was performed to confirm. As a result, it was found that the catharanthine content was also increased in these strains (Fig. 6).
In addition, since catharanthine is located upstream of vinblastine and vincristine in the alkaloid synthesis pathway, it is considered that the content of vinblastine and vincristine also increases due to the increase in catharanthine content.
Similarly, transformants with increased ajmalicine content are considered to have increased serpentine content.

本発明によれば、外来遺伝子がキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物のゲノムに組み込まれている形質転換植物体であって、生殖能力を有する、前記形質転換植物体を提供することができる。また、本発明によれば、高効率でアルカロイドを生産することができる形質転換植物体を提供することができる。したがって、本発明は、産業上極めて有用である。 According to the present invention, it is possible to provide a transformed plant in which a foreign gene is integrated into the genome of a plant belonging to the genus Catharanthus of the Apocynaceae family, which has fertility. Further, according to the present invention, it is possible to provide a transformed plant capable of producing alkaloids with high efficiency. Therefore, the present invention is extremely useful industrially.

Claims (18)

トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子が外来遺伝子としてキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物のゲノムに組み込まれている形質転換植物体であって、
前記トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子が、少なくとも、
(1)aroG、或いは
(2)trpD及びtrpEの組み合わせ
を含み、
但し、トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子は、ORCA3をコードする遺伝子を含まないことを条件とする、
前記形質転換植物体
A transformed plant in which the gene encoding the protein involved in tryptophan biosynthesis is integrated into the genome of a plant belonging to the genus Catharanthus in the family Apocynaceae as a foreign gene .
The gene encoding the protein involved in tryptophan biosynthesis is at least
(1) aroG or
(2) Combination of trpD and trpE
Including
However, the gene encoding the protein involved in tryptophan biosynthesis is conditioned on the fact that it does not contain the gene encoding ORCA3.
The transformed plant .
前記トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子が安定発現している、請求項1に記載の形質転換植物体。 The transformed plant according to claim 1, wherein the gene encoding the protein involved in the biosynthesis of tryptophan is stably expressed. 前記トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子が、アグロバクテリウム・リゾゲネス(Agrobacterium rhizogenes)及び/又はメロペネムを用いて、前記植物のゲノムに組み込ませた遺伝子である、請求項1又は2に記載の形質転換植物体。 The gene encoding the protein involved in the biosynthesis of tryptophan is a gene integrated into the genome of the plant using Agrobacterium rhizogenes and / or melopenem, according to claim 1 or 2. The transformed plant described. 前記アグロバクテリウム・リゾゲネスが、アグロバクテリウム・リゾゲネスA13株(MAFF210266)である、請求項1~3のいずれか1項に記載の形質転換植物体。 The transformed plant according to any one of claims 1 to 3, wherein the Agrobacterium retogenes is Agrobacterium rotogenes A13 strain (MAFF210266). 前記トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子が、大腸菌由来のトリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子である、請求項1~4のいずれか1項に記載の形質転換植物体。 The transformed plant according to any one of claims 1 to 4 , wherein the gene encoding the protein involved in the biosynthesis of tryptophan is a gene encoding the protein involved in the biosynthesis of tryptophan derived from Escherichia coli. .. 前記トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子が、キョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物由来のアルドラーゼのクロロプラストへの移行シグナルをコードするDNA配列と連結されている、請求項1~5のいずれか1項に記載の形質転換植物体。 Any of claims 1 to 5, wherein the gene encoding the protein involved in tryptophan biosynthesis is linked to a DNA sequence encoding a signal for translocating aldolase derived from a plant of the genus Catharanthus of the Apocynaceae family to chloroplast. The transformed plant according to item 1. 前記形質転換植物体の単位質量あたりの少なくとも1種のアルカロイドの合成量が、キョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物野生株の単位質量あたりの少なくとも1種のアルカロイドの合成量よりも増大している、請求項1~6のいずれか1項に記載の形質転換植物体。 Claimed that the synthetic amount of at least one alkaloid per unit mass of the transformed plant is higher than the synthetic amount of at least one alkaloid per unit mass of a wild plant strain of the genus Catharanthus in the family Apocynaceae. The transformed plant according to any one of 1 to 6. 前記形質転換植物体の単位質量あたりの少なくとも1種のアルカロイドの合成量が、キョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物野生株の単位質量あたりの少なくとも1種のアルカロイドの合成量よりも1.1倍以上多い、請求項1~7のいずれか1項に記載の形質転換植物体。 The synthetic amount of at least one alkaloid per unit mass of the transformed plant is 1.1 times or more higher than the synthetic amount of at least one alkaloid per unit mass of the wild strain of the plant of the genus Catharanthus in the family Apocynaceae. The transformed plant according to any one of claims 1 to 7 . 前記アルカロイドが、カタランチン、ビンドリン、アジマリシン、ビンブラスチン、ビンクリスチン、タベルソニン、セルペンチン、ステンマデニン、ストリクトシジンからなる群から選択される少なくとも1種である、請求項7又は8に記載の形質転換植物体。 The transformed plant according to claim 7 or 8, wherein the alkaloid is at least one selected from the group consisting of catharanthine, bindrin, ajmalicine, vinblastine, vincristine, tabersonine, serpentine, stenmadenin, and strictocidin. 前記アルカロイドが、カタランチン、ビンドリン、アジマリシンから成る群から選択される少なくとも1種である、請求項7~9のいずれか1項に記載の形質転換植物体。 The transformed plant according to any one of claims 7 to 9, wherein the alkaloid is at least one selected from the group consisting of catharanthine, bindrin, and ajmalicine. 前記アルカロイドが、カタランチンである、請求項7~10のいずれか1項に記載の形質転換植物体。 The transformed plant according to any one of claims 7 to 10 , wherein the alkaloid is catharanthine. 前記トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子が、aroG、trpD及びtrpEを含む、請求項1~11のいずれか1項に記載の形質転換植物体。 The transformed plant according to any one of claims 1 to 11 , wherein the gene encoding the protein involved in the biosynthesis of tryptophan comprises aroG, trpD and trpE. 前記aroGは、フェニルアラニンによる3-デオキシ-D-アラビノ-ヘプツロソン酸-7-リン酸合成酵素のフィードバック制御を抑えるように改変された遺伝子であり、及び/又は、
前記trpEは、トリプトファンによるアントラニル酸合成酵素のフィードバック制御を抑えるように改変された遺伝子である、請求項1~12に記載の形質転換植物体。
The aroG is a gene modified to suppress the feedback control of 3-deoxy-D-arabino-hepturosonic acid-7-phosphate synthase by phenylalanine and / or.
The transformed plant according to any one of claims 1 to 12 , wherein trpE is a gene modified so as to suppress feedback control of anthranilic acid synthase by tryptophan.
前記aroGは、配列番号21のDNA配列を有する遺伝子であり、及び/又は
前記trpDは、配列番号22のDNA配列を有する遺伝子であり、及び/又は
前記trpEは、配列番号24のDNA配列を有する遺伝子である、請求項1~13のいずれか1項に記載の形質転換植物体。
The aroG is a gene having the DNA sequence of SEQ ID NO: 21 and / or the trpD is a gene having the DNA sequence of SEQ ID NO: 22 and / or the trpE has the DNA sequence of SEQ ID NO: 24. The transformed plant according to any one of claims 1 to 13 , which is a gene.
前記キョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物が、ニチニチソウである、請求項1~14のいずれか1項に記載の形質転換植物体。 The transformed plant according to any one of claims 1 to 14, wherein the plant belonging to the genus Catharanthus of the Apocynaceae family is Madagascar periwinkle. 請求項1~15のいずれか1項に記載の形質転換植物体から得られる植物片。 A plant piece obtained from the transformed plant according to any one of claims 1 to 15. アグロバクテリウム・リゾゲネス(Agrobacterium rhizogenes)を用いて、トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子を外来遺伝子としてキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物に導入する工程、
前記トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子を導入したキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物がカルスでない場合には、前記遺伝子を導入した植物からカルスを形成させる工程、及び
メロペネムを含む培地を用いてカルスから根及びシュートを分化させて、形質転換植物体を得る工程を含む、請求項1~15のいずれか1項に記載の形質転換植物体の製造方法。
A step of introducing a gene encoding a protein involved in tryptophan biosynthesis into a plant belonging to the genus Catharanthus in the family Apocynaceae as a foreign gene using Agrobacterium rhizogenes .
If the plant of the genus Catharanthus in the family Apocynaceae into which a gene encoding a protein involved in tryptophan biosynthesis is not a callus, a step of forming a callus from the plant into which the gene has been introduced, and
The method for producing a transformed plant according to any one of claims 1 to 15, which comprises a step of differentiating roots and shoots from callus using a medium containing melopenem to obtain a transformed plant.
アグロバクテリウム・リゾゲネス(Agrobacterium rhizogenes)を用いてトリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子をキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物に導入する工程、
前記トリプトファンの生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子を導入したキョウチクトウ科ニチニチソウ属の植物がカルスでない場合には、前記遺伝子を導入した植物からカルスを形成させる工程、及び
メロペネムを含む培地を用いてカルスから根及びシュートを分化させて、形質転換植物体を得る工程
を含む、アルカロイドの製造方法。
A step of introducing a gene encoding a protein involved in tryptophan biosynthesis into a plant belonging to the genus Catharanthus of the Apocynaceae family using Agrobacterium rhizogenes .
If the plant of the genus Catharanthus in the family Apocynaceae into which a gene encoding a protein involved in tryptophan biosynthesis is not a callus, a step of forming a callus from the plant into which the gene has been introduced, and
A method for producing an alkaloid, which comprises a step of differentiating roots and shoots from callus using a medium containing melopenem to obtain a transformed plant.
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