JP4817751B2 - Novel antibacterial proteins and their uses - Google Patents
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Description
本発明は、新規な抗菌性シスタチンタンパク質及びそれをコードする核酸に関する。また本発明は、病原菌(特に雪腐病菌)又は非生物ストレスに対する抵抗性を有する植物、及びその作出方法に関する。 The present invention relates to a novel antibacterial cystatin protein and a nucleic acid encoding the same. The present invention also relates to a plant having resistance to pathogenic bacteria (particularly snow rot fungus) or abiotic stress, and a method for producing the same.
システインプロテアーゼインヒビターは、50年代後期に哺乳動物組織において最初に同定され、ニワトリ卵白から単離されたパパイン様システインペプチダーゼインヒビターは「シスタチン」と命名されている(非特許文献1)。植物シスタチンは、最初にイネにおいて報告され(非特許文献2)、その後、多くの単子葉及び双子葉植物においてフィトシスタチンが同定されている。最近、植物シスタチンは、別個のサブファミリーに分類されている(非特許文献3)。大部分のフィトシスタチンは分子量12〜16kDaであり、有意なアミノ酸配列相同性を示し、ジスルフィド結合を含まない。システインプロテアーゼインヒビターはイネ(非特許文献2など)、トウモロコシ(非特許文献4など)、ダイズ(非特許文献5など)において十分に特性決定されている。フィトシスタチンは、主に種子から精製される(非特許文献6など)が、塊茎、葉、果実、花粉、花芽及び花弁においても検出されている(非特許文献7など)。特定の植物発育期におけるシスタチンの発現、またストレス応答の結果が報告されている。種子成熟及び発芽過程のタンパク質代謝におけるシステインプロテアーゼインヒビターの関与もまた報告されている(非特許文献8など)。害虫及び病原体に対するシスタチンの防御機能は、システインプロテアーゼインヒビターを過剰発現するトランスジェニック植物によって証明されている(非特許文献9など)。
Cysteine protease inhibitors were first identified in mammalian tissues in the late 50s, and papain-like cysteine peptidase inhibitors isolated from chicken egg white have been named “cystatin” (Non-Patent Document 1). Plant cystatins were first reported in rice (Non-Patent Document 2), after which phytocystatins have been identified in many monocotyledonous and dicotyledonous plants. Recently, plant cystatins have been classified into distinct subfamilies (Non-Patent Document 3). Most phytocystatins have a molecular weight of 12-16 kDa, show significant amino acid sequence homology, and do not contain disulfide bonds. Cysteine protease inhibitors are well characterized in rice (such as Non-Patent Document 2), corn (such as Non-Patent Document 4), and soybean (such as Non-Patent Document 5). Although phytocystatin is mainly purified from seeds (Non-patent
一方、越冬穀類及び多年生牧草類は、氷点下温度及び病原体が襲う冬季においても生存する。植物の耐冷性は、低温であるが非凍結温度に対する曝露期間の後に実質的に高まっている。北方地域においては、ムギ、オオムギ、ライムギ及び多数の牧草を含む冬穀物はしばしば好冷性糸状菌である雪腐病菌(M. nivale, Thphula spp., Sclerotinia borealis)により攻撃を受けるが、雪に覆われた凍結からは防御される。低温に抵抗性のある越冬性多年生牧草類においては低温耐性の獲得と雪腐病菌抵抗性の獲得が相関している(非特許文献10)。雪腐病菌感染は日和見的であり、積雪下で長期間をかけて徐々に進行する独特なものである。従って、雪腐病抵抗性の機構は分子生理学的にはほとんど解明されていない。 On the other hand, winter cereals and perennial pastures survive even in winter when subzero temperatures and pathogens attack. The cold tolerance of plants has increased substantially after a period of exposure to low but non-freezing temperatures. In the northern region, winter cereals, including wheat, barley, rye and many pastures, are often attacked by the psychrophilic fungi, M. nivale, Thphula spp., Sclerotinia borealis, Protected against covered freezing. In wintering perennial pastures that are resistant to low temperatures, acquisition of low-temperature tolerance is correlated with acquisition of snow rot fungus resistance (Non-patent Document 10). Snow rot infections are opportunistic and are unique in that they gradually progress over time under snow. Therefore, the mechanism of snow rot resistance is hardly elucidated in molecular physiology.
雪腐病菌に対する対策として、根雪前の薬剤処理が行われている。イミノクダジン酢酸塩、チオファネートメチル、有機銅、硫酸銅等が使用されており一定の効果が見られる。しかしながら、薬剤による防除は散布適期の決定が難しく、散布が早いと降雨による土壌への流出が起こり、効果が減少する。また、環境への多大な負荷等も問題となっている。年度毎に根雪期間の変動が大きく、効果が安定しない点も問題である。また、病原菌毎に用いる薬剤が異なることは農家へのコスト的な負担となっている。 As a countermeasure against snow rot fungi, chemical treatment before root snow is performed. Iminocudazine acetate, thiophanate methyl, organic copper, copper sulfate, etc. are used, and certain effects are seen. However, it is difficult to determine the appropriate time for spraying with chemicals, and if spraying is early, runoff to the soil due to rainfall occurs and the effect decreases. In addition, a great load on the environment is also a problem. Another problem is that the fluctuation of the root snow period is large every year and the effect is not stable. Moreover, it is a cost burden to a farmer that the chemical | medical agent used for every pathogenic microbe differs.
また微生物に対する植物防御の別の方法として、抗菌性タンパク質遺伝子を植物に導入して、病原菌耐性を向上させた報告が多くなされている(非特許文献11及び12等)。しかし、病原菌の種類によりその効果は異なり、この方法によって寒冷地の冬コムギ等越冬性作物生産に大きな驚異となっている雪腐病菌に対する抵抗性を向上させた例はない。 In addition, as another method of plant defense against microorganisms, many reports have been made of introducing antibacterial protein genes into plants to improve resistance to pathogenic bacteria (Non-patent Documents 11 and 12, etc.). However, the effect differs depending on the type of pathogenic bacteria, and there has been no example of improving the resistance to snow rot fungi, which has become a great wonder in the production of wintering crops such as winter wheat in cold regions.
従って、植物に雪腐病菌に対する抵抗性を付与するための方法及び手段が望まれていた。
そこで、本発明は、上述した実状に鑑み、雪腐病菌に対する抵抗性を示す植物を作出するための方法及び手段を提供することを目的とする。 Then, in view of the actual condition mentioned above, an object of this invention is to provide the method and means for producing the plant which shows the resistance with respect to a snow rot fungus.
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討を行った結果、公知の穀類シスタチンの構造とは異なる新規冬コムギ由来シスタチンをコードするcDNAを単離することに成功し、また該シスタチンが植物に雪腐病菌及び非生物ストレスに対する抵抗性を付与することを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor succeeded in isolating a cDNA encoding a new winter wheat-derived cystatin having a structure different from that of a known cereal cystatin. The present invention was found to impart resistance to snow rot fungi and abiotic stress.
すなわち、本発明は、以下を包含する。
1.以下の(a)又は(b)のタンパク質。
(a)配列番号2に示されるアミノ酸配列の38〜243番目のアミノ酸配列を含むタンパク質
(b)配列番号2に示されるアミノ酸配列の38〜243番目のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、抗菌活性を有するタンパク質
2.以下の(a)又は(b)のタンパク質をコードする核酸。
(a)配列番号2に示されるアミノ酸配列の38〜243番目のアミノ酸配列を含むタンパク質
(b)配列番号2に示されるアミノ酸配列の38〜243番目のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、抗菌活性を有するタンパク質
3.以下の(a)又は(b)の核酸。
(a)配列番号1に示される塩基配列の166〜786番目の塩基配列からなる核酸
(b)配列番号1に示される塩基配列の166〜786番目の塩基配列に相補的な配列からなる核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ、抗菌活性を有するタンパク質をコードする核酸
That is, the present invention includes the following.
1. The following protein (a) or (b).
(A) a protein comprising the amino acid sequence 38 to 243 of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 (b) one or several amino acids are substituted in the amino acid sequence 38 to 243 of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 1. a protein comprising an amino acid sequence deleted, inserted or added and having antibacterial activity A nucleic acid encoding the following protein (a) or (b).
(A) a protein comprising the amino acid sequence 38 to 243 of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 (b) one or several amino acids are substituted in the amino acid sequence 38 to 243 of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 2. a protein comprising an amino acid sequence deleted, inserted or added and having antibacterial activity; The following nucleic acid (a) or (b):
(A) a nucleic acid consisting of the 166th to 786th base sequence of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, and (b) a nucleic acid consisting of a sequence complementary to the 166th to 786th base sequence of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1. Nucleic acid that hybridizes under stringent conditions and encodes a protein having antibacterial activity
4.以下の(a)又は(b)のポリペプチド。
(a)配列番号2に示されるアミノ酸配列の40〜129番目のアミノ酸を含むポリペプチド
(b)配列番号2に示されるアミノ酸配列の40〜129番目のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、抗菌活性を有するポリペプチド
5.以下の(a)又は(b)のポリペプチドをコードする核酸。
(a)配列番号2に示されるアミノ酸配列の40〜129番目のアミノ酸を含むポリペプチド
(b)配列番号2に示されるアミノ酸配列の40〜129番目のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、抗菌活性を有するポリペプチド
6.以下の(a)又は(b)の核酸。
(a)配列番号1に示される塩基配列の172〜441番目の塩基配列からなる核酸
(b)配列番号1に示される塩基配列の172〜441番目の塩基配列に相補的な配列からなる核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ、抗菌活性を有するポリペプチドをコードする核酸
4). The following polypeptide (a) or (b).
(A) a polypeptide comprising
(A) a polypeptide comprising
(A) a nucleic acid consisting of the 172nd to 441st base sequences of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 (b) a nucleic acid consisting of a sequence complementary to the 172nd to 441st base sequences of the base sequence shown to SEQ ID NO: 1 Nucleic acid that hybridizes under stringent conditions and encodes a polypeptide having antibacterial activity
7.以下の(a)又は(b)のポリペプチド。
(a)配列番号2に示されるアミノ酸配列の150〜210番目のアミノ酸を含むポリペプチド
(b)配列番号2に示されるアミノ酸配列の150〜210番目のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、抗菌活性を有するポリペプチド
8.以下の(a)又は(b)のポリペプチドをコードする核酸。
(a)配列番号2に示されるアミノ酸配列の150〜210番目のアミノ酸を含むポリペプチド
(b)配列番号2に示されるアミノ酸配列の150〜210番目のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、抗菌活性を有するポリペプチド
9.以下の(a)又は(b)の核酸。
(a)配列番号1に示される塩基配列の502〜684番目の塩基配列からなる核酸
(b)配列番号1に示される塩基配列の502〜684番目の塩基配列に相補的な配列からなる核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ、抗菌活性を有するポリペプチドをコードする核酸
7). The following polypeptide (a) or (b).
(A) a polypeptide comprising amino acids 150 to 210 of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 (b) substitution of one or several amino acids in the amino acid sequence 150 to 210 of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 7. A polypeptide comprising an amino acid sequence deleted, inserted or added and having antibacterial activity. A nucleic acid encoding the following polypeptide (a) or (b).
(A) a polypeptide comprising amino acids 150 to 210 of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 (b) substitution of one or several amino acids in the amino acid sequence 150 to 210 of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 8. A polypeptide comprising an amino acid sequence deleted, inserted or added and having antibacterial activity. The following nucleic acid (a) or (b):
(A) a nucleic acid comprising the base sequences 502 to 684 of the base sequence represented by SEQ ID NO: 1, and (b) a nucleic acid comprising a sequence complementary to the base sequences 502 to 684 of the base sequence represented by SEQ ID NO: 1. Nucleic acid that hybridizes under stringent conditions and encodes a polypeptide having antibacterial activity
10.以下の(a)又は(b)のタンパク質。
(a)配列番号2に示されるアミノ酸配列を含むタンパク質
(b)配列番号2に示されるアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、抗菌活性を有するタンパク質
11.以下の(a)又は(b)のタンパク質をコードする核酸。
(a)配列番号2に示されるアミノ酸配列を含むタンパク質
(b)配列番号2に示されるアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、抗菌活性を有するタンパク質
12.以下の(a)又は(b)の核酸。
(a)配列番号1に示される塩基配列からなる核酸
(b)配列番号1に示される塩基配列に相補的な配列からなる核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ、抗菌活性を有するタンパク質をコードする核酸
10. The following protein (a) or (b).
(A) a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 (b) consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acids are substituted, deleted, inserted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, and 10. Protein having antibacterial activity A nucleic acid encoding the following protein (a) or (b).
(A) a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 (b) consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acids are substituted, deleted, inserted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, and 11. Protein having antibacterial activity The following nucleic acid (a) or (b):
(A) Nucleic acid consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 (b) Hybridizing with a nucleic acid consisting of a sequence complementary to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 under stringent conditions and having antibacterial activity Nucleic acids encoding proteins
13.上記核酸を含む組換えベクター。
14.上記核酸、又は上記組換えベクターで形質転換された形質転換体。
上記形質転換体は、任意の細胞、微生物、植物、動物などでありうるが、植物であることが好ましい。また、植物としては、限定されるものではないが、植物体、植物器官、植物組織及び植物培養細胞などが含まれる。また植物は、イネ科に属する植物、特にコムギであることが好ましい。
また上記形質転換体は、雪腐病菌、例えば紅色雪腐病菌に対する抵抗性を示すものである。あるいは上記形質転換体は、低温、塩及び乾燥からなる群より選択される非生物ストレスに対する抵抗性を示すものでありうる。
13. A recombinant vector comprising the nucleic acid.
14 A transformant transformed with the nucleic acid or the recombinant vector.
The transformant can be any cell, microorganism, plant, animal, etc., but is preferably a plant. Moreover, as a plant, although not limited, a plant body, a plant organ, a plant tissue, a plant culture cell, etc. are included. The plant is preferably a plant belonging to the family Gramineae, particularly wheat.
Moreover, the said transformant shows resistance with respect to snow rot fungi, for example, a red snow rot fungus. Alternatively, the transformant may exhibit resistance to abiotic stress selected from the group consisting of low temperature, salt and drying.
15.上記形質転換体から得られる種子。
16.上記タンパク質又は上記ポリペプチドに対する抗体。
17.上記形質転換体を培養し、得られる培養物からタンパク質を採取することを特徴とする、シスタチンタンパク質の製造方法。
15. Seeds obtained from the transformant.
16. An antibody against the protein or polypeptide.
17. A method for producing a cystatin protein, comprising culturing the transformant and collecting a protein from the obtained culture.
18.上記核酸、又は上記組換えベクターを用いて植物を形質転換する工程、及び得られる形質転換体から植物体を再生する工程を含むことを特徴とする、抵抗性植物の作出方法。
上記方法により、雪腐病菌に対する抵抗性植物が作出される。また、上記方法により、低温、塩及び乾燥からなる群より選択される非生物ストレスに対する抵抗性植物が作出される。植物には、限定されるものではないが、イネ科に属する植物、好ましくはコムギが含まれる。
18. A method for producing a resistant plant, comprising a step of transforming a plant using the nucleic acid or the recombinant vector, and a step of regenerating the plant from the resulting transformant.
By the above method, a plant resistant to snow rot fungi is produced. Also, by the above method, a plant resistant to abiotic stress selected from the group consisting of low temperature, salt and drying is produced. Plants include, but are not limited to, plants belonging to the family Gramineae, preferably wheat.
19.以下の(a)〜(h)の少なくとも1つを含むことを特徴とする抗菌剤。
(a)前項1若しくは10記載のタンパク質
(b)前項4若しくは7記載のポリペプチド
(c)前項2若しくは11記載の核酸
(d)前項5若しくは8記載の核酸
(e)前項3若しくは12記載の核酸
(f)前項6若しくは9記載の核酸
(g)前項13記載の組換えベクター
(h)前項14記載の形質転換体
上記抗菌剤は、植物に使用することが好ましい。また、上記抗菌剤は、雪腐病菌に対する抗菌活性を有するものである。
19. An antibacterial agent comprising at least one of the following (a) to (h):
(A) the protein according to 1 or 10 above (b) the polypeptide according to 4 or 7 above (c) the nucleic acid according to 2 or 11 above (d) the nucleic acid according to 5 or 8 above (e) the nucleic acid according to 3 or 12 above Nucleic acid (f) Nucleic acid according to
本発明により、植物を始めとする多様な生物に抗菌活性を付与するタンパク質(ポリペプチド)及びそれをコードする遺伝子が提供される。また、該タンパク質及びそれをコードする遺伝子を利用することにより、病原菌及び非生物ストレスに対する抵抗性が向上した植物(イネ科植物、特にコムギ)を作出することができる。また、該タンパク質及びそれをコードする遺伝子を利用した抗菌剤も提供される。 The present invention provides a protein (polypeptide) that imparts antibacterial activity to various organisms including plants and a gene encoding the same. Moreover, by using the protein and a gene encoding the protein, a plant (Gramineae plant, particularly wheat) having improved resistance to pathogenic bacteria and abiotic stress can be produced. In addition, an antibacterial agent using the protein and a gene encoding the protein is also provided.
以下、本発明を詳細に説明する。
1.シスタチンタンパク質(TaMDC1)及びそれをコードする遺伝子
(1)コムギ由来シスタチンタンパク質
本発明は、コムギ由来の新規シスタチンタンパク質(TaMDC1)及びそれをコードする遺伝子に関する。シスタチンとは、パパインファミリーに属するシステインプロテアーゼ群を特異的に阻害する内在性のインヒビタータンパク質の総称である。TaMDC1タンパク質は、約23kDaからなり、N末端にシグナル配列を持ち、オリザシスタチンに代表される植物シスタチンと相同なシスタチンドメイン(ドメインI)と、植物シスタチンに低い相同性を示すシスタチン様ドメイン(ドメインII)の2つのドメインを有する(図1において灰色背景で示す)。推定ドメインI(40〜129番、図1)は、他の植物シスタチンのCYドメインとアライメントをとった場合に99.1%の同一性を示した。また、Gly43、反応部位モチーフQXVXG(Q86T87V88A89G90)、W117モチーフ、及びフィトシスタチンにおいて高度に保存されているLARFAVモチーフ等を含むシステインプロテアーゼ阻害活性に必要な高度に保存されたモチーフの全てを含んでいた(図1において黒背景と白抜き文字で示す)。C末端伸長部分を形成するTaMDC1の推定ドメインII(150〜210番、図1)は、他の植物シスタチンのCYドメインとは部分的にしか一致せず(57%)、上記の保存されているモチーフはこのドメインIIにおいて見出されなかった。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
1. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a novel cystatin protein derived from wheat (TaMDC1) and a gene encoding the same. Cystatin is a general term for endogenous inhibitor proteins that specifically inhibit the cysteine protease group belonging to the papain family. The TaMDC1 protein consists of about 23 kDa, has a signal sequence at the N-terminus, and has a cystatin domain (domain I) that is homologous to plant cystatins represented by oryzastatin, and a cystatin-like domain (domain II) that exhibits low homology to plant cystatin 2) (shown in gray background in FIG. 1). Putative domain I (40-129, FIG. 1) showed 99.1% identity when aligned with the CY domain of other plant cystatins. Further, Gly 43, the reaction site motif QXVXG (Q 86 T 87 V 88 A 89 G 90), W 117 motifs, and advanced as required to cysteine protease inhibitory activity, including LARFAV motifs like that are highly conserved in phyto cystatin All of the conserved motifs were included (shown in FIG. 1 with black background and white letters). The putative domain II of TaMDC1 (No. 150-210, FIG. 1), which forms the C-terminal extension, only partially matches the CY domain of other plant cystatins (57%) and is conserved above The motif was not found in this domain II.
TaMDC1タンパク質は、シスタチン活性、すなわちプロテアーゼ阻害活性(パパイン阻害)を有し、かつ抗菌活性を有する。この抗菌活性は、糸状菌の1種である紅色雪腐病菌(Microdochium nivare)に対して50μg/mlの低濃度でほぼ完全に菌体の生長を阻害する程度の強力な活性である。ここで、TaMDC1タンパク質のドメインIはシスタチン活性及び抗菌活性の両方を示し、ドメインIIはシスタチン活性を示さないが抗菌活性を示すものである。従って、TaMDC1タンパク質のドメインIIを含むポリペプチドは、プロテアーゼを阻害せずに抗菌活性を示すものとなる。 TaMDC1 protein has cystatin activity, that is, protease inhibitory activity (papain inhibition) and antibacterial activity. This antibacterial activity is such a strong activity that it almost completely inhibits the growth of cells at a low concentration of 50 μg / ml against Microdochium nivare, which is one type of filamentous fungus. Here, domain I of TaMDC1 protein exhibits both cystatin activity and antibacterial activity, and domain II does not exhibit cystatin activity but exhibits antibacterial activity. Therefore, the polypeptide containing domain II of TaMDC1 protein exhibits antibacterial activity without inhibiting protease.
また、後述する実施例においては、TaMDC1タンパク質が、低温順化の過程でその発現が誘導されること、塩、乾燥及びアブシジン酸(ABA)処理下においても発現が誘導されることが確認されたので、TaMDC1タンパク質は、低温、塩、乾燥及びアブシジン酸などの非生物ストレスに対する抵抗性にも関与している可能性がある。 Moreover, in the Example mentioned later, it was confirmed that the expression of TaMDC1 protein is induced in the process of low-temperature acclimation, and is also induced under salt, drying and abscisic acid (ABA) treatment. Thus, TaMDC1 protein may be involved in resistance to abiotic stresses such as low temperature, salt, desiccation and abscisic acid.
(2)遺伝子のクローニング
本発明において、TaMDC1タンパク質をコードする遺伝子は、植物組織から抽出したRNAから精製したmRNAを用いて、RT−PCR若しくはcDNAライブラリーからスクリーニングを行うことによりコムギのシュート、冠組織又は葉組織から得ることができる。特に、TaMDC1遺伝子の発現は低温順化の過程で誘導されるため、低温順化したコムギのシュート、冠組織又は葉組織からRNAを抽出することが好ましい。ただし、本発明の遺伝子の供給源となる植物は、コムギのシュート、冠組織及び葉組織に限定されるものではなく、例えば成長した植物体、植物器官(例えば葉、花弁、茎等)、植物組織(例えば表皮、師部、柔組織、木部、維管束、柵状組織、海綿状組織等)、又は植物培養細胞(例えばカルス)などであってもよい。さらに本発明の遺伝子の供給源とする植物は、コムギ属(Triticum)に属する植物であれば、特に限定されるものではなく、例えばコムギ(Triticum aestivum)、特に冬コムギが好ましい。
(2) Cloning of gene In the present invention, the gene encoding TaMDC1 protein is screened from RT-PCR or cDNA library using mRNA purified from RNA extracted from plant tissue, so that wheat shoot, crown It can be obtained from tissue or leaf tissue. In particular, since expression of the TaMDC1 gene is induced in the process of cold acclimation, it is preferable to extract RNA from wheat shoots, crown tissues or leaf tissues that have been cold acclimated. However, the plant that is the source of the gene of the present invention is not limited to wheat shoots, crown tissues, and leaf tissues. For example, grown plants, plant organs (eg leaves, petals, stems, etc.), plants It may be a tissue (for example, epidermis, phloem, soft tissue, xylem, vascular bundle, fence-like tissue, spongy tissue, etc.) or plant cultured cells (eg, callus). Furthermore, the plant used as the source of the gene of the present invention is not particularly limited as long as it belongs to the genus Wheat (Triticum). For example, wheat (Triticum aestivum), particularly winter wheat is preferable.
コムギからのmRNAの抽出及びcDNAライブラリーの作製は常法に従って行うことができる。 Extraction of mRNA from wheat and preparation of a cDNA library can be performed according to conventional methods.
mRNAの調製は、通常行われる手法により行うことができる。例えば、上記供給源から、グアニジウムチオシアネート−トリフルオロ酢酸セシウム法などにより全RNAを抽出した後、オリゴdT−セルロースやポリU−セファロース等を用いたアフィニティーカラム法により、あるいはバッチ法によりポリ(A)+RNA(mRNA)を得ることができる。さらに、ショ糖密度勾配遠心法等によりポリ(A)+RNAをさらに分画してもよい。 Preparation of mRNA can be performed by a commonly performed technique. For example, after extracting total RNA from the above-mentioned source by guanidinium thiocyanate-cesium trifluoroacetate method or the like, poly (( A) + RNA (mRNA) can be obtained. Furthermore, poly (A) + RNA may be further fractionated by sucrose density gradient centrifugation or the like.
このようにして得られたmRNAを鋳型として、オリゴdTプライマー及び逆転写酵素を用いて一本鎖cDNAを合成した後、該一本鎖cDNAから二本鎖cDNAを合成する。次に、得られた二本鎖cDNAを適当なクローニングベクターに組み込んで組換えベクターを作製する。そしてこの組換えベクターを用いて大腸菌等を形質転換し、テトラサイクリン耐性、アンピシリン耐性等を指標として形質転換体を選択することにより、cDNAのライブラリーを得ることができる。また、プラスミド以外のクローニングベクター、例えばλファージ(λgt11等)を用いることもできる。 After synthesizing single-stranded cDNA using the thus obtained mRNA as a template using oligo dT primer and reverse transcriptase, double-stranded cDNA is synthesized from the single-stranded cDNA. Next, the obtained double-stranded cDNA is incorporated into an appropriate cloning vector to prepare a recombinant vector. A cDNA library can be obtained by transforming Escherichia coli and the like using this recombinant vector, and selecting transformants using tetracycline resistance, ampicillin resistance and the like as indices. In addition, cloning vectors other than plasmids such as λ phage (λgt11 etc.) can also be used.
上記のようにして得られる形質転換体から目的のDNAを有する株を選択するには、例えば、配列番号1に示される塩基配列に基づいて設計したプライマー(例えば配列番号3及び4)を合成し、これを用いてポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を行い、得られた断片をプローブとして、cDNAライブラリーからスクリーニングする方法などを行うことができる。 In order to select a strain having the target DNA from the transformants obtained as described above, for example, primers designed based on the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 (for example, SEQ ID NO: 3 and 4) are synthesized. A polymerase chain reaction (PCR) can be performed using this, and a method of screening from a cDNA library using the obtained fragment as a probe can be performed.
このようにして得られたDNA増幅断片を、32P、35S又はビオチン等で標識してプローブとし、これを形質転換体のDNAを変性固定したニトロセルロースフィルターとハイブリダイズさせ、得られたポジティブ株を検索することによりスクリーニングすることができる。 The amplified DNA fragment thus obtained is labeled with 32 P, 35 S, biotin or the like as a probe, and this is hybridized with a nitrocellulose filter on which the transformant DNA is denatured and immobilized. Screening can be done by searching for strains.
次に、得られたクローンから全長のcDNAをクローニングする。cDNAのクローニングには、例えばRACE(Rapid Amplification of cDNA ends)法が用いられる。RACE法とは、cDNAの5’又は3’欠失部位をPCRにより迅速に回収する方法である。なお、RACE法は、市販のキット(MarathonTMcDNA Amplification Kit(Clonetech社))を用いて行うこともできる。 Next, a full-length cDNA is cloned from the obtained clone. For cloning of cDNA, for example, RACE (Rapid Amplification of cDNA ends) method is used. The RACE method is a method for rapidly collecting a 5 ′ or 3 ′ deletion site of cDNA by PCR. The RACE method can also be performed using a commercially available kit (Marathon ™ cDNA Amplification Kit (Clonetech)).
上記スクリーニングにおいて得られたcDNAの単離クローンについて、PCR産物をテンプレートにしてcDNAの塩基配列を決定し、確認する。 The cDNA isolated clone obtained in the above screening is confirmed by determining the cDNA base sequence using the PCR product as a template.
(3)塩基配列及びアミノ酸配列
配列番号1に、TaMDC1タンパク質をコードする遺伝子の塩基配列を、配列番号2にTaMDC1タンパク質のアミノ酸配列を例示する。TaMDC1タンパク質の成熟形態は配列番号2に示されるアミノ酸配列の38〜243番目のアミノ酸配列に相当すると推定され、配列番号1に示される塩基配列の166〜786番目の塩基配列によってコードされる。本発明においては、上記アミノ酸配列を含むタンパク質が抗菌活性を有する限り、当該アミノ酸配列において複数個、好ましくは1若しくは数個のアミノ酸に欠失、置換、付加等の変異が生じてもよい。
(3) Base sequence and amino acid sequence SEQ ID NO: 1 exemplifies the base sequence of the gene encoding TaMDC1 protein, and SEQ ID NO: 2 exemplifies the amino acid sequence of TaMDC1 protein. The mature form of TaMDC1 protein is presumed to correspond to the 38th to 243rd amino acid sequence of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, and is encoded by the 166th to 786th base sequence of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1. In the present invention, as long as the protein containing the amino acid sequence has antibacterial activity, mutations such as deletion, substitution and addition may occur in a plurality of amino acid sequences, preferably one or several amino acids.
例えば、配列番号2に示されるアミノ酸配列の38〜243番目のアミノ酸配列の1〜10個、好ましくは1〜5個のアミノ酸が欠失してもよく、配列番号2で表わされるアミノ酸配列に1〜10個、好ましくは1〜5個のアミノ酸が付加してもよく、あるいは、配列番号2で表されるアミノ酸配列の1〜10個、好ましくは1〜5個のアミノ酸が他のアミノ酸に置換してもよい。 For example, 1 to 10, preferably 1 to 5 amino acids of the 38th to 243rd amino acid sequence of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 may be deleted, and 1 to the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 10 to 10 amino acids, preferably 1 to 5 amino acids may be added, or 1 to 10, preferably 1 to 5 amino acids in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 are substituted with other amino acids. May be.
抗菌活性の有無を確認するには、TaMDC1タンパク質を精製し、各種菌株の生育培地に添加して、その増殖抑制効果を確認すればよい。使用する病原菌としては、限定されるものではないが、雪腐病菌、例えば紅色雪腐病菌(Monographella nivalis)、褐色雪腐病菌(Pythium iwayamai, P. paddicum等)、雪腐小粒菌核病菌(Typhula incarnata, T. ishikarienis)、雪腐大粒菌核病菌(Sclerotinia borealis)などが挙げられる。 In order to confirm the presence or absence of antibacterial activity, the TaMDC1 protein may be purified and added to the growth medium of various strains to confirm its growth inhibitory effect. The pathogenic fungi used are not limited, but snow rot fungi such as red snow rot fungus (Monographella nivalis), brown snow rot fungus (Pythium iwayamai, P. paddicum, etc.), snow rot microbe nuclei fungus (Typhula) incarnata, T. ishikarienis) and Sclerotinia borealis.
一旦遺伝子の塩基配列が確定されると、その後は化学合成によって、又はクローニングされたcDNAを鋳型としたPCRによって、あるいは該塩基配列を有するDNA断片をプローブとしてハイブリダイズさせることによって、遺伝子を得ることができる。さらに、部位特定変異誘発等によってTaMDC1タンパク質をコードする修飾された核酸を合成することもできる。なお、遺伝子に変異を導入するには、Kunkel法、Gapped duplex法等の公知の手法又はこれに準ずる方法を採用することができる。例えば部位特異的突然変異誘発法を利用した市販の変異導入用キットなどを用いて変異の導入が行われる。また、エラー導入PCRやDNAシャッフリング等の手法により、遺伝子の変異導入やキメラ遺伝子を構築することもできる。エラー導入PCR及びDNAシャッフリング手法は、当技術分野で公知の手法であり、例えばエラー導入PCRについてはChen K, and Arnold FH. 1993, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 90: 5618-5622を、またDNAシャッフリングについてはStemmer, W. P. 1994, Nature, 370:389-391及びStemmer W. P., 1994, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 91: 10747-10751を参照されたい。 Once the base sequence of the gene is determined, the gene is obtained by chemical synthesis, PCR using the cloned cDNA as a template, or hybridization with a DNA fragment having the base sequence as a probe. Can do. Furthermore, a modified nucleic acid encoding TaMDC1 protein can also be synthesized by site-directed mutagenesis or the like. In order to introduce a mutation into a gene, a known method such as Kunkel method or Gapped duplex method or a method based thereon can be employed. For example, mutation is introduced using a commercially available mutation introduction kit using site-directed mutagenesis. Moreover, gene mutation introduction and chimera genes can be constructed by techniques such as error introduction PCR and DNA shuffling. Error introduction PCR and DNA shuffling are techniques known in the art. For example, for error introduction PCR, Chen K, and Arnold FH. 1993, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 90: 5618-5622 See also Stemmer, WP 1994, Nature, 370: 389-391 and Stemmer WP, 1994, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91: 10747-10751 for DNA shuffling.
変異した遺伝子により作製される組換えタンパク質が目的の機能(抗菌活性)を有するか否かは、変異遺伝子で形質転換体において発現させ、得られる組換えタンパク質の抗菌活性を、上述したように測定することにより確認することができる。 Whether or not the recombinant protein produced by the mutated gene has the desired function (antibacterial activity) is expressed in the transformant using the mutated gene, and the antibacterial activity of the resulting recombinant protein is measured as described above. This can be confirmed.
さらに、配列番号1に示される塩基配列の266〜786番目の塩基配列からなる核酸の全部又は一部の配列に相補的な配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ、抗菌活性を有するタンパク質をコードする遺伝子も本発明の遺伝子に含まれる。ストリンジェントな条件とは、特異的なハイブリッドが形成され、非特異的なハイブリッドが形成されない条件をいう。 Furthermore, it hybridizes under stringent conditions with a sequence complementary to the whole or a part of the nucleic acid consisting of the 266-786th nucleotide sequence of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1, and has antibacterial activity A gene encoding a protein is also included in the gene of the present invention. Stringent conditions refer to conditions in which specific hybrids are formed and non-specific hybrids are not formed .
(4)TaMDC1におけるシスタチンドメイン及びシスタチン様ドメイン
また本発明は、TaMDC1タンパク質のシスタチンドメイン(ドメインI)又はシスタチン様ドメイン(ドメインII)を含むポリペプチド(以下シスタチンドメインポリペプチドとも称する)に関する。TaMDC1タンパク質のドメインIは、シスタチン活性、すなわちプロテアーゼ阻害活性(パパイン阻害)と抗菌活性の両方を示す。一方、ドメインIIは、シスタチン活性を示さないが抗菌活性を示す。従って、TaMDC1タンパク質のドメインIを含むポリペプチド、及び/又はドメインIIを含むポリペプチドもまた有用である。特に、TaMDC1タンパク質のドメインIIを含むポリペプチドは、プロテアーゼを阻害せずに抗菌活性を示すため、摂取された場合に生物体内での消化不良等の影響が回避される。従って、植物において発現させることを意図した場合に、その植物の可食部に組換えタンパク質が蓄積・残留しても生物への影響が少なく、また食品・医薬品添加物として利用される場合に有用である。
(4) Cystatin domain and cystatin-like domain in TaMDC1 The present invention also relates to a polypeptide containing a cystatin domain (domain I) or cystatin-like domain (domain II) of TaMDC1 protein (hereinafter also referred to as cystatin domain polypeptide). Domain I of TaMDC1 protein exhibits cystatin activity, ie, both protease inhibitory activity (papain inhibition) and antibacterial activity. On the other hand, domain II does not show cystatin activity but shows antibacterial activity. Thus, polypeptides comprising TaMDC1 protein domain I and / or polypeptides comprising domain II are also useful. In particular, since a polypeptide containing domain II of TaMDC1 protein exhibits antibacterial activity without inhibiting protease, influences such as indigestion in an organism are avoided when ingested. Therefore, when it is intended to be expressed in a plant, even if the recombinant protein accumulates and remains in the edible part of the plant, it has little effect on the organism and is useful when used as a food or pharmaceutical additive. It is.
TaMDC1タンパク質の推定ドメインIは、配列番号2に示されるアミノ酸配列の40〜129番目のアミノ酸からなり、推定ドメインIIは、配列番号2に示されるアミノ酸配列の150〜210番目のアミノ酸からなる。従って、本発明のポリペプチドは、配列番号2に示されるアミノ酸配列の40〜129番目のアミノ酸、及び/又は150〜210番目のアミノ酸を含む。ただし、ポリペプチドが抗菌活性を有する限り、これらのアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入若しくは付加されたアミノ酸配列からなるものであってもよい。
The putative domain I of TaMDC1 protein consists of
また、TaMDC1タンパク質のドメインI及びドメインIIをコードする核酸を提供する。かかる核酸は、配列番号2に示されるアミノ酸配列の40〜129番目のアミノ酸を含むポリペプチド、又は配列番号2に示されるアミノ酸配列の40〜129番目のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、抗菌活性を有するポリペプチドをコードするものである。例えば、TaMDC1タンパク質のドメインIをコードする核酸としては、配列番号1に示される塩基配列の172〜441番目の塩基配列からなる核酸、及び配列番号1に示される塩基配列の172〜441番目の塩基配列に相補的な配列からなる核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ、抗菌活性を有するポリペプチドをコードする核酸を例示することができる。また、TaMDC1タンパク質のドメインIIをコードする核酸としては、例えば配列番号1に示される塩基配列の502〜684番目の塩基配列からなる核酸、及び配列番号1に示される塩基配列の502〜684番目の塩基配列に相補的な配列からなる核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ、抗菌活性を有するポリペプチドをコードする核酸が挙げられる。
Nucleic acids encoding TaMDC1 protein domain I and domain II are also provided. Such a nucleic acid is a polypeptide comprising
さらに、上記ドメインIIの範囲をさらに縮小化し、かつ抗菌活性を保持する縮小化ドメインIIも提供する。本明細書中、「縮小化ドメインII」とは、配列番号2に示されるアミノ酸配列の149〜198番目のアミノ酸からなる。従って、本発明のポリペプチドは、配列番号2に示されるアミノ酸配列の149〜198番目のアミノ酸を含むものであってもよい。ただし、ポリペプチドが抗菌活性を有する限り、これらのアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入若しくは付加されたアミノ酸配列からなるものであってもよい。 Further provided is a reduced domain II that further reduces the scope of domain II and retains antimicrobial activity. In the present specification, “reduced domain II” consists of amino acids 149 to 198 in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2. Therefore, the polypeptide of the present invention may contain amino acids 149 to 198 in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2. However, as long as the polypeptide has antibacterial activity, it may consist of an amino acid sequence in which one or several amino acids are substituted, deleted, inserted or added in these amino acid sequences.
また、上記縮小化ドメインIIをコードする核酸を提供する。かかる核酸は、配列番号2に示されるアミノ酸配列の149〜198番目のアミノ酸を含むポリペプチド、又は配列番号2に示されるアミノ酸配列の149〜198番目のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、抗菌活性を有するポリペプチドをコードするものである。例えば、縮小化ドメインIIをコードする核酸としては、配列番号1に示される塩基配列の499〜648番目の塩基配列からなる核酸、及び配列番号1に示される塩基配列の499〜648番目の塩基配列に相補的な配列からなる核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ、抗菌活性を有するポリペプチドをコードする核酸を例示することができる。 Also provided is a nucleic acid encoding the reduced domain II. Such a nucleic acid is a polypeptide comprising amino acids 149 to 198 of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, or one or several amino acids in the amino acid sequence of 149 to 198 of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 , Consisting of a deleted, inserted or added amino acid sequence and encoding a polypeptide having antibacterial activity. For example, the nucleic acid encoding the reduced domain II includes a nucleic acid consisting of the base sequence of 499 to 648 of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and the base sequence of 499 to 648 of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1. And a nucleic acid that hybridizes with a nucleic acid comprising a sequence complementary to the above under stringent conditions and encodes a polypeptide having antibacterial activity.
2.抗体
本発明においては、TaMDC1タンパク質又はシスタチンドメインポリペプチドに対する抗体を作製し、使用することができる。本発明において「抗体」とは、抗原であるタンパク質又はその部分ペプチドに結合可能な抗体分子全体又はそのフラグメント(例えば、Fab、F(ab’)2フラグメント、Fvフラグメントなど)を意味し、ポリクローナル抗体であってもモノクローナル抗体であってもよい。本発明において、抗体(ポリクローナル抗体及びモノクローナル抗体)は例えば以下の手法により作製することができる。
2. Antibody In the present invention, an antibody against TaMDC1 protein or cystatin domain polypeptide can be prepared and used. In the present invention, the “antibody” means an entire antibody molecule or a fragment thereof (for example, Fab, F (ab ′) 2 fragment, Fv fragment, etc.) that can bind to a protein that is an antigen or a partial peptide thereof. Or a monoclonal antibody. In the present invention, antibodies (polyclonal antibodies and monoclonal antibodies) can be prepared, for example, by the following method.
抗体作製のための免疫原としては、全長のTaMDC1タンパク質又はシスタチンドメインポリペプチドを使用してもよいし、あるいはそれらの部分ペプチドを使用してもよい。部分ペプチドの例としては、限定するものではないが、例えば配列番号2に示されるアミノ酸配列の55〜70番のアミノ酸配列などを含むペプチドが挙げられる。免疫原は、タンパク質又はその部分ペプチドを緩衝液に溶解して調製し、必要であれば、免疫を効果的に行うためにアジュバント(完全フロイントアジュバント、不完全フロイントアジュバント等)を添加してもよい。 As an immunogen for antibody production, full-length TaMDC1 protein or cystatin domain polypeptide may be used, or a partial peptide thereof may be used. Examples of partial peptides include, but are not limited to, peptides including, for example, amino acid sequences 55 to 70 of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2. An immunogen is prepared by dissolving a protein or a partial peptide thereof in a buffer, and if necessary, an adjuvant (complete Freund's adjuvant, incomplete Freund's adjuvant, etc.) may be added for effective immunization. .
ポリクローナル抗体を作製する場合は、免疫原を、哺乳動物、例えばウサギ、ラット、マウスなどに投与する。免疫は、主として静脈内、皮下、腹腔内に注入することにより行われる。また、免疫の間隔は特に限定されず、数日から数週間間隔で、1〜5回の免疫を行う。その後、最終の免疫日から一定期間経過後に、酵素免疫測定法(ELISA又はEIA、RIA)等で抗体価を測定し、最大の抗体価を示した日に採血し、抗血清を得る。その後は、抗血清中のポリクローナル抗体の反応性をELISA法などで測定する。 When producing polyclonal antibodies, the immunogen is administered to mammals such as rabbits, rats, mice and the like. Immunization is performed mainly by injecting intravenously, subcutaneously or intraperitoneally. The interval between immunizations is not particularly limited, and immunization is performed 1 to 5 times at intervals of several days to several weeks. Thereafter, after a lapse of a certain period from the last immunization day, the antibody titer is measured by enzyme immunoassay (ELISA, EIA, RIA) or the like, and blood is collected on the day showing the maximum antibody titer to obtain antiserum. Thereafter, the reactivity of the polyclonal antibody in the antiserum is measured by an ELISA method or the like.
モノクローナル抗体を作製する場合は、免疫原を、ポリクローナル抗体の場合と同様に哺乳動物、例えばウサギ、ラット、マウスなどに投与する。そして、最終の免疫日から一定期間経過後に抗体産生細胞(脾臓細胞、リンパ節細胞、末梢血細胞等)を採集し、ミエローマ細胞との細胞融合によりハイブリドーマを作製する。細胞融合は、血清を含まない動物細胞培養用培地中で、抗体産生細胞とミエローマ細胞とを混合し、細胞融合促進剤(例えばポリエチレングリコール等)の存在のもとで融合反応を行う。また、エレクトロポレーションを利用した市販の細胞融合装置を用いて細胞融合させることもできる。 In the case of producing a monoclonal antibody, the immunogen is administered to mammals such as rabbits, rats, mice and the like in the case of polyclonal antibodies. Then, antibody producing cells (spleen cells, lymph node cells, peripheral blood cells, etc.) are collected after a lapse of a certain period from the last immunization day, and a hybridoma is prepared by cell fusion with myeloma cells. In cell fusion, antibody-producing cells and myeloma cells are mixed in an animal cell culture medium that does not contain serum, and a fusion reaction is performed in the presence of a cell fusion promoter (eg, polyethylene glycol). Alternatively, cell fusion can be performed using a commercially available cell fusion device utilizing electroporation.
細胞融合処理後の細胞から目的とするハイブリドーマを選別する。また、ハイブリドーマの培養上清中に、TaMDC1タンパク質又はシスタチンドメインポリペプチドに反応する抗体が存在するか否かをスクリーニングする。ハイブリドーマのスクリーニングは、通常の方法に従えばよく、例えば酵素免疫測定法、放射性免疫測定法等を採用することができる。融合細胞のクローニングは、限界希釈法等により行い、目的のモノクローナル抗体を産生するハイブリドーマを樹立する。 The target hybridoma is selected from the cells after cell fusion treatment. In addition, the hybridoma culture supernatant is screened for the presence of antibodies that react with TaMDC1 protein or cystatin domain polypeptide. The screening of hybridomas may be carried out in accordance with a usual method, for example, an enzyme immunoassay method, a radioimmunoassay method or the like can be employed. Cloning of the fused cells is performed by a limiting dilution method or the like to establish a hybridoma that produces the target monoclonal antibody.
樹立したハイブリドーマからモノクローナル抗体を採取する方法として、通常の細胞培養法又は腹水形成法等を採用することができる。上記抗体の採取方法において抗体の精製が必要とされる場合は、硫安塩析法、イオン交換クロマトグラフィー、ゲル濾過、アフィニティークロマトグラフィーなどの公知の方法を適宜選択して、又はこれらを組み合わせることにより精製することができる。 As a method for collecting the monoclonal antibody from the established hybridoma, a normal cell culture method or ascites formation method can be employed. When antibody purification is required in the antibody collection method, known methods such as ammonium sulfate salting-out method, ion exchange chromatography, gel filtration, affinity chromatography are appropriately selected, or a combination thereof is used. Can be purified.
上述のようにして得られたTaMDC1タンパク質又はシスタチンドメインポリペプチドに対する抗体は、これらのタンパク質の精製及び検出などに使用することができる。 The antibody against TaMDC1 protein or cystatin domain polypeptide obtained as described above can be used for purification and detection of these proteins.
3.組換えベクター及び形質転換体
本発明の組換えベクターは、適当なベクターに上記遺伝子(核酸)を連結(挿入)することにより得ることができる。本発明で使用するベクターとしては、宿主中で複製可能なもの又は目的の核酸を宿主ゲノムに組み込み可能なものであれば特に限定されない。例えば、バクテリオファージ、プラスミド、コスミド、ファージミドなどが挙げられる。
3. Recombinant vector and transformant The recombinant vector of the present invention can be obtained by ligating (inserting) the gene (nucleic acid) into an appropriate vector. The vector used in the present invention is not particularly limited as long as it can replicate in the host or can integrate the target nucleic acid into the host genome. For example, bacteriophage, plasmid, cosmid, phagemid and the like can be mentioned.
プラスミドDNAとしては、放線菌由来のプラスミド(例えばpK4,pRK401,pRF31等)、大腸菌由来のプラスミド(例えばpBR322,pBR325,pUC118,pUC119,pUC18等)、枯草菌由来のプラスミド(例えばpUB110,pTP5等)、酵母由来のプラスミド(例えばYEp13,YEp24,YCp50等)などが挙げられ、ファージDNAとしてはλファージ(λgt10、λgt11、λZAP等)が挙げられる。さらに、レトロウイルス又はワクシニアウイルスなどの動物ウイルス、バキュロウイルスなどの昆虫ウイルスベクターを用いることもできる。また、アグロバクテリウム法を用いて形質転換を行う場合には、バイナリーベクター(pBI121等)を使用することができる。 As plasmid DNA, plasmids derived from actinomycetes (eg, pK4, pRK401, pRF31 etc.), plasmids derived from E. coli (eg, pBR322, pBR325, pUC118, pUC119, pUC18 etc.), plasmids derived from Bacillus subtilis (eg, pUB110, pTP5 etc.) And yeast-derived plasmids (eg, YEp13, YEp24, YCp50, etc.) and the like, and examples of phage DNA include λ phage (λgt10, λgt11, λZAP, etc.). Furthermore, animal viruses such as retrovirus or vaccinia virus, and insect virus vectors such as baculovirus can also be used. In addition, when performing transformation using the Agrobacterium method, a binary vector (pBI121 or the like) can be used.
ベクターにDNA(核酸配列)を挿入するには、まず、精製されたDNAを適当な制限酵素で切断し、適当なベクターDNAの制限酵素部位又はマルチクローニングサイトに挿入してベクターに連結する方法などが採用される。 In order to insert DNA (nucleic acid sequence) into a vector, first, the purified DNA is cleaved with a suitable restriction enzyme, inserted into a restriction enzyme site or a multicloning site of a suitable vector DNA, and linked to the vector. Is adopted.
核酸は、TaMDC1タンパク質又は又はシスタチンドメインポリペプチドが発現されるようにベクターに組み込まれることが必要である。そこで、本発明のベクターには、プロモーター、核酸配列のほか、所望によりエンハンサーなどのシスエレメント、スプライシングシグナル、ポリA付加シグナル、選択マーカー、リボソーム結合配列(SD配列)などを連結することができる。 The nucleic acid needs to be incorporated into the vector so that the TaMDC1 protein or cystatin domain polypeptide is expressed. Therefore, in addition to a promoter and a nucleic acid sequence, a cis element such as an enhancer, a splicing signal, a poly A addition signal, a selection marker, a ribosome binding sequence (SD sequence) and the like can be linked to the vector of the present invention as desired.
形質転換体は、TaMDC1タンパク質をコードする核酸、シスタチンドメインポリペプチドをコードする核酸、又はそれらの核酸を含む組換えベクターを、当該タンパク質又はポリペプチドが発現し得るように宿主細胞に導入することにより得ることができる。 A transformant is obtained by introducing a nucleic acid encoding a TaMDC1 protein, a nucleic acid encoding a cystatin domain polypeptide, or a recombinant vector containing these nucleic acids into a host cell so that the protein or polypeptide can be expressed. Obtainable.
形質転換に使用する宿主としては、タンパク質又はポリペプチドを発現できるものであれば特に限定されるものではない。例えば、細菌(大腸菌、枯草菌等)、酵母、植物細胞、動物細胞(COS細胞、CHO細胞等)、昆虫細胞が挙げられる。 The host used for transformation is not particularly limited as long as it can express a protein or polypeptide. Examples include bacteria (E. coli, Bacillus subtilis, etc.), yeast, plant cells, animal cells (COS cells, CHO cells, etc.) and insect cells.
細菌を宿主とする場合は、組換えベクターが該細菌中で自律複製可能であると同時に、プロモーター、リボゾーム結合配列、TaMDC1タンパク質又はシスタチンドメインポリペプチドをコードする核酸、転写終結配列により構成されていることが好ましい。大腸菌としては、例えばエッシェリヒア・コリ(Escherichia coli)DH5αなどが挙げられ、枯草菌としては、例えばバチルス・ズブチリス(Bacillus subtilis)などが挙げられる。細菌への組換えベクターの導入方法は、細菌にDNAを導入する方法であれば特に限定されるものではない。例えばカルシウムイオンを用いる方法、エレクトロポレーション法等が挙げられる。 When a bacterium is used as a host, the recombinant vector is autonomously replicable in the bacterium, and at the same time, it is composed of a promoter, a ribosome binding sequence, a nucleic acid encoding TaMDC1 protein or cystatin domain polypeptide, and a transcription termination sequence. It is preferable. Examples of Escherichia coli include Escherichia coli DH5α, and examples of Bacillus subtilis include Bacillus subtilis. The method for introducing a recombinant vector into bacteria is not particularly limited as long as it is a method for introducing DNA into bacteria. Examples thereof include a method using calcium ions and an electroporation method.
酵母を宿主とする場合は、例えばサッカロミセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)、シゾサッカロミセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)などが用いられる。酵母への組換えベクターの導入方法は、酵母にDNAを導入する方法であれば特に限定されず、例えばエレクトロポレーション法、スフェロプラスト法、酢酸リチウム法等が挙げられる。 When yeast is used as a host, for example, Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe and the like are used. The method for introducing a recombinant vector into yeast is not particularly limited as long as it is a method for introducing DNA into yeast, and examples thereof include an electroporation method, a spheroplast method, and a lithium acetate method.
動物細胞を宿主とする場合は、サル細胞COS−7、Vero、チャイニーズハムスター卵巣細胞(CHO細胞)、マウスL細胞、ラットGH3、ヒトFL細胞等が用いられる。動物細胞への組換えベクターの導入方法としては、例えばエレクトロポレーション法、リン酸カルシウム法、リポフェクション法等が挙げられる。 When animal cells are used as hosts, monkey cells COS-7, Vero, Chinese hamster ovary cells (CHO cells), mouse L cells, rat GH3, human FL cells and the like are used. Examples of methods for introducing a recombinant vector into animal cells include an electroporation method, a calcium phosphate method, and a lipofection method.
昆虫細胞を宿主とする場合は、Sf9細胞などが用いられる。昆虫細胞への組換えベクターの導入方法としては、例えばリン酸カルシウム法、リポフェクション法、エレクトロポレーション法などが挙げられる。 When insect cells are used as hosts, Sf9 cells and the like are used. Examples of the method for introducing a recombinant vector into insect cells include the calcium phosphate method, lipofection method, electroporation method and the like.
また、本発明において形質転換の対象となる植物は、植物体全体、植物器官(例えば葉、花弁、茎、根、種子等)、植物組織(例えば表皮、師部、柔組織、木部、維管束、柵状組織、海綿状組織等)又は植物培養細胞のいずれをも意味するものである。形質転換に用いられる植物としては、特に限定されず、単子葉植物綱又は双子葉植物綱に属する植物のいずれでもよい。単子葉植物綱及び双子葉植物綱に属する植物の例を以下に示すが、これらに限定されるものではない。 Further, in the present invention, the plant to be transformed includes the whole plant, plant organs (for example, leaves, petals, stems, roots, seeds, etc.), plant tissues (for example, epidermis, phloem, soft tissue, xylem, fibers). Tube bundle, fence-like tissue, spongy tissue, etc.) or plant cultured cells. The plant used for transformation is not particularly limited, and may be any plant belonging to the monocotyledonous plant class or the dicotyledonous plant class. Examples of plants belonging to the monocotyledonous plant class and the dicotyledonous plant class are shown below, but are not limited thereto.
(単子葉植物綱)
イネ科:イネ(Oryza sativa)、コムギ(Triticum aestivum)、オオムギ(Hordeum vulgare)、トウモロコシ(Zea mays)、ペレニアルライグラス(Lolium perenne L.)、オーチャードグラス(Dactylis glomerata L.)、メドウフェスク(Festuca pratensis Huds.)等の芝草類など
サトイモ科:サトイモ(Colocasia esculenta)、コンニャク(Amorphophallus rivieri)等
パイナップル科:パイナップル(Ananas comosus)等
ヤシ科:ココヤシ(Cocos nucifera)等
ユリ科:ネギ(Allium fistulosum)、タマネギ(Allium cepa)、ニンニク(Allium sativum)、アスパラガス(Asparagus officinalis)、カタクリ(Erythronium Japonicum)等
(Monocotyledonous plant)
Gramineae: Rice (Oryza sativa), Wheat (Triticum aestivum), Barley (Hordeum vulgare), Corn (Zea mays), Perennial ryegrass (Lolium perenne L.), Orchard grass (Dactylis glomerata L.), Meadow fescue (Festuca pratensis Huds) .) Turf grasses such as taros: taro (Colocasia esculenta), konnyaku (Amorphophallus rivieri), pineapples: pineapples (Ananas comosus), etc .: coconuts (Cocos nucifera), lilies: leeks (Allium fistulosum), onions (Allium cepa), Garlic (Allium sativum), Asparagus (Asparagus officinalis), Katakuri (Erythronium Japonicum), etc.
(双子葉植物)
アカザ科:ホウレンソウ(Spinacia oleracea)、テンサイ(Beta vulgaris)等
アブラナ科:キャベツ、コマツナ、シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)、アブラナ(Brassica campestris L.)、ハクサイ(Brassica pekinensis Rupr.)、ダイコン(Raphanus sativus L.)、ナタネ(Brassica campestris L., B. napus L.)等
ウリ科:キュウリ(Cucumis sativus)、メロン(Cucumis melo)、スイカ(Citrullus lanatus)等
キク科:レタス(Lactuca sativa)、ゴボウ(Arctium lappa)、ベニバナ(Carthamus tinctorius)等
コショウ科:コショウ(Piper nigrum)等
シソ科:セージ(Salvia officinalis)、バジル(Ocimum basilicum)等
ナス科:ナス(Solanum melongena)、ジャガイモ(Solanum tuberosum)、トマト(Lycopersicum esculentum)、ピーマン(Capsicum annuum)、タバコ(Nicotiana tabacum)等
バラ科:ウメ(Prunus mume)、モモ(Prunus persica)、リンゴ(Maluspumila var.domestica)、イチゴ(Fragaria x ananassa)等
ヒルガオ科:サツマイモ(Ipomonea batatas)等
ブドウ科:ブドウ(Vitis vinifera, Vitis labrusca)等
マメ科:エンドウ(Pisum sativum)、ソラマメ(Vicia faba)、ラッカセイ(Arachis hypogaea)、ダイズ(Glycine max)、アズキ(Vigna angularis)等
ミカン科:ウンシュウミカン(Citrus unshiu)、グレープフルーツ(Citrus paradisi)、レモン(Citrus limon)等。
(Dicotyledonous plant)
Rabbitaceae: Spinach (Spinacia oleracea), sugar beet (Beta vulgaris), etc. ), Rapeseed (Brassica campestris L., B. napus L.) and other cucurbitaceae: cucumber (Cucumis sativus), melon (Cucumis melo), watermelon (Citrullus lanatus) and other asteraceae: lettuce (Lactuca sativa), burdock (Arctium lappa) ), Safflower (Carthamus tinctorius), etc. Pepperaceae: Pepper nigrum, Lamiaceae: Sage (Salvia officinalis), Basil (Ocimum basilicum), Solanum: Solanum melongena, Potato (Solanum tuberosum), Tomato (Lycopersicum) esculentum), peppers (Capsicum annuum), tobacco (Nicotiana tabacum), etc. Rosaceae: Prunus mume, peach (Prunus persica), apple (Maluspumi) la var.domestica), Strawberries (Fragaria x ananassa), etc. Convolvulaceae: Sweet potatoes (Ipomonea batatas), etc. Grapes: Grapes (Vitis vinifera, Vitis labrusca), etc. Legumes: Peas sativum, Broad bean (Vicia faba), Groundnut (Arachis hypogaea), soybean (Glycine max), azuki (Vigna angularis), etc. Citrus unshiu, grapefruit (Citrus paradisi), lemon (Citrus limon) and the like.
本発明において形質転換対象となる植物は、イネ科に属する植物、特に雪腐病菌に対する抵抗性を付与することが望まれる植物、例えばコムギ、オオムギ、芝草類であることが好ましい。 The plant to be transformed in the present invention is preferably a plant belonging to the family Gramineae, particularly a plant that is desired to impart resistance to snow rot fungi, such as wheat, barley, and turfgrass.
上記組換えベクターは、通常の形質転換方法、例えばアグロバクテリウム法、パーティクルガン法、PEG法、エレクトロポレーション法等によって植物中に導入することができる。例えばアグロバクテリウム法を用いる場合は、構築した植物用発現ベクターを適当なアグロバクテリウム、例えばアグロバクテリウム・ツメファシエンス(Agrobacterium tumefaciens)に導入し、この株をリーフディスク法(内宮博文著,植物遺伝子操作マニュアル,1990,27−31pp,講談社サイエンティフィック,東京)等に従って無菌培養葉片に感染させ、形質転換植物を得ることができる。 The recombinant vector can be introduced into plants by a conventional transformation method such as the Agrobacterium method, particle gun method, PEG method, electroporation method and the like. For example, when the Agrobacterium method is used, the constructed plant expression vector is introduced into an appropriate Agrobacterium such as Agrobacterium tumefaciens, and this strain is introduced by the leaf disc method (Hirofumi Uchimiya, plant gene). According to the operation manual, 1990, 27-31pp, Kodansha Scientific, Tokyo, etc., a sterile cultured leaf piece can be infected to obtain a transformed plant.
また、パーティクルガン法を用いる場合は、植物体、植物器官、植物組織自体をそのまま使用してもよく、切片を調製した後に使用してもよく、プロトプラストを調製して使用してもよい。このように調製した試料を遺伝子導入装置(例えばPDS−1000(BIO−RAD社)等)を用いて処理することができる。処理条件は植物又は試料により異なるが、通常は450〜2000psi程度の圧力、4〜12cm程度の距離で行う。 When the particle gun method is used, a plant body, a plant organ, and a plant tissue itself may be used as they are, or may be used after preparing a section, or a protoplast may be prepared and used. The sample thus prepared can be processed using a gene introduction apparatus (for example, PDS-1000 (BIO-RAD)). The treatment conditions vary depending on the plant or sample, but are usually performed at a pressure of about 450 to 2000 psi and a distance of about 4 to 12 cm.
植物培養細胞を宿主として用いる場合は、形質転換は、組換えベクターをパーティクルガン法、エレクトロポレーション法等で培養細胞に導入する。 When plant cultured cells are used as a host, transformation is performed by introducing a recombinant vector into the cultured cells by the particle gun method, electroporation method or the like.
形質転換の結果得られるカルスやシュート、毛状根などは、そのまま細胞培養、組織培養又は器官培養に用いることが可能であり、また従来知られている植物組織培養法を用い、適当な濃度の植物ホルモン(オーキシン、サイトカイニン、ジベレリン、アブシジン酸、エチレン、ブラシノライド等)の投与などにより植物体に再生させることができる。 Callus, shoots, hairy roots, etc. obtained as a result of transformation can be used as they are for cell culture, tissue culture or organ culture, and can be used at a suitable concentration using conventionally known plant tissue culture methods. The plant can be regenerated by administration of plant hormones (auxin, cytokinin, gibberellin, abscisic acid, ethylene, brassinolide, etc.).
遺伝子が宿主に導入されたか否かの確認は、PCR法、サザンハイブリダイゼーション法、ノーザンハイブリダイゼーション法等により行うことができる。例えば、形質転換体からDNAを調製し、DNA特異的プライマーを設計してPCRを行う。PCRは、前記プラスミドを調製するために使用した条件と同様の条件で行うことができる。その後は、増幅産物についてアガロースゲル電気泳動、ポリアクリルアミドゲル電気泳動又はキャピラリー電気泳動等を行い、臭化エチジウム、SYBR Green液等により染色し、そして増幅産物を1本のバンドとして検出することにより、形質転換されたことを確認することができる。また、予め蛍光色素等により標識したプライマーを用いてPCRを行い、増幅産物を検出することもできる。さらに、マイクロプレート等の固相に増幅産物を結合させ、蛍光又は酵素反応等により増幅産物を確認する方法も採用することができる。あるいは、薬剤による形質転換体の選抜を行ってもよい。 Whether or not a gene has been introduced into the host can be confirmed by PCR, Southern hybridization, Northern hybridization, or the like. For example, DNA is prepared from the transformant, PCR is performed by designing a DNA-specific primer. PCR can be performed under the same conditions as those used for preparing the plasmid. Thereafter, the amplification product is subjected to agarose gel electrophoresis, polyacrylamide gel electrophoresis, capillary electrophoresis, etc., stained with ethidium bromide, SYBR Green solution, etc., and the amplification product is detected as one band, It can be confirmed that it has been transformed. Moreover, PCR can be performed using a primer previously labeled with a fluorescent dye or the like to detect an amplification product. Furthermore, it is possible to employ a method in which the amplification product is bound to a solid phase such as a microplate and the amplification product is confirmed by fluorescence or enzyme reaction. Or you may perform the selection of the transformant by a chemical | medical agent.
4.タンパク質・ポリペプチドの製造
本発明のTaMDC1タンパク質及びシスタチンドメインポリペプチドは、前述したコムギから当技術分野で公知のタンパク質の精製方法によって製造することができる。また、当技術分野で公知の化学的ペプチド合成方法、例えば固相合成法などによって製造することもできる。また、TaMDC1タンパク質又はシスタチンドメインポリペプチドをコードする核酸が導入された形質転換体を培養し、得られる培養物から該タンパク質を回収することによっても製造することができる。このような遺伝子工学的手法を利用したタンパク質の生産方法は当技術分野で周知であり、以下に具体的に説明する。
4). Production of Protein / Polypeptide The TaMDC1 protein and cystatin domain polypeptide of the present invention can be produced from the aforementioned wheat by protein purification methods known in the art. It can also be produced by chemical peptide synthesis methods known in the art, such as solid phase synthesis. It can also be produced by culturing a transformant introduced with a nucleic acid encoding TaMDC1 protein or cystatin domain polypeptide and recovering the protein from the resulting culture. Protein production methods using such genetic engineering techniques are well known in the art and will be described in detail below.
本発明のTaMDC1タンパク質及びシスタチンドメインポリペプチドは、前記形質転換体を培養し、その培養物から採取することにより得ることができる。「培養物」とは、培養上清、培養細胞若しくは培養菌体又は細胞若しくは菌体の破砕物のいずれをも意味するものである。本発明の形質転換体を培養する方法は、宿主の培養に用いられる通常の方法に従って行われる。 The TaMDC1 protein and cystatin domain polypeptide of the present invention can be obtained by culturing the transformant and collecting it from the culture. “Culture” means any of culture supernatant, cultured cells, cultured cells, or disrupted cells or cells. The method for culturing the transformant of the present invention is carried out according to a usual method used for culturing a host.
大腸菌や酵母菌等の微生物を宿主として得られた形質転換体を培養する培地は、微生物が資化し得る炭素源、窒素源、無機塩類等を含有し、形質転換体の培養を効率的に行うことができる培地であれば、天然培地、合成培地のいずれを用いてもよい。炭素源としては、グルコース、フラクトース、スクロース、デンプン等の炭水化物、酢酸、プロピオン酸等の有機酸、エタノール、プロパノール等のアルコール類が挙げられる。窒素源としては、アンモニア、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、リン酸アンモニウム等の無機酸若しくは有機酸のアンモニウム塩又はその他の含窒素化合物のほか、ペプトン、肉エキス、コーンスティープリカー等が挙げられる。無機物としては、リン酸第一カリウム、リン酸第二カリウム、リン酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム、硫酸第一鉄、硫酸マンガン、硫酸銅、炭酸カルシウム等が挙げられる。 A medium for culturing transformants obtained using microorganisms such as Escherichia coli and yeast as a host contains a carbon source, nitrogen source, inorganic salts, etc. that can be assimilated by the microorganisms, and efficiently cultures the transformants. As long as the medium can be used, either a natural medium or a synthetic medium may be used. Examples of the carbon source include carbohydrates such as glucose, fructose, sucrose, and starch, organic acids such as acetic acid and propionic acid, and alcohols such as ethanol and propanol. Examples of the nitrogen source include ammonia, ammonium chloride, ammonium sulfate, ammonium acetate, ammonium salts of organic acids such as ammonium phosphate or other nitrogen-containing compounds, peptone, meat extract, corn steep liquor, and the like. Examples of the inorganic substance include monopotassium phosphate, dipotassium phosphate, magnesium phosphate, magnesium sulfate, sodium chloride, ferrous sulfate, manganese sulfate, copper sulfate, and calcium carbonate.
培養は、通常、振盪培養又は通気攪拌培養などの好気的条件下、20〜37℃で12時間〜3日間行う。 The culture is usually performed at 20 to 37 ° C. for 12 hours to 3 days under aerobic conditions such as shaking culture or aeration and agitation culture.
動物細胞を宿主として得られた形質転換体を培養する培地としては、一般に使用されているRPMI1640培地、DMEM培地又はこれらの培地に牛胎児血清等を添加した培地等が挙げられる。培養は、通常、5%CO2存在下、37℃で6時間〜4日間行う。 Examples of a medium for culturing a transformant obtained using animal cells as a host include generally used RPMI 1640 medium, DMEM medium, or a medium obtained by adding fetal calf serum or the like to these mediums. The culture is usually performed at 37 ° C. for 6 hours to 4 days in the presence of 5% CO 2 .
培養後、本発明のタンパク質又はポリペプチドが菌体内又は細胞内に生産される場合には、超音波処理、凍結融解の繰り返し、ホモジナイザー処理などを施して菌体又は細胞を破砕することにより上記タンパク質を採取する。また、当該タンパク質が菌体外又は細胞外に生産される場合には、培養液をそのまま使用するか、遠心分離等により菌体又は細胞を除去する。その後、タンパク質の単離精製に用いられる一般的な生化学的方法、例えば硫酸アンモニウム沈殿、ゲルクロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー等を単独で又は適宜組み合わせて用いることにより、前記培養物中から本発明のタンパク質を単離精製することができる。 After culturing, when the protein or polypeptide of the present invention is produced in cells or cells, the protein or polypeptide is subjected to ultrasonic treatment, repeated freeze-thawing, homogenizer treatment, etc. to disrupt the cells or cells. Collect. When the protein is produced outside the cells or cells, the culture solution is used as it is, or the cells or cells are removed by centrifugation or the like. Thereafter, by using general biochemical methods used for protein isolation and purification, such as ammonium sulfate precipitation, gel chromatography, ion exchange chromatography, affinity chromatography, etc. alone or in appropriate combination, From the above, the protein of the present invention can be isolated and purified.
5.抵抗性植物
前記TaMDC1タンパク質をコードする遺伝子、若しくはTaMDC1のシスタチンドメインポリペプチドをコードする遺伝子、又は組換えベクターを植物に導入すると、得られる形質転換植物は、病原菌、特に雪腐病菌に対する抵抗性を獲得する。従って、当該形質転換植物は、病原菌抵抗性植物として使用することができる。ここで、「病原菌」とは、植物の病害の原因となる細菌、真菌などを意味する。本発明において病原菌は、細菌及び真菌であれば特に限定されるものではないが、例えば糸状菌である雪腐病菌、イネイモチ病菌(Magnaporthe grisea)、コムギ赤カビ病菌(Fusarium graminearum)、細菌であるイネ白葉枯病菌(Xanthomonas oryzae)等が挙げられる。雪腐病菌には、例えば紅色雪腐病菌(Monographella nivalis)、褐色雪腐病菌(Pythium iwayamai, P. paddicum等)、雪腐小粒菌核病菌(Typhula incarnata, T. ishikarienis)、雪腐大粒菌核病菌(Sclerotinia borealis)などが含まれる。さらに、得られる形質転換植物は、低温、塩及び乾燥などの非生物ストレスに対する抵抗性も獲得しうる。ここで、「抵抗性」とは、病原菌や非生物ストレスに対し抵抗性を示す、すなわち、病原菌若しくは非生物ストレスによる影響を低減させるか、又は全く影響を受けないことによって、植物が生存、栄養生長、生殖生長などを継続することができることを意味する。
5). Resistant plants When a gene encoding the TaMDC1 protein, a gene encoding the cystatin domain polypeptide of TaMDC1 or a recombinant vector is introduced into the plant, the resulting transformed plant has resistance to pathogenic bacteria, particularly snow rot fungi. To win. Therefore, the transformed plant can be used as a pathogen-resistant plant. Here, “pathogenic bacteria” means bacteria, fungi, and the like that cause plant diseases. In the present invention, the pathogenic bacteria are not particularly limited as long as they are bacteria and fungi. For example, fungi such as snow rot fungus, rice rot fungus (Magnaporthe grisea), wheat red mold fungus (Fusarium graminearum), and rice that is a bacterium. An example is Xanthomonas oryzae. Snow rot fungi include, for example, red snow rot fungus (Monographella nivalis), brown snow rot fungus (Pythium iwayamai, P. paddicum, etc.), snow rot fungus (Typhula incarnata, T. ishikarienis), snow rot fungus It contains disease bacteria (Sclerotinia borealis). In addition, the resulting transformed plants can also acquire resistance to abiotic stresses such as low temperature, salt and drought. Here, “resistance” means resistance to pathogenic bacteria and abiotic stress, that is, by reducing the influence of pathogenic bacteria or abiotic stress or not being affected at all, the plant is alive and nourishing. It means that growth and reproductive growth can be continued.
本発明の形質転換植物の病原菌抵抗性は、以下の方法によって検定することができる。例えば、得られた形質転換植物の葉に針等で傷を付け(Mock処理)、病原菌を含む菌液を接種し、感染によって傷害を受けた部分の面積を、同様に処理した非形質転換植物のものと比較することにより、形質転換植物の抵抗性を検定することができる。当業者であれば、検定条件が検定される植物種及び病原菌種により変更しうることは明らかである。検定の際に、組織又は細胞を固定した後又は生きた状態のまま、アニリンブルー(Eschrich W.及びCurrier H.B., (1964) Stain Technology 39, 303-307)等の色素で染色することによってさらに容易に比較することができる。あるいは、形質転換植物から得られる種子を、病原菌液に浸漬した後に土壌に蒔き、発芽及び生育させて、正常に生育する個体数と、同様に処理した非形質転換植物の種子から生育する個体数とを比較することによって調べることもできる。その他、形質転換した植物細胞及び非形質転換植物の細胞を病原菌を加えた培地で所定の期間(例えば、6時間〜5日)培養し、その生存数を比較することによって検定してもよい。本発明の形質転換植物の病害抵抗性の検定方法は、上記に限定されない。 The pathogen resistance of the transformed plant of the present invention can be assayed by the following method. For example, the leaves of the resulting transformed plant are scratched with a needle or the like (Mock treatment), inoculated with a bacterial solution containing a pathogenic bacterium, and the area of the part damaged by the infection is treated similarly. The resistance of the transformed plant can be assayed by comparing with the above. It will be apparent to those skilled in the art that the assay conditions may vary depending on the plant species and pathogen species being assayed. More easily by staining with dyes such as aniline blue (Eschrich W. and Currier HB, (1964) Stain Technology 39, 303-307) after fixation of tissue or cells or in a live state during the assay. Can be compared. Alternatively, seeds obtained from a transformed plant are immersed in a pathogenic fungus solution, sown in soil, germinated and grown, and the number of individuals that grow normally and the number of individuals that grow from the seeds of a non-transformed plant treated in the same manner It can also be examined by comparing In addition, the transformed plant cells and non-transformed plant cells may be cultured in a medium to which a pathogenic bacterium is added for a predetermined period (for example, 6 hours to 5 days), and assayed by comparing the number of surviving cells. The method for assaying disease resistance of the transformed plant of the present invention is not limited to the above.
また、本発明の形質転換植物の非生物ストレス抵抗性は、得られた形質転換植物を非生物ストレスの存在下で発芽、生育又は花芽形成などさせて、正常な個体数と、同様に処理した非形質転換植物の個体数とを比較することによって調べることができる。 In addition, the abiotic stress resistance of the transformed plant of the present invention was treated in the same manner as the normal number of individuals by germination, growth or flower bud formation in the presence of abiotic stress. It can be examined by comparing the number of non-transformed plants.
本発明の抵抗性植物は、TaMDC1タンパク質をコードする核酸若しくはシスタチンドメインポリペプチドをコードする核酸、又はそれらの核酸を含む組換えベクターを導入した形質転換植物(トランスジェニック植物)を、抵抗性植物として使用し得る程度に育種することにより作出することができる。この場合、植物にとって上記各種病害又は非生物ストレスが生じる条件において枯死等をせずに抵抗性を示す植物を選抜すればよい。抵抗性植物としての使用開始時期は、形質転換直後であっても、形質転換後に1日〜約90日間培養又は栽培した後であってもよい。 The resistant plant of the present invention is a transgenic plant into which a nucleic acid encoding TaMDC1 protein or a nucleic acid encoding a cystatin domain polypeptide or a recombinant vector containing these nucleic acids is introduced as a resistant plant. It can be produced by breeding to such an extent that it can be used. In this case, it is only necessary to select a plant that exhibits resistance to the plant without causing death or the like under the conditions causing the various diseases or abiotic stress. The start of use as a resistant plant may be immediately after transformation or after culturing or cultivating for 1 to about 90 days after transformation.
また、本発明の抵抗性植物は、交配(例えば、自家受粉、形質転換植物間での受粉、又は形質転換植物と非形質転換植物との間の受粉)により繁殖のための種子を形成させることができる。 Moreover, the resistant plant of the present invention forms seeds for propagation by crossing (for example, self-pollination, pollination between transformed plants, or pollination between transformed plants and non-transformed plants). Can do.
さらに、上記の感染細胞からの植物体の分化/誘導の手順を用いて、形質転換された植物体の組織(例えば、根、茎、葉)又は器官(例えば、生長点、花粉)の組織培養によって、生殖過程(種子)を介することなく、さらなる形質転換植物を得ることができる。このような技術及び手順は当業者には公知であり、組織培養の一般的な方法は、種々の実験マニュアルに記載されている。 Furthermore, using the above-described procedure for differentiation / induction of plant bodies from infected cells, tissue culture of transformed plant tissues (eg, roots, stems, leaves) or organs (eg, growth points, pollen) By means of this, further transformed plants can be obtained without going through the reproductive process (seed). Such techniques and procedures are known to those skilled in the art, and general methods of tissue culture are described in various experimental manuals.
このようにして得られた本発明の抵抗性植物は、正常に生育し、かつTaMDC1タンパク質又はシスタチンドメインポリペプチドの発現によって病原菌又は非生物ストレスに対して高い抵抗性を示す。さらに、形質転換植物から得られる種子もまた正常に発芽及び成長し、そして高い抵抗性を示す。これは導入された核酸又は組換えベクターが次世代においても保存されることを示し、それゆえ上記抵抗性が安定して後代に受け継がれることを示す。従って、本発明により、高い抵抗性を示す実用的で有用な植物が得られる。 The resistant plant of the present invention thus obtained grows normally and exhibits high resistance to pathogenic bacteria or abiotic stress by expression of TaMDC1 protein or cystatin domain polypeptide. In addition, seeds obtained from transformed plants also germinate and grow normally and show high resistance. This indicates that the introduced nucleic acid or recombinant vector is preserved in the next generation, and thus the resistance is stably inherited to progeny. Therefore, according to the present invention, a practical and useful plant exhibiting high resistance can be obtained.
6.抗菌剤
TaMDC1タンパク質及び該タンパク質のCYドメインポリペプチドは、病原菌に対する抗菌活性を有する。従って、TaMDC1タンパク質及びシスタチンドメインポリペプチド、該タンパク質又はポリペプチドをコードする核酸、該核酸を含む組換えベクター、形質転換体などは、抗菌剤として使用することができる。
6). Antibacterial agent TaMDC1 protein and the CY domain polypeptide of the protein have antibacterial activity against pathogenic bacteria. Therefore, TaMDC1 protein and cystatin domain polypeptide, nucleic acid encoding the protein or polypeptide, recombinant vector containing the nucleic acid, transformant, and the like can be used as an antibacterial agent.
本発明に係る抗菌剤は、上記のタンパク質若しくはポリペプチド、核酸、組換えベクター又は形質転換体のうち、1種のみを単独で含有してもよいし、複数種を含有してもよい。また本発明の抗菌剤は、他の抗菌剤及び/又は添加剤などをさらに含有するものであってもよい。このような他の抗菌剤及び添加剤は、本発明の抗菌剤に含まれる成分の抗菌活性を低減させるものでなければ任意のものを使用することができる。 The antibacterial agent which concerns on this invention may contain only 1 type among said protein or polypeptide, a nucleic acid, a recombinant vector, or a transformant, and may contain multiple types. The antibacterial agent of the present invention may further contain other antibacterial agents and / or additives. Any other antibacterial agents and additives may be used as long as they do not reduce the antibacterial activity of the components contained in the antibacterial agent of the present invention.
本発明の抗菌剤の形態は特に限定されず、TaMDC1タンパク質又はシスタチンドメインポリペプチドを適当な溶媒中に溶解若しくは懸濁することにより液剤として、又は粉剤若しくは錠剤として調製することも可能である。また上記形質転換体を培養して得られる培養物をそのまま本発明の抗菌剤として使用することもできる。 The form of the antibacterial agent of the present invention is not particularly limited, and it can be prepared as a solution by dissolving or suspending TaMDC1 protein or cystatin domain polypeptide in a suitable solvent, or as a powder or tablet. A culture obtained by culturing the above transformant can also be used as it is as the antibacterial agent of the present invention.
液剤において使用可能な溶媒もまた特に限定されないが、例えば、水、メタノール、ジメチルスルホキシドなどが挙げられる。液剤として調製する場合、有効成分の濃度は、抗菌活性を発揮できる範囲であれば特に限定されない。また本発明の抗菌剤を粉剤又は錠剤として調製する場合には、上記タンパク質、ポリペプチド、核酸等の他、無機塩、糖類、タルク、バーミュライトなどの当業者に公知の粉末を適宜選択して混合し、粉剤又は錠剤とすることができる。 Although the solvent which can be used in a liquid agent is also not specifically limited, For example, water, methanol, dimethylsulfoxide etc. are mentioned. When preparing as a liquid agent, the concentration of the active ingredient is not particularly limited as long as it is in a range where antibacterial activity can be exhibited. When the antibacterial agent of the present invention is prepared as a powder or tablet, in addition to the protein, polypeptide, nucleic acid, etc., powders known to those skilled in the art such as inorganic salts, saccharides, talc, vermulite, etc. And mixed to form a powder or tablet.
本発明の抗菌剤を適用する対象としては、特に限定されるものではないが、病原菌が発生する植物(例えばイネ科に属する植物、好ましくはコムギ、オオムギ、芝草類など)、植物が生育する田畑、庭園、湖沼などが挙げられる。 The target to which the antibacterial agent of the present invention is applied is not particularly limited, but is a plant in which pathogenic bacteria are generated (for example, a plant belonging to the family Gramineae, preferably wheat, barley, turf, etc.), a field where the plant grows. , Gardens and lakes.
本発明の抗菌剤は、対象となる植物に直接散布する、又は領域に直接散布する若しくは植物を生育する容器を抗菌剤に浸漬するなどにより使用することができる。使用量は、対象の種類、周囲の環境などにより左右される。 The antibacterial agent of the present invention can be used by spraying directly on a target plant, or spraying directly on an area, or immersing a container growing a plant in the antibacterial agent. The amount used depends on the type of target and the surrounding environment.
本発明の抗菌剤により殺菌される又は生育が抑制される病原菌としては細菌及び真菌などが含まれるが、本発明の抗菌剤は、特に糸状菌である雪腐病菌に対して効果がある。雪腐病菌には、例えば紅色雪腐病菌(Monographella nivalis)、褐色雪腐病菌(Pythium iwayamai, P. paddicum等)、雪腐小粒菌核病菌(Typhula incarnata, T. ishikarienis)、雪腐大粒菌核病菌(Sclerotinia borealis)などが含まれる。 Bacteria and fungi are included as pathogenic bacteria that are sterilized by the antibacterial agent of the present invention or whose growth is suppressed. The antibacterial agent of the present invention is particularly effective against snow rot fungi that are filamentous fungi. Snow rot fungi include, for example, red snow rot fungus (Monographella nivalis), brown snow rot fungus (Pythium iwayamai, P. paddicum, etc.), snow rot fungus (Typhula incarnata, T. ishikarienis), snow rot fungus It contains disease bacteria (Sclerotinia borealis).
本発明の抗菌剤は、コムギ由来のタンパク質及び該タンパク質のドメインからなるポリペプチドなどであり、環境にやさしく安全性に優れた抗菌剤として農薬及び医薬分野において広範な利用が期待される。 The antibacterial agent of the present invention is a protein derived from a protein derived from wheat and a domain of the protein, and is expected to be widely used in the agricultural and pharmaceutical fields as an antibacterial agent that is environmentally friendly and excellent in safety.
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれら実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail using an Example, the technical scope of this invention is not limited to these Examples.
本実施例においては、コムギから抗菌性タンパク質を単離することを試みた。
(1)植物材料及び低温順化
冬コムギ(Triticum aestivum L. cv. Chihoku)の表面を滅菌し、発芽後に市販の土壌混合物に植えた。植物は、発育室において22℃/18℃(16時間照明/8時間暗室)で14日間成長させた。低温順化は、6℃/2℃(8時間照明/16時間暗室)でさらに2週間実施した。低温順化の解除については、22℃/18℃(16時間照明/8時間暗室)で3日間成長させた。
In this example, an attempt was made to isolate an antibacterial protein from wheat.
(1) Plant material and low temperature acclimation The surface of winter wheat (Triticum aestivum L. cv. Chihoku) was sterilized and planted in a commercial soil mixture after germination. The plants were grown for 14 days in a growth room at 22 ° C./18° C. (16 hours illumination / 8 hours dark room). Cold acclimation was carried out at 6 ° C./2° C. (8 hours illumination / 16 hours dark room) for another 2 weeks. In order to cancel the low-temperature acclimation, the film was grown at 22 ° C./18° C. (16 hours illumination / 8 hours dark room) for 3 days.
冠部及び葉の組織を、順化前(非順化(NA)、0日)、低温順化(CA)の1、3、7、10、14日目、順化解除(DA)の1及び3日目に採取した。採取した植物材料を液体窒素で凍結し、RNA及びタンパク質の抽出まで−80℃で保存した。
Crown and leaf tissues were pre-acclimated (non-acclimated (NA), day 0), cold acclimatized (CA) 1, 3, 7, 10, 14 days, deacclimated (DA) 1 And on
(2)cDNAの単離と配列分析
低温順化した冠組織から構築したcDNAライブラリーにおける低温調節cDNAクローンのスクリーニングは、マクロアレイ手法を用いて実施した。
(2) Isolation and sequence analysis of cDNA Screening of cold-regulated cDNA clones in a cDNA library constructed from cold-adapted coronary tissue was performed using the macroarray technique.
具体的に説明すると、上述の方法により低温馴化処理した冬コムギ(Triticum aestivum L. cv. Chihoku)冠部組織よりTRIzol試薬(Invitrogen)を用いて全RNAを抽出し、Dynabeads(DYNAL)を用いてmRNAを精製した。ZAP express cDNA synthesis Kit(Stratagene)を用いてcDNAライブラリーを製造者指定方法により作製した。 More specifically, total RNA was extracted from the crown tissue of winter wheat (Triticum aestivum L. cv. Chihoku) that had been acclimated by the above-described method using TRIzol reagent (Invitrogen), and Dynabeads (DYNAL) was used. mRNA was purified. A cDNA library was prepared by the manufacturer-specified method using ZAP express cDNA synthesis Kit (Stratagene).
cDNAクローンからのプラスミドDNAを変性し、真空イムノブロッター(Atto, Tokyo, Japan)を用いてHybond N+膜(Amersham Biosciences)上にスロットブロットした。続いて、膜をUV固定し、NA及びCA冠組織から単離したmRNAから合成した二本鎖cDNAとハイブリダイズさせ、Alk Phos Direct Kit(Amersham Biosciences)で標識した。ハイブリダイゼーション及び膜の洗浄は、製造業者のプロトコールに従って行った。シグナルの検出及び定量は、Array Grandeurソフトウエアを用いてLAS3000イメージアナライザー(Fuji Film, Tokyo, Japan)により実施した。低温によりアップレギュレートされたクローンを、Big Dye Terminator Cycle Sequencing Kit v 1.1 v 3.1(Applied Biosystem)を用いてDNAシーケンサー373A(Applied Biosystem, San Jose, CA)で配列決定した。配列決定データの分析は、STADEN PAKAGEソフトウエアで行い、配列アライメントはCLUSTAL Xで行った。多遺伝子系統樹は、近隣結合法を用いて求め、Tree Viewソフトウエアにより表示した。 Plasmid DNA from cDNA clones was denatured and slot blotted onto Hybond N + membranes (Amersham Biosciences) using a vacuum immunoblotter (Atto, Tokyo, Japan). Subsequently, the membrane was UV fixed, hybridized with double stranded cDNA synthesized from mRNA isolated from NA and CA crown tissue, and labeled with Alk Phos Direct Kit (Amersham Biosciences). Hybridization and membrane washing were performed according to the manufacturer's protocol. Signal detection and quantification were performed with an LAS3000 image analyzer (Fuji Film, Tokyo, Japan) using Array Grandeur software. Clones up-regulated by low temperature were sequenced with DNA sequencer 373A (Applied Biosystem, San Jose, Calif.) Using Big Dye Terminator Cycle Sequencing Kit v 1.1 v 3.1 (Applied Biosystem). Analysis of sequencing data was performed with STADEN PAKAGE software and sequence alignment was performed with CLUSTAL X. Multigene phylogenetic trees were determined using the neighborhood joining method and displayed with the Tree View software.
得られたクローンの遺伝子は、BLASTXのサーチによって、植物シスタチンファミリーの新規クラスに属することが判明した。この遺伝子をTaMDC1と命名した。cDNAクローンの塩基配列及び推定アミノ酸配列は図1、並びにそれぞれ配列番号1及び2に示す。図1において、下線のコドンは翻訳開始コドンを示し、星印は終止コドンを示す。全長cDNAクローンは998ヌクレオチドを含み、ポリAテールを含まず、731ヌクレオチドのオープンリーディングフレームを有し、3’非翻訳領域に1つの推定ポリアデニル酸付加シグナルを有する(図1の塩基配列中の下線部分)。コードされる243アミノ酸のタンパク質は、37アミノ酸の推定N末端分泌シグナルを有する(図1のアミノ酸配列中の下線部分)。前駆タンパク質の推定分子量は26,477Daであり、成熟タンパク質は23,325Daである。 The gene of the obtained clone was found to belong to a new class of plant cystatin family by BLASTX search. This gene was named TaMDC1. The base sequence and deduced amino acid sequence of the cDNA clone are shown in FIG. 1 and SEQ ID NOs: 1 and 2, respectively. In FIG. 1, the underlined codon indicates a translation start codon, and the asterisk indicates a stop codon. The full-length cDNA clone contains 998 nucleotides, does not contain a poly A tail, has an open reading frame of 731 nucleotides, and has a putative polyadenylate addition signal in the 3 ′ untranslated region (underlined in the base sequence of FIG. 1). portion). The encoded 243 amino acid protein has a predicted N-terminal secretion signal of 37 amino acids (underlined portion in the amino acid sequence of FIG. 1). The estimated molecular weight of the precursor protein is 26,477 Da, and the mature protein is 23,325 Da.
CDDサーチ(Marchler-Bauer, A., J. B. Anderson, et al. (2005). Nucleic Acids Res 33 Database Issue: D192-6)を推定アミノ酸配列を用いて行ったところ、保存されているシスタチン様ドメイン(CYドメイン;smart00043)と相同性を示す2つのドメインが同定された(図1において灰色背景で示す)。最初の推定ドメイン(40〜129番、図1)は、CYドメインとアライメントをとった場合に99.1%の同一性を示した。また、Gly43、反応部位モチーフQXVXG(Q86T87V88A89G90)、W117モチーフ、及びフィトシスタチンにおいて高度に保存されているLARFAVモチーフ等を含むシステインプロテアーゼ阻害活性に必要な高度に保存されたモチーフの全てを含んでいた(図1において黒背景と白抜き文字で示す、Arai, S., et al. 1991, J. Biochem. (Tokyo) 109: 294-8;Margis et al. 1998, Arch Biochem Biophys 359: 24-30)。C末端伸長部分を形成するTaMDC1の第2の推定ドメイン(150〜210番、図1)は、保存されているCYドメインとは部分的にしか一致せず(57%)、上記の保存されているモチーフはこのドメインにおいて見出されなかった。
When a CDD search (Marchler-Bauer, A., JB Anderson, et al. (2005).
BLASTPサーチをTaMDC1タンパク質の推定アミノ酸配列(配列番号2)を用いて行ったところ、他の植物シスタチンとの相同性が明らかになった。TaMDC1は無名のイネ由来シスタチン様タンパク質(GenBankアクセッション番号NP_912935)とある程度の相同性を有し、89%の同一性を示す。TaMDC1と公知の植物シスタチンとを比較した結果を図2に示す。図2において、黒塗りは同一の残基を示し、灰色は部分的に保存されている残基を示す。図2に示すアライメントは、ClustalWプログラムにより行い、GeneDocソフトウエアを用いて色を付した。 A BLASTP search was performed using the deduced amino acid sequence of the TaMDC1 protein (SEQ ID NO: 2), revealing homology with other plant cystatins. TaMDC1 has some degree of homology with the unnamed rice-derived cystatin-like protein (GenBank accession number NP — 912935) and shows 89% identity. The result of comparing TaMDC1 with a known plant cystatin is shown in FIG. In FIG. 2, black marks indicate identical residues, and gray marks indicate partially conserved residues. The alignment shown in FIG. 2 was performed with the ClustalW program and colored using GeneDoc software.
図2に示すように、ダイズシスタチン(BAA19608)と67%、リンゴシスタチン(AAO19652)と68%、タロイモ由来シスタチン(AAM88397)と60%、キャベツシスタチン(AAC37479)と64%の同一性を示した(図2)。イネ由来のシスタチンとTaMDC1との相同性は、オリザシスタチンI(OCI;AAA33903)とは59%同一性(71%類似性)、オリザシスタチンII(OCII;AAA33911)とは53%同一性(70%類似性)を有する(図2)。TaMDC1と他の報告されているコムギシスタチンとの同一性は、コムギシスタチンWC1(BAB18766)、WC2(BAB18769)、WC3(BAB18768)及びWC4(BAB18767)と54%、55%、55%、及び47%の同一性であり、WC5(AAL56401)とはわずかに32%の同一性を有する。また、TaMDC1は、WC1〜WC5とは、それぞれ70%、73%、71%、62%及び51%の相同性を有する。 As shown in FIG. 2, soybean cystatin (BAA19608) and 67%, apple cystatin (AAO19652) and 68%, taro-derived cystatin (AAM88397) and 60%, and cabbage cystatin (AAC37479) and 64% identity (64%), respectively. Figure 2). The homology between rice-derived cystatin and TaMDC1 is 59% identity (71% similarity) with oryzastatin I (OCI; AAA33903) and 53% identity (70% with oryzasistatin II (OCII; AAA33911) (Fig. 2). The identity of TaMDC1 with other reported wheat cystatins is 54%, 55%, 55% and 47% with wheat cystatin WC1 (BAB18766), WC2 (BAB18769), WC3 (BAB18768) and WC4 (BAB18767). And has only 32% identity with WC5 (AAL56401). TaMDC1 has 70%, 73%, 71%, 62% and 51% homology with WC1 to WC5, respectively.
本実施例では、TaMDC1タンパク質をコードする遺伝子を用いて、大腸菌において組換え発現させた。 In this example, the gene encoding TaMDC1 protein was used for recombinant expression in E. coli.
TaMDC1 cDNAクローンのPCR増幅を、pGEX6P−3発現ベクター(Amersham Biosciences, UK)にクローニングするためのBamHI及びXmaI部位を組み込む特異的プライマーを用いて行った。使用したプライマーは、センスプライマー(5'-GGATCC GCCATGGCCAGCCACGTCCT-3';配列番号3)とアンチセンスプライマー(5'-CCCGGG TCACTGGCTGCTAGATTCGT-3';配列番号4)である。得られる構築物を大腸菌BL21(DE3)株の形質転換に使用した。組換えタンパク質(GST−TaMDC1)の精製は、グルタチオン−セファロース4Bカラム(Amersham Biosciences, UK)により実施し、融合物GST−TaMDC1はPreScission(登録商標)プロテアーゼ(Amersham Biosciences)を用いて4℃にて16時間かけて消化した(GSTを切除した)。精製されたタンパク質を、Microcon YM−10カラム(Millipore Corporation, USA)により濃縮し、BioRad Protein Assay Kit(BioRad Laboratories, USA)を用い、BSAを基準として使用して濃度を測定した。タンパク質サンプルは、SDS−PAGEにより分離し、標準的なプロトコールを用いてクーマシーブルー色素で染色した。 PCR amplification of TaMDC1 cDNA clones was performed using specific primers incorporating BamHI and XmaI sites for cloning into the pGEX6P-3 expression vector (Amersham Biosciences, UK). The primers used were a sense primer (5′-GGATCC GCCATGGCCAGCCACGTCCT-3 ′; SEQ ID NO: 3) and an antisense primer (5′-CCCGGG TCACTGGCTGCTAGATTCGT-3 ′; SEQ ID NO: 4). The resulting construct was used for transformation of E. coli BL21 (DE3) strain. Purification of the recombinant protein (GST-TaMDC1) was performed on a glutathione-Sepharose 4B column (Amersham Biosciences, UK), and the fusion GST-TaMDC1 was purified at 4 ° C. using PreScission® protease (Amersham Biosciences). Digested for 16 hours (GST was excised). The purified protein was concentrated with a Microcon YM-10 column (Millipore Corporation, USA) and the concentration was measured using a BioRad Protein Assay Kit (BioRad Laboratories, USA) with BSA as a reference. Protein samples were separated by SDS-PAGE and stained with Coomassie blue dye using standard protocols.
その結果を図3に示す。図3において、レーン1は総タンパク質画分、レーン2はIPTG誘導の1時間後の総タンパク質画分、レーン3は可溶性画分、レーン4は精製シスタチン、レーンMは低分子量ペプチド基準を示す。
The result is shown in FIG. In FIG. 3,
TaMDC1の推定成熟形態(mTaMDC1)は、推定疎水性シグナル配列(配列番号2におけるMet1−Ala35)を欠損し、大腸菌BL21(DE3)において、pGEX6P3ベクターにおけるN末端GST融合物として発現された。なお、mTaMDC1の発現のために、推定成熟部分(配列番号2の38〜243番のアミノ酸)を含む配列番号2の36〜243番のアミノ酸配列に基づいて発現ベクターを設計した。GST−TaMDC1融合タンパク質の発現は、IPTGの添加により誘導した(図3、レーン2)。GST−mTaMDC1融合タンパク質の大部分は可溶性画分において検出された(図3、レーン3)。またSDS−PAGE分析により、分子量約28kDaの精製TaMDC1タンパク質の単一バンドの存在が示された(図3、レーン4)。 A putative mature form of TaMDC1 (mTaMDC1) lacks the putative hydrophobic signal sequence (Met 1 -Ala 35 in SEQ ID NO: 2) and was expressed in E. coli BL21 (DE3) as an N-terminal GST fusion in the pGEX6P3 vector. For expression of mTaMDC1, an expression vector was designed based on the amino acid sequence of 36 to 243 of SEQ ID NO: 2 including a putative mature portion (amino acids 38 to 243 of SEQ ID NO: 2). Expression of the GST-TaMDC1 fusion protein was induced by the addition of IPTG (FIG. 3, lane 2). Most of the GST-mTaMDC1 fusion protein was detected in the soluble fraction (FIG. 3, lane 3). SDS-PAGE analysis also showed the presence of a single band of purified TaMDC1 protein with a molecular weight of about 28 kDa (FIG. 3, lane 4).
本実施例においては、成熟型TaMDC1タンパク質(mTaMDC1)の酵素阻害アッセイ及びKi値の測定を行った。 In this example, an enzyme inhibition assay of a mature TaMDC1 protein (mTaMDC1) and a Ki value were measured.
mTaMDC1(配列番号2における38〜243番のアミノ酸を含む)によるパパイン(Sigma Chemical Co.)の酵素阻害は、Yoza(Yoza, K. et al. (2002). Biosci Biotechnol Biochem 66: 2287-91)により記載されている方法に従ってBAPA(ベンゾイル−L−アルギニン−p−ニトロアニリド;Peptide Institute Inc., Osaka, Japan)を基質として用いて行った。簡単に説明すると、種々の濃度のmTaMDC1のパパイン(0.1mg/ml)に対する阻害活性を、活性化バッファー(100mMリン酸ナトリウム,pH6.8、2.5mM DTT、10mM EDTA)を用い、BAPA(10mM)を基質として用いて分析した。酵素の活性化及びBAPAとのインキュベーションは、各ステップ15分で37℃にて行った。酵素反応の吸光度をBioRadマイクロプレートリーダーを用いて405nmにて測定した。酵素阻害反応は、分析したmTaMDC1の濃度それぞれについて3回試験を行った。パパインに対するmTaMDC1のKi値はExcelソフトウエアを用いてLBプロットから算出した。 Enzyme inhibition of papain (Sigma Chemical Co.) by mTaMDC1 (containing amino acids 38-243 in SEQ ID NO: 2) is shown by Yosa (Yoza, K. et al. (2002). Biosci Biotechnol Biochem 66: 2287-91). Was performed using BAPA (benzoyl-L-arginine-p-nitroanilide; Peptide Institute Inc., Osaka, Japan) as a substrate. Briefly, the inhibitory activity of various concentrations of mTaMDC1 on papain (0.1 mg / ml) was determined using BAPA (100 mM sodium phosphate, pH 6.8, 2.5 mM DTT, 10 mM EDTA) using BAPA ( 10 mM) as a substrate. Enzyme activation and incubation with BAPA were performed at 37 ° C. for 15 minutes in each step. The absorbance of the enzyme reaction was measured at 405 nm using a BioRad microplate reader. The enzyme inhibition reaction was tested three times for each concentration of mTaMDC1 analyzed. The Ki value of mTaMDC1 for papain was calculated from the LB plot using Excel software.
結果を図4に示す。図4は、mTaMDC1のパパインに対する阻害活性を、BAPAを基質として用いた場合の種々の濃度のインヒビター濃度における残りの酵素活性として表している。図4において縦の線は標準偏差を表す。mTaMDC1の濃度を増加させて酵素の滴定を行ったところ、パパインは、等モル量のシスタチンにおいてほぼ全ての活性を喪失し、このことは、その相互作用機構が1対1であることを示唆している(図4)。 The results are shown in FIG. FIG. 4 represents the inhibitory activity of mTaMDC1 on papain as the residual enzyme activity at various concentrations of inhibitor when BAPA is used as a substrate. In FIG. 4, the vertical line represents the standard deviation. When enzyme titration was performed with increasing concentrations of mTaMDC1, papain lost almost all activity in equimolar amounts of cystatin, suggesting that the mechanism of interaction is 1: 1. (FIG. 4).
パパインに対するmTaMDC1のKi値は、4つの異なる基質濃度及び3つのインヒビター濃度の阻害曲線から計算した。Kiの測定値はmTaMDC1について5.8×10−7Mであり、他の植物シスタチン(10−7〜10−9M)に匹敵するものであった。 The mTaMDC1 Ki value for papain was calculated from inhibition curves of 4 different substrate concentrations and 3 inhibitor concentrations. The measured value of Ki was 5.8 × 10 −7 M for mTaMDC1, comparable to other plant cystatins (10 −7 to 10 −9 M).
本実施例においては、植物におけるTaMDC1タンパク質の発現を観察した。
(1)ノーザンブロット分析
実施例1において準備したコムギから総RNAを単離し、ノーザンブロット分析を行った。総RNAは、コムギのシュート、根及び冠組織から、TRIzol試薬(Invitrogen)を用いて単離した。総RNA(20μg)を、ホルムアルデヒドを含む1.2%アガロースゲルで分離させ、Hybond N+膜(Amersham Biosciences)上に転写した。ハイブリダイゼーションは、製造業者の指示に従って、ECLキット(Amersham Biosciences)で標識した全長TaMDC1 cDNA(配列番号1における1〜1031番の塩基配列)を用いて行った。シグナルの検出及び定量は、LAS3000イメージアナライザー(Fuji Film, Tokyo, Japan)により実施した。
In this example, the expression of TaMDC1 protein in plants was observed.
(1) Northern blot analysis Total RNA was isolated from the wheat prepared in Example 1 and subjected to Northern blot analysis. Total RNA was isolated from wheat shoots, roots and crown tissue using TRIzol reagent (Invitrogen). Total RNA (20 μg) was separated on a 1.2% agarose gel containing formaldehyde and transferred onto Hybond N + membranes (Amersham Biosciences). Hybridization was performed using full-length TaMDC1 cDNA (
結果を図5に示す。図5においては、短期間の低温処理(4℃)を行ったシュート組織(0〜48時間)と、長期間の低温順化(0〜14日間)と順化解除(22℃、+1、+3日)を行った冠組織を示す。TaMDC1の蓄積は、72時間において最大の誘導を示し、シュート及び冠組織において低温処理により強く誘導された(図5)。また発現レベルは、順化解除の1日後に未処理対照のレベルにまで戻った(図5、右側)。
The results are shown in FIG. In FIG. 5, a shoot tissue (0 to 48 hours) subjected to a low temperature treatment (4 ° C.) for a short period, a low temperature acclimation (0 to 14 days) and a deacceleration (22 ° C., +1, +3). Shows the coronary tissue on which TaMDC1 accumulation showed maximum induction at 72 hours and was strongly induced by low temperature treatment in shoots and coronary tissue (FIG. 5). In addition, the expression level returned to the level of the
(2)ウエスタンブロット分析
実施例1で準備したNA、CA及びDAコムギの冠組織及び葉組織を液体窒素で磨砕し、総タンパク質を、PMSF(1mM)及びPVPPを添加したリン酸ナトリウムバッファー(50mM,pH7.5)を用いて抽出した。遠心分離後、BioRadタンパク質アッセイキット(BioRad Laboratories, USA)を用いて、BSAを基準として使用して、上清中のタンパク質濃度を測定した。抽出された総タンパク質(50μg)は、SDS−PAGEにより分離し、Hybond−C extra膜(Amersham Biosciences)上に転写した。ハイブリダイゼーションは、組換えmTaMDC1(1:5000v/v)に対して惹起されたポリクローナルウサギ血清、及び抗ウサギIgGペルオキシダーゼ結合抗体(1:100000v/v)(Amersham Biosciences)を用いて行った。抗TaMDC1抗体は、大腸菌より精製した組換えmTaMDC1を抗原としてウサギに免疫し、抗血清を得た。
(2) Western blot analysis The NA, CA and DA wheat crown and leaf tissues prepared in Example 1 were ground with liquid nitrogen, and total protein was added to sodium phosphate buffer (PMSF (1 mM) and PVPP added) ( Extraction was performed using 50 mM, pH 7.5). After centrifugation, the protein concentration in the supernatant was measured using the BioRad protein assay kit (BioRad Laboratories, USA) using BSA as a reference. The extracted total protein (50 μg) was separated by SDS-PAGE and transferred onto Hybond-C extra membrane (Amersham Biosciences). Hybridization was performed using polyclonal rabbit serum raised against recombinant mTaMDC1 (1: 5000 v / v) and anti-rabbit IgG peroxidase-conjugated antibody (1: 100,000 v / v) (Amersham Biosciences). The anti-TaMDC1 antibody was used to immunize rabbits using recombinant mTaMDC1 purified from E. coli as an antigen to obtain antiserum.
シグナルの検出は、ECLシステム(Amersham Biosciences)を用いて製造業者の指示に従って行った。 Signal detection was performed using the ECL system (Amersham Biosciences) according to the manufacturer's instructions.
結果を図6に示す。図6においては、低温順化(4℃、0〜14日)及び順化解除(22℃、+1、+3日)の小麦の冠組織及び葉組織の結果を示す。TaMDC1タンパク質の低温誘導蓄積は、精製mTaMDC1に対して惹起されたポリクローナル抗血清によるウェスタンブロット分析により示された(図6)。1日目に明らかな誘導が検出され、最大タンパク質蓄積は冠組織において低温順化の7日及び10日に観察された(図6、下)。タンパク質の発現は、22℃における順化解除の3日目において対照レベルに戻った。TaMDC1タンパク質は、冠と比較して葉組織において蓄積が低かった(図6、下)。それにも関わらず、葉においても処理の3日後に明らかな誘導が観察された。
The results are shown in FIG. FIG. 6 shows the results of the crown and leaf tissues of wheat acclimated at low temperatures (4 ° C., 0-14 days) and deacclimated (22 ° C., +1, +3 days). Cold induced accumulation of TaMDC1 protein was shown by Western blot analysis with polyclonal antisera raised against purified mTaMDC1 (FIG. 6). A clear induction was detected on
本実施例においては、植物における非生物ストレス処理によるTaMDC1タンパク質の発現を観察した。
(1)非生物ストレス処理
冬コムギ(Triticum aestivum L. cv. Chihoku)の発芽種子を、蒸留水で容器を満たしたプラスチックメッシュ格子上で水栽培した。苗を成長室において連続照明下で22℃で7日成長させた。続いて、それぞれ冷水(4℃)、50μM アブシジン酸(ABA)、若しくは200mM NaClを含む、又は水を含まないプラスチック容器に植物を移して、種々の非生物ストレス(低温、ABA、塩、乾燥)について植物を試験した。シュート及び根の組織を、処理前(0時間)、並びにそれぞれのストレスでの処理の1、2、4、6、10、24及び48時間後に、採取した。サンプルを液体窒素で凍結し、RNA及びタンパク質の抽出まで−80℃で保存した。
In this example, the expression of TaMDC1 protein by abiotic stress treatment in plants was observed.
(1) Abiotic stress treatment Germinated seeds of winter wheat (Triticum aestivum L. cv. Chihoku) were hydroponically grown on a plastic mesh lattice filled in a container with distilled water. Seedlings were grown in a growth room for 7 days at 22 ° C. under continuous lighting. Subsequently, the plants are transferred to plastic containers containing cold water (4 ° C.), 50 μM abscisic acid (ABA), or 200 mM NaCl, or no water, respectively, and various abiotic stresses (low temperature, ABA, salt, dry) The plants were tested for. Shoot and root tissues were collected before treatment (0 hours) and 1, 2, 4, 6, 10, 24 and 48 hours after treatment with the respective stress. Samples were frozen in liquid nitrogen and stored at −80 ° C. until RNA and protein extraction.
(2)ノーザンブロット分析
種々の非生物ストレス処理におけるTaMDC1の発現パターンはノーザンブロット分析により調べた。総RNAは、コムギのシュート及び根から、TRIzol試薬(Invitrogen)を用いて単離した。総RNA(20μg)を、ホルムアルデヒドを含む1.2%アガロースゲルで分離させ、Hybond N+膜(Amersham Biosciences)上に転写した。ハイブリダイゼーションは、製造業者の指示に従って、ECLキット(Amersham Biosciences)で標識した全長TaMDC1 cDNAを用いて行った。シグナルの検出及び定量は、LAS3000イメージアナライザー(Fuji Film, Tokyo, Japan)により実施した。
(2) Northern blot analysis The expression pattern of TaMDC1 in various abiotic stress treatments was examined by Northern blot analysis. Total RNA was isolated from wheat shoots and roots using TRIzol reagent (Invitrogen). Total RNA (20 μg) was separated on a 1.2% agarose gel containing formaldehyde and transferred onto Hybond N + membranes (Amersham Biosciences). Hybridization was performed using full length TaMDC1 cDNA labeled with an ECL kit (Amersham Biosciences) according to the manufacturer's instructions. Signal detection and quantification were performed with a LAS3000 image analyzer (Fuji Film, Tokyo, Japan).
結果を図7に示す。図7において、臭化エチジウムで染色したゲルは、同じRNAサンプルを導入したものである。TaMDC1 mRNAの蓄積は、ABA処理により根において6時間目に誘導されたが、シュートにおける発現レベルは変化しないままだった(図7、上段)。ABAとは対照的に、塩及び乾燥処理により、シュート及び根の両方の組織においてTaMDC1メッセージの発現が誘導された(図7、中段及び下段)。しかしながら、根における応答がより早くまた顕著であった。TaMDC1メッセージの有意な誘導は、塩処理の2時間と同様に根において観察されたが、シュートにおいては処理の12時間後に誘導が検出された(図7、中段)。同様に、乾燥処理により、根においては処理の10時間後に、シュート組織においては24時間後に発現上昇が検出された(図7、下段)。従って、TaMDC1タンパク質は、植物における低温、塩、アブシジン酸及び乾燥などの非生物ストレスに対する抵抗性の獲得にも関与していると考えられる。 The results are shown in FIG. In FIG. 7, the gel stained with ethidium bromide is the same RNA sample introduced. Accumulation of TaMDC1 mRNA was induced in the roots at 6 hours by ABA treatment, but the expression level in shoots remained unchanged (FIG. 7, upper panel). In contrast to ABA, salt and drying treatments induced TaMDC1 message expression in both shoot and root tissues (FIG. 7, middle and bottom). However, the response at the root was earlier and more pronounced. Significant induction of TaMDC1 message was observed in the roots as in 2 hours of salt treatment, whereas in shoots, induction was detected 12 hours after treatment (FIG. 7, middle panel). Similarly, by dry treatment, an increase in expression was detected 10 hours after treatment in the roots and 24 hours in shoot tissues (FIG. 7, lower panel). Therefore, TaMDC1 protein is thought to be involved in acquiring resistance to abiotic stresses such as low temperature, salt, abscisic acid and drought in plants.
本実施例においては、mTaMDC1の抗菌活性アッセイを行った。
植物病原性真菌(Microdochium nivale MCW222-7株)を15℃にて1〜2週間にわたりPDA(Potato Dextrose Agar, Difco)上で培養した。真菌の菌糸を水を用いて抽出し、小さなコロニー形成単位(cfu)での切断後、2つの並行実験により抗菌活性アッセイに使用した。。
In this example, an antibacterial activity assay of mTaMDC1 was performed.
A phytopathogenic fungus (Microdochium nivale MCW222-7 strain) was cultured on PDA (Potato Dextrose Agar, Difco) at 15 ° C. for 1-2 weeks. Fungal hyphae were extracted with water and used in antimicrobial activity assays by two parallel experiments after cleavage with small colony forming units (cfu). .
mTaMDC1の阻害活性は、PDB(Potato Dextrose Broth, Difco)、M.nivale菌糸(103〜104cfu/ml)及び種々の量のmTaMDC1(0、10、20、30、40及び50μg/ml)を含む試験管(総容量1ml)において試験した。試験管を15℃にて7日間インキュベートし、菌糸の成長を直接及び顕微鏡(OLYMPUS BX51)で観察した。菌糸の顕微鏡観察のためのサンプルを、Lacto−Fuchineで染色し、400×倍率を使用した。
The inhibitory activity of mTaMDC1 is shown in PDB (Potato Dextrose Broth, Difco), M.M. Tested in tubes (
相対真菌増殖は、PDB(総容量200μl)及び種々の量のmTaMDC1(0、10、20、30、40及び50μg/ml)を含むマイクロプレート上で、M.nivaleの菌糸(103〜104cfu/ml)の成長により評価した。菌糸の成長は、15℃にて7日間のインキュベーション後に492nmにおける吸光度を測定(BioRad Microplate Reader)することによりモニターし、相対菌糸成長を評価した。実験は3回行った。 Relative fungal growth was performed on a microplate containing PDB (total volume 200 μl) and various amounts of mTaMDC1 (0, 10, 20, 30, 40 and 50 μg / ml). The growth was assessed by the growth of nival mycelium (10 3 to 10 4 cfu / ml). Mycelial growth was monitored by measuring absorbance at 492 nm (BioRad Microplate Reader) after incubation at 15 ° C. for 7 days to evaluate relative mycelial growth. The experiment was performed three times.
その結果を図8〜10に示す。図8は、各試験管内で成長した菌糸の写真を示している。mTaMDC1の不在下、及び30μg/mlまでのmTaMDC1の存在下では、活発な菌糸の成長が観察された。40μg/ml mTaMDC1を用いた場合の試験管への菌糸の成長は顕著に阻害され、50μg/mlのmTaMDC1を使用したサンプルでは菌糸の成長が全く観察されなかった(図8)。 The results are shown in FIGS. FIG. 8 shows a photograph of the mycelium grown in each test tube. In the absence of mTaMDC1 and in the presence of mTaMDC1 up to 30 μg / ml, vigorous hyphal growth was observed. Mycelial growth in test tubes was markedly inhibited when 40 μg / ml mTaMDC1 was used, and no hyphal growth was observed in the samples using 50 μg / ml mTaMDC1 (FIG. 8).
図9は、種々の濃度のmTaMDC1の抗菌活性ををmTaMDC1の不在下における菌糸成長に対する割合(%)として表したものである。縦軸は標準偏差を表す。mTaMDC1タンパク質の阻害活性は、50μg/ml mTaMDC1で100%であった(図9)。シスタチンの不在下、及び10、20、30及び40μg/mlのmTaMDC1での培養物中の対照試験管における菌糸体の成長は、102%〜15%であり、それぞれ100%、102%、93%、68%、15%であった(図9)。 FIG. 9 shows the antibacterial activity of various concentrations of mTaMDC1 as a percentage (%) of mycelial growth in the absence of mTaMDC1. The vertical axis represents standard deviation. The inhibitory activity of mTaMDC1 protein was 100% with 50 μg / ml mTaMDC1 (FIG. 9). Mycelium growth in control tubes in the absence of cystatin and in cultures with 10, 20, 30, and 40 μg / ml mTaMDC1 was 102% -15%, 100%, 102%, 93%, respectively. 68% and 15% (FIG. 9).
図10は、種々の濃度におけるmTaMDC1の抗菌活性を顕微鏡で観察した結果を示す。図10において、対照の試験管(1)、10μg/mlのmTaMDC1の存在下(2)、及び50μg/mlのmTaMDC1の存在下(3)におけるM.nivale菌糸を示す。mTaMDC1を含まない対照培地(図10の1)においては、菌糸が成長し、M.nivaleに典型的な形態の菌糸体となった。同様の真菌の成長は、10、20及び30μg/mlのmTaMDC1を添加した培地において観察された(図10の2)。高濃度のmTaMDC1の存在下では、菌糸の発達が顕著に阻害された。菌糸の形態学的変化(隆起及び断片化など)は、40及び50μg/mlのmTaMDC1を含むサンプルで観察された(図10の3)。重要なことは、阻害濃度のmTaMDC1は上記の形態学的変化に加えて胞子形成も誘導した。 FIG. 10 shows the results of observing the antibacterial activity of mTaMDC1 at various concentrations with a microscope. In FIG. 10, the M.M. in control tube (1), in the presence of 10 μg / ml mTaMDC1 (2), and in the presence of 50 μg / ml mTaMDC1 (3). nivale mycelium is shown. In a control medium without mTaMDC1 (1 in FIG. 10), mycelia grow and It became a mycelium of a form typical for the nivale. Similar fungal growth was observed in media supplemented with 10, 20, and 30 μg / ml mTaMDC1 (FIG. 10-2). In the presence of high concentrations of mTaMDC1, mycelial development was markedly inhibited. Hyphae morphological changes (such as bumps and fragmentation) were observed in samples containing 40 and 50 μg / ml mTaMDC1 (3 in FIG. 10). Importantly, inhibitory concentrations of mTaMDC1 also induced sporulation in addition to the above morphological changes.
本実施例においては、TaMDC1タンパク質のドメインI及びIIを含むポリペプチドを作製し、その抗菌活性を確認した。
(1)ドメインI(40〜129)を含むポリペプチド(Met36−Thr133)の作製
TaMDC1全長cDNAを鋳型とし、プライマーd1BmF(5'-GCGCGCGGATCCATGGCCAGCCACGTCCT-3';配列番号5)及びd1XmR(5'-GCGCGCCCCGGGTCAGGTGGCGTCCCCGGT-3';配列番号6)を用いてPCRで増幅した断片をBamHI及びXmaIで消化後、発現ベクターpGEX6P−3(Amersham Biosciences, UK)にクローン化した。以降、実施例2に記載のように、mTaMDC1と同様に誘導及び精製を行った。
In this example, a polypeptide containing TaMDC1 protein domains I and II was prepared and its antibacterial activity was confirmed.
(1) Preparation of polypeptide (Met36-Thr133) containing domain I (40-129) Primer d1BmF (5'-GCGCGCGGATCCATGGCCAGCCACGTCCT-3 '; SEQ ID NO: 5) and d1XmR (5'-GCGCGCCCCGGGTCAGGTGGCGTCCCCGGT) using TaMDC1 full-length cDNA as a template The fragment amplified by PCR using -3 ′; SEQ ID NO: 6) was digested with BamHI and XmaI and then cloned into the expression vector pGEX6P-3 (Amersham Biosciences, UK). Thereafter, as described in Example 2, induction and purification were performed in the same manner as mTaMDC1.
(2)ドメインII(150〜210)を含むポリペプチド(Asp131−Q243)の作製
TaMDC1全長cDNAを鋳型とし、プライマーd2BmF451(5'-GCGCGCGGATCCGACGCCACCTCCTTCACC-3';配列番号7)及びd2XmR798(5'- GCGCGCCCCGGGTCAGATTCACTGGCTGCT-3';配列番号8)を用いてPCRで増幅した断片をBamHI及びXmaIで消化後、発現ベクターpGEX6P−3にクローン化した。以降、実施例2に記載のように、mTaMDC1と同様に誘導及び精製を行った。
(2) Preparation of polypeptide (Asp131-Q243) containing domain II (150-210) Primer d2BmF451 (5'-GCGCGCGGATCCGACGCCACCTCCTTCACC-3 '; SEQ ID NO: 7) and d2XmR798 (5'-GCGCGCCCCGGGTCAGATTCACTGGCTGCT) using TaMDC1 full-length cDNA as a template The fragment amplified by PCR using -3 ′; SEQ ID NO: 8) was digested with BamHI and XmaI and then cloned into the expression vector pGEX6P-3. Thereafter, as described in Example 2, induction and purification were performed in the same manner as mTaMDC1.
(3)パパイン阻害活性の確認
実施例3に記載の方法と同様の方法で、(1)及び(2)で作製したドメインI又はIIを含むポリペプチドのパパイン阻害活性を確認した。結果を図11に示す。その結果、ドメインIを含むポリペプチドはパパイン阻害活性を濃度依存的に示すのに対して、ドメインIIを含むポリペプチドは高濃度の存在下でもパパイン阻害活性を示さないことがわかった。
(3) Confirmation of papain inhibitory activity In the same manner as described in Example 3, the papain inhibitory activity of the polypeptide comprising domain I or II prepared in (1) and (2) was confirmed. The results are shown in FIG. As a result, it was found that the polypeptide containing domain I exhibits papain inhibitory activity in a concentration-dependent manner, whereas the polypeptide containing domain II does not show papain inhibitory activity even in the presence of a high concentration.
(4)抗菌活性の確認
実施例6に記載の方法と同様の方法で、(1)及び(2)で作製したドメインI又はIIを含むポリペプチドの抗菌活性を確認した。結果を図12に示す。その結果、ドメインIを含むポリペプチド及びドメインIIを含むポリペプチドの両方が、M.nivaleに対して濃度依存的に菌糸成長阻害活性(抗菌活性)を有することが示された。
(4) Confirmation of antibacterial activity The antibacterial activity of the polypeptide containing domain I or II prepared in (1) and (2) was confirmed by the same method as described in Example 6. The results are shown in FIG. As a result, both polypeptides comprising domain I and polypeptides comprising domain II are It was shown to have hyphal growth inhibitory activity (antibacterial activity) in a concentration-dependent manner with respect to the nival.
(5)縮小化ドメインIIを含むポリペプチド(Pro149−Phe198)の作製
TaMDC1全長cDNAを鋳型とし、プライマーd2_67BmF(5'-GCGCGCGGATCCATGCCTGGATGGCGTGA-3';配列番号9)及びd2_217XmR(5'- GCGCGCCCCGGGTTAGAAGTCTTCAACCA-3';配列番号10)を用いてPCRで増幅した断片をBamHI及びXmaIで消化後、発現ベクターpGEX6P−3にクローン化した。以降、実施例2に記載のように、mTaMDC1と同様に誘導及び精製を行い、縮小化ドメインIIを含むポリペプチド(mDII)を得た。
(5) Preparation of polypeptide containing reduced domain II (Pro149-Phe198) Using TaMDC1 full-length cDNA as a template, primers d2_67BmF (5'-GCGCGCGGATCCATGCCTGGATGGCGTGA-3 '; SEQ ID NO: 9) and d2_217XmR (5'-GCCGCGCCCCGGGTTAGAAGTCTTCAACC-3' A fragment amplified by PCR using SEQ ID NO: 10) was digested with BamHI and XmaI and then cloned into the expression vector pGEX6P-3. Thereafter, as described in Example 2, induction and purification were performed in the same manner as mTaMDC1, and a polypeptide (mDII) containing the reduced domain II was obtained.
(6)抗菌活性の確認
実施例6に記載の方法と同様の方法で、(5)で作製した縮小化ドメインIIを含むポリペプチド(mDII)の抗菌活性を確認した。結果を図13に示す。その結果、縮小化ドメインIIを含むポリペプチドが、M.nivaleに対して濃度依存的に菌糸成長阻害活性(抗菌活性)を有することが示された。
(6) Confirmation of antibacterial activity The antibacterial activity of the polypeptide (mDII) containing the reduced domain II prepared in (5) was confirmed by the same method as that described in Example 6. The results are shown in FIG. As a result, a polypeptide comprising reduced domain II is It was shown to have hyphal growth inhibitory activity (antibacterial activity) in a concentration-dependent manner with respect to the nival.
本発明により、植物を始めとする多様な生物に抗菌活性を付与するタンパク質(ポリペプチド)及びそれをコードする遺伝子が提供される。また、該タンパク質及びそれをコードする遺伝子を利用することにより、病原菌及び非生物ストレスに対する抵抗性が向上した植物(イネ科植物、特にコムギ)を作出することができる。また、該タンパク質及びそれをコードする遺伝子を利用した抗菌剤も提供される。 The present invention provides a protein (polypeptide) that imparts antibacterial activity to various organisms including plants and a gene encoding the same. Moreover, by using the protein and a gene encoding the protein, a plant (Gramineae plant, particularly wheat) having improved resistance to pathogenic bacteria and abiotic stress can be produced. In addition, an antibacterial agent using the protein and a gene encoding the protein is also provided.
配列番号3〜10:合成オリゴヌクレオチド Sequence numbers 3-10: Synthetic oligonucleotide
Claims (25)
(a)配列番号2に示されるアミノ酸配列の149〜198番目のアミノ酸からなるポリペプチド
(b)配列番号2に示されるアミノ酸配列の149〜198番目のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、プロテアーゼを阻害せずに抗菌活性を有するポリペプチド The following polypeptide (a) or (b).
(A) Polypeptide consisting of amino acids 149 to 198 of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 (b) One or several amino acids are substituted in the amino acid sequence of 149 to 198 of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 , A polypeptide comprising an amino acid sequence deleted, inserted or added and having antibacterial activity without inhibiting protease
(a)配列番号2に示されるアミノ酸配列の149〜198番目のアミノ酸からなるポリペプチド
(b)配列番号2に示されるアミノ酸配列の149〜198番目のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、プロテアーゼを阻害せずに抗菌活性を有するポリペプチド A nucleic acid encoding the following polypeptide (a) or (b).
(A) Polypeptide consisting of amino acids 149 to 198 of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 (b) One or several amino acids are substituted in the amino acid sequence of 149 to 198 of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 , A polypeptide comprising an amino acid sequence deleted, inserted or added and having antibacterial activity without inhibiting protease
(a)配列番号1に示される塩基配列の499〜648番目の塩基配列からなる核酸
(b)配列番号1に示される塩基配列の499〜648番目の塩基配列に相補的な配列からなる核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ、プロテアーゼを阻害せずに抗菌活性を有するポリペプチドをコードする核酸 The following nucleic acid (a) or (b):
(A) a nucleic acid consisting of the 499th to 648th base sequence of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 (b) a nucleic acid consisting of a sequence complementary to the 499th to 648th base sequence of the base sequence shown to SEQ ID NO: 1 Nucleic acid that hybridizes under stringent conditions and encodes a polypeptide having antibacterial activity without inhibiting protease
(a)配列番号2に示されるアミノ酸配列の131〜243番目のアミノ酸からなるポリペプチド
(b)配列番号2に示されるアミノ酸配列の131〜243番目のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、プロテアーゼを阻害せずに抗菌活性を有するポリペプチド The following polypeptide (a) or (b).
(A) Polypeptide consisting of amino acids 131 to 243 of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 (b) Substitution of one or several amino acids in the amino acid sequence 131 to 243 of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 , A polypeptide comprising an amino acid sequence deleted, inserted or added and having antibacterial activity without inhibiting protease
(a)配列番号2に示されるアミノ酸配列の131〜243番目のアミノ酸からなるポリペプチド
(b)配列番号2に示されるアミノ酸配列の131〜243番目のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、プロテアーゼを阻害せずに抗菌活性を有するポリペプチド A nucleic acid encoding the following polypeptide (a) or (b).
(A) Polypeptide consisting of amino acids 131 to 243 of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 (b) Substitution of one or several amino acids in the amino acid sequence 131 to 243 of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 , A polypeptide comprising an amino acid sequence deleted, inserted or added and having antibacterial activity without inhibiting protease
(a)配列番号1に示される塩基配列の445〜783番目の塩基配列からなる核酸
(b)配列番号1に示される塩基配列の445〜783番目の塩基配列に相補的な配列からなる核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ、プロテアーゼを阻害せずに抗菌活性を有するポリペプチドをコードする核酸 The following nucleic acid (a) or (b):
(A) a nucleic acid comprising the nucleotide sequence 445-783 of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 (b) a nucleic acid comprising a sequence complementary to the nucleotide sequence 445-783 of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1. Nucleic acid that hybridizes under stringent conditions and encodes a polypeptide having antibacterial activity without inhibiting protease
(a)請求項1若しくは4記載のポリペプチド
(b)請求項2、3、5若しくは6記載の核酸
(c)請求項7記載の組換えベクター
(d)請求項8記載の形質転換体 The following antimicrobial agent characterized by comprising at least one of (a) ~ (d).
(A) the polypeptide according to claim 1 or 4, (b) the nucleic acid according to claim 2, 3, 5 or 6, (c) the recombinant vector according to claim 7, (d) the transformant according to claim 8.
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