JPH08256777A - Translation enhancer sequence and its use - Google Patents
Translation enhancer sequence and its useInfo
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- JPH08256777A JPH08256777A JP7067868A JP6786895A JPH08256777A JP H08256777 A JPH08256777 A JP H08256777A JP 7067868 A JP7067868 A JP 7067868A JP 6786895 A JP6786895 A JP 6786895A JP H08256777 A JPH08256777 A JP H08256777A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の背景】技術分野 本発明は、タバコ(Nicotiana sylvestris)が有するよ
うなフェレドキシン結合性サブユニットの5’リーダー
配列中に存在する翻訳を活性化する塩基配列、すなわち
翻訳のエンハンサー(Translational enhancer)として
機能するDNA鎖およびその使用に関する。 TECHNICAL FIELD BACKGROUND OF THE INVENTION This invention, tobacco (Nicotiana sylvestris) nucleotide sequence that activates the 5 'present in the leader sequence translation of ferredoxin-binding subunit as a, i.e. translation enhancer (Translational enhancer) Strands functioning as and their use.
【0002】背景技術 遺伝子の発現過程において、翻訳の段階は潜在的には重
要と考えられているにもかかわらず、転写制御に比べて
その理解が十分になされているとは言いがたい。真核生
物において翻訳の制御に関して最も良く研究されている
のは、動物のフェリチン(Ferritin)および5’アミノレ
ブリン酸合成酵素 (5'-aminolevulinatesynthase)であ
る。それらの役割は、夫々、鉄の貯蔵と利用に関係して
いる。それらの遺伝子のmRNAは非翻訳領域に鉄へ反
応する配列 (iron responsible element; IRE)を持って
いる(EMBO J. 10 (1991) 1903-1909) 。鉄飢餓の状態で
は、この配列(IRE) にIRE 結合性タンパク質が結合し
(J. Biol. Chem. 267 (1992)24466-24470) 、その翻訳
を阻害する(Proc. Natl. Acad. Sci. USA 84 (1987)847
8-8482)。[0002] In the expression process of the background art gene, stage of translation potential despite believed important for, it can not be said that understanding in comparison with the transfer control is sufficiently performed. The best studied of the regulation of translation in eukaryotes is animal ferritin and 5'-aminolevulinate synthase. Their roles are each related to the storage and utilization of iron. The mRNAs of these genes have an iron responsible element (IRE) in the untranslated region (EMBO J. 10 (1991) 1903-1909). Under iron starvation conditions, IRE-binding proteins bind to this sequence (IRE).
(J. Biol. Chem. 267 (1992) 24466-24470) and inhibits its translation (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 84 (1987) 847.
8-8482).
【0003】植物では、ある種の植物ウイルスのmRN
Aが宿主植物のmRNAより効率良く翻訳されることが
知られており、このような現象はそれらのmRNAの
5’リーダー配列の構造によると考えられている。例え
ば、このような現象は、タバコモザイクウイルス、アル
ファルファモザイクウイルスRNA4、ブロモモザイク
ウイルスRNA3、ポテトウイルスX、およびタバコエ
ッチウイルスで知られている(Annu. Rev. Plant Physio
l. Plant Mol. Biol. 44 (1993) 985-994)。これらの例
では、リーダー配列には翻訳のエンハンサー配列が存在
しているが、どのようなメカニズムによって制御されて
いるかは明らかにされていない。一方、宿主植物の細胞
では、mRNAに翻訳のエンハンサー配列があるかどう
か、ほとんどわかっていない。In plants, the mRN of certain plant viruses
It is known that A is translated more efficiently than the mRNA of the host plant, and such a phenomenon is considered to be due to the structure of the 5'leader sequence of those mRNAs. For example, such phenomena are known for tobacco mosaic virus, alfalfa mosaic virus RNA4, bromomosaic virus RNA3, potato virus X, and tobacco etch virus (Annu. Rev. Plant Physio.
L. Plant Mol. Biol. 44 (1993) 985-994). In these examples, a translation enhancer sequence is present in the leader sequence, but the mechanism by which it is regulated is not clear. On the other hand, in the cells of the host plant, it is almost unknown whether the mRNA has a translation enhancer sequence.
【0004】一方、psaDb遺伝子は、Nicotiana sy
lvestrisで見いだされた光合成の光化学系I複合体(P
SI)のサブユニットをコードしている核支配の遺伝子
であり(Plant Mol. Biol. 22 (1993) 985-994)、その産
物であるPSIーDサブユニットはPSIによって還元
される可溶性のフェレドキシンに結合している。近年、
Arabidopsis のフェレドキシン遺伝子fedAのリーダ
ー配列をレポーター遺伝子に連結し一過性検定を行なっ
たところ、遺伝子発現を増幅する効果があったと報告さ
れているが、しかしその増幅が翻訳過程に影響を与えて
いるのかどうかはわかっていない (Plant J. 3 (1993)
161-174)。On the other hand, the psaDb gene is Nicotiana sy.
Photosystem I complex of photosynthesis found in Lvestris (P
SI) is a nuclear-controlled gene encoding a subunit (Plant Mol. Biol. 22 (1993) 985-994), and the product, PSI-D subunit, is a soluble ferredoxin that is reduced by PSI. Are connected. recent years,
When the leader sequence of the Arabidopsis ferredoxin gene fedA was linked to a reporter gene and a transient assay was performed, it was reported that it had an effect of amplifying gene expression, but that amplification affects the translation process. It is not known whether or not (Plant J. 3 (1993)
161-174).
【0005】[0005]
【発明の概要】本発明者らは、今般、psaDb遺伝子
のリーダー配列中に、fedAのリーダー配列と共通の
構造を持つエンハンサー配列が存在することを形質転換
タバコでレポーター遺伝子の発現の様式を解析すること
により見いだした。SUMMARY OF THE INVENTION The present inventors have analyzed the expression pattern of a reporter gene in transgenic tobacco by the presence of an enhancer sequence having a common structure with the leader sequence of fedA in the leader sequence of the psaDb gene. Found out by doing.
【0006】従って、本発明は、構造遺伝子の5’側に
挿入された場合、この構造遺伝子の発現を活性化する、
翻訳エンハンサー配列の提供をその目的としている。ま
た本発明は、前記エンハンサー配列を含んでなるDNA
鎖の提供をその目的としている。さらに本発明は、上記
DNA鎖で形質転換された宿主、およびこの宿主を利用
した構造遺伝子を高発現させる方法の提供をその目的と
している。Therefore, the present invention activates the expression of this structural gene when inserted 5'to the structural gene,
Its purpose is to provide a translation enhancer sequence. The present invention also provides a DNA comprising the above enhancer sequence.
Its purpose is to provide chains. A further object of the present invention is to provide a host transformed with the above DNA chain, and a method for highly expressing a structural gene using this host.
【0007】具体的には、本発明による翻訳エンハンサ
ー配列は、配列番号1または2に示される配列およびそ
の等価配列である。また、本発明によるDNA鎖は、上
記翻訳エンハンサーを含んでなるものであり、より具体
的には、構造遺伝子と、該構造遺伝子の発現効率を高め
るよう該構造遺伝子の5’リーダー部位に組み込まれた
上記翻訳エンハンサー配列とを含んでなるもの、であ
る。さらに本発明による形質転換宿主は、上記DNA鎖
で形質転換されたもの、である。またさらに本発明によ
る構造遺伝子を高発現させる方法は、上記形質転換宿主
を構造遺伝子が発現可能なように培養または栽培するこ
とからなるもの、である。[0007] Specifically, the translation enhancer sequence according to the present invention is the sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 2 and its equivalent sequence. The DNA chain according to the present invention comprises the above-mentioned translation enhancer, and more specifically, it is incorporated into a structural gene and a 5'leader site of the structural gene so as to enhance the expression efficiency of the structural gene. And a translation enhancer sequence described above. Further, the transformed host according to the present invention is one transformed with the above DNA chain. Furthermore, a method for highly expressing a structural gene according to the present invention is a method comprising culturing or cultivating the transformed host so that the structural gene can be expressed.
【0008】[0008]
【発明の具体的説明】翻訳エンハンサー配列 本発明による翻訳エンハンサー配列は、配列番号1また
は配列番号2に示されているものである。この配列は、
構造遺伝子の翻訳開始点の5’側に挿入されることによ
り、該構造遺伝子を高レベルで発現をさせる。すなわ
ち、翻訳のエンハンサー配列としての性質を有する。従
って、構造遺伝子、とりわけ外来遺伝子の発現効率を高
めるために利用することができる。Detailed Description of the Invention Translation Enhancer Sequence The translation enhancer sequence according to the present invention is shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2. This array is
By inserting into the 5 ′ side of the translation initiation point of the structural gene, the structural gene is expressed at a high level. That is, it has a property as a translation enhancer sequence. Therefore, it can be used to enhance the expression efficiency of structural genes, especially foreign genes.
【0009】配列番号1の配列を用いた場合には、その
リーダー配列は翻訳されず、その直後の開始コドンから
翻訳される。一方、配列番号2の配列を用いた場合に
は、その3’側の12塩基がアミノ酸に翻訳されるので
(Met−Ala−Met−Ala)、その更に3’側
に付く目的遺伝子とのフュージョン蛋白質となる。When the sequence of SEQ ID NO: 1 is used, its leader sequence is not translated, but is translated from the start codon immediately thereafter. On the other hand, when the sequence of SEQ ID NO: 2 is used, 12 bases on the 3'side are translated into amino acids (Met-Ala-Met-Ala), and thus fusion with the target gene further on the 3'side is achieved. Become a protein.
【0010】また、本発明による配列には、配列番号1
または配列番号2に示されている塩基配列の等価配列も
含まれる。ここで、「その等価配列」とは、配列番号1
または2に示される塩基配列において、いくつかの塩基
の挿入、置換、または欠失、若しくは両末端への付加が
なされたものであって、かつその翻訳活性化の活性を依
然として保持するものをいうものとする。その等価配列
における翻訳活性化の活性の保持とは、その活性を利用
した実際の使用態様において、配列番号1または2に示
される配列を全て有する塩基配列と、同一の条件でほぼ
同様の利用が可能な程度の活性が維持されていることを
いうものとする。このような「等価配列」は、配列番号
1または2に示される配列を参照すれば、当業者であれ
ば格別の困難性なしに選択し、製造可能であることは明
らかである。本発明による翻訳エンハンサー配列が好ま
しく利用される宿主細胞は植物細胞である。その好まし
い具体例としては、本発明によるエンハンサー配列が単
離されたタバコが属するナス科の植物、例えばトマト、
ジャガイモ、ナス、ピーマン、さらには形質転換が報告
されている他の科の有用植物、例えばキク、ワタ、ダイ
ズ、ナタネ、イネ、ムギ、トウモロコシなどの植物細胞
が挙げられる。The sequence according to the present invention also includes SEQ ID NO: 1
Alternatively, an equivalent sequence of the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 is also included. Here, "the equivalent sequence" means SEQ ID NO: 1
Or the nucleotide sequence shown in 2 in which some bases have been inserted, substituted, or deleted, or added to both ends, and still retain their translation activation activity. I shall. Retaining the activity of translation activation in the equivalent sequence means that in the actual use mode utilizing the activity, almost the same use as the base sequence having all the sequences shown in SEQ ID NO: 1 or 2 is performed under the same conditions. It means that the activity is maintained to the extent possible. It is obvious that those skilled in the art can select and produce such an “equivalent sequence” by referring to the sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 2 without any particular difficulty. The host cell in which the translation enhancer sequence according to the present invention is preferably used is a plant cell. Preferred examples thereof include plants of the Solanaceae family to which the tobacco isolated from the enhancer sequence according to the present invention belongs, for example, tomato,
Potatoes, eggplants, bell peppers, as well as useful plants of other families in which transformation has been reported, such as plant cells of chrysanthemum, cotton, soybean, rapeseed, rice, wheat, corn and the like.
【0011】本発明によれば、さらに、配列番号1もし
くは2またはそれらの等価配列を含んでなるDNA鎖が
提供される。According to the present invention, there is further provided a DNA strand comprising SEQ ID NO: 1 or 2 or an equivalent sequence thereof.
【0012】本発明によるDNA鎖の具体的形態は、例
えばプラスミドまたはファージDNAの中に構成員の一
部としてこの配列番号1または2の配列が挿入された形
態であってよい。さらに、プラスミドまたはファージあ
るいはゲノムDNAの中に挿入された形で微生物(特に
細菌)またはファージ粒子あるいは植物の中に存在する
形態であってもよい。なお、ここで、細菌が大腸菌やア
グロバクテリウムを含むことはいうまでもない。A specific form of the DNA strand according to the present invention may be, for example, a form in which the sequence of SEQ ID NO: 1 or 2 is inserted as a member of a plasmid or phage DNA. Further, it may be a form existing in a microorganism (particularly bacteria) or a phage particle or a plant in the form of being inserted into a plasmid or a phage or genomic DNA. Here, it goes without saying that the bacteria include Escherichia coli and Agrobacterium.
【0013】本発明によるDNA鎖の好ましい存在形態
は、タンパク質を発現させようとしている構造遺伝子
が、植物体中で安定に発現しうるように、プロモータ
ー、本発明による配列番号1もしくは2またはその等価
配列、構造遺伝子DNA鎖、翻訳終止コドン、およびタ
ーミネーターとが一体に結合して、これがゲノムに挿入
された形態で植物中に存在するものである。プロモータ
ー、翻訳終止コドン、ターミネーターとしては、公知の
ものを適宜組み合わせて用いる事ができる。利用可能と
考えられるそれらの具体例としては、プロモーターとし
て、例えばカリフラワーモザイクウイルスの35Sプロ
モーター、ノパリン合成酵素のプロモーター、リブロー
ス2リン酸カルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ小サブユ
ニットのプロモーターなどが挙げられ、またターミネー
ターとしては、ノパリン合成酵素のターミネーター、オ
クトピン合成酵素のターミネーターなどが挙げられる。The preferred existence form of the DNA strand according to the present invention is a promoter, SEQ ID NO: 1 or 2 according to the present invention or its equivalent so that the structural gene for which a protein is to be expressed can be stably expressed in a plant. A sequence, a structural gene DNA chain, a translation stop codon, and a terminator are integrally bound to each other, which is present in a plant in a form of being inserted into the genome. Known promoters, translation stop codons, and terminators can be used in appropriate combination. Specific examples of those considered to be available include, for example, the cauliflower mosaic virus 35S promoter, the nopaline synthase promoter, the ribulose diphosphate carboxylase / oxygenase small subunit promoter, and the terminator. , Nopaline synthase terminator, octopine synthase terminator and the like.
【0014】DNA鎖の取得 本発明による配列番号1または2の配列は、核酸合成の
方法に従ってそのDNA鎖を化学合成することで得るこ
とができる。このDNA鎖の長さは配列番号1の配列が
23bp、psaDbのN末端の4アミノ酸に対応する
塩基配列を加えてた配列番号2の配列が35bp(配列
番号:2)であるので、市販のDNA合成機を用いて格
別の困難性なしに合成できる。さらに、これらの配列を
含んでなる上記DNA鎖は、遺伝子工学の分野で慣用さ
れている手法を用いて製造することができる。 Acquisition of DNA Strand The sequence of SEQ ID NO: 1 or 2 according to the present invention can be obtained by chemically synthesizing the DNA strand according to the method of nucleic acid synthesis. The length of this DNA chain is 23 bp for the sequence of SEQ ID NO: 1, and 35 bp (SEQ ID NO: 2) for the sequence of SEQ ID NO: 2 to which the nucleotide sequence corresponding to the N-terminal 4 amino acids of psaDb is added. It can be synthesized using a DNA synthesizer without any particular difficulty. Furthermore, the above-mentioned DNA chain containing these sequences can be produced by a method commonly used in the field of genetic engineering.
【0015】塩基配列の利用/形質転換 上記配列番号1および2で表される配列は、翻訳のエン
ハンサー配列としての用途を有する。これらの配列は、
上記した本発明によるDNA鎖の形態とされて利用され
るのが好ましい。 Utilization / transformation of nucleotide sequences The sequences represented by SEQ ID NOS: 1 and 2 have uses as translation enhancer sequences. These arrays are
It is preferably used in the form of the DNA chain according to the present invention.
【0016】このようなDNA鎖によって宿主細胞を形
質転換し、宿主細胞を培養することにより、外来遺伝子
を含む構造遺伝子を高発現させることができる。By transforming a host cell with such a DNA chain and culturing the host cell, a structural gene containing a foreign gene can be highly expressed.
【0017】宿主の好ましい例としては上記した種類の
植物の細胞が挙げられ、さらに具体的な植物材料として
は、葉片、茎片、塊茎片、プロトプラスト、カルス、花
粉、花粉管などが挙げられる。[0017] Preferable examples of the host include cells of the above-mentioned types of plants, and more specific plant materials include leaf pieces, stem pieces, tuber pieces, protoplasts, callus, pollen, pollen tubes and the like.
【0018】宿主に外来遺伝子を導入する方法として
は、既に報告され確立されている種々の方法を利用する
ことができる。その好ましい例としては、例えばアグロ
バクテリウムのTiプラスミドをベクターとして用いる
方法や、植物プロトプラストにエレクトロポレーション
で遺伝子を導入する方法などが挙げられる(’Plant ge
netic transformation and gene expression; a labora
tory manual ’、Draper, J. et. al. eds., Blackwell
Scientific Publication, 1988 参照)。As a method for introducing a foreign gene into a host, various methods that have been reported and established can be used. Preferred examples thereof include a method using a Ti plasmid of Agrobacterium as a vector and a method of introducing a gene into plant protoplasts by electroporation ('Plant ge
netic transformation and gene expression; a labora
tory manual ', Draper, J. et. al. eds., Blackwell
See Scientific Publication, 1988).
【0019】高発現された遺伝子の発現産物は、それ自
体を単離して利用したい場合には、培養物からその発現
産物に適した方法によって単離精製されてよい。さら
に、発現産物の存在により宿主細胞の成長または生育、
さらにはその細胞の性質が改質される場合には、そのよ
うな宿主を培養し、もしくは宿主が脱分化した植物体で
ある場合にはその植物体を栽培することで、目的遺伝子
の発現産物を高発現させる。The expression product of the highly expressed gene may be isolated and purified from the culture by a method suitable for the expression product, when it is desired to isolate and utilize the gene itself. In addition, the presence or absence of the expression product causes growth or growth of the host cell,
Furthermore, when the properties of the cells are modified, by culturing such a host, or when the host is a dedifferentiated plant, cultivating the plant, the expression product of the target gene is expressed. Is highly expressed.
【0020】[0020]
【実施例】以下の実施例によって本発明を更に詳細に説
明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。実施例1 :psaDb遺伝子のリーダー配列の取得 山本らの方法(Plant Mol.Biol. 17(1991) 1251-1254)に
従い、psaDa遺伝子のcDNAを単離した。このc
DNA断片を[α−32P]dCTPで標識したものをプ
ローブとし、Nicotiana sylvestrisのゲノムDNAのラ
イブラリーをスクリーニングした。その結果、psaD
aに構造が類似したゲノムクローンを得た。この遺伝子
の構造をダイデオキシ法により解析し(Molecular Cloni
ng; A laboratory manual, 2nd ed. Sambrook et al. e
ds., Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989 参
照) 、また転写開始点をプライマーエクステンション法
により決定した(Plant Mol. Biol. 22(1993)985-994)。
得られたpsaDa類似の遺伝子はpsaDb遺伝子と
であることが確認された。そのリーダー配列は図1Aに
示されるとおりであった。The present invention will be described in more detail by the following examples, but the present invention is not limited to these examples. Example 1 : Acquisition of leader sequence of psaDb gene According to the method of Yamamoto et al. (Plant Mol. Biol. 17 (1991) 1251-1254), cDNA of psaDa gene was isolated. This c
Using a DNA fragment labeled with [α- 32 P] dCTP as a probe, a library of genomic DNA of Nicotiana sylvestris was screened. As a result, psaD
A genomic clone similar in structure to a was obtained. The structure of this gene was analyzed by the dideoxy method (Molecular Cloni
ng; A laboratory manual, 2nd ed. Sambrook et al. e
ds., Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989), and the transcription initiation point was determined by the primer extension method (Plant Mol. Biol. 22 (1993) 985-994).
It was confirmed that the obtained psaDa-like gene was the psaDb gene. The leader sequence was as shown in Figure 1A.
【0021】実施例2 :キメラGUS遺伝子の構築 レポーター遺伝子であるベータグルクロニダーゼ(GU
S)と、psaDb遺伝子のmRNAのリーダー配列と
のキメラ遺伝子、具体的には図1Bに示されるキメラ遺
伝子CaMV::GUS、CaMV::psaDbーG
US’、およびCaMV::GUS’を構築した。Ca
MV::GUSは、pBI121として、EMBO J. 6 (1
987) 3901-3907の記載に従い得た。CaMV::psa
DbーGUS’の作成は次のように行った。まず、以下
の2種のオリゴヌクレオチドをアニーリングさせた後、
前記pBI221のXbaIとBamHI両制限酵素切
断部位の間に挿入し、その塩基配列はシーケンシングに
より確認した。 5'-CTAGACTTCTCTCAATCCAACTTTTCTATGGCCATGGCAC-3' 5'-GATCGTGCCATGGCCATAGAAAAGTTGGATTGAGAGAAGT-3' このようにして作成したキメラ遺伝子を制限酵素Eco
RIとHindIII により切り出して、プロモーターを
欠くプラスミドであるpBI101を同一酵素の組み合
わせで処理してキメラGUS入りのpBI101からの
誘導プラスミドとしてCaMV::psaDbーGU
S’を作成した。CaMV::GUS’は、以下に示す
2種のオリゴヌクレオチドをアニーリングさせた後、
2)と同様にpBI101へ挿入し作成した。 5'-CTAGATGGCTATGGCTC-3' 5'-GATCGAGCCATAGCCAT-3' Example 2 : Construction of chimeric GUS gene A reporter gene, beta-glucuronidase (GU)
S) and a chimeric gene of the leader sequence of the mRNA of the psaDb gene, specifically the chimeric genes CaMV :: GUS, CaMV :: psaDb-G shown in FIG. 1B.
US 'and CaMV :: GUS' were constructed. Ca
MV :: GUS is EMBO J. 6 (1) as pBI121.
987) 3901-3907. CaMV :: psa
Db-GUS ' was prepared as follows. First, after annealing the following two types of oligonucleotides,
It was inserted between the XbaI and BamHI restriction enzyme cleavage sites of pBI221, and its nucleotide sequence was confirmed by sequencing. 5'-CTAGACTTCTCTCAATCCAACTTTTCTATGGCCATGGCAC-3 '5'-GATCGTGCCATGGCCATAGAAAAGTTGGATTGAGAGAAGT-3' The chimeric gene created in this way is the restriction enzyme Eco.
CaMV :: psaDb-GU was excised with RI and HindIII and treated with a combination of the same enzymes to treat the plasmid lacking promoter pBI101 as a derivative plasmid from pBI101 containing chimeric GUS.
S'was created. CaMV :: GUS ' was prepared by annealing two kinds of oligonucleotides shown below,
It was created by inserting into pBI101 in the same manner as 2). 5'-CTAGATGGCTATGGCTC-3 '5'-GATCGAGCCATAGCCAT-3'
【0022】なおここで、psaDbのmRNAのリー
ダー配列は23塩基の非翻訳配列からなるDNA鎖であ
り、そのなかの翻訳開始点近くに2箇所のパリンドロミ
ックシーケンスを取りうる配列がある。キメラ遺伝子C
aMV::psaDbーGUS’は、その23塩基の配
列に加えて、N末端の4アミノ酸に対応する塩基配列を
同時にCaMV::GUS入れたものである。しかしな
がら、その余分なアミノ酸配列が酵素の比活性や安定性
に影響することも考えられたので、psaDbの23b
pのリーダー配列を欠くCaMV::GUS’を作成し
た。このコントロールプラスミドCaMV::GUS’
と、CaMV::psaDbーGUS’とを比較する
と、そのアミノ酸配列は同一であるが、翻訳開始のAT
Gから数えて6番目と12番目の塩基が変わっている。
その結果、2つのキメラ遺伝子がコードするタンパク質
は同一であるが、翻訳開始点近傍に予想されるパリンド
ロミックシーケンスがCaMV::GUS’では破壊さ
れている(図1C中の鏑で示した位置)。Here, the leader sequence of psaDb mRNA is a DNA chain consisting of an untranslated sequence of 23 bases, and there is a sequence capable of forming two palindromic sequences near the translation initiation point. Chimeric gene C
aMV :: psaDb-GUS 'is a sequence in which CaMV :: GUS is added at the same time to the 23-base sequence and the base sequences corresponding to the four N-terminal amino acids. However, it was also considered that the extra amino acid sequence affects the specific activity and stability of the enzyme.
CaMV :: GUS 'was created lacking the leader sequence of p. This control plasmid CaMV :: GUS '
And CaMV :: psaDb-GUS ', the amino acid sequences are the same, but the translation initiation AT
The 6th and 12th bases from G have changed.
As a result, the proteins encoded by the two chimeric genes were the same, but the palindromic sequence predicted near the translation start site was disrupted in CaMV :: GUS '(the position indicated by the arrow in Fig. 1C). ).
【0023】実施例3:タバコの形質転換とGUS活性
の測定 実施例2で得られたキメラGUS遺伝子を有するバイナ
リーベクターを、アグロバクテリウムLBA4404へ
導入した。次に、常法に従ってタバコ(Nicotiana taba
cum cv Petit Havana SR1 )のリーフディスクへ形質転
換した(Plant molecular biology manual (Gelvin, S.
B. et. al.(1988) pp. A5/1-A5/9, Kluwer Academic P
ublishers, Dordrecht) 。植物は、25℃、24時間日
長で栽培した。再分化してきた形質転換体を(M0世
代)、培養容器(シグマ社;Magenta GA-7)で育成し
た。その後収穫し、液体窒素で凍結したものを粉砕し、
−80℃に保ったフリーザーで保存した。その一部をG
US活性測定に(EMBO J.6 (1987) 3901-3907) 、また、
一部をRNA抽出に使用した。タンパク量を、ブラッド
フォードの方法に従って測定し、GUS活性をタンパク
量当たりに換算した(Anal. Biochem. 72 (1976) 248-25
4)。その結果は図2に示されるとおりであった。 Example 3 : Transformation of tobacco and measurement of GUS activity The binary vector having the chimeric GUS gene obtained in Example 2 was introduced into Agrobacterium LBA4404. Next, tobacco (Nicotiana taba
cum cv Petit Havana SR1) was transformed into a leaf disk (Plant molecular biology manual (Gelvin, S.
B. et. Al. (1988) pp. A5 / 1-A5 / 9, Kluwer Academic P
ublishers, Dordrecht). The plants were cultivated at 25 ° C. for 24 hours photoperiod. The redifferentiated transformant (M0 generation) was grown in a culture vessel (Sigma Co .; Magenta GA-7). After that, it is harvested, frozen in liquid nitrogen, crushed,
It was stored in a freezer kept at -80 ° C. Part of it is G
For US activity measurement (EMBO J.6 (1987) 3901-3907),
A portion was used for RNA extraction. The amount of protein was measured according to the method of Bradford, and the GUS activity was converted per amount of protein (Anal. Biochem. 72 (1976) 248-25.
Four). The result was as shown in FIG.
【0024】図2から明らかなように、定常状態でのG
US活性を、夫々のキメラ遺伝子を導入したタバコ個体
毎に測定したところコントロール植物(CaMV::G
USおよびCaMV::GUS’)に比べてpsaDb
の配列を持つもの(CaMV::psaDbーGU
S’)では、はるかに高いGUS活性が検出された。As is clear from FIG. 2, G in the steady state
When the US activity was measured for each tobacco individual into which each chimeric gene was introduced, control plants (CaMV :: G
PsaDb compared to US and CaMV :: GUS ')
With the sequence of (CaMV :: psaDb-GU
In S ') much higher GUS activity was detected.
【0025】実施例4:RNA分析 上述のようにして得た粉末試料から、AGPC法により
RNAを抽出し(Anal.Biochem. 162(1987) 156-159)、
フェノール/クロロホルム抽出を3回行ない、LiCl
により高分子RNAを選択的に沈殿させる事により全R
NA画分を得た。GUS遺伝子特異的なプライマー(5'
-GTCGAGTTTTTTGATTTCACGGGTTGGGGTTTCTA-3' )の5’末
端を32Pでラベルし、プライマー エクステンション分
析を行なった(Plant Mol. Biol. 22 (1993) 985-994)。
産物は8Mの尿素を含む6%のポリアクリルアミドゲル
で電気泳動し、そのオートラジオグラフィーをFujix BA
S2000 イメージ アナライザー(Fuji Photo Inc、 Japa
n )で分析した。 Example 4 : RNA analysis RNA was extracted from the powder sample obtained as described above by the AGPC method (Anal. Biochem. 162 (1987) 156-159),
Phenol / chloroform extraction 3 times, LiCl
By selectively precipitating high molecular weight RNA with
The NA fraction was obtained. GUS gene-specific primer (5 '
-GTCGAGTTTTTTGATTTCACGGGTTGGGGTTTCTA-3 ') was labeled with 32 P at the 5'end and subjected to primer extension analysis (Plant Mol. Biol. 22 (1993) 985-994).
The product was electrophoresed on a 6% polyacrylamide gel containing 8M urea, and its autoradiography was performed using Fujix BA.
S2000 Image Analyzer (Fuji Photo Inc, Japa
n) was analyzed.
【0026】実施例3で判明したGUS活性の上昇は、
翻訳活性の増加以外に、転写活性を増加させるcis因
子がそのリーダー配列内にあることや、転写産物の安定
化が機構として考えられた。そこで、まず、定常状態で
の夫々のキメラ遺伝子のmRNAの量を、上記のプライ
マー エクステンションにより求めた。その結果は図3
に示されるとおりであった。The increase in GUS activity found in Example 3 was
In addition to the increase in translational activity, the mechanism is considered to be that the cis factor that increases transcriptional activity is in its leader sequence and that the transcript is stabilized. Therefore, first, the amount of mRNA of each chimeric gene in the steady state was determined by the above primer extension. The result is shown in Figure 3.
Was as shown in.
【0027】この図3から明らかなように、エクステン
ション産物の大きさは、キメラ遺伝子の構造によって異
なるが、非形質転換体(SR1)以外からは、夫々特異
的なバンドが検出された。As is apparent from FIG. 3, the size of the extension product differs depending on the structure of the chimeric gene, but specific bands were detected except in the non-transformant (SR1).
【0028】次に、形質転換体毎に、GUSの活性とm
RNAの量比を調べることにより、mRNAあたりのG
USの翻訳効率を求めた。その結果は図4に示されると
おりであった。Next, for each transformant, GUS activity and m
By examining the ratio of RNA, G per mRNA
US translation efficiency was sought. The result was as shown in FIG.
【0029】図4に示されるように、驚くべきことにC
aMV::psaDbーGUS’ではCaMV::GU
S’より平均して14倍も高い効率であることが判明し
た。このように、psaDbの23塩基のリーダー配列
または翻訳開始点近傍に予想されるパリンドロミックシ
ーケンスが、GUS’のmRNAの翻訳効率を著しく高
めることが判明した。また、CaMV::GUSとCa
MV::GUS’を比較すると、後者が平均で5倍以上
のGUS活性を示していた。このことは、タンパク質に
翻訳されない25塩基に続く、翻訳される12塩基(4
アミノ酸に対応)が、その3’側に続くタンパク質、例
えばGUSの安定性や酵素活性を上げること、あるい
は、その4アミノ酸中の2つのメチオニンが翻訳効率を
上げていることを示唆している(Biochemistry 29 (199
0) 10562-10566 、およびMol. Gen.Genet. 238 (1993)
59-64)。As shown in FIG. 4, surprisingly C
aMV :: psaDb-GUS 'is CaMV :: GU
It was found to be 14 times more efficient than S'on average. As described above, it was revealed that the 23-base leader sequence of psaDb or the palindromic sequence predicted near the translation start point significantly enhances the translation efficiency of GUS ′ mRNA. Also, CaMV :: GUS and Ca
Comparing MV :: GUS ', the latter showed GUS activity of 5 times or more on average. This means that 25 bases that are not translated into protein are followed by 12 bases that are translated (4
(Corresponding to amino acid) suggests that the stability of the protein following the 3'side, such as GUS, or the enzymatic activity is increased, or that two methionines in the four amino acids increase the translation efficiency ( Biochemistry 29 (199
0) 10562-10566, and Mol. Gen. Genet. 238 (1993).
59-64).
【0030】実施例5:最近、カスパーとクエイルがAr
abidopsis のフェレドキシン遺伝子(fedA)の5’
非翻訳領域が遺伝子発現を増大させる事を、アラビドプ
シスの実生を用いた一過性の検定から報告している(Pla
nt J. 3 (1993) 161-174) 。この増加が転写段階に効い
ていることによるのか、あるいは転写後の過程に効いて
いることによるのかは明らかではない。しかし、この遺
伝子とpsaDbのリーダー配列が、類似の機構によっ
てレポーター遺伝子の翻訳効率を高めているのではない
かと想像されたので、両者のリーダー配列を比較した
(図5)。その結果、2箇所に共通のモチーフが検出さ
れ、2つを合わせるとpsaDbのリーダー配列の半分
以上を占めることがわかった。それら2つのモチーフを
夫々LM1(TCTCAA)、LM2(CAACTT
T)と名付けた。 Example 5 : Recently, caspers and quails were Ar
5'of the ferredoxin gene (fedA) of abidopsis
An untranslated region increases gene expression in a transient assay using Arabidopsis seedlings (Pla
nt J. 3 (1993) 161-174). It is not clear whether this increase is due to its effect on the transcriptional stage or its effect on post-transcriptional processes. However, since it was imagined that this gene and the leader sequence of psaDb might enhance the translation efficiency of the reporter gene by a similar mechanism, both leader sequences were compared (Fig. 5). As a result, a common motif was detected at two positions, and it was found that the combination of the two occupies more than half of the psaDb leader sequence. These two motifs are assigned to LM1 (TCTCAA) and LM2 (CAACTT, respectively).
T).
【0031】これら2箇所の配列が、実際翻訳のエンハ
ンサー配列として機能しているかどうかを調べるため
に、それらの配列を他の配列に置き換えたキメラ遺伝子
(CaMV::psaDbLMーGUS’)を作成し
た。具体的には、以下に示す2種のオリゴヌクレオチド
をアニーリングさせた後、2)と同様にpBI101へ
挿入し作成した。 5'-CTAGACTTCGAGACCTCACCAGGGTCTATGGCCATGGCAC-3' 5'-GATCGTGCCATGGCCATAGACCCTGGTGAGGTCTCGAAGT-3'In order to examine whether or not these two sequences actually function as enhancer sequences for translation, a chimeric gene (CaMV :: psaDbLM-GUS ') was prepared by replacing these sequences with other sequences. . Specifically, the following two types of oligonucleotides were annealed and then inserted into pBI101 in the same manner as 2) to prepare. 5'-CTAGACTTCGAGACCTCACCAGGGTCTATGGCCATGGCAC-3 '5'-GATCGTGCCATGGCCATAGACCCTGGTGAGGTCTCGAAGT-3'
【0032】そして、実施例3の場合と同様に、形質転
換体を得て、この形質転換体におけるGUS活性を調べ
た。その結果は、図7に示されるとおりであった。Then, in the same manner as in Example 3, a transformant was obtained and the GUS activity in this transformant was examined. The result was as shown in FIG. 7.
【0033】図7より明らかなように、2つのモチーフ
を他の塩基配列に置き換えると翻訳効率(mRNA当た
りのGUS活性)が20分の1に減少した。このこと
は、これら2つのモチーフLM1とLM2の両者又は一
方が翻訳のエンハンサーとして必須の構成要素であるこ
とを明確に示すものである。As is clear from FIG. 7, when the two motifs were replaced with other nucleotide sequences, the translation efficiency (GUS activity per mRNA) was reduced to 1/20. This clearly shows that both or one of these two motifs LM1 and LM2 is an essential component as a translation enhancer.
【0034】実施例6:発現様式 いずれのキメラ遺伝子を分析した場合においても、子
葉、本葉、および根を用いてプライマーエクステンショ
ン法により発現の器官特異性を調べた。その結果、どの
器官でも同様の発現様式を示した。 Example 6 Expression Mode In any of the chimeric genes analyzed, cotyledons, true leaves, and roots were used to examine the organ specificity of expression by the primer extension method. As a result, the same expression pattern was shown in all organs.
【0035】[0035]
配列番号:1 配列の長さ:23 配列の型:核酸 鎖の数:2本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の種類;Genomic DNA 起源: 生物名:タバコ 株名:Nicotiana sylvestris 配列: ACTTCTCTCA ATCCAACTTT TCT 23 SEQ ID NO: 1 Sequence length: 23 Sequence type: Nucleic acid Number of strands: Double-strand Topology: Linear Sequence type; Genomic DNA Origin: Organism name: Tobacco strain name: Nicotiana sylvestris Sequence: ACTTCTCTCA ATCCAACTTT TCT 23
【0036】配列番号:2 配列の長さ:35 配列の型:核酸 鎖の数:2本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の種類;Genomic DNA 起源: 生物名:タバコ 株名:Nicotiana sylvestris 配列: ACTTCTCTCA ATCCAACTTT TCTATGGCCA TGGCA 35SEQ ID NO: 2 Sequence length: 35 Sequence type: Nucleic acid Number of strands: Double strand Topology: Linear Sequence type; Genomic DNA Origin: Organism name: Tobacco strain Name: Nicotiana sylvestris Sequence: ACTTCTCTCA ATCCAACTTT TCTATGGCCA TGGCA 35
【図1】レポーター遺伝子であるベータグルクロニダー
ゼ(GUS)とpsaDbのmRNAのリーダー配列と
のキメラ遺伝子の構築法を概説した図である。(A)
は、psaDbのmRNAのリーダー配列を示し、+1
は転写開始点を示す。矢印はパリンドロミックシーケン
スを示す。塩基配列の下には、予想されるアミノ酸配列
を記した。(B)はキメラGUS遺伝子の概略図を示
し、矢印が転写開始点を表す。CaMV::GUSはプ
ラスミドpBI121自体で、基になる遺伝子構成であ
る。CaMV::psaDbーGUS’は、CaM
V::GUSの非翻訳部のリーダー配列に(A) で示した
psaDbのリーダー配列を挿入して作成したものであ
る。CaMV::GUS’はpsaDbの23bpのリ
ーダー配列を欠くことと、(C)で示すように2塩基の
置換があることを除いてはCaMV::psaDbーG
US’と同じである。(C)は、制限酵素XbaIの認
識配列(TCTAGA)の下流の塩基配列を示し、GU
Sタンパク質のN末端で位置を揃えて表示した。下線部
は挿入したpsaDbの配列を、鏑は予想されるパリン
ドロミックシーケンスを破壊すると思われる塩基置換の
位置を示す。FIG. 1 is a diagram outlining a method for constructing a chimeric gene of a reporter gene, beta-glucuronidase (GUS), and a leader sequence of psaDb mRNA. (A)
Indicates the leader sequence of psaDb mRNA, +1
Indicates the transcription start point. Arrows indicate palindromic sequences. The predicted amino acid sequence is shown below the base sequence. (B) shows a schematic diagram of the chimeric GUS gene, and the arrow indicates the transcription start point. CaMV :: GUS is the plasmid pBI121 itself, which is the underlying genetic makeup. CaMV :: psaDb-GUS 'is CaM
It was prepared by inserting the psaDb leader sequence shown in (A) into the V :: GUS untranslated leader sequence. CaMV :: GUS ′ is CaMV :: psaDb-G except that it lacks the 23 bp leader sequence of psaDb and has a two base substitution as shown in (C).
Same as US '. (C) shows a nucleotide sequence downstream of the recognition sequence (TCTAGA) of the restriction enzyme XbaI, and GU
The positions are aligned and displayed at the N-terminus of the S protein. The underlined portion shows the inserted psaDb sequence, and the black squares show the positions of base substitutions that would disrupt the predicted palindromic sequence.
【図2】psaDb由来のリーダー配列を挿入する事に
より、形質転換タバコでGUSの活性が増加したことを
表す図である。活性は、タバコの成熟した葉を用いて測
定し、図では活性を対数表示している。FIG. 2 is a diagram showing that GUS activity was increased in transgenic tobacco by inserting a leader sequence derived from psaDb. The activity was measured using mature tobacco leaves, and the activity is shown logarithmically in the figure.
【図3】キメラGUS遺伝子を導入したタバコでのmR
NAレベルを示した図である。非形質転換タバコ(SR
1)と形質転換タバコから調製した全RNAをプラーマ
ー エクステンション解析に供した。数字は図2と同じ
形質転換系統番号を示し、鏑はキメラGUS遺伝子のm
RNAに対応するバンドの位置を表す。非形質転換体
(SR1)からは、特異的なシグナルは検出され無かっ
た。[Fig. 3] mR in tobacco introduced with chimeric GUS gene
It is a figure showing NA level. Non-transformed tobacco (SR
1) and the total RNA prepared from the transformed tobacco were subjected to the primer extension analysis. The numbers indicate the same transformation line numbers as in Fig. 2, and the asterisks indicate m of the chimeric GUS gene.
The position of the band corresponding to RNA is shown. No specific signal was detected from the non-transformant (SR1).
【図4】GUS活性とGUSのmRNAの比率を示す図
である。(A)はCaMV::GUSを導入した形質転
換タバコのGUS活性を1とし、GUSの活性とmRN
Aの比を形質転換体ごとに求めた。数字は第2図と同一
の形質転換タバコの番号を示す。(B)はキメラ遺伝子
毎の平均値と標準誤差を示す。FIG. 4 shows the ratio of GUS activity and GUS mRNA. (A) GUS activity and mRN of the transformed tobacco into which CaMV :: GUS was introduced was set to 1
The ratio of A was determined for each transformant. The numbers represent the same transformed tobacco numbers as in FIG. (B) shows the average value and standard error for each chimeric gene.
【図5】N. sylvestrisのpsaDbとA
rabidopsisのfedA遺伝子の5’リーダー
配列の比較を示す図である。2つの保存されているモチ
ーフLMー1、およびLMー2には下線を記した。FIG. 5: N. sylvestris psaDb and A
FIG. 3 shows comparison of 5 ′ leader sequences of fedA gene of rabidopsis. The two conserved motifs LM-1 and LM-2 are underlined.
【図6】2つのリーダー配列LM1およびLM2の塩基
配列の他の配列への置き換えを説明する図である。キメ
ラ遺伝子CaMV::psaDbーGUS’において、
2つのリーダー配列LM1およびLM2の塩基配列を他
の配列に置き換えることによって(影を付けた配列)、
新たなキメラ遺伝子CaMV::psaDbLMーGU
S’を作成した。FIG. 6 is a diagram illustrating the replacement of the base sequences of the two leader sequences LM1 and LM2 with another sequence. In the chimeric gene CaMV :: psaDb-GUS ',
By replacing the base sequences of the two leader sequences LM1 and LM2 with another sequence (shaded sequence),
New chimeric gene CaMV :: psaDbLM-GU
S'was created.
【図7】GUSの活性とmRNAの比率を、CaM
V::psaDbーGUS’またはCaMV::psa
DbLMーGUS’を導入した形質転換タバコごと、お
よびキメラごとの平均値を示す図である。FIG. 7 shows the ratio of GUS activity and mRNA as CaM
V :: psaDb-GUS 'or CaMV :: psa
It is a figure which shows the average value for every transformed tobacco which introduce | transduced DbLM-GUS ', and for every chimera.
Claims (7)
配列。1. The sequence shown in SEQ ID NO: 1 and its equivalent sequence.
配列。2. The sequence shown in SEQ ID NO: 2 and its equivalent sequence.
る、DNA鎖。3. A DNA strand comprising the sequence according to claim 1 or 2.
高めるよう該構造遺伝子の5’リーダー部位に組み込ま
れた請求項1または2記載の配列とを含んでなる、請求
項3記載のDNA鎖。4. The DNA according to claim 3, comprising a structural gene and the sequence according to claim 1 or 2 incorporated into the 5'leader site of the structural gene so as to enhance the expression efficiency of the structural gene. chain.
た、宿主。5. A host transformed with the DNA chain according to claim 4.
主。6. The host according to claim 5, wherein the host is a plant cell.
現可能なように培養または栽培することからなる、植物
で外来遺伝子を高発現させる方法。7. A method for highly expressing a foreign gene in a plant, which comprises culturing or cultivating the host according to claim 6 so that the structural gene can be expressed.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7067868A JPH08256777A (en) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | Translation enhancer sequence and its use |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP7067868A JPH08256777A (en) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | Translation enhancer sequence and its use |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH08256777A true JPH08256777A (en) | 1996-10-08 |
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JP7067868A Pending JPH08256777A (en) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | Translation enhancer sequence and its use |
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JP (1) | JPH08256777A (en) |
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1995
- 1995-03-27 JP JP7067868A patent/JPH08256777A/en active Pending
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