JP5495468B2 - Method for batch replacement of host DNA using inversion mutation - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、逆位変異を利用した宿主DNAの一括置換方法に関する。 The present invention relates to a method for batch replacement of host DNA using, for example, inversion mutation.
従来、形質転換方法としては、例えば、組換えプラスミドやDNA断片を大腸菌等の宿主に導入するコンピテントセル形質転換法(J. Bacterial. 93, 1925 (1967))が挙げられる。また、宿主に応じて、例えば電気穿孔法(エレクトロポレーション法)、アグロバクテリウム法、パーティクルガン法、リン酸カルシウム法及びリポフェクション法等によって、組換えプラスミドやDNA断片を宿主に形質転換することができる。 Conventional transformation methods include, for example, competent cell transformation methods (J. Bacterial. 93, 1925 (1967)) in which recombinant plasmids or DNA fragments are introduced into a host such as Escherichia coli. Depending on the host, recombinant plasmids and DNA fragments can be transformed into the host by, for example, electroporation (electroporation), Agrobacterium method, particle gun method, calcium phosphate method and lipofection method. .
しかしながら、以上のような従来の形質転換方法では、例えば、100kb以上の大きなサイズのDNA断片を、宿主DNA中に導入することが困難であった。 However, in the conventional transformation method as described above, it has been difficult to introduce a DNA fragment having a large size of, for example, 100 kb or more into host DNA.
そこで、大きなサイズのDNA断片を宿主DNA中に導入すべく、LP(lysis of protoplasts)形質転換方法と呼ばれる形質転換方法が開発されている(非特許文献1及び2)。LP形質転換方法では、抽出したDNA断片や組換えプラスミドに代えて、例えば枯草菌(Bacillus subtilis)の菌株の細胞壁を溶解させたプロトプラストを供与体DNAとして、レシピエント菌株のコンピテントセルに供与する。添加されたプロトプラストは浸透圧ショックにより破壊され、培養液中に放出された供与体DNAがレシピエント菌株のコンピテントセルに取り込まれるものと考えられている。また、LP形質転換方法によれば、一般的な形質転換方法に比べて、導入すべきDNAの損傷は大幅に軽減する。LP形質転換方法を用いた場合には、100kb以上のDNA断片を、宿主DNAに導入することが比較的容易である。
Therefore, a transformation method called LP (lysis of protoplasts) transformation method has been developed in order to introduce a large-sized DNA fragment into host DNA (Non-patent
しかしながら、LP形質転換方法では、目的のDNA断片のサイズが大きくなるほど、プロトプラストの供与体DNAとレシピエント菌株の宿主DNAとの間の相同領域において、複数箇所で相同組換えが生じる可能性がある。すなわち、LP形質転換方法では、大きなサイズの目的のDNA断片を宿主DNAに正確に導入することが困難であった。 However, in the LP transformation method, as the size of the target DNA fragment increases, homologous recombination may occur at multiple sites in the homologous region between the protoplast donor DNA and the recipient strain host DNA. . That is, with the LP transformation method, it has been difficult to accurately introduce a large-sized target DNA fragment into host DNA.
そこで、形質転換方法として、大きなサイズのDNA断片を宿主DNA中に正確に導入する方法が望まれている。 Therefore, a method for accurately introducing a large-sized DNA fragment into host DNA is desired as a transformation method.
一方、例えば任意の枯草菌ゲノム領域を逆向きに変異させる方法(以下、「逆位変異方法」という)が開発されている(非特許文献3)。この逆位変異方法は、複製開始部位(oriC)と複製終結部位(terC)のゲノム上の相対的な位置関係がゲノムDNAの複製に及ぼす影響を解析する上で、それぞれの位置を大きく変化させた変異株の構築等への利用を目的として開発された技術である。あるいは、当該逆位変異方法は、ゲノム上に分散して存在する協働的に機能する遺伝子同士を隣接させる為の技術として、同一ゲノム内の改変を目的とした用途開発が為されている技術である。当該逆位変異方法によれば、枯草菌のゲノムDNA中の目的のDNA断片を逆位変異させることができる。 On the other hand, for example, a method of mutating an arbitrary Bacillus subtilis genome region in the reverse direction (hereinafter referred to as “inversion mutation method”) has been developed (Non-patent Document 3). This inversion mutation method is used to analyze the influence of the relative positional relationship between the replication start site ( oriC ) and the replication termination site ( terC ) on the genomic DNA. This technology was developed for the purpose of constructing mutant strains. Alternatively, the inversion mutation method is a technology that has been developed for the purpose of modification within the same genome as a technology for adjoining cooperating genes that are dispersed and present on the genome. It is. According to the inversion mutation method, the target DNA fragment in the genomic DNA of Bacillus subtilis can be inverted.
本発明は、上述した実情に鑑み、大きなサイズのDNA断片を宿主DNA中に正確に導入する方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method for accurately introducing a large-sized DNA fragment into a host DNA in view of the above-described circumstances.
上記課題を解決するため鋭意研究を行った結果、供与体DNA及び宿主DNAの一方の置換対象領域を逆位変異させた後に、供与体DNAと宿主DNAとの間の組換えを行うことで、宿主DNAの置換対象領域が供与体DNAの置換対象領域によって正確に置換されること、また、供与体DNA及び宿主DNAの一方の置換対象領域を逆位変異させ、且つ、供与体DNA及び宿主DNAの他方の置換対象領域及び当該置換対象領域の外側の領域を逆位変異させた後に、供与体DNAと宿主DNAとの間の組換えを行うことで、宿主DNAの置換対象領域が供与体DNAの置換対象領域によって正確に置換されることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of diligent research to solve the above-mentioned problems, after reversing the substitution target region of one of donor DNA and host DNA, recombination between donor DNA and host DNA is performed. The replacement target region of the host DNA is accurately replaced by the replacement target region of the donor DNA, and one of the replacement target regions of the donor DNA and the host DNA is inverted, and the donor DNA and the host DNA After subjecting the other replacement target region and the region outside the replacement target region to inversion mutation, recombination between the donor DNA and the host DNA makes the host DNA replacement target region the donor DNA. As a result, the present invention has been completed.
本発明は以下を包含する。 The present invention includes the following.
(1)供与体DNA及び宿主DNAの一方の置換対象領域を逆位変異させる第1工程と、供与体DNAと宿主DNAとの間の組換えを行う第2工程とを含み、第2工程では、宿主DNAの置換対象領域が供与体DNAの置換対象領域に置換されることを特徴とする、宿主DNAの置換方法。 (1) including a first step of inversion mutation of one of the replacement target regions of the donor DNA and the host DNA, and a second step of performing recombination between the donor DNA and the host DNA, A method for replacing a host DNA, wherein the replacement target region of the host DNA is replaced with a replacement target region of the donor DNA.
(2)上記第2工程後に、供与体DNA及び/又は宿主DNAに存在する選択マーカー遺伝子を指標に、供与体DNAの置換対象領域を有する形質転換体を選択する工程を含むことを特徴とする、(1)記載の宿主DNAの置換方法。 (2) After the second step, the method includes a step of selecting a transformant having a region to be replaced with donor DNA using a selection marker gene present in donor DNA and / or host DNA as an index. (1) The method for replacing a host DNA according to (1).
(3)上記供与体DNAがプロトプラストであり、且つ、上記宿主がコンピテントセルであることを特徴とする、(1)又は(2)記載の宿主DNAの置換方法。 (3) The method for replacing a host DNA according to (1) or (2), wherein the donor DNA is a protoplast and the host is a competent cell.
(4)上記宿主が枯草菌であることを特徴とする、(1)〜(3)のいずれか1項記載の宿主DNAの置換方法。 (4) The host DNA replacement method according to any one of (1) to (3), wherein the host is Bacillus subtilis.
(5)上記供与体DNAの置換対象領域が20kb以上のDNAサイズであることを特徴とする、(1)〜(4)のいずれか1項記載の宿主DNAの置換方法。 (5) The method for replacing a host DNA according to any one of (1) to (4), wherein the replacement target region of the donor DNA has a DNA size of 20 kb or more.
(6)供与体DNA及び宿主DNAの一方の置換対象領域を逆位変異させ、且つ、供与体DNA及び宿主DNAの他方の置換対象領域及び当該置換対象領域の外側の領域を逆位変異させる第1工程と、供与体DNAと宿主DNAとの間の組換えを行う第2工程とを含み、第2工程では、宿主DNAの置換対象領域が供与体DNAの置換対象領域に置換されることを特徴とする、宿主DNAの置換方法。 (6) Inversion mutation of one of the replacement target regions of the donor DNA and the host DNA, and reverse mutation of the other replacement target region of the donor DNA and the host DNA and a region outside the replacement target region And a second step of recombination between the donor DNA and the host DNA. In the second step, the replacement target region of the host DNA is replaced with the replacement target region of the donor DNA. A method for replacing a host DNA.
(7)上記第2工程後に、供与体DNA及び/又は宿主DNAに存在する選択マーカー遺伝子を指標に、供与体DNAの置換対象領域を有する形質転換体を選択する工程を含むことを特徴とする、(6)記載の宿主DNAの置換方法。 (7) After the second step, the method includes a step of selecting a transformant having a replacement target region of the donor DNA using a selection marker gene present in the donor DNA and / or host DNA as an index. (6) The method for replacing a host DNA according to (6).
(8)上記供与体DNAがプロトプラストであり、且つ、上記宿主がコンピテントセルであることを特徴とする、(6)又は(7)記載の宿主DNAの置換方法。 (8) The method for replacing a host DNA according to (6) or (7), wherein the donor DNA is a protoplast and the host is a competent cell.
(9)上記宿主が枯草菌であることを特徴とする、(6)〜(8)のいずれか1項記載の宿主DNAの置換方法。 (9) The method for replacing a host DNA according to any one of (6) to (8), wherein the host is Bacillus subtilis.
(10)上記供与体DNAの置換対象領域が20kb以上のDNAサイズであることを特徴とする、(6)〜(9)のいずれか1項記載の宿主DNAの置換方法。 (10) The host DNA replacement method according to any one of (6) to (9), wherein the donor DNA replacement target region has a DNA size of 20 kb or more.
(11)上記(1)〜(10)のいずれか1項記載の宿主DNAの置換方法で置換対象領域が置換された形質転換体。 (11) A transformant in which the region to be replaced has been replaced by the host DNA replacement method according to any one of (1) to (10) above.
本発明により、大きなサイズのDNA断片を宿主DNA中に正確に導入することができる宿主DNAの置換方法が提供される。本発明に係る宿主DNAの置換方法では、置換対象領域間での相同組換えが生じることなく、供与体DNAの置換対象領域を宿主DNA中に導入することができる。 According to the present invention, there is provided a method for replacing a host DNA capable of accurately introducing a large-sized DNA fragment into the host DNA. In the host DNA replacement method according to the present invention, the replacement target region of the donor DNA can be introduced into the host DNA without causing homologous recombination between the replacement target regions.
以下、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
本発明に係る宿主DNAの置換方法は、供与体DNA及び宿主DNAの一方の置換対象領域を逆位変異させ、その後、供与体DNAと宿主DNAとの間で置換対象領域の外側の領域における二重交差の相同組換えを行う方法である(以下、「第1置換方法」という)。また、本発明に係る宿主DNAの置換方法は、供与体DNA及び宿主DNAの一方の置換対象領域を逆異変異させ、且つ、供与体DNA及び宿主DNAの他方の置換対象領域及び当該置換対象領域の外側の領域を逆位変異させ、その後、供与体DNAと宿主DNAとの間で置換対象領域の外側の領域における二重交差の相同組換えを行う方法である(以下、「第2置換方法」という)。第1置換方法及び第2置換方法における相同組換えは、供与体DNAの置換対象領域の外側の領域と、宿主DNAの置換対象領域の外側の領域との間の一組の鎖間交換構造を形成することで生じる。第1置換方法及び第2置換方法によれば、宿主DNAと供与体DNAとの間の二重交差の相同組換えによって、宿主DNAの置換対象領域を供与体DNAの置換対象領域で置換することができる。以下では、本発明に係る第1置換方法と第2置換方法とを合わせて、「本発明に係る置換方法」と呼ぶ。 In the host DNA replacement method according to the present invention, one of the replacement target regions of the donor DNA and the host DNA is inverted, and then the two regions in the region outside the replacement target region between the donor DNA and the host DNA. This is a method of performing homologous recombination at multiple crossings (hereinafter referred to as “first substitution method”). In addition, the host DNA replacement method according to the present invention includes reverse substitution mutation of one of the replacement target regions of the donor DNA and the host DNA, and the other replacement target region of the donor DNA and the host DNA and the replacement target region. And then double-crossing homologous recombination in the region outside the region to be replaced between the donor DNA and the host DNA (hereinafter referred to as “second substitution method”). "). The homologous recombination in the first substitution method and the second substitution method comprises a pair of interstrand exchange structures between a region outside the replacement target region of the donor DNA and a region outside the replacement target region of the host DNA. It arises by forming. According to the first substitution method and the second substitution method, the replacement target region of the host DNA is replaced with the replacement target region of the donor DNA by double crossover homologous recombination between the host DNA and the donor DNA. Can do. Hereinafter, the first replacement method and the second replacement method according to the present invention are collectively referred to as “replacement method according to the present invention”.
ここで、置換対象領域とは、相同組換えによって置換される領域を意味する。従って、置換対象領域は、宿主DNA及び供与体DNAそれぞれに存在し、宿主DNAと供与体DNAとの間の相同組換え過程において一組の鎖間交換構造を形成する領域に挟まれる領域を意味する。なお、宿主DNAの置換対象領域及び供与体DNAの置換対象領域は、同一の塩基配列からなるものであっても良いし、異なる塩基配列を有するものであっても良い。例えば、供与体DNAの置換対象領域は、宿主DNAの置換対象領域の塩基配列に対して1〜数個の変異を導入した塩基配列からなるものであっても良いし、宿主DNAの置換対象領域に所定のDNA断片を導入したものであっても良い。なお、ここでいう変異とは、例えば、1〜数個の塩基が他の塩基に置換されたもの、1〜数個の塩基が欠失されたもの、1〜数個の塩基が付加されたもの、又は1〜数個の遺伝子等の連続した塩基配列が欠失されたものを示す。 Here, the replacement target region means a region to be replaced by homologous recombination. Therefore, the region to be replaced means a region present in each of the host DNA and the donor DNA and sandwiched between regions that form a pair of interstrand exchange structures in the process of homologous recombination between the host DNA and the donor DNA. To do. The host DNA replacement target region and the donor DNA replacement target region may have the same base sequence, or may have different base sequences. For example, the replacement target region of the donor DNA may consist of a base sequence in which one to several mutations are introduced into the base sequence of the host DNA replacement target region, or the host DNA replacement target region. It may be one into which a predetermined DNA fragment is introduced. In addition, the mutation here is, for example, one in which one to several bases are replaced with another base, one to several bases deleted, or one to several bases added Or one in which a continuous base sequence such as one to several genes is deleted.
また、置換対象領域の外側の領域とは、一方の鎖を基準として、置換対象領域における3'末端側に続く領域と5'末端側に続く領域とを意味し、宿主DNAと供与体DNAとの間の相同組換え過程において一組の鎖間交換構造を形成する部位を含む領域を意味する。 Further, the region outside the region to be replaced means the region continuing to the 3 ′ end side and the region continuing to the 5 ′ end side in the region to be replaced with one strand as a reference, and host DNA and donor DNA Means a region containing a site that forms a pair of interchain exchange structures in the process of homologous recombination.
供与体DNAとは、宿主DNAに導入する目的の置換対象領域及び置換対象領域の外側の領域とを有するDNAを意味する。供与体DNAとしては、DNA断片、ゲノムの全体若しくはその一部、プラスミド、シャトルベクター、ヘルパープラスミド、ファージDNA、ウイルスベクター、BAC(Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87, 8242(1990))及びYAC(Science 236, 806 (1987))など、更にはプラスミド、シャトルベクター、ヘルパープラスミド、ファージDNA、ウイルスベクター、BAC及びYACなどにクローニングされたDNA断片やゲノムDNAの一部等が挙げられる。例えば、プラスミドとしては、大腸菌(Escherichia coli)由来のプラスミド(例えばpET30bなどのpET系、pBR322およびpBR325などのpBR系、pUC118、pUC119、pUC18およびpUC19などのpUC系、pBluescript等)、枯草菌(Bacillus subtilis)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などのYEp系、YCp50などのYCp系等)などが挙げられる。またファージDNAとしては、λファージ(Charon4A、Charon21A、EMBL3、EMBL4、λgt10、λgt11、λZAP等)やPBS1ファージ(J. Bacteriol. 90, 1575 (1965))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ベクター、カリフラワーモザイクウイルスなどの植物ウイルスベクター、または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。さらに、本発明に係る置換方法において、以下に説明するLP形質転換方法を用いる場合には、例えば、枯草菌等の微生物自体を供与体DNAとして使用することができる。 Donor DNA means DNA having a target replacement target region to be introduced into host DNA and a region outside the replacement target region. Donor DNA includes DNA fragments, whole or part of genome, plasmid, shuttle vector, helper plasmid, phage DNA, viral vector, BAC (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87, 8242 (1990)) and YAC (Science 236, 806 (1987)) and the like, and further, plasmids, shuttle vectors, helper plasmids, phage DNAs, viral vectors, DNA fragments cloned into BAC and YAC, genomic DNA parts, and the like can be mentioned. For example, plasmids derived from Escherichia coli (for example, pET systems such as pET30b, pBR systems such as pBR322 and pBR325, pUC systems such as pUC118, pUC119, pUC18 and pUC19, pBluescript, etc.), Bacillus ( Bacillus ) subtilis ) -derived plasmids (eg, pUB110, pTP5, etc.), yeast-derived plasmids (eg, YEp systems such as YEp13, YCp systems such as YCp50, etc.) and the like. Examples of the phage DNA include λ phage (Charon4A, Charon21A, EMBL3, EMBL4, λgt10, λgt11, λZAP, etc.) and PBS1 phage (J. Bacteriol. 90, 1575 (1965)). Furthermore, animal virus vectors such as retrovirus or vaccinia virus, plant virus vectors such as cauliflower mosaic virus, or insect virus vectors such as baculovirus can also be used. Furthermore, in the replacement method according to the present invention, when the LP transformation method described below is used, for example, microorganisms such as Bacillus subtilis can be used as donor DNA.
宿主DNAとは、供与体DNAの置換対象領域が導入される対象となる領域(置換対象領域)及び置換対象領域の外側の領域を有するDNAを意味する。宿主DNAとしては、所定の生物におけるゲノムDNA及びミトコンドリアDNA等を挙げることができる。宿主としては、枯草菌等のバチルス属、大腸菌等のエッシェリヒア属及びシュードモナス・プチダ(Pseudomonas putida)等のシュードモナス属に属する細菌、サッカロミセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)及びシゾサッカロミセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)等の酵母、COS細胞及びCHO細胞等の動物細胞、Sf9等の昆虫細胞、並びにイネ科(イネ(Oryza sativa)、トウモロコシ(Zea mays))、アブラナ科(シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana))、ナス科(タバコ(Nicotiana tabacum)及びマメ科(ダイズ(Glycine max))等の植物が挙げられる。特に、枯草菌が好ましい。 The host DNA means DNA having a region (substitution target region) into which a donor DNA replacement target region is introduced and a region outside the replacement target region. Examples of host DNA include genomic DNA and mitochondrial DNA in a predetermined organism. Examples of the host include bacteria belonging to the genus Bacillus such as Bacillus subtilis, Escherichia such as Escherichia coli and Pseudomonas putida, Pseudomonas putida, Saccharomyces cerevisiae and Schizosaccharomyces pombe Yeast, COS cells and CHO cells, insect cells such as Sf9, and Gramineae ( Oryza sativa , corn ( Zea mays )), Brassicaceae ( Arabidopsis thaliana )), Solanum (Tobacco) ( Nicotiana tabacum ) and legumes (soybean ( Glycine max )), etc. Bacillus subtilis is particularly preferable.
一方、本発明に係る置換方法では、宿主DNA及び供与体DNAの置換対象領域のサイズは、特に限定されないが、供与体DNAの置換対象領域のサイズは20kb以上のDNAサイズ、好ましくは20kb〜1000kb、より好ましくは20kb〜600kb、さらに好ましくは100kb〜600kb、特に好ましくは250kb〜600kbのDNAサイズとすることができる。一方、宿主DNAの置換対象領域のサイズは、供与体DNAの置換対象領域と同程度か、遺伝子領域の欠失等により小さくなっている場合には何ら問題はなく、また塩基配列の挿入等により供与体DNAの置換対象領域より大きくなっている場合にも問題は生じない。例えば、当該供与体DNAと宿主DNAとの間における置換対象領域間のサイズ差は、600kb以下、好ましくは250kb以下、より好ましくは100kb以下、特に好ましくは20kb以下とすることができる。 On the other hand, in the replacement method according to the present invention, the size of the replacement target region of the host DNA and donor DNA is not particularly limited, but the size of the replacement target region of the donor DNA is 20 kb or more, preferably 20 kb to 1000 kb. More preferably, the DNA size can be 20 kb to 600 kb, more preferably 100 kb to 600 kb, particularly preferably 250 kb to 600 kb. On the other hand, there is no problem if the size of the host DNA replacement target region is the same as that of the donor DNA replacement target region or is reduced due to deletion of the gene region, etc. There is no problem even when the region is larger than the region to be replaced in the donor DNA. For example, the size difference between the substitution target regions between the donor DNA and the host DNA can be 600 kb or less, preferably 250 kb or less, more preferably 100 kb or less, and particularly preferably 20 kb or less.
本発明に係る第1置換方法では、先ず、供与体DNA及び宿主DNAのうち一方の置換対象領域を逆位変異させる。言い換えると、第1置換方法では、先ず、供与体DNAの置換対象領域及び宿主DNAの置換対象領域のうち、一方の置換対象領域が逆位変異した供与体DNA及び宿主DNAを準備する。 In the first substitution method according to the present invention, first, one substitution target region of donor DNA and host DNA is inverted. In other words, in the first replacement method, first, donor DNA and host DNA in which one of the replacement target regions of the donor DNA and the replacement target region of the host DNA are inverted are prepared.
本発明に係る第1置換方法では、次に、相同組換えが生じる条件下に供与体DNAと宿主DNAとを近接させる。これにより、供与体DNAにおける置換対象領域の外側の領域と、宿主DNAにおける置換対象領域の外側の領域との間で、一組の鎖間交換構造を形成することとなる。そして、供与体DNAと宿主DNAとの間で二重交差の相同組換えが生じ、供与体DNAの置換対象領域が宿主DNAの置換対象領域と置換されることとなる。 Next, in the first substitution method according to the present invention, the donor DNA and the host DNA are brought into close proximity under conditions that cause homologous recombination. As a result, a pair of interchain exchange structures is formed between the region outside the replacement target region in the donor DNA and the region outside the replacement target region in the host DNA. Then, double crossover homologous recombination occurs between the donor DNA and the host DNA, and the replacement target region of the donor DNA is replaced with the replacement target region of the host DNA.
第1置換方法において、置換対象領域の外側の領域が互いに相同な位置関係にある場合、宿主DNAの置換対象領域と供与体DNAの置換対象領域とは互いに非相同であるため、相同組換えが生じる条件下にて、置換対象領域の外側の領域が互いに相同な位置関係にある状態で供与体DNAと宿主DNAが近接したとしても、置換対象領域の内部に鎖間交換構造を形成することがない。従って、第1置換方法によれば、置換対象領域の外側の領域で相同組換えが生じたものを薬剤耐性遺伝子等の選択マーカー遺伝子を利用して選択することにより、供与体DNAの置換対象領域を確実に宿主DNAの置換対象領域と置換することができる。また、第1置換方法によれば、置換対象領域が20kbp以上、特に600kbp以上といった長さを有する場合においても、置換対象領域内部に相同組換えが生じず、一括して確実に置換対象領域を供与体DNAと宿主DNAとの間で置換することができる。 In the first replacement method, when the region outside the replacement target region is in a homologous positional relationship, the replacement target region of the host DNA and the replacement target region of the donor DNA are non-homologous to each other. Even if the donor DNA and the host DNA come close to each other in a state where the regions outside the region to be replaced are in a homologous positional relationship under the resulting conditions, an interchain exchange structure may be formed inside the region to be replaced. Absent. Therefore, according to the first replacement method, the replacement target region of the donor DNA is selected by selecting a region in which homologous recombination has occurred in the region outside the replacement target region using a selection marker gene such as a drug resistance gene. Can be surely replaced with the replacement target region of the host DNA. In addition, according to the first replacement method, even when the replacement target region has a length of 20 kbp or more, particularly 600 kbp or more, homologous recombination does not occur inside the replacement target region, and the replacement target region can be reliably and collectively Substitutions can be made between donor DNA and host DNA.
さらに、本発明に係る第1置換方法では、供与体DNA及び/又は宿主DNAに存在する選択マーカー遺伝子を指標に、供与体DNAの置換対象領域を有する形質転換体を選択することができる。当該選択マーカー遺伝子を利用することで、置換対象領域内部間や置換対象領域の外側の領域以外の相同部位間等の望ましくない箇所での相同組換えにより生じた形質転換体を除外し、供与体DNAの置換対象領域を有する形質転換体を確実に選択することができる。ここで、選択マーカー遺伝子としては、特に限定されるものではないが、例えば、薬剤耐性遺伝子(クロラムフェニコール耐性遺伝子、エリスロマイシン耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子、スペクチノマイシン耐性遺伝子、テトラサイクリン耐性遺伝子及びブラストサイジンS耐性遺伝子等)が挙げられる。さらに、栄養要求性に関連する遺伝子の欠損等を選択マーカー遺伝子として使用することが可能である。供与体DNA又は宿主DNAにおける選択マーカー遺伝子の存在位置は、選択の方法に応じて、適宜決定することができる。 Furthermore, in the first replacement method according to the present invention, a transformant having a replacement target region of donor DNA can be selected using a selection marker gene present in donor DNA and / or host DNA as an index. By using the selectable marker gene, a transformant generated by homologous recombination at an undesired location such as inside the region to be replaced or between homologous sites other than the region outside the region to be replaced is excluded, and the donor A transformant having a DNA replacement target region can be reliably selected. Here, the selection marker gene is not particularly limited, and examples thereof include drug resistance genes (chloramphenicol resistance gene, erythromycin resistance gene, neomycin resistance gene, spectinomycin resistance gene, tetracycline resistance gene and blast Saidin S resistance gene etc.). Furthermore, it is possible to use a gene defect associated with auxotrophy as a selection marker gene. The location of the selection marker gene in the donor DNA or host DNA can be appropriately determined according to the selection method.
例えば、供与体DNAの置換対象領域内部又は置換対象領域末端に薬剤耐性遺伝子が存在する場合には、当該薬剤耐性を指標に供与体の置換対象領域を有する形質転換体を選択することができる。一方、宿主DNAの置換対象領域内部又は置換対象領域末端に薬剤耐性遺伝子が存在する場合には、当該薬剤感受性を指標に、供与体の置換対象領域を有する形質転換体を選択することができる。 For example, when a drug resistance gene is present in the replacement target region of donor DNA or at the end of the replacement target region, a transformant having the donor replacement target region can be selected using the drug resistance as an index. On the other hand, when a drug resistance gene is present in the replacement target region of the host DNA or at the end of the replacement target region, a transformant having the donor replacement target region can be selected using the drug sensitivity as an index.
あるいは、以下に説明するLP形質転換方法を利用する場合、供与体DNAであるプロトプラスト溶液中に完全にはプロトプラスト化していない細胞が含まれることがある。そのため、供与体DNAに含まれる選択マーカー遺伝子のみを指標として形質転換体の選択を試みると、ドナー菌株そのものが選択されてしまうことがある。そこで、宿主DNAの置換対象領域及び置換対象領域の外側の領域以外の位置に存在させた選択マーカー遺伝子による選択を組み合わせることで、宿主DNAの置換対象領域が供与体DNAの置換対象領域に置換された形質転換体を確実に選択することが出来る。また宿主DNAの置換対象領域及び置換対象領域の外側の領域以外の位置に薬剤耐性遺伝子等の選択マーカー遺伝子を存在させることで、置換対象領域の外側の領域以外の箇所で相同組換えが生じていない形質転換体を選択することができる。特に、宿主DNAの置換対象領域及び置換対象領域の外側の領域以外の位置に選択マーカー遺伝子を存在させると共に供与体DNAの適切な位置に選択マーカー遺伝子を存在させることが好ましい。供与体DNAの選択マーカー遺伝子を存在させる位置は、置換対象領域の内部又は末端が好ましく、特に末端が好ましい。 Alternatively, when the LP transformation method described below is used, cells that are not completely protoplasted may be contained in the protoplast solution that is the donor DNA. Therefore, when the selection of the transformant is attempted using only the selection marker gene contained in the donor DNA as an index, the donor strain itself may be selected. Therefore, by combining selection with a selectable marker gene that is present at a position other than the region to be replaced in the host DNA and the region outside the region to be replaced, the region to be replaced in the host DNA is replaced with the region to be replaced in the donor DNA. The transformant can be selected with certainty. In addition, the presence of a selection marker gene such as a drug resistance gene at a position other than the replacement target region and the region outside the replacement target region of the host DNA causes homologous recombination at a location other than the region outside the replacement target region. No transformants can be selected. In particular, it is preferable that the selection marker gene is present at a position other than the replacement target region of the host DNA and the region outside the replacement target region and the selection marker gene is present at an appropriate position of the donor DNA. The position where the selection marker gene of the donor DNA is present is preferably within or at the end of the replacement target region, and particularly preferably at the end.
本発明に係る第1置換方法に使用することができる逆位変異方法としては、例えば、NEO逆位変異システム(非特許文献3)、及びその応用としてテトラサイクリン耐性遺伝子、エリスロマイシン耐性遺伝子、クロラムフェニコール耐性遺伝子、スペクチノマイシン耐性遺伝子またはブラストサイジンS耐性遺伝子等をNEO逆位変異システムにおけるネオマイシン耐性遺伝子の代わりに用いる方法、またtrpC2(Microbiology 145, 3319 (1999))の様な栄養要求性変異株においては栄養要求性を相補する遺伝子(trpC等)を利用する方法が挙げられる。 Inversion mutation methods that can be used in the first substitution method according to the present invention include, for example, the NEO inversion mutation system (Non-patent Document 3), and applications thereof such as tetracycline resistance gene, erythromycin resistance gene, chloramphenic acid. A method of using a call resistance gene, a spectinomycin resistance gene or a blasticidin S resistance gene in place of the neomycin resistance gene in the NEO inversion mutation system, and an auxotrophy such as trpC2 (Microbiology 145, 3319 (1999)) Mutant strains include a method using a gene (such as trpC) that complements auxotrophy.
以下に枯草菌ゲノムDNAを対象としたNEO逆位変異システムを図1に基づいて説明する。 The NEO inversion mutation system targeting Bacillus subtilis genomic DNA is described below with reference to FIG.
図1に示すように、例えば、ネオマイシン耐性遺伝子の前部領域(N; 470bp)及び中部領域(E; 521bp)からなるNEカセットと、中部領域(E)及び後部領域(O; 323bp)からなるEOカセットとを利用して、枯草菌ゲノムDNAの特定領域を逆位変異させることができる。なお、図1に示すように、NEカセット及びEOカセットには、ネオマイシン耐性遺伝子以外の薬剤耐性遺伝子(例えば、クロラムフェニコール耐性遺伝子(Cm)及びエリスロマイシン耐性遺伝子(Em))を組み込むことができる。薬剤耐性遺伝子を組み込むことで、NEカセット又はEOカセットを導入した形質転換体を、薬剤耐性を指標として選択することができる。 As shown in FIG. 1, for example, an NE cassette composed of a front region (N; 470 bp) and a middle region (E; 521 bp) of a neomycin resistance gene, and a middle region (E) and a rear region (O; 323 bp). Using an EO cassette, a specific region of Bacillus subtilis genomic DNA can be inverted. As shown in FIG. 1, drug resistance genes other than the neomycin resistance gene (for example, chloramphenicol resistance gene (Cm) and erythromycin resistance gene (Em)) can be incorporated into the NE cassette and EO cassette. . By incorporating a drug resistance gene, a transformant introduced with the NE cassette or EO cassette can be selected using drug resistance as an index.
NEO逆位変異システムでは、枯草菌ゲノムDNAにおいて、逆位変異させようとする領域(以下、「逆位変異対象領域」という)(本発明では置換対象領域に相当する)の複製開始点(ori)から遠い側の末端にEOカセットを中部領域(E)が該逆位変異対象領域と直結するように挿入する。一方、枯草菌ゲノムDNAにおいて、該逆位変異対象領域のoriから近い側の末端にNEカセットを前部領域(N)が直結するように挿入する。なお、枯草菌ゲノムDNAにEOカセット又はNEカセットを挿入する方法としては、EOカセット又はNEカセットを有するプラスミドやPCRによって調製したEOカセット又はNEカセットを含むDNA断片を用いた、例えば、一般的なコンピテントセル形質転換方法(J. Bacterial. 93, 1925 (1967))、プロトプラスト形質転換法(Mol. Gen. Genet. 168, 111 (1979))またはエレクトロポレーション法(FEMS Microbiol. Lett. 55, 135 (1990))が挙げられる。また、上述したように、NEカセット又はEOカセットに薬剤耐性遺伝子を組み込むことで、NEカセット又はEOカセットを導入した形質転換体を、薬剤耐性を指標として選択することができる。以上のように構築した枯草菌自体は、ネオマイシン耐性遺伝子が不完全な状態で存在するため、ネオマイシン感受性である。次いで、枯草菌ゲノムDNAにおいてゲノム内相同組換えを誘導することにより、NEカセットの前部領域(E)とEOカセットの前部領域(E)との間で相同組換えが起こる。当該ゲノム内相同組換えにより、逆位変異対象領域が元の配列と完全に逆向きになると同時に、完全なネオマイシン耐性遺伝子NEOが形成される。得られた逆位変異体は、ネオマイシン耐性を指標に選択することができる。 In the NEO inversion mutation system, in the Bacillus subtilis genomic DNA, the replication start point ( ori ) of the region to be inverted (hereinafter referred to as “inversion mutation target region”) (corresponding to the replacement target region in the present invention) ) Insert an EO cassette at the end far from the center so that the middle region (E) is directly linked to the inversion mutation target region. On the other hand, in the Bacillus subtilis genomic DNA, the NE cassette is inserted so that the front region (N) is directly linked to the end near the ori of the inversion mutation target region. In addition, as a method of inserting the EO cassette or NE cassette into Bacillus subtilis genomic DNA, a plasmid having an EO cassette or NE cassette or a DNA fragment containing an EO cassette or NE cassette prepared by PCR, for example, a common Competent cell transformation method (J. Bacterial. 93, 1925 (1967)), protoplast transformation method (Mol. Gen. Genet. 168, 111 (1979)) or electroporation method (FEMS Microbiol. Lett. 55, 135 (1990)). Further, as described above, by incorporating a drug resistance gene into the NE cassette or EO cassette, a transformant introduced with the NE cassette or EO cassette can be selected using drug resistance as an index. Bacillus subtilis itself constructed as described above is sensitive to neomycin because the neomycin resistance gene exists in an incomplete state. Subsequently, homologous recombination occurs between the front region (E) of the NE cassette and the front region (E) of the EO cassette by inducing intragenomic homologous recombination in Bacillus subtilis genomic DNA. By the homologous recombination in the genome, the inversion mutation target region is completely reversed from the original sequence, and at the same time, a complete neomycin resistance gene NEO is formed. The obtained inverted mutant can be selected using neomycin resistance as an index.
以上のような方法により、供与体DNA及び宿主DNAのうち一方の置換対象領域を逆位変異することができる。 By the method as described above, one of the replacement target regions of the donor DNA and the host DNA can be inverted.
次いで、本発明に係る第1置換方法では、相同組換えが生じる条件下に供与体DNAと宿主DNAとを近接させ、供与体DNAにおける置換対象領域の外側の領域と、宿主DNAにおける置換対象領域の外側の領域との間で二重交差の相同組換えを生じさせ、供与体DNAの置換対象領域を宿主DNAの置換対象領域と置換する。ここで、相同組換えが生じる条件下とは、宿主が本来的に有している組換え反応に関与する酵素等の機能を失っていない状態を意味する。供与体DNAと宿主DNAとの間の組換え方法としては、例えば、一般的なコンピテントセル形質転換方法(J. Bacterial. 93, 1925 (1967))、プロトプラスト形質転換法(Mol. Gen. Genet. 168, 111 (1979))、エレクトロポレーション法(FEMS Microbiol. Lett. 55, 135 (1990))またはLP形質転換方法(非特許文献1及び2)が挙げられる。この中でもプロトプラスト化した細胞を供与体DNAとしてコンピテントセル形質転換を行うLP形質転換方法が特に好ましい。LP形質転換方法によれば、一般的な形質転換方法に比べて、供与体DNAの損傷を大幅に軽減することができる。
Next, in the first replacement method according to the present invention, the donor DNA and the host DNA are brought close to each other under conditions under which homologous recombination occurs, and the region outside the replacement target region in the donor DNA and the replacement target region in the host DNA A double crossover homologous recombination with the outer region of the DNA, and the replacement target region of the donor DNA is replaced with the replacement target region of the host DNA. Here, the conditions under which homologous recombination occurs means a state in which the function of an enzyme involved in the recombination reaction inherently possessed by the host is not lost. Examples of the recombination method between the donor DNA and the host DNA include, for example, a general competent cell transformation method (J. Bacterial. 93, 1925 (1967)) and a protoplast transformation method (Mol. Gen. Genet 168, 111 (1979)), electroporation method (FEMS Microbiol. Lett. 55, 135 (1990)) or LP transformation method (
例示として、枯草菌間における、NEO逆位変異システムにより構築した供与体DNAと宿主DNAとのLP形質転換を、図2に基づいて説明する。 As an example, LP transformation between donor DNA and host DNA constructed by the NEO inversion mutation system between Bacillus subtilis will be described with reference to FIG.
図2に示すように、上述したNEO逆位変異システムにより構築した供与体DNAには、逆位変異した置換対象領域と完全なネオマイシン耐性遺伝子NEOが存在する。さらに、例えば、NEカセットにクロラムフェニコール耐性遺伝子(Cm)が組み込まれ、またEOカセットにエリスロマイシン耐性遺伝子(Em)が組み込まれていた場合には、供与体DNAには、クロラムフェニコール耐性遺伝子(Cm)及びエリスロマイシン耐性遺伝子(Em)が存在する。 As shown in FIG. 2, the donor DNA constructed by the above-described NEO inversion mutation system has the inversion-mutated replacement target region and the complete neomycin resistance gene NEO. Furthermore, for example, when the chloramphenicol resistance gene (Cm) is incorporated into the NE cassette and the erythromycin resistance gene (Em) is incorporated into the EO cassette, the donor DNA contains chloramphenicol resistance. There is a gene (Cm) and an erythromycin resistance gene (Em).
一方、図2に示すように、宿主DNAには、供与体DNAに存在する薬剤耐性遺伝子とは異なる薬剤耐性遺伝子(例えば、スペクチノマイシン耐性遺伝子(Sp))を存在させることができる。 On the other hand, as shown in FIG. 2, a drug resistance gene (for example, a spectinomycin resistance gene (Sp)) different from the drug resistance gene present in the donor DNA can be present in the host DNA.
供与体DNAを有するドナー菌株を用いた宿主DNAを有するレシピエント菌株に対するLP形質転換では、まずドナー菌株からプロトプラストを調製する。ドナー菌株からのプロトプラストの調製は、Changらの方法(Mol. Gen. Genet. 168, 111 (1979))に従って以下のように行うことができる。 In LP transformation of a recipient strain having a host DNA using a donor strain having a donor DNA, protoplasts are first prepared from the donor strain. Protoplasts can be prepared from donor strains according to the method of Chang et al. (Mol. Gen. Genet. 168, 111 (1979)) as follows.
ドナー菌株を、LB培地において37℃で、例えば生育度(OD600)の値が1程度になるまで振盪培養する。振盪培養後、培養液から遠心分離によって集めた菌体を、4mg/mLリゾチーム (Sigma)を含むSMMP(3.50% Antibiotic Medium3 (Difco)、17.15% スクロース、0.16% マレイン酸二ナトリウム、0.20% 塩化マグネシウム6水和物、0.10% ウシ血清アルブミン (pH6.5に調整))緩衝液に懸濁し、37℃で1〜2時間インキュベーションする。インキュベーション後、遠心分離によってプロトプラストを集めてSMMP緩衝液に再懸濁する。さらに、形質転換効率及び置換対象領域の外側の領域以外の箇所で相同組換えが生じる危険性を考慮して、適宜、その懸濁液を濃縮又は希釈することができる。例えば、再懸濁後の上記懸濁液をSMMP緩衝液で1〜100倍(例えば10倍)濃縮、又は1〜1,000,000倍(例えば10倍)希釈したものを、プロトプラスト懸濁液として使用することができる。一般的には、得られた再懸濁後の上記懸濁液をSMMP緩衝液で1〜100倍希釈したものをプロトプラスト懸濁液として使用することできる。
The donor strain is cultured with shaking in LB medium at 37 ° C. until, for example, the degree of growth (OD 600 ) is about 1. After shaking culture, the cells collected by centrifugation from the culture were used as SMMP (3.50% Antibiotic Medium 3 (Difco) containing 4 mg / mL lysozyme (Sigma), 17.15% sucrose, 0.16% disodium maleate, 0.20% magnesium chloride. Suspend in hexahydrate, 0.10% bovine serum albumin (adjusted to pH 6.5)) buffer and incubate at 37 ° C. for 1-2 hours. After incubation, the protoplasts are collected by centrifugation and resuspended in SMMP buffer. Furthermore, the suspension can be appropriately concentrated or diluted in consideration of the transformation efficiency and the risk of homologous recombination occurring at locations other than the region outside the region to be replaced. For example, the above suspension after resuspension is concentrated 1 to 100 times (for example, 10 times) or diluted 1 to 1,000,000 times (for example, 10 times) with SMMP buffer, and used as a protoplast suspension. Can do. In general, a suspension obtained by diluting the obtained suspension after resuspension with an
一方、レシピエント菌株は、例えば、Anagnostopoulosらの方法(J.Bacteriol. 81, 741 (1961))に従って以下のように行うことができる。 On the other hand, a recipient strain can be performed, for example, according to the method of Anagnostopoulos et al. (J. Bacteriol. 81, 741 (1961)) as follows.
レシピエント菌株を、SPI培地(0.20% 硫酸アンモニウム、1.40% リン酸水素二カリウム、0.60% リン酸二水素カリウム、0.10% クエン酸三ナトリウム二水和物、0.50% グルコース、0.02% カザミノ酸 (Difco)、5mM 硫酸マグネシウム、0.25μM 塩化マンガン、50μg/ml トリプトファン)において37℃で、例えば生育度(OD600)の値が1程度になるまで振盪培養する。振盪培養後、培養液の一部を9倍量のSPII培地(0.20% 硫酸アンモニウム、1.40% リン酸水素二カリウム、0.60% リン酸二水素カリウム、0.10% クエン酸三ナトリウム二水和物、0.50% グルコース、0.01% カザミノ酸 (Difco)、5mM 硫酸マグネシウム、0.40μM 塩化マンガン、5μg/ml トリプトファン)に接種し、更に例えば生育度(OD600)の値が0.4程度になるまで振盪培養することで、レシピエント菌株からコンピテントセルに誘導することができる。 Recipient strains in SPI medium (0.20% ammonium sulfate, 1.40% dipotassium hydrogen phosphate, 0.60% potassium dihydrogen phosphate, 0.10% trisodium citrate dihydrate, 0.50% glucose, 0.02% casamino acid (Difco) , 5 mM magnesium sulfate, 0.25 μM manganese chloride, 50 μg / ml tryptophan) at 37 ° C. with shaking until, for example, the degree of growth (OD 600 ) is about 1. After shaking culture, a portion of the culture broth was added to 9 times the amount of SPII medium (0.20% ammonium sulfate, 1.40% dipotassium hydrogen phosphate, 0.60% potassium dihydrogen phosphate, 0.10% trisodium citrate dihydrate, 0.50% By inoculating glucose, 0.01% casamino acid (Difco), 5 mM magnesium sulfate, 0.40 μM manganese chloride, 5 μg / ml tryptophan), and further, for example, by shaking culture until the value of growth (OD 600 ) is about 0.4, It can be derived from a recipient strain into a competent cell.
次いで、プロトプラスト懸濁液を、レシピエント菌株のコンピテントセルに添加する。添加するプロトプラスト懸濁液量は特に限定されないが、レシピエント菌株のコンピテントセルに対して1/10000〜10倍、好ましくは1/10〜1倍とすることができる。添加されたプロトプラストは浸透圧ショックにより破壊され、培養液中に放出された供与体DNAがレシピエント菌株のコンピテントセルに取り込まれるものと考えられている。 The protoplast suspension is then added to the competent cell of the recipient strain. The amount of the protoplast suspension to be added is not particularly limited, but may be 1/10000 to 10 times, preferably 1/10 to 1 times the competent cell of the recipient strain. The added protoplast is considered to be destroyed by osmotic shock, and the donor DNA released into the culture medium is taken up into the competent cell of the recipient strain.
以上のようにドナー菌株とレシピエント菌株との間でLP形質転換が行われると、供与体DNAと宿主DNAとが近接することとなる。また、レシピエント菌株が本来的に有している相同組換えに関与する酵素の作用によって、供与体DNA及び宿主DNAに存在する置換対象領域の外側の領域間で一組の鎖間交換構造が形成され、二重交差の相同組換えが生じる(図2では、相同組換えの態様を点線で示す)。その結果、宿主DNA中の置換対象領域が、供与体DNA中の逆位変異した置換対象領域に置換される。形質転換体は、供与体DNAの逆位変異した置換対象領域の末端に挿入した薬剤耐性遺伝子(図2では、クロラムフェニコール耐性遺伝子(Cm)、エリスロマイシン耐性遺伝子(Em))又はNEO逆位変異システムにより挿入したネオマイシン耐性遺伝子に基づく薬剤耐性を指標に選択することができる。また、図2に示すように、宿主DNAに存在する他の薬剤耐性遺伝子(例えば、スペクチノマイシン耐性遺伝子)に基づく薬剤耐性により、ドナー菌株自体を排除し、且つ形質転換体のDNA(すなわち、宿主DNA)において、置換対象領域の外側の領域以外の箇所で相同組換えが生じていないことを確認することができる。あるいは、形質転換体における相同組換えは、逆位変異した置換対象領域を対象としたPCRを行うことで確認することができる。 As described above, when LP transformation is performed between a donor strain and a recipient strain, donor DNA and host DNA are brought into close proximity. In addition, due to the action of the enzyme involved in the homologous recombination inherent in the recipient strain, a pair of interchain exchange structures is formed between the regions outside the replacement target region present in the donor DNA and the host DNA. Formed, resulting in double crossover homologous recombination (in FIG. 2, the mode of homologous recombination is indicated by a dotted line). As a result, the region to be replaced in the host DNA is replaced with the region to be replaced that has been inverted in the donor DNA. The transformant is a drug resistance gene (in FIG. 2, chloramphenicol resistance gene (Cm), erythromycin resistance gene (Em)) or NEO inversion inserted at the end of the replacement target region in which donor DNA is inverted. Drug resistance based on the neomycin resistance gene inserted by the mutation system can be selected as an index. Further, as shown in FIG. 2, drug resistance based on other drug resistance genes (eg, spectinomycin resistance gene) present in the host DNA eliminates the donor strain itself, and transformant DNA (ie, In the host DNA), it can be confirmed that homologous recombination has not occurred in a region other than the region outside the region to be replaced. Alternatively, homologous recombination in the transformant can be confirmed by performing PCR on the region to be replaced with the inverted mutation.
一方、宿主DNA又は供与体DNAにおいて、LP形質転換前に予め置換対象領域外の遺伝子を欠失させておく。次いで、LP形質転換後、形質転換体のDNAにおいて、欠失した遺伝子の存在の有無をPCRにおいて確認することで、置換対象領域の外側の領域以外の箇所で相同組換えが生じていないことを確認することができる。 On the other hand, in the host DNA or donor DNA, genes outside the region to be replaced are deleted in advance before LP transformation. Next, after LP transformation, by confirming the presence or absence of the deleted gene in the DNA of the transformant by PCR, it is confirmed that no homologous recombination has occurred in any place other than the region outside the replacement target region. Can be confirmed.
また、供与体DNAによるレシピエント菌株の形質転換効率は、形質転換に用いたレシピエント菌株の生菌数に対する形質転換体の出現頻度((形質転換体数)÷(レシピエント菌株生菌数))により評価することができる。 In addition, the transformation efficiency of the recipient strain with donor DNA is the frequency of appearance of the transformant relative to the number of recipient strains used in the transformation ((number of transformants) ÷ (number of recipient strains). ).
なお、宿主DNAの置換対象領域を逆位変異した場合には、ドナー菌株とレシピエント菌株のLP形質転換により、宿主DNAの逆位変異した置換対象領域が供与体DNAの置換対象領域に置換される。この場合、得られた形質転換体のDNAにおいて、供与体DNA由来の置換対象領域は、本来の配向で置換されることとなる。 In addition, when the host DNA replacement target region is inverted, the host DNA inversion target replacement region is replaced with the donor DNA replacement target region by LP transformation of the donor and recipient strains. The In this case, in the obtained transformant DNA, the replacement target region derived from the donor DNA is replaced with the original orientation.
本発明に係る第2置換方法では、先ず、供与体DNA及び宿主DNAのうち一方の置換対象領域を逆位変異させ、他方の置換対象領域及び当該置換対象領域の外側の領域を逆位変異させる。言い換えると、第2置換方法では、先ず、置換対象領域が逆位変異した供与体DNAと、置換対象領域及び当該置換対象領域の外側の領域が逆位変異した宿主DNAとを準備する。或いは、第2置換方法では、先ず、置換対象領域が逆位変異した宿主DNAと、置換対象領域及び当該置換対象領域の外側の領域が逆位変異した供与体DNAとを準備する。 In the second substitution method according to the present invention, first, one of the replacement target regions of the donor DNA and the host DNA is inverted and the other replacement target region and the region outside the replacement target region are inverted. . In other words, in the second substitution method, first, a donor DNA in which the replacement target region is inverted and a host DNA in which the replacement target region and the region outside the replacement target region are inverted are prepared. Alternatively, in the second substitution method, first, a host DNA in which the replacement target region is inverted and a donor DNA in which the replacement target region and a region outside the replacement target region are inverted are prepared.
本発明に係る第2置換方法では、次に、第1置換方法と同様に、相同組換えが生じる条件下に供与体DNAと宿主DNAとを近接させる。これにより、供与体DNAにおける置換対象領域の外側の領域と、宿主DNAにおける置換対象領域の外側の領域との間で、一組の鎖間交換構造を形成することとなる。そして、供与体DNAと宿主DNAとの間で二重交差の相同組換えが生じ、供与体DNAの置換対象領域が宿主DNAの置換対象領域と置換されることとなる。 In the second substitution method according to the present invention, next, as in the first substitution method, the donor DNA and the host DNA are brought into close proximity under conditions under which homologous recombination occurs. As a result, a pair of interchain exchange structures is formed between the region outside the replacement target region in the donor DNA and the region outside the replacement target region in the host DNA. Then, double crossover homologous recombination occurs between the donor DNA and the host DNA, and the replacement target region of the donor DNA is replaced with the replacement target region of the host DNA.
第2置換方法において、置換対象領域の外側の領域が互いに相同な位置関係にある場合、宿主DNAの置換対象領域と供与体DNAの置換対象領域とは非相同であり、宿主DNAにおける置換対象領域の外側の領域より更に外側の領域と供与体DNAにおける置換対象領域の外側の領域より更に外側の領域とは非相同であるため、相同組換えが生じる条件下にて、置換対象領域の外側の領域が互いに相同な位置関係にある状態で供与体DNAと宿主DNAが近接したとしても、置換対象領域の内部及び置換対象領域の外側の領域より更に外側の領域に鎖間交換構造を形成することがない。換言すれば、第2置換方法では、供与体DNAにおける置換対象領域の外側の領域と、宿主DNAにおける置換対象領域の外側の領域との間のみが相同となり、限定された置換対象領域の外側の領域で鎖間交換構造を形成することとなる。 In the second replacement method, when the region outside the replacement target region is in a homologous positional relationship, the replacement target region of the host DNA and the replacement target region of the donor DNA are non-homologous, and the replacement target region in the host DNA Since the region outside the region outside of the region and the region outside the region to be replaced in the donor DNA are non-homologous, the region outside the region to be replaced under the conditions where homologous recombination occurs. Even if the donor DNA and the host DNA are close to each other when the regions are in a homologous positional relationship, an interchain exchange structure is formed in the region to be replaced and in the region further outside the region to be replaced. There is no. In other words, in the second replacement method, only the region outside the replacement target region in the donor DNA is homologous to the region outside the replacement target region in the host DNA, and the region outside the limited replacement target region An interchain exchange structure is formed in the region.
さらに、本発明に係る第2置換方法においては、第1置換方法と同様に、供与体DNA及び/又は宿主DNAに存在する選択マーカー遺伝子を指標に、供与体DNAの置換対象領域を有する形質転換体を選択することができる。供与体DNA又は宿主DNAにおける選択マーカー遺伝子の存在位置は、第1置換方法と同様に、選択の方法に応じて、適宜決定することができる。特に、宿主DNAの置換対象領域及び置換対象領域の外側の領域以外の位置に選択マーカー遺伝子を存在させると共に供与体DNAの適切な位置に選択マーカー遺伝子を存在させることが好ましい。供与体DNAの選択マーカー遺伝子を存在させる位置は、置換対象領域の内部又は末端が好ましく、特に末端が好ましい。 Furthermore, in the second replacement method according to the present invention, as in the first replacement method, transformation having a replacement target region of the donor DNA using the selection marker gene present in the donor DNA and / or host DNA as an index. The body can be selected. The location of the selection marker gene in the donor DNA or host DNA can be appropriately determined according to the selection method, as in the first substitution method. In particular, it is preferable that the selection marker gene is present at a position other than the replacement target region of the host DNA and the region outside the replacement target region and the selection marker gene is present at an appropriate position of the donor DNA. The position where the selection marker gene of the donor DNA is present is preferably within or at the end of the region to be replaced, and particularly preferably at the end.
従って、第2置換方法によれば、限定された置換対象領域の外側の領域で相同組換えが生じたものを薬剤耐性遺伝子等の選択マーカー遺伝子を利用して選択することにより、供与体DNAの置換対象領域を確実に宿主DNAの置換対象領域と置換することができる。また、第2置換方法によれば、置換対象領域が20kbp以上、特に600kbp以上といった長さを有する場合においても、第1置換方法と同様に、置換対象領域を供与体DNAと宿主DNAとの間で一括して確実に置換することができる。第2置換方法で使用することができる逆位変異方法は、上述した本発明に係る第1置換方法で使用することができるものと同様であってよい。なお、本発明に係る第2置換方法において、逆位変異の対象となる置換対象領域の外側の領域のDNAサイズは、各端0.15kb〜500kb、より好ましくは0.5kb〜500kb、更に好ましくは0.5kb〜20kbであり、特に0.5kb〜10kbとすることが好ましい。逆位変異の対象となる置換対象領域の外側の領域が上記範囲のDNAサイズを有することで、置換対象領域を供与体DNAと宿主DNAとの間で一括して確実に置換することができる。 Therefore, according to the second replacement method, by using a selectable marker gene such as a drug resistance gene, one that has undergone homologous recombination in a region outside the limited replacement target region is selected. The replacement target region can be surely replaced with the replacement target region of the host DNA. Further, according to the second substitution method, even when the replacement target region has a length of 20 kbp or more, particularly 600 kbp or more, the replacement target region is located between the donor DNA and the host DNA, as in the first replacement method. Can be surely replaced at once. The inversion mutation method that can be used in the second substitution method may be the same as that that can be used in the first substitution method according to the present invention described above. In the second substitution method according to the present invention, the DNA size of the region outside the substitution target region to be subjected to the inversion mutation is 0.15 kb to 500 kb at each end, more preferably 0.5 kb to 500 kb, and even more preferably 0.5. kb to 20 kb, particularly preferably 0.5 kb to 10 kb. Since the region outside the region to be replaced that is the target of the inversion mutation has a DNA size in the above range, the region to be replaced can be surely replaced collectively between the donor DNA and the host DNA.
本発明に係る第2置換方法における供与体DNAと宿主DNAとの間の組換え方法としては、上述した本発明に係る第1置換方法で使用する組換え方法と同様であってよい。特にLP形質転換方法が好ましい。 The recombination method between the donor DNA and the host DNA in the second replacement method according to the present invention may be the same as the recombination method used in the first replacement method according to the present invention described above. The LP transformation method is particularly preferable.
例示として、図3は、本発明に係る第2置換方法において、枯草菌間における、NEO逆位変異システムにより構築した供与体DNAと宿主DNAとのLP形質転換を模式的に示す。なお、図3において、置換対象領域の外側の領域を「隣接領域(L)」及び「隣接領域(R)」と表記する。 As an example, FIG. 3 schematically shows LP transformation of donor DNA and host DNA constructed by the NEO inversion mutation system between Bacillus subtilis in the second substitution method according to the present invention. In FIG. 3, the regions outside the replacement target region are denoted as “adjacent region (L)” and “adjacent region (R)”.
図3では、供与体DNAにおいて、NEO逆位変異システムにより置換対象領域並びに隣接領域(L)及び隣接領域(R)が逆位変異されている。一方、宿主DNAにおいて、NEO逆位変異システムにより置換対象領域が逆位変異されている。さらに、NEO逆位変異システムにより構築した供与体DNA及び宿主DNAには、完全なネオマイシン耐性遺伝子NEOが存在する。また、例えば、NEカセットにクロラムフェニコール耐性遺伝子(Cm)が組み込まれ、またEOカセットにエリスロマイシン耐性遺伝子(Em)が組み込まれていた場合には、供与体DNA及び宿主DNAには、それぞれクロラムフェニコール耐性遺伝子(Cm)及びエリスロマイシン耐性遺伝子(Em)が存在する。さらに、供与体DNAには、これらの薬剤耐性遺伝子と異なる薬剤耐性遺伝子(例えば、テトラサイクリン耐性遺伝子(Tc)、スペクチノマイシン耐性遺伝子(Sp)等)を、例えば置換対象領域中又は置換対象領域と当該置換対象領域の外側の領域との間に導入することができる。 In FIG. 3, in the donor DNA, the replacement target region, the adjacent region (L), and the adjacent region (R) are inverted by the NEO inversion mutation system. On the other hand, in the host DNA, the region to be substituted is inverted by the NEO inversion mutation system. Furthermore, the complete neomycin resistance gene NEO exists in donor DNA and host DNA constructed by the NEO inversion mutation system. For example, when the chloramphenicol resistance gene (Cm) is incorporated into the NE cassette and the erythromycin resistance gene (Em) is incorporated into the EO cassette, There is a ramphenicol resistance gene (Cm) and an erythromycin resistance gene (Em). Furthermore, in the donor DNA, a drug resistance gene different from these drug resistance genes (e.g., tetracycline resistance gene (Tc), spectinomycin resistance gene (Sp), etc.), for example, in the replacement target region or the replacement target region It can introduce | transduce between the area | regions outside the said substitution object area | region.
以上のような供与体DNAを有するドナー菌株と宿主DNAを有するレシピエント菌株との間でLP形質転換を行う場合、供与体DNAにおいて、置換対象領域中又は置換対象領域と当該置換対象領域の外側の領域との間に存在する薬剤耐性遺伝子(例えば、テトラサイクリン耐性遺伝子、スペクチノマイシン耐性遺伝子等)に基づく薬剤耐性を指標に、形質転換体を選択する。選択後、さらに得られた形質転換体より、例えばNEO逆位変異システムを利用した場合には、NEカセット又はEOカセットを導入した形質転換体の選択の際の指標となったクロラムフェニコール耐性遺伝子(Cm)及びエリスロマイシン耐性遺伝子、及び/又はNEO逆位変異システムにより導入されたネオマイシン耐性遺伝子の欠失に伴う薬剤感受性を指標とした選択を行う。以上のような薬剤耐性又は薬剤感受性を指標とする選択により、図3に示すように、供与体DNA及び宿主DNAに存在する隣接領域(L)及び(R)で鎖間交換構造が形成され、二重交差の相同組換えが生じた形質転換体を選択することが出来る(図3では、相同組換えの態様を点線で示す)。その結果、宿主DNA中の逆位変異した置換対象領域が、供与体DNA中の逆位変異した置換対象領域に置換される。得られた形質転換体のDNA(すなわち、宿主DNA)では、供与体DNA由来の置換対象領域は、本来の配向で置換されている。このように、本発明に係る第2置換方法では、供与体DNAにおいて、置換対象領域に加えて、置換対象領域の外側の領域も逆位変異させることで、相同組換えが生じる位置を当該置換対象領域の外側の領域に限定することができる。また、第2置換方法によれば、供与体DNA由来の置換対象領域を、本来の配向で導入することができる。 When performing LP transformation between a donor strain having the donor DNA as described above and a recipient strain having the host DNA, in the donor DNA, in the replacement target region or outside the replacement target region A transformant is selected using drug resistance based on a drug resistance gene (for example, a tetracycline resistance gene, a spectinomycin resistance gene, etc.) existing between these regions as an index. After selection, from the obtained transformant, for example, when the NEO inversion mutation system is used, the resistance to chloramphenicol used as an index for selection of the transformant introduced with the NE cassette or EO cassette Selection is performed using as an index the drug sensitivity associated with the deletion of the gene (Cm) and the erythromycin resistance gene and / or the neomycin resistance gene introduced by the NEO inversion mutation system. By selection using drug resistance or drug sensitivity as an index as described above, an interstrand exchange structure is formed in adjacent regions (L) and (R) present in the donor DNA and the host DNA, as shown in FIG. A transformant in which double crossover homologous recombination has occurred can be selected (in FIG. 3, the mode of homologous recombination is indicated by a dotted line). As a result, the region to be replaced with the inverted mutation in the host DNA is replaced with the region to be replaced with the inverted mutation in the donor DNA. In the obtained transformant DNA (that is, host DNA), the replacement target region derived from the donor DNA is replaced in the original orientation. As described above, in the second replacement method according to the present invention, in the donor DNA, in addition to the region to be replaced, the region outside the region to be replaced is also inverted so that the position where homologous recombination occurs is replaced. It can be limited to the area outside the target area. Further, according to the second substitution method, the substitution target region derived from the donor DNA can be introduced in the original orientation.
また、形質転換体において目的の相同組換えが生じたことは、供与体DNA由来の置換対象領域を対象としたPCRを行うことで確認することができる。 In addition, the occurrence of the desired homologous recombination in the transformant can be confirmed by performing PCR on the replacement target region derived from the donor DNA.
さらに、宿主DNA又は供与体DNAにおいて、予め置換対象領域の外側の領域より更に外側の領域に存在する遺伝子を欠失させておく。次いで、LP形質転換後、形質転換体のDNAにおいて、欠失した遺伝子の存在の有無をPCRにおいて確認することで、置換対象領域の外側の領域以外の箇所で相同組換えが生じていないことを確認することができる。 Furthermore, in the host DNA or donor DNA, a gene existing in a region further outside the region outside the replacement target region is previously deleted. Next, after LP transformation, by confirming the presence or absence of the deleted gene in the DNA of the transformant by PCR, it is confirmed that no homologous recombination has occurred in any place other than the region outside the replacement target region. Can be confirmed.
一方、本発明に係る第2置換方法では、同様に、宿主DNAの置換対象領域及び当該置換対象領域の外側の領域を逆位変異させ、且つ、供与体DNAの置換対象領域を逆位変異させることで、薬剤耐性遺伝子等の選択マーカー遺伝子を指標とした選択を組み合わせることにより、相同組換えが生じる位置を当該置換対象領域の外側の領域に限定することができる。 On the other hand, in the second substitution method according to the present invention, similarly, the replacement target region of the host DNA and the region outside the replacement target region are inverted and the replacement target region of the donor DNA is inverted. Thus, by combining selection using a selection marker gene such as a drug resistance gene as an index, the position where homologous recombination occurs can be limited to a region outside the region to be replaced.
以上のように説明した本発明に係る置換方法によれば、大きなサイズのDNA断片を宿主DNA中に一括して確実に導入することができる。また、本発明に係る置換方法では、置換対象領域内部での相同組換えが生じることなく、供与体DNAの置換対象領域を宿主DNA中に導入することができる。 According to the substitution method according to the present invention described above, a large-sized DNA fragment can be reliably and collectively introduced into host DNA. Further, in the replacement method according to the present invention, the replacement target region of the donor DNA can be introduced into the host DNA without causing homologous recombination within the replacement target region.
特に、本発明に係る第2置換方法では、相同組換えが生じる位置を、置換対象領域の外側の領域に限定することができる。 In particular, in the second replacement method according to the present invention, the position where homologous recombination occurs can be limited to a region outside the replacement target region.
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.
以下の本実施例におけるDNA断片増幅のためのポリメラーゼ連鎖反応(PCR)には、GeneAmp PCR System(アプライドバイオシステムズ)を使用し、PyrobestDNA Polymerase(タカラバイオ)と付属の試薬類を用いてDNA増幅を行った。PCRの反応液組成は、適宜希釈した鋳型DNAを1μL、センス及びアンチセンスプライマーを各々20pmol及びPyrobestDNA Polymeraseを2.5U添加して、反応液総量を50μLとした。PCRの反応条件は、98℃で10秒間、55℃で30秒間及び72℃で1〜5分間(目的増幅産物に応じて調整。目安は1kbあたり1分間)の3段階の温度変化を30回繰り返した後、72℃で5分間反応させることにより行った。なお、PCRにおいて用いたプライマーは、以下の表1に示すプライマーである。 The polymerase chain reaction (PCR) for amplification of DNA fragments in the following examples uses GeneAmp PCR System (Applied Biosystems) and DNA amplification using Pyrobest DNA Polymerase (Takara Bio) and the attached reagents. Went. The PCR reaction solution composition was 1 μL of appropriately diluted template DNA, 20 pmol of sense and antisense primers and 2.5 U of Pyrobest DNA Polymerase, respectively, and the total amount of the reaction solution was 50 μL. PCR reaction conditions were 98 ° C for 10 seconds, 55 ° C for 30 seconds and 72 ° C for 1 to 5 minutes (adjusted according to the target amplification product, 1 minute per 1 kb). After repeating, the reaction was carried out at 72 ° C. for 5 minutes. The primers used in PCR are those shown in Table 1 below.
さらに、以下の実施例において、遺伝子の上流・下流とは、複製開始点からの位置ではなく、上流とは各操作・工程において対象として捉えている遺伝子の開始コドンの5’側に続く領域を示し、一方、下流とは各操作・工程において対象として捉えている遺伝子の終始コドンの3’側に続く領域を示す。 Furthermore, in the following examples, upstream / downstream of a gene is not a position from the replication start point, but upstream refers to a region continuing on the 5 ′ side of the start codon of the gene that is regarded as a target in each operation / step. On the other hand, “downstream” indicates a region continuing 3 ′ of the stop codon of the gene taken as a target in each operation / step.
なお、以下の実施例における各遺伝子及び遺伝子領域の名称は、Nature, 390, 249-256, (1997) で報告され、JAFAN: Japan Functional Analysis Network for Bacillus subtilis(BSORF DB)でインターネット公開(http://bacillus.genome.ad.jp/、2004年3月10日更新)された枯草菌ゲノムデータに基づいて記載している。 In addition, the names of each gene and gene region in the following examples are reported in Nature, 390, 249-256, (1997) and published on the Internet at JAFAN: Japan Functional Analysis Network for Bacillus subtilis (BSORF DB) (http: //bacillus.genome.ad.jp/, updated March 10, 2004), based on genome data of Bacillus subtilis.
〔実施例1〕本発明に係る第1置換方法−ドナー菌株(供与体DNA)のゲノム上置換対象領域を逆位変異させた場合
(1) ドナー菌株(E600NR、E250NR、E100NR及びE50NR)の構築
1−1. 逆位変異用カセットプラスミドpBNEC及びpBEOCの構築
図4に示すように、逆位変異用カセットを組込んだプラスミドpBNEC及びpBEOCを以下のように構築した。
[Example 1] First substitution method according to the present invention-When a region to be replaced on the genome of a donor strain (donor DNA) is inverted.
(1) Construction of donor strains (E600NR, E250NR, E100NR and E50NR)
1-1. Construction of Inverted Mutation Cassette Plasmids pBNEC and pBEOC As shown in FIG. 4, plasmids pBNEC and pBEOC incorporating the inverted mutation cassette were constructed as follows.
プラスミドpUB110(Plasmid 15, 93 (1986))を鋳型とし、表1に示したrneof-SE(配列番号1)及びrepUr-Nm(配列番号2)のプライマーセットを用いて、repU遺伝子のプロモーター(Nucleic Acids Res. 17, 4410 (1989))を含む領域(rep断片)(0.4kb)をPCRによって調製した。また、プラスミドpUB110を鋳型とし、表1に示したNmUf-rep(配列番号3)及びNer-XH(配列番号4)のプライマーセットを用いて、ネオマイシン耐性遺伝子の前中部領域(nE断片)(0.6kb)をPCRによって調製した。次いで、得られたrep断片とnE断片とを混合して鋳型とし、上記プライマーrneof-SE(配列番号1)及びNer-XH(配列番号4)を用いたSOE(splicing by overlap extension)-PCR(Gene 77, 61 (1989))を行うことによって、repU遺伝子のプロモーター領域の下流にnE断片が連結したNE断片(1.0kb)を調製した。 Using the plasmid pUB110 (Plasmid 15, 93 (1986)) as a template and the primer set of rneof-SE (SEQ ID NO: 1) and repUr-Nm (SEQ ID NO: 2) shown in Table 1, the repU gene promoter (Nucleic A region (rep fragment) (0.4 kb) containing Acids Res. 17, 4410 (1989)) was prepared by PCR. In addition, using the plasmid pUB110 as a template and using the primer set of NmUf-rep (SEQ ID NO: 3) and Ner-XH (SEQ ID NO: 4) shown in Table 1, the front middle region (nE fragment) of the neomycin resistance gene (0.6 kb) was prepared by PCR. Next, the obtained rep fragment and nE fragment were mixed to form a template, and SOE (splicing by overlap extension) -PCR (PCR) using the above-described primers rneof-SE (SEQ ID NO: 1) and Ner-XH (SEQ ID NO: 4). Gene 77, 61 (1989)) was used to prepare an NE fragment (1.0 kb) in which an nE fragment was ligated downstream of the promoter region of the repU gene.
さらに、プラスミドpC194 (J. Bacteriol. 150 (2) 815 (1982))を鋳型とし、表1に示したcatf-XH(配列番号5)及びcatr-SL(配列番号6)のプライマーセットを用いてクロラムフェニコール耐性遺伝子Cm断片(0.9kb)をPCRによって調製した。 Furthermore, using plasmid pC194 (J. Bacteriol. 150 (2) 815 (1982)) as a template and using the primer set of catf-XH (SEQ ID NO: 5) and catr-SL (SEQ ID NO: 6) shown in Table 1. A chloramphenicol resistance gene Cm fragment (0.9 kb) was prepared by PCR.
次いで、NE断片をSpeI及びXhoIで、Cm断片をXhoI及びSalIでそれぞれ制限酵素処理した後、pBluescript II SK(+)(Stratagene)のSpeI-SalI制限酵素部位に挿入して、プラスミド上でNE断片とCm断片とが隣接するNEカセットプラスミドpBNECを構築した。 Next, the NE fragment was treated with Spe I and Xho I and the Cm fragment was treated with Xho I and Sal I, respectively, and then inserted into the Spe I- Sal I restriction enzyme site of pBluescript II SK (+) (Stratagene). The NE cassette plasmid pBNEC in which the NE fragment and the Cm fragment are adjacent on the plasmid was constructed.
一方、プラスミドpMutinT3 (Microbiology 144, 3079 (1998))を鋳型とし、表1に示したemf2-SE(配列番号7)及びemr2-XH(配列番号8)のプライマーセットを用いて、エリスロマイシン耐性遺伝子Em断片(1.3kb)をPCRによって調製した。また、プラスミドpUB110を鋳型とし、表1に示したEOf-XH(配列番号9)及びneor-SL(配列番号10)のプライマーセットを用いて、ネオマイシン耐性遺伝子の中後部領域EO断片(0.8kb)をPCRによって調製した。 On the other hand, using plasmid pMutinT3 (Microbiology 144, 3079 (1998)) as a template and the primer set of emf2-SE (SEQ ID NO: 7) and emr2-XH (SEQ ID NO: 8) shown in Table 1, the erythromycin resistance gene Em A fragment (1.3 kb) was prepared by PCR. In addition, using the plasmid pUB110 as a template and using the primer set of EOF-XH (SEQ ID NO: 9) and neor-SL (SEQ ID NO: 10) shown in Table 1, the middle rear region EO fragment (0.8 kb) of the neomycin resistance gene Was prepared by PCR.
次いで、Em断片をSpeI及びXhoIで、EO断片をXhoI及びSalIでそれぞれ制限酵素処理した後、pBluescript II SK(+)(Stratagene)のSpeI-SalI制限酵素部位に挿入して、プラスミド上でEm断片とEO断片とが隣接するEOカセットプラスミドpBEOCを構築した。 Next, the Em fragment was treated with Spe I and Xho I and the EO fragment was treated with Xho I and Sal I, respectively, and then inserted into the Spe I- Sal I restriction enzyme site of pBluescript II SK (+) (Stratagene). The EO cassette plasmid pBEOC in which the Em fragment and the EO fragment are adjacent on the plasmid was constructed.
1−2. ドナー菌株構築用基準株168EOC株の構築
図5に示すように、ドナー菌株構築の際の基準株を以下のように構築した。
枯草菌168株から抽出したゲノムDNAを鋳型として、表1に示したyxnB FW(配列番号11)及びyxnB/Em R(配列番号12)のプライマーセットを用いて、ゲノム中のyxnB遺伝子の上流に隣接する1.0kb断片(A)をPCRにより増幅した。また、上記ゲノムDNAを鋳型として、表1に示したyxnB/Ne F(配列番号13)及びyxnB RV(配列番号14)のプライマーセットを用いて、ゲノム中のyxnB遺伝子の下流に隣接する1.0kb断片(B)をPCRにより増幅した。
1-2. Construction of a 168EOC reference strain for donor strain construction As shown in FIG. 5, a reference strain for constructing a donor strain was constructed as follows.
Using the genomic DNA extracted from Bacillus subtilis 168 strain as a template, using the primer set of yxnB FW (SEQ ID NO: 11) and yxnB / Em R (SEQ ID NO: 12) shown in Table 1, upstream of the yxnB gene in the genome The adjacent 1.0 kb fragment (A) was amplified by PCR. In addition, using the genomic DNA as a template, a primer set of yxnB / Ne F (SEQ ID NO: 13) and yxnB RV (SEQ ID NO: 14) shown in Table 1 was used to adjoin 1.0 kb downstream of the yxnB gene in the genome. Fragment (B) was amplified by PCR.
一方、EOカセットプラスミドpBEOCを鋳型として、表1に示したemf2(配列番号15)及びneor(配列番号16)のプライマーセットを用いて、2.1kbのEOカセット(C)をPCRにより調製した。 On the other hand, a 2.1 kb EO cassette (C) was prepared by PCR using the EO cassette plasmid pBEOC as a template and the primer set of emf2 (SEQ ID NO: 15) and neor (SEQ ID NO: 16) shown in Table 1.
次に、得られた1.0kb断片(A)、1.0kb断片(B)及びEOカセット(C)の3断片を混合して鋳型として、表1に示したyxnB FW2(配列番号17)及びyxnB RV2(配列番号18)のプライマーセットを用いたSOE-PCRを行うことによって、3断片が、1.0kb断片(A)、EOカセット(C)、1.0kb断片(B)の順に含まれる4.1kbのPCR断片を得た。 Next, the obtained 1.0 kb fragment (A), 1.0 kb fragment (B), and EO cassette (C) 3 fragments were mixed and used as templates to prepare yxnB FW2 (SEQ ID NO: 17) and yxnB RV2 shown in Table 1. By performing SOE-PCR using the primer set of (SEQ ID NO: 18), a 4.1 kb PCR containing 3 fragments in the order of 1.0 kb fragment (A), EO cassette (C), and 1.0 kb fragment (B) A fragment was obtained.
さらに、コンピテントセル形質転換法(J. Bacterial. 93, 1925 (1967))によって、得られたPCR断片を用いて、枯草菌168株の形質転換を行った。形質転換後、エリスロマイシン(2μg/mL)を含むLB寒天培地上に生育したコロニーを形質転換体として分離した。 Furthermore, the Bacillus subtilis 168 strain was transformed using the obtained PCR fragment by a competent cell transformation method (J. Bacterial. 93, 1925 (1967)). After transformation, colonies that grew on the LB agar medium containing erythromycin (2 μg / mL) were isolated as transformants.
得られた形質転換体のゲノムDNAを抽出し、PCRによってyxnB遺伝子が欠失し、相同組換えによりyxnB遺伝子がEOカセット(C)に置換していることを確認した。以上のように、枯草菌におけるゲノムDNAのyxnB遺伝子部位にEOカセット(C)を挿入した168EOC株を構築した。 Genomic DNA was extracted transformants, YxnB gene by PCR is deleted, YxnB gene was confirmed that by replacing the EO cassette (C) by homologous recombination. As described above, the 168EOC strain in which the EO cassette (C) was inserted into the yxnB gene site of the genomic DNA in Bacillus subtilis was constructed.
1−3. ドナー菌株E600NRの構築
図6に示すように、枯草菌168株から抽出したゲノムDNAを鋳型として、表1に示したyvfU FW(配列番号19)及びyvfU/Cm3 R(配列番号20)のプライマーセットを用いて、ゲノム中のyvfU遺伝子の下流に隣接する1.0kb断片(D)をPCRにより増幅した。また、上記ゲノムDNAを鋳型として、yvfU/Ne5 F(配列番号21)及びyvfU RV(配列番号22)のプライマーセットを用いて、ゲノム中のyvfU遺伝子の上流に隣接する1.0kb断片(E)をPCRにより増幅した。
1-3. Construction of Donor Strain E600NR As shown in FIG. 6, using genomic DNA extracted from Bacillus subtilis 168 as a template, yvfU FW (SEQ ID NO: 19) and yvfU / Cm3 R (SEQ ID NO: 20) shown in Table 1 were used. ), A 1.0 kb fragment (D) adjacent to the downstream of the yvfU gene in the genome was amplified by PCR. Further, using the genomic DNA as a template, a 1.0 kb fragment (E) adjacent to the upstream of the yvfU gene in the genome using a primer set of yvfU / Ne5 F (SEQ ID NO: 21) and yvfU RV (SEQ ID NO: 22). Amplified by PCR.
一方、NEカセットプラスミドpBNECを鋳型として、表1に示したrneof(配列番号23)及びcatr(配列番号24)のプライマーセットを用いて、1.9kbのNEカセット(F)をPCRにより調製した。 On the other hand, a 1.9 kb NE cassette (F) was prepared by PCR using the NE cassette plasmid pBNEC as a template and the primer set of rneof (SEQ ID NO: 23) and catr (SEQ ID NO: 24) shown in Table 1.
次に、得られた1.0kb断片(D)、1.0kb断片(E)及びNEカセット(F)の3断片を混合して鋳型として、表1に示したyvfU FW2(配列番号25)及びyvfU RV2(配列番号26)のプライマーセットを用いたSOE-PCRを行うことによって、3断片が1.0kb断片(D)、NEカセット(F)及び1.0kb断片(E)の順に含まれる3.9kbのPCR断片を得た。 Next, 3 fragments of the obtained 1.0 kb fragment (D), 1.0 kb fragment (E) and NE cassette (F) were mixed and used as a template to prepare yvfU FW2 (SEQ ID NO: 25) and yvfU RV2 shown in Table 1. By performing SOE-PCR using the primer set of (SEQ ID NO: 26), a 3.9 kb PCR fragment containing 3 fragments in the order of 1.0 kb fragment (D), NE cassette (F) and 1.0 kb fragment (E) Got.
さらに、コンピテントセル形質転換法によって、得られたPCR断片を用いて、上記1-2で得られた枯草菌168EOC株の形質転換を行った。形質転換後、クロラムフェニコール(10μg/mL)を含むLB寒天培地上に生育したコロニーを形質転換体として分離した。 Furthermore, the Bacillus subtilis 168EOC strain obtained in 1-2 above was transformed by the competent cell transformation method using the obtained PCR fragment. After transformation, colonies that grew on the LB agar medium containing chloramphenicol (10 μg / mL) were isolated as transformants.
得られたクロラムフェニコール耐性株のゲノムDNAを抽出し、PCRにより168EOC株のyvfU遺伝子が欠失し、相同組換えによりyvfU遺伝子がNEカセット(F)で置換されていることを確認した。この株をEOC600Rと命名した。 Genomic DNA of the obtained chloramphenicol-resistant strain was extracted, deleted YvfU gene 168EOC strain by PCR, YvfU gene was confirmed to be substituted with NE cassette (F) by homologous recombination. This strain was named EOC600R.
次に、EOC600R株を、1mLのLB培地において37℃で4時間振盪培養した。振盪培養後、得られた培養液100μLを、ネオマイシン(20μg/mL)を含むLB寒天培地に塗沫し、生育したコロニーを分離した。 Next, the EOC600R strain was cultured with shaking in 1 mL of LB medium at 37 ° C. for 4 hours. After shaking culture, 100 μL of the obtained culture solution was smeared on an LB agar medium containing neomycin (20 μg / mL), and the grown colonies were separated.
得られたネオマイシン耐性株のゲノムDNAを抽出し、表1に示したyvfU FW2(配列番号25)とyxnB FW2(配列番号17)とのプライマーセット、yvfU RV2(配列番号26)とyxnB RV2(配列番号18)とのプライマーセット、yvfU FW2(配列番号25)とemf2(配列番号15)とのプライマーセット、及びrneof(配列番号23)とyxnB RV2(配列番号18)とのプライマーセットをそれぞれ用いて、PCRを行った結果、それぞれ4.6kb、3.3kb、3.6kb及び2.3kbのDNA断片が増幅できた。これらのDNA断片は逆位変異する前のEOC600R株では増幅できなかった。 The genomic DNA of the resulting neomycin resistant strain was extracted, and the primer set of yvfU FW2 (SEQ ID NO: 25) and yxnB FW2 (SEQ ID NO: 17) shown in Table 1, yvfU RV2 (SEQ ID NO: 26) and yxnB RV2 (sequence) No. 18), a primer set of yvfU FW2 (SEQ ID NO: 25) and emf2 (SEQ ID NO: 15), and a primer set of rneof (SEQ ID NO: 23) and yxnB RV2 (SEQ ID NO: 18), respectively. As a result of PCR, DNA fragments of 4.6 kb, 3.3 kb, 3.6 kb and 2.3 kb could be amplified, respectively. These DNA fragments could not be amplified in the EOC600R strain before the inversion mutation.
以上の結果から、yvfU遺伝子−yxnB遺伝子間の600kbのゲノム領域(置換対象領域)が逆位変異されたことが確認された。得られた逆位変異体をE600NRと命名し、後述のゲノム大領域一括置換実験におけるドナー菌株として使用した。なお、逆位変異の効率を、薬剤を含まないLB寒天培地にて出現するコロニー数に対するネオマイシンを含むLB寒天培地にて出現するコロニー数の割合により評価した。その結果、E600NRの構築の際の逆位変異効率は、8.33 x 10-7であった。 From the above results, it was confirmed that the 600 kb genomic region (replacement target region) between the yvfU gene and the yxnB gene was inverted. The obtained inverted mutant was named E600NR and used as a donor strain in the genome large region bulk replacement experiment described later. The efficiency of the inversion mutation was evaluated by the ratio of the number of colonies appearing on the LB agar medium containing neomycin to the number of colonies appearing on the LB agar medium containing no drug. As a result, the inversion mutation efficiency in the construction of E600NR was 8.33 × 10 −7 .
1−4. ドナー菌株E250NR、E100NR及びE50NRの構築
E600NRと同様にして、逆位変異体E250NR(250kbゲノム領域を逆位変異)、E100NR(100kbゲノム領域を逆位変異)及びE50NR(50kbゲノム領域を逆位変異)を構築し、それぞれ後述のゲノム大領域一括置換実験におけるドナー菌株として使用した。E250NRでは、speE遺伝子-yxnB遺伝子間の250kbのゲノム領域が逆位変異されている。E100NRでは、yxjH遺伝子-yxnB遺伝子間の100kbのゲノム領域が逆位変異されている。また、E50NRでは、hutM遺伝子-yxnB遺伝子間の50kbのゲノム領域が逆位変異されている。
1-4. Construction of donor strains E250NR, E100NR and E50NR
In the same way as E600NR, construct inversion mutants E250NR (250kb genomic region inversion mutation), E100NR (100kb genomic region inversion mutation) and E50NR (50kb genomic region inversion mutation). Used as donor strain in large area bulk replacement experiments. In E250NR, the 250 kb genomic region between the speE gene and the yxnB gene is inverted. In E100NR, the 100 kb genomic region between the yxjH gene and the yxnB gene is inverted. In E50NR, the 50 kb genomic region between the hutM gene and the yxnB gene is inverted.
逆異変異体E250NR、E100NR及びE50NRの構築は、上記1−3で説明したE600NRの構築と同様に行った。なお、表2において、各逆異変異体を構築する上で使用したプライマーを、E600NRの構築に使用したプライマーと対応させて示した。 The reverse mutants E250NR, E100NR and E50NR were constructed in the same manner as the construction of E600NR described in 1-3 above. In Table 2, the primers used for constructing each reverse mutant were shown corresponding to the primers used for constructing E600NR.
また、逆位変異の効率を、薬剤を含まないLB寒天培地にて出現するコロニー数に対するネオマイシンを含むLB寒天培地にて出現するコロニー数の割合により評価した。その結果、E250NR、E100NR及びE50NRの構築の際の逆位変異効率は、それぞれ1.60 x 10-6、1.75 x 10-6及び1.99 x 10-6であった。 Further, the efficiency of the inversion mutation was evaluated by the ratio of the number of colonies appearing on the LB agar medium containing neomycin to the number of colonies appearing on the LB agar medium containing no drug. As a result, the inversion mutation efficiencies during the construction of E250NR, E100NR and E50NR were 1.60 × 10 −6 , 1.75 × 10 −6 and 1.99 × 10 −6 , respectively.
(2) レシピエント菌株(宿主DNA)の構築
レシピエント菌株構築の親株としては、枯草菌の細胞外プロテアーゼをコードする8種類の遺伝子(aprE、nprB、nprE、bpr、vpr、mpr、epr、wprA)を欠失させたプロテアーゼ遺伝子8重欠失株を用いた。以下に各プロテアーゼ遺伝子を順次欠失させ、プロテアーゼ遺伝子8重欠失株(ΔP8)を構築した工程、及び構築したΔP8のゲノム上のamyE遺伝子をスペクチノマイシン耐性遺伝子で置換し、レシピエント菌株を構築した工程について説明する。
(2) Construction of recipient strain (host DNA) The parent strain for recipient strain construction includes eight genes encoding extracellular proteases of Bacillus subtilis ( aprE , nprB , nprE , bpr , vpr , mpr , epr , wprA ) Was deleted from the protease gene 8-fold deletion. In the following, each protease gene was deleted in sequence, the protease gene 8-deficient strain (ΔP8) was constructed, and the amyE gene on the constructed ΔP8 genome was replaced with a spectinomycin resistance gene, and the recipient strain was The constructed process will be described.
2−1. プロテアーゼ8重欠失株の構築
(a) epr遺伝子欠失用プラスミドの構築
図7に示すように、枯草菌168株から抽出したゲノムDNAを鋳型とし、表1に示したeprfw1(配列番号45)及びeprUpr(配列番号46)のプライマーセットを用いて、ゲノム上のepr遺伝子の上流に隣接する0.6kb断片(G)をPCRにより調製した。また、上記ゲノムDNAを鋳型とし、表1に示したeprDNf(配列番号47)及びeprrv-rep(配列番号48)のプライマーセットを用いて、ゲノム上のepr遺伝子の下流に隣接する0.5kb断片(H)をPCRにより調製した。
2-1. Construction of an 8-fold protease deletion strain
(a) Construction of plasmid for deletion of epr gene As shown in FIG. 7, genomic DNA extracted from Bacillus subtilis 168 strain was used as a template, and eprfw1 (SEQ ID NO: 45) and eprUpr (SEQ ID NO: 46) shown in Table 1 A 0.6 kb fragment (G) adjacent to the upstream of the epr gene on the genome was prepared by PCR using the primer set. In addition, using the genomic DNA as a template and using the eprDNf (SEQ ID NO: 47) and eprrv-rep (SEQ ID NO: 48) primer sets shown in Table 1, a 0.5 kb fragment adjacent to the downstream of the epr gene on the genome ( H) was prepared by PCR.
一方、プラスミドpC194(J. Bacteriol. 150 (2), 815 (1982))由来のクロラムフェニコール耐性遺伝子の上流にプラスミドpUB110(Plasmid 15, 93 (1986))由来のrepU遺伝子のプロモーター領域(Nucleic Acids Res. 17, 4410 (1989))を連結した1.2kb断片のCmカセット(I)を調製した。 On the other hand, the promoter region (Nucleic of the repU gene derived from plasmid pUB110 (Plasmid 15, 93 (1986)) upstream of the chloramphenicol resistance gene derived from plasmid pC194 (J. Bacteriol. 150 (2), 815 (1982)) Acids Res. 17, 4410 (1989)) and a 1.2 kb fragment Cm cassette (I) was prepared.
次に、得られた0.6kb断片(G)、0.5kb断片(H)及びCmカセット(I)の3断片を混合して鋳型とし、表1のプライマーeprfw2(配列番号49)及びCmrv2(配列番号50)を用いたSOE-PCRを行うことによって、3断片が0.6kb断片(G)、0.5kb断片(H)及びCmカセット(I)の順に結合した2.2kbのDNA断片を得た。このDNA断片の末端を平滑化及び5’-リン酸化し、プラスミドpUC118(Methods Enzymol. 153, 3 (1987))のSmaI制限酵素部位に挿入して、epr遺伝子欠失用プラスミドpUC118-CmrΔeprを構築した。 Next, 3 fragments of the obtained 0.6 kb fragment (G), 0.5 kb fragment (H) and Cm cassette (I) were mixed to form a template, and primers eprfw2 (SEQ ID NO: 49) and Cmrv2 (SEQ ID NO: 49) in Table 1 were used. 50) was used to obtain a 2.2 kb DNA fragment in which three fragments were bound in the order of a 0.6 kb fragment (G), a 0.5 kb fragment (H), and a Cm cassette (I). The ends of this DNA fragment were blunted and 5′-phosphorylated, inserted into the Sma I restriction enzyme site of plasmid pUC118 (Methods Enzymol. 153, 3 (1987)), and the plasmid pUC118-CmrΔepr for epr gene deletion was It was constructed.
なお、上記1.2kb断片Cmカセット(I)は、表1のrepUfw(配列番号51)及びrepUr-Cm(配列番号52)のプライマーセット並びに鋳型としてプラスミドpUB110を用いたPCRにより調製したrepU遺伝子プロモーター領域を含む0.4kb断片(J)と、表1のCmUf-rep(配列番号53)及びCmrv1(配列番号54)のプライマーセット並びに鋳型としてプラスミドpC194を用いたPCRにより調製したクロラムフェニコール耐性遺伝子を含む0.8kb断片(K)とを混合して鋳型とし、表1に示したプライマーrepUfw(配列番号51)及びCmrv1(配列番号54)を用いたSOE-PCRを行うことによって調製した。 The 1.2 kb fragment Cm cassette (I) is a repU gene promoter region prepared by PCR using the repUfw (SEQ ID NO: 51) and repUr-Cm (SEQ ID NO: 52) primer sets shown in Table 1 and the plasmid pUB110 as a template. And a chloramphenicol resistance gene prepared by PCR using the primer set of CmUf-rep (SEQ ID NO: 53) and Cmrv1 (SEQ ID NO: 54) in Table 1 and the plasmid pC194 as a template. A 0.8 kb fragment (K) containing was used as a template and prepared by performing SOE-PCR using the primers repUfw (SEQ ID NO: 51) and Cmrv1 (SEQ ID NO: 54) shown in Table 1.
(b) 欠失用プラスミドによるepr遺伝子欠失株の構築
図7に示すように、コンピテントセル形質転換法(J. Bacteriol. 93, 1925 (1967))によって、上記(a)にて構築したepr遺伝子欠失用プラスミドpUC118-CmrΔeprを枯草菌168株に導入し、epr遺伝子上流領域又は下流領域の相当する領域間での一重交差の相同組換えによりゲノムDNAと融合した形質転換株を、クロラムフェニコール耐性を指標に取得した。
(b) Construction of an epr gene deletion strain using a deletion plasmid As shown in FIG. 7, it was constructed in the above (a) by a competent cell transformation method (J. Bacteriol. 93, 1925 (1967)). The plasmid pUC118-CmrΔepr for deletion of the epr gene was introduced into Bacillus subtilis 168 strain, and the transformed strain fused with the genomic DNA by homologous recombination between the corresponding upstream or downstream regions of the epr gene was cloned. Lambphenicol resistance was obtained as an index.
得られた形質転換株をLB培地に接種し、37℃にて2時間培養した後、再度、コンピテンス誘導操作を行うことにより、ゲノム上で重複して存在するepr遺伝子上流領域または下流領域の間におけるゲノム内相同組換えを誘導した。 After inoculating the obtained transformant into LB medium and culturing at 37 ° C. for 2 hours, the competent induction operation is performed again, so that the region between the upstream region and the downstream region of the epr gene overlapping in the genome is obtained. Intragenomic homologous recombination was induced.
図7に示すように、プラスミド導入の際と異なる領域で相同組換えが起こった場合、プラスミドに由来するクロラムフェニコール耐性遺伝子及びpUC118ベクター領域の脱落に伴ってepr遺伝子が欠失することになる。 As shown in FIG. 7, when homologous recombination occurs in a region different from that at the time of plasmid introduction, the epr gene is deleted along with the loss of the plasmid-derived chloramphenicol resistance gene and pUC118 vector region. Become.
次に、クロラムフェニコール感受性となった株の存在比率を高めるため、以下の要領でアンピシリン濃縮操作を行った。 Next, in order to increase the abundance ratio of strains that became chloramphenicol-sensitive, ampicillin concentration was performed as follows.
コンピテントセル誘導後の培養液を、終濃度5ppmのクロラムフェニコール及び終濃度100ppmのアンピシリンナトリウムを含むLB培地1mLに、600nmにおける濁度(OD600)が0.003になるように接種した。37℃にて5時間培養後、培養液を含む混合液に、10,000ppmのアンピシリンナトリウム水溶液を10μL添加して、さらに3時間培養した。培養終了後、2%塩化ナトリウム水溶液にて菌体を遠心洗浄した後、1mLの2%塩化ナトリウム水溶液に菌体を懸濁し、懸濁液100μLをLB寒天培地に塗沫した。懸濁液を塗沫した培地を、37℃にて約15時間インキュベーションした。インキュベーション後、生育した菌株のうち、プラスミド領域の脱落に伴ってクロラムフェニコール感受性となったものを選抜した。 The culture solution after induction of competent cells was inoculated into 1 mL of LB medium containing chloramphenicol having a final concentration of 5 ppm and sodium ampicillin having a final concentration of 100 ppm so that the turbidity (OD600) at 600 nm was 0.003. After culturing at 37 ° C. for 5 hours, 10 μL of 10,000 ppm ampicillin sodium aqueous solution was added to the mixed solution containing the culture solution, and further cultured for 3 hours. After completion of the culture, the cells were centrifuged and washed with a 2% aqueous sodium chloride solution, suspended in 1 mL of a 2% aqueous sodium chloride solution, and 100 μL of the suspension was smeared on an LB agar medium. The medium smeared with the suspension was incubated at 37 ° C. for about 15 hours. After incubation, strains that became chloramphenicol sensitive as the plasmid region dropped out were selected from the grown strains.
選抜した菌株のゲノムDNAを鋳型とし、表1に示すプライマーeprfw2(配列番号49)及びeprrv-rep(配列番号48)を用いたPCRを行うことにより、epr遺伝子欠失の確認を行い、epr遺伝子欠失株を取得した。 Genomic DNA of Screened strain as a template, by PCR performing using primers eprfw2 shown in Table 1 (SEQ ID NO: 49) and eprrv-rep (SEQ ID NO: 48), confirms the epr gene deletion, epr gene A deletion strain was obtained.
(c) その他のプロテアーゼ遺伝子の欠失
上記(b)にて構築したepr遺伝子欠失株に対し、次の欠失としてwprA遺伝子の欠失をepr遺伝子欠失と同様に行った。即ち、上記(a)と同様にして、wprA遺伝子欠失用プラスミドpUC118-CmrΔwprAを構築し、構築したプラスミドのゲノムDNAへの導入と、それに続くゲノム内相同組換えによるwprA遺伝子の欠失によりepr遺伝子とwprA遺伝子の2重欠失株を取得した。以降同様の操作を繰り返すことにより、mpr、nprB、bpr、nprE、vpr、aprEの各遺伝子を順次欠失させ、最終的に8種類のプロテアーゼ遺伝子が欠失したプロテアーゼ8重欠失株ΔP8を構築した。
(c) Deletion of other protease genes For the epr gene deletion strain constructed in (b) above, the deletion of the wprA gene was performed in the same manner as the deletion of the epr gene as the next deletion. That is, in the same manner as in the above (a), to construct plasmid pUC118-CmrΔwprA for wprA gene deletion, the introduction into the genomic DNA of plasmids constructed by deletion of the wprA gene by genomic internal phase homologous recombination followed by epr A double deletion strain of the gene and the wprA gene was obtained. By repeating the same procedure, the mpr , nprB , bpr , nprE , vpr , and aprE genes were deleted in sequence, and a protease 8-deficient strain ΔP8 was finally constructed in which 8 types of protease genes were deleted. did.
各遺伝子欠失を行う際に用いたプライマーの配列は表1に示されている。また表3において、各遺伝子を欠失させる際に使用したプライマーを、上記(a)及び(b)にてepr遺伝子欠失に用いたプライマーと対応させて示した。 Table 1 shows the primer sequences used for each gene deletion. In Table 3, the primers used for deleting each gene are shown in correspondence with the primers used for deleting the epr gene in (a) and (b) above.
2−2. スペクチノマイシン耐性遺伝子によるamyE遺伝子の置換
枯草菌168株から抽出したゲノムDNAを鋳型として、表1に示したamyE FW(配列番号90)及びamyE/Sp R(配列番号91)のプライマーセットを用いて、ゲノム中のamyE遺伝子の上流に隣接する1.0kb断片(L)をPCRにより増幅した。また、上記ゲノムDNAを鋳型として、表1に示したamyE/Sp F(配列番号92)及びamyE RV(配列番号93)のプライマーセットを用いて、ゲノム中のamyE遺伝子の下流に隣接する1.0kb断片(M)をPCRにより増幅した。
2-2. Replacement of amyE gene with spectinomycin resistance gene Using a genomic DNA extracted from Bacillus subtilis 168 as a template, amyE FW (SEQ ID NO: 90) and amyE / Sp R (SEQ ID NO: 91) shown in Table 1 A 1.0 kb fragment (L) adjacent to the upstream of the amyE gene in the genome was amplified by PCR using the primer set. In addition, using the genomic DNA as a template, a primer set of amyE / Sp F (SEQ ID NO: 92) and amyE RV (SEQ ID NO: 93) shown in Table 1 was used, and the adjacent 1.0 kb downstream of the amyE gene in the genome. Fragment (M) was amplified by PCR.
一方、プラスミドpDG1727(Gene, 167, 335, (1995))DNAを鋳型として、表1に示したspf(配列番号94)及びspr(配列番号95)のプライマーセットを用いて、1.2kbのスペクチノマイシン耐性遺伝子領域(N)をPCRにより調製した。 On the other hand, a plasmid pDG1727 (Gene, 167, 335, (1995)) DNA was used as a template and a 1.2 kb spectino was prepared using the spf (SEQ ID NO: 94) and spr (SEQ ID NO: 95) primer sets shown in Table 1. The mycin resistance gene region (N) was prepared by PCR.
次に、得られた1.0kb断片(L)、1.0kb断片(M)及びスペクチノマイシン耐性遺伝子領域(N)の3断片を混合して鋳型として、表1に示したamyE FW2(配列番号96)及びamyE RV2(配列番号97)のプライマーセットを用いたSOE-PCRを行うことによって、3断片が1.0kb断片(L)、スペクチノマイシン耐性遺伝子領域(N)及び1.0kb断片(M)の順に含まれる3.2kbのPCR断片を得た。 Next, 3 fragments of the obtained 1.0 kb fragment (L), 1.0 kb fragment (M) and spectinomycin resistance gene region (N) were mixed and used as a template to prepare amyE FW2 (SEQ ID NO: 96) shown in Table 1. ) And amyE RV2 (SEQ ID NO: 97) by performing SOE-PCR using a primer set consisting of a 1.0 kb fragment (L), a spectinomycin resistance gene region (N) and a 1.0 kb fragment (M). A 3.2 kb PCR fragment included in sequence was obtained.
さらに、コンピテントセル形質転換法によって、得られたPCR断片を用いて、プロテアーゼ8重欠失株ΔP8の形質転換を行い、スペクチノマイシン(100μg/mL)を含むLB寒天培地上に生育したコロニーを形質転換体として分離した。 Furthermore, colonies grown on LB agar medium containing spectinomycin (100 μg / mL) after transformation of the protease 8-fold deletion strain ΔP8 using the obtained PCR fragment by the competent cell transformation method Was isolated as a transformant.
得られた形質転換体のゲノムDNAを抽出し、PCRによってamyE遺伝子が欠失し、相同組換えによってamyE遺伝子がスペクチノマイシン耐性遺伝子に置換していることを確認した。以上のようにして、レシピエント菌株ΔP8SPを構築した。 Genomic DNA was extracted transformants, amyE gene deletion by PCR, amyE gene by homologous recombination was confirmed that replaced the spectinomycin resistance gene. The recipient strain ΔP8SP was constructed as described above.
(3) ドナー菌株とレシピエント菌株との間のゲノムDNAにおける相同領域についての説明
ゲノムDNAにおける、各ドナー菌株E600NR、E250NR、E100NR及びE50NRの逆位変異領域並びにレシピエント菌株ΔP8SPにて欠失されているプロテアーゼ遺伝子の模式図を図8に示した。図8において、四角で囲まれた、枯草菌の細胞外プロテアーゼをコードする8種類の遺伝子(aprE、nprB、nprE、bpr、vpr、mpr、epr、wprA)がレシピエント菌株ΔP8SPにおいて欠失されている。
(3) Explanation of homologous region in genomic DNA between donor strain and recipient strain Deleted in the inversion region of each donor strain E600NR, E250NR, E100NR and E50NR and recipient strain ΔP8SP in genomic DNA A schematic diagram of the protease gene is shown in FIG. In FIG. 8, eight genes ( aprE , nprB , nprE , bpr , vpr , mpr , epr , wprA ) encoding the extracellular protease of Bacillus subtilis surrounded by a square are deleted in the recipient strain ΔP8SP. Yes.
図8に示すように、上記(1)にて構築したドナー菌株E600NR、E250NR、E100NR又はE50NRと上記(2)で構築したレシピエント菌株ΔP8SPとの間では、レシピエント菌株ΔP8SPに対して、それぞれドナー菌株のゲノム上において、yvfU遺伝子−yxnB遺伝子間の600kb(E600NR)、speE遺伝子−yxnB遺伝子間の250kb(E250NR)、yxjH遺伝子−yxnB遺伝子間の100kb(E100NR)又はhutM遺伝子−yxnB遺伝子間の50kb(E50NR)の領域が逆向きになっており、一方各領域の外側(置換対象領域の外側の領域)については完全に相同な領域である。即ち、ドナー菌株とレシピエント菌株との間では、各領域の外側の領域で相同組換えを起こさせることにより、相互に逆向きの領域については一括して確実に置換することが可能である。この際、ドナー菌株側の当該領域の末端に挿入した選択マーカー遺伝子を利用した選択を行うことにより、効率的に目的とするゲノム大領域が一括置換された菌株を得ることができる。 As shown in FIG. 8, between the donor strain E600NR, E250NR, E100NR or E50NR constructed in (1) above and the recipient strain ΔP8SP constructed in (2) above, in the genome of the donor strain, YvfU gene - 600 kb between yxnB gene (E600NR), speE gene - 250 kb between yxnB gene (E250NR), yxjH gene - among yxnB gene 100kb (E100NR) or hutM gene - among yxnB gene The 50 kb (E50NR) region is reversed, while the outside of each region (the region outside the replacement target region) is a completely homologous region. That is, between the donor strain and the recipient strain, homologous recombination is caused in a region outside each region, so that regions opposite to each other can be surely replaced together. At this time, by performing selection using a selection marker gene inserted at the end of the region on the donor strain side, a strain in which the target large genomic region is efficiently replaced at once can be obtained.
以下(4)〜(7)の節では、特にドナー菌株E600NRに基づいて説明する。 In the following sections (4) to (7), explanation will be made based on the donor strain E600NR.
(4) ドナー菌株からのプロトプラストの調製
ドナー菌株からのプロトプラストの調製は、Changらの方法(Mol. Gen. Genet. 168, 111 (1979))に従って以下のように行った。
(4) Preparation of Protoplast from Donor Strain Protoplasts from a donor strain were prepared as follows according to the method of Chang et al. (Mol. Gen. Genet. 168, 111 (1979)).
ドナー菌株E600NRをLB培地にて生育度(OD600)の値が1程度になるまで37℃で振盪培養した。振盪培養後、培養液1mLから遠心分離によって集めた菌体を20mg/mL リゾチーム (Sigma)を含む 0.5mLのSMMP緩衝液に懸濁し、37℃で2時間インキュベーションした。インキュベーション後、遠心分離によってプロトプラストを集めて0.5mL SMMP緩衝液に再懸濁した。更にその懸濁液をSMMP緩衝液で10倍希釈し、形質転換に使用した。 The donor strain E600NR was cultured with shaking at 37 ° C. in a LB medium until the degree of growth (OD 600 ) reached about 1. After shaking culture, the cells collected from 1 mL of the culture solution by centrifugation were suspended in 0.5 mL of SMMP buffer containing 20 mg / mL lysozyme (Sigma) and incubated at 37 ° C. for 2 hours. After incubation, the protoplasts were collected by centrifugation and resuspended in 0.5 mL SMMP buffer. Further, the suspension was diluted 10-fold with SMMP buffer and used for transformation.
(5) LP形質転換
Akamatsuら(非特許文献2)の方法に従って、LP形質転換を行った。本方法は抽出したDNAではなく、上記(4)のように調製したドナー菌株のプロトプラストを供与体DNAとしてレシピエント菌株のコンピテントセルに与えることによりDNAの損傷を大幅に軽減することが特徴である。コンピテンス誘導したレシピエント菌株ΔP8SPの培養液 1mLに、上記(4)にて調製したドナー菌株E600NRのプロトプラスト溶液0.1mLを加え、以後は通常の形質転換操作を行った。添加されたプロトプラストは浸透圧ショックにより破壊され、培養液中に放出されたゲノムDNAがレシピエント菌株ΔP8SP株のコンピテントセルに取り込まれるものと考えられている。
(5) LP transformation
LP transformation was performed according to the method of Akamatsu et al. This method is characterized by drastically reducing DNA damage by providing donor cell protoplasts as donor DNA to the competent cells of the recipient strain instead of the extracted DNA. is there. 0.1 mL of the protoplast solution of the donor strain E600NR prepared in (4) above was added to 1 mL of the culture medium of the recipient strain ΔP8SP in which competence was induced. Thereafter, normal transformation operations were performed. It is considered that the added protoplast is destroyed by osmotic shock, and the genomic DNA released into the culture solution is taken into the competent cell of the recipient strain ΔP8SP.
(6) 薬剤耐性を指標とした形質転換体の選択
薬剤耐性を指標として形質転換体を選択した。図9には、各供与体DNAにおける逆位変異領域(置換対象領域)、及び各ドナー菌株とレシピエント菌株との形質転換体における相同組換えを模式的に示す。
(6) Selection of transformants using drug resistance as an index Transformants were selected using drug resistance as an index. FIG. 9 schematically shows inversion mutation regions (substitution target regions) in each donor DNA and homologous recombination in transformants of each donor strain and recipient strain.
まず、レシピエント菌株ΔP8SPの薬剤マーカーであるスペクチノマイシン耐性及びドナー菌株E600NRの逆位変異領域の端に存在する薬剤マーカーであるネオマイシン耐性を指標として形質転換体を選択した。次いで、レプリカ法を用いてドナー菌株E600NRの逆位変異領域の他端にあるクロラムフェニコール(Cm)耐性及びエリスロマイシン(Em)耐性を確認した。選択した形質転換体(50個)は、全てスペクチノマイシン、ネオマイシン、クロラムフェニコール及びエリスロマイシンに対して耐性であった。このように、ドナー菌株E600NRを用いた際のレシピエント菌株ΔP8SPの形質転換体において、相同組換えによる置換が100%の効率で行われていた。 First, transformants were selected using spectinomycin resistance as a drug marker of recipient strain ΔP8SP and neomycin resistance as a drug marker present at the end of the inverted mutation region of donor strain E600NR as indices. Next, chloramphenicol (Cm) resistance and erythromycin (Em) resistance at the other end of the inverted mutation region of the donor strain E600NR were confirmed using a replica method. The selected transformants (50) were all resistant to spectinomycin, neomycin, chloramphenicol and erythromycin. Thus, in the transformant of the recipient strain ΔP8SP when using the donor strain E600NR, substitution by homologous recombination was performed with 100% efficiency.
また、形質転換効率を、形質転換に用いたレシピエント菌株の生菌数に対する形質転換体の出現頻度((形質転換体数)÷(レシピエント菌株生菌数))により評価した。その結果、ドナー菌株E600NRを用いた際のレシピエント菌株ΔP8SPの形質転換効率は、0.47 x 10-5であった。 In addition, the transformation efficiency was evaluated by the appearance frequency of the transformant relative to the number of recipient strains used in the transformation ((number of transformants) ÷ (number of recipient strains)). As a result, the transformation efficiency of the recipient strain ΔP8SP when using the donor strain E600NR was 0.47 × 10 −5 .
(7) 形質転換体における相同組換えに関するPCR確認
上記(6)で薬剤耐性が確認された形質転換体からゲノムDNAを抽出して、PCR確認を行った。表1に示したyvfU FW2(配列番号25)とyxnB FW2(配列番号17)とのプライマーセット、yvfU RV2(配列番号26)とyxnB RV2(配列番号18)とのプライマーセット、yvfU FW2(配列番号25)とemf2(配列番号15)とのプライマーセット、及びrneof(配列番号23)とyxnB RV2(配列番号18)とのプライマーセットをそれぞれ用いて、PCRを行った結果、それぞれ4.6kb、3.3kb、3.6kb及び2.3kbのDNA断片が増幅できた。これらの断片はレシピエント菌株ΔP8SPでは増幅できなかった。
(7) PCR confirmation of homologous recombination in transformant Genomic DNA was extracted from the transformant confirmed to have drug resistance in (6) above, and PCR confirmation was performed. Primer set of yvfU FW2 (SEQ ID NO: 25) and yxnB FW2 (SEQ ID NO: 17) shown in Table 1, primer set of yvfU RV2 (SEQ ID NO: 26) and yxnB RV2 (SEQ ID NO: 18), yvfU FW2 (SEQ ID NO: 18) 25) and emf2 (SEQ ID NO: 15) and rneof (SEQ ID NO: 23) and yxnB RV2 (SEQ ID NO: 18) primer sets, respectively. As a result of PCR, 4.6 kb and 3.3 kb were obtained, respectively. Thus, DNA fragments of 3.6 kb and 2.3 kb could be amplified. These fragments could not be amplified in the recipient strain ΔP8SP.
また、図8に示すように、yvfU遺伝子−yxnB遺伝子間に位置するepr遺伝子とvpr遺伝子について、表1に示したeprfw2(配列番号49)とeprrv-rep(配列番号48)とのプライマーセット、及びvprfw2(配列番号84)とvprrv-rep(配列番号83)とのプライマーセットを用いてPCRにより確認したところ、形質転換体のゲノムDNAには、epr遺伝子及びvpr遺伝子が存在することが確認された。以上より、yvfU遺伝子−yxnB遺伝子間の600kbのゲノム領域がドナー菌株であるE600NR株由来であることが確認された。 Further, as shown in FIG. 8, YvfU gene - For epr gene and vpr genes located between yxnB gene, primer set of the Eprfw2 (SEQ ID NO: 49) and eprrv-rep (SEQ ID NO: 48) shown in Table 1, And vprfw2 (SEQ ID NO: 84) and vprrv-rep (SEQ ID NO: 83) were confirmed by PCR. As a result, it was confirmed that the epr gene and vpr gene were present in the genomic DNA of the transformant. It was. From the above, it was confirmed that the 600 kb genomic region between the yvfU gene and the yxnB gene was derived from the E600NR strain which is a donor strain.
さらにレシピエント菌株であるΔP8SP株の形質であるaprE遺伝子、mpr遺伝子、wprA遺伝子、nprE遺伝子、nprB遺伝子及びbpr遺伝子の欠失について、表1に示したaprEfw2(配列番号89)とaprErv-rep(配列番号88)とのプライマーセット、mprfw2(配列番号64)とmprrv-rep(配列番号63)とのプライマーセット、wprAfw2(配列番号59)とwprArv-rep(配列番号58)とのプライマーセット、nprEfw2(配列番号79)とnprErv-rep(配列番号78)とのプライマーセット、nprBfw2(配列番号69)とnprBrv-rep(配列番号68)とのプライマーセット及びbprfw2(配列番号74)とbprrv-rep(配列番号73)とのプライマーセットをそれぞれ用いて確認し、yvfU遺伝子−yxnB遺伝子間以外のゲノム領域については、レシピエント菌株であるΔP8SP株と同様であることが確認された(図8参照)。 Furthermore, regarding the deletion of the aprE gene, mpr gene, wprA gene, nprE gene, nprB gene and bpr gene which are the traits of the ΔP8SP strain which is the recipient strain, aprEfw2 (SEQ ID NO: 89) and aprErv-rep ( Primer set with SEQ ID NO: 88), primer set with mprfw2 (SEQ ID NO: 64) and mprrv-rep (SEQ ID NO: 63), primer set with wprAfw2 (SEQ ID NO: 59) and wprArv-rep (SEQ ID NO: 58), nprEfw2 (SEQ ID NO: 79) and nprErv-rep (SEQ ID NO: 78) primer set, nprBfw2 (SEQ ID NO: 69) and nprBrv-rep (SEQ ID NO: 68) primer set, and bprfw2 (SEQ ID NO: 74) and bprrv-rep ( Each of the genomic regions other than between the yvfU gene and the yxnB gene was confirmed to be the same as the ΔP8SP strain that is the recipient strain (see FIG. 8).
(8) speE遺伝子−yxnB遺伝子間(250kb)、yxjH遺伝子−yxnB遺伝子間(100kb)及びhutM遺伝子−yxnB遺伝子間(50kb)領域の置換
上記(4)〜(7)と同様にして、ドナー菌株E250NR、E100NR又はE50NRを用いてレシピエント菌株ΔP8SPのLP形質転換を行い、薬剤耐性を指標とした形質転換体の選択及び形質転換体における相同組換えに関するPCR確認を行った。
(8) Replacing the speE gene- yxnB gene (250 kb), yxjH gene- yxnB gene (100 kb) and hutM gene- yxnB gene (50 kb) regions In the same manner as in (4) to (7) above, the donor strain LP transformation of recipient strain ΔP8SP was performed using E250NR, E100NR or E50NR, and selection of transformants using drug resistance as an index and PCR confirmation of homologous recombination in the transformants were performed.
ドナー菌株E250NR、E100NR又はE50NRを用いたレシピエント菌株ΔP8SPのLP形質転換においてそれぞれ選択した形質転換体(各形質転換体当たり50個)は、全てスペクチノマイシン、ネオマイシン、クロラムフェニコール及びエリスロマイシンに対して耐性であった。このように、各ドナー菌株E250NR、E100NR又はE50NRを用いて得られたレシピエント菌株ΔP8SPの形質転換体において、相同組換えによる置換が100%の効率で行われていた。 Transformants selected for LP transformation of recipient strain ΔP8SP using donor strain E250NR, E100NR or E50NR (50 per transformant) were all spectinomycin, neomycin, chloramphenicol and erythromycin. It was resistant to it. Thus, in the transformant of the recipient strain ΔP8SP obtained using each donor strain E250NR, E100NR or E50NR, substitution by homologous recombination was performed with 100% efficiency.
また、形質転換効率を、形質転換に用いたレシピエント菌株の生菌数に対する形質転換体の出現頻度((形質転換体数)÷(レシピエント菌株生菌数))により評価した。ドナー菌株E250NRを用いた際のレシピエント菌株ΔP8SPの形質転換効率は、0.84 x 10-5であった。ドナー菌株E100NRを用いた際のレシピエント菌株ΔP8SPの形質転換効率は、1.85 x 10-5であった。また、ドナー菌株E50NRを用いた際のレシピエント菌株ΔP8SPの形質転換効率は、2.68 x 10-5であった。 In addition, the transformation efficiency was evaluated by the appearance frequency of the transformant relative to the number of recipient strains used in the transformation ((number of transformants) ÷ (number of recipient strains)). The transformation efficiency of the recipient strain ΔP8SP when using the donor strain E250NR was 0.84 × 10 −5 . The transformation efficiency of the recipient strain ΔP8SP when using the donor strain E100NR was 1.85 × 10 −5 . Moreover, the transformation efficiency of the recipient strain ΔP8SP when using the donor strain E50NR was 2.68 × 10 −5 .
さらに、形質転換体における相同組換えについてPCRで確認したところ、ドナー菌株としてE250NR株を用いた場合にはspeE遺伝子−yxnB遺伝子間の250kb、E100NR株を用いた場合にはyxjH遺伝子−yxnB遺伝子間の100kb、またE50NR株を用いた場合にはhutM遺伝子−yxnB遺伝子間の50kbが、それぞれレシピエント菌株であるΔP8SP株の各々相当する領域と逆向きの状態で置換されることが確認された。なお、形質転換体のゲノムDNAにおける置換対象領域末端確認のためのPCRには、上記(1)の逆位変異確認と同じプライマーを用いた(各プライマーの対応は表2参照)。以下の表4には、各ドナー菌株E250NR、E100NR又はE50NRを用いたレシピエント菌株ΔP8SPの形質転換体において、置換対象領域末端確認のPCRに使用したプライマーセット及びPCR産物のサイズを示す。 Furthermore, was confirmed by PCR for homologous recombination in the transformants, speE gene in the case of using E250NR strain as a donor strain - 250 kb between YxnB gene, YxjH gene in the case of using the E100NR strain - YxnB intergenic When the E50NR strain was used, 50 kb between the hutM gene and the yxnB gene was confirmed to be replaced in a state opposite to the corresponding region of each of the ΔP8SP strains as the recipient strain. In addition, the same primers as those used in (1) for confirming the inversion mutation were used for PCR for confirming the end of the region to be replaced in the genomic DNA of the transformant (see Table 2 for the correspondence of each primer). Table 4 below shows the primer sets and PCR product sizes used in PCR for confirmation of the replacement target region ends in transformants of the recipient strain ΔP8SP using each donor strain E250NR, E100NR or E50NR.
また、E250NR株を用いた場合には、形質転換体のゲノムDNAについてepr遺伝子及びvpr遺伝子の存在と、aprE遺伝子、mpr遺伝子、wprA遺伝子、nprE遺伝子、nprB遺伝子及びbpr遺伝子の欠失とを確認した。さらに、E100NR株又はE50NR株を用いた場合には、形質転換体のゲノムDNAについて8種類のプロテアーゼ遺伝子全てが欠失していることを確認した。それぞれのドナー菌株を用いて作製された形質転換体において、置換対象領域以外のゲノム領域についてはレシピエント菌株であるΔP8SP株と同様であることが確認された(図8参照)。 In addition, when E250NR strain was used, the presence of the epr gene and vpr gene in the transformant genomic DNA and the deletion of the aprE gene, mpr gene, wprA gene, nprE gene, nprB gene and bpr gene were confirmed. did. Furthermore, when E100NR strain or E50NR strain was used, it was confirmed that all eight types of protease genes were deleted from the genomic DNA of the transformant. In the transformants prepared using the respective donor strains, it was confirmed that the genomic region other than the replacement target region was the same as the ΔP8SP strain that is the recipient strain (see FIG. 8).
〔実施例2〕 本発明に係る第2置換方法−ドナー菌株(供与体DNA)のゲノム上置換対象領域及び当該置換対象領域の外側の領域を逆位変異させ、且つ、レシピエント菌株(宿主DNA)のゲノム上置換対象領域を逆位変異させた場合 [Example 2] Second replacement method according to the present invention--reverse mutation of a region to be replaced on the genome of a donor strain (donor DNA) and a region outside the region to be replaced, and a recipient strain (host DNA) ) When the region to be replaced on the genome is inverted
(1) ドナー菌株の構築
1−1. ΔP81菌株及びΔP82菌株の構築
枯草菌168株から抽出したゲノムDNAを鋳型として、表1に示したyxnB FW(配列番号11)及びyxnB/Sp R(配列番号98)のプライマーセットを用いて、ゲノム中のyxnB遺伝子の上流に隣接する1.0kb断片(O)をPCRにより増幅した。また、上記ゲノムDNAを鋳型として、yxnB/Sp F(配列番号99)及びyxnB RV(配列番号14)のプライマーセットを用いて、ゲノム中のyxnB遺伝子の下流に隣接する1.0kb断片(P)をPCRにより増幅した。
(1) Construction of donor strain
1-1. Construction of ΔP81 strain and ΔP82 strain Using the genomic DNA extracted from Bacillus subtilis 168 strain as a template, primer sets of yxnB FW (SEQ ID NO: 11) and yxnB / Sp R (SEQ ID NO: 98) shown in Table 1 were used. Using, a 1.0 kb fragment (O) adjacent to the upstream of the yxnB gene in the genome was amplified by PCR. In addition, using the genomic DNA as a template, using the primer set of yxnB / Sp F (SEQ ID NO: 99) and yxnB RV (SEQ ID NO: 14), a 1.0 kb fragment (P) adjacent to the downstream of the yxnB gene in the genome Amplified by PCR.
一方、プラスミドpDG1727 DNAを鋳型として、表1に示したspf(配列番号94)及びspr(配列番号95)のプライマーセットを用いて、1.2kbのスペクチノマイシン(Sp)耐性遺伝子領域(N)をPCRにより調製した。 On the other hand, using the plasmid pDG1727 DNA as a template, using the spf (SEQ ID NO: 94) and spr (SEQ ID NO: 95) primer sets shown in Table 1, a 1.2 kb spectinomycin (Sp) resistance gene region (N) was obtained. Prepared by PCR.
次に、得られた1.0kb断片(O)、1.0kb断片(P)及びスペクチノマイシン(Sp)耐性遺伝子領域(N)の3断片を混合して鋳型として、表1に示したyxnB FW2(配列番号17)及びyxnB RV2(配列番号18)のプライマーセットを用いたSOE-PCRによって、3断片が1.0kb断片(O)、スペクチノマイシン(Sp)耐性遺伝子領域(N)及び1.0kb断片(P)の順に含まれる3.2kbのPCR断片を得た。 Next, 3 fragments of the obtained 1.0 kb fragment (O), 1.0 kb fragment (P) and spectinomycin (Sp) resistance gene region (N) were mixed and used as a template to produce yxnB FW2 ( SEQ ID NO: 17) and yxnB RV2 (SEQ ID NO: 18) were subjected to SOE-PCR using the primer set, and the three fragments were 1.0 kb fragment (O), spectinomycin (Sp) resistance gene region (N) and 1.0 kb fragment ( A 3.2 kb PCR fragment contained in the order of P) was obtained.
さらに、コンピテントセル形質転換法によって、得られたPCR断片を用いて、上記実施例1(2)にて構築したプロテアーゼ8重欠失株ΔP8の形質転換を行い、スペクチノマイシン(100μg/mL)を含むLB寒天培地上に生育したコロニーを形質転換体として分離した。 Furthermore, the PCR fragment obtained by the competent cell transformation method was used to transform the protease 8-deficient strain ΔP8 constructed in Example 1 (2) above, and spectinomycin (100 μg / mL) was transformed. The colonies that grew on the LB agar medium containing) were isolated as transformants.
得られた形質転換体のゲノムDNAを抽出し、PCRによってyxnB遺伝子が欠失し、相同組換えによってyxnB遺伝子がスペクチノマイシン耐性遺伝子に置換していることを確認した。以上のようにして、yxnB遺伝子部位にスペクチノマイシン耐性遺伝子を挿入したΔP81株を構築した。 Genomic DNA was extracted transformants, YxnB gene deletion by PCR, yxnB gene by homologous recombination was confirmed that replaced the spectinomycin resistance gene. As described above, was constructed ΔP81 strain inserting the spectinomycin resistance gene yxnB gene site.
さらに、ΔP81株に対して、スペクチノマイシン耐性遺伝子の挿入と同様に、yxeA遺伝子部位にテトラサイクリン耐性遺伝子を挿入してΔP82株を構築した。なお、テトラサイクリン耐性遺伝子のPCR断片の調製には、pHY300PLK(ヤクルト社)を鋳型として用いた。表5には、テトラサイクリン耐性遺伝子を挿入した際に用いたプライマーを、上記スペクチノマイシン耐性遺伝子を挿入した際に用いたプライマーと対応させて示した。さらに、表5には、テトラサイクリン耐性遺伝子を挿入した際に行ったPCRにより得られるPCR産物のサイズを示す。 Further, a ΔP82 strain was constructed by inserting a tetracycline resistance gene into the yxeA gene site in the same manner as the insertion of the spectinomycin resistance gene into the ΔP81 strain. In addition, pHY300PLK (Yakult Co., Ltd.) was used as a template for the preparation of the tetracycline resistance gene PCR fragment. Table 5 shows the primers used when the tetracycline resistance gene was inserted in correspondence with the primers used when the spectinomycin resistance gene was inserted. Furthermore, Table 5 shows the size of the PCR product obtained by PCR performed when the tetracycline resistance gene was inserted.
1−2. ΔP83菌株の構築
枯草菌168株から抽出したゲノムDNAを鋳型として、表1に示したyxnA FW(配列番号108)及びyxnA/Em R(配列番号109)のプライマーセットを用いて、ゲノム中のyxnA遺伝子の上流に隣接する1.0kb断片(Q)をPCRにより増幅した。また、上記ゲノムDNAを鋳型として、表1に示したyxnA/Ne F(配列番号110)及びyxnA RV(配列番号111)のプライマーセットを用いて、ゲノム中のyxnA遺伝子の下流に隣接する1.0kb断片(R)をPCRにより増幅した。
1-2. Construction of ΔP83 strain Using genomic DNA extracted from Bacillus subtilis 168 strain as a template, using the primer set of yxnA FW (SEQ ID NO: 108) and yxnA / Em R (SEQ ID NO: 109) shown in Table 1, A 1.0 kb fragment (Q) adjacent to the upstream of the yxnA gene in the genome was amplified by PCR. Further, using the genomic DNA as a template, a primer set of yxnA / Ne F (SEQ ID NO: 110) and yxnA RV (SEQ ID NO: 111) shown in Table 1 was used, and 1.0 kb adjacent to the downstream of the yxnA gene in the genome. Fragment (R) was amplified by PCR.
一方、実施例1(1)にて調製したEOカセットプラスミドpBEOCを鋳型として、表1に示したemf2(配列番号15)及びneor(配列番号16)のプライマーセットを用いて、2.1kbのEOカセット(C)をPCRにより調製した。 On the other hand, using the EO cassette plasmid pBEOC prepared in Example 1 (1) as a template, and using the primer set of emf2 (SEQ ID NO: 15) and neor (SEQ ID NO: 16) shown in Table 1, a 2.1 kb EO cassette (C) was prepared by PCR.
次に、得られた1.0kb断片(Q)、1.0kb断片(R)及びEOカセット(C)の3断片を混合して鋳型として、表1に示したyxnA FW2(配列番号112)及びyxnA RV2(配列番号113)のプライマーセットを用いたSOE-PCRによって、3断片が1.0kb断片(Q)、EOカセット(C)及び1.0kb断片(R)の順に含まれる4.1kbのPCR断片を得た。 Next, the obtained 1.0 kb fragment (Q), 1.0 kb fragment (R), and EO cassette (C) 3 fragments were mixed and used as templates to prepare yxnA FW2 (SEQ ID NO: 112) and yxnA RV2 shown in Table 1. By SOE-PCR using the primer set of (SEQ ID NO: 113), a 4.1 kb PCR fragment containing 3 fragments in the order of 1.0 kb fragment (Q), EO cassette (C) and 1.0 kb fragment (R) was obtained. .
さらに、コンピテントセル形質転換法によって、得られたPCR断片を用いて、ΔP82株の形質転換を行い、エリスロマイシン(2μg/mL)を含むLB寒天培地上に生育したコロニーを形質転換体として分離した。 Furthermore, the ΔP82 strain was transformed by the competent cell transformation method using the obtained PCR fragment, and colonies that grew on the LB agar medium containing erythromycin (2 μg / mL) were isolated as transformants. .
得られた形質転換体のゲノムDNAを抽出し、PCRによってyxnA遺伝子が欠失し、相同組換えによってyxnA遺伝子がEOカセットに置換していることを確認した。以上のようにして、枯草菌のyxnA遺伝子部位にEOカセットを挿入したΔP83株を構築した。 Genomic DNA was extracted transformants, YxnA gene deletion by PCR, yxnA gene was confirmed that by replacing the EO cassette by homologous recombination. As described above, a ΔP83 strain in which an EO cassette was inserted into the yxnA gene site of Bacillus subtilis was constructed.
1−3. ドナー菌株RSD1、RSD2及びRSD3の構築
枯草菌168株から抽出したゲノムDNAを鋳型として、表1に示したaldY FW(配列番号114)及びaldY/Cm3 R(配列番号115)のプライマーセットを用いて、ゲノム中のaldY遺伝子の上流に隣接する1.0kb断片(R)をPCRにより増幅した。また、上記ゲノムDNAを鋳型として、表1に示したaldY/Ne5 F(配列番号116)及びaldY RV(配列番号117)のプライマーセットを用いて、ゲノム中のaldY遺伝子の下流に隣接する1.0kb断片(S)をPCRにより増幅した。
1-3. Construction of donor strains RSD1, RSD2, and RSD3 Primers of aldY FW (SEQ ID NO: 114) and aldY / Cm3 R (SEQ ID NO: 115) shown in Table 1 using genomic DNA extracted from Bacillus subtilis 168 as a template Using the set, a 1.0 kb fragment (R) adjacent to the upstream of the aldY gene in the genome was amplified by PCR. In addition, using the genomic DNA as a template, a primer set of aldY / Ne5 F (SEQ ID NO: 116) and aldY RV (SEQ ID NO: 117) shown in Table 1 was used, and the adjacent 1.0 kb downstream of the aldY gene in the genome. Fragment (S) was amplified by PCR.
一方、実施例1(1)にて調製したNEカセットプラスミドpBEOCを鋳型として、表1に示したrneof(配列番号23)及びcatr(配列番号24)のプライマーセットを用いて、1.9kbのNEカセット(F)をPCRにより調製した。 On the other hand, using the NE cassette plasmid pBEOC prepared in Example 1 (1) as a template, using the primer set of rneof (SEQ ID NO: 23) and catr (SEQ ID NO: 24) shown in Table 1, a 1.9 kb NE cassette (F) was prepared by PCR.
次に、得られた1.0kb断片(R)、1.0kb断片(S)及びNEカセット(F)の3断片を混合して鋳型として、表1に示したaldY FW2(配列番号118)及びaldY RV2(配列番号119)のプライマーセットを用いたSOE-PCRによって、3断片が1.0kb断片(R)、NEカセット(F)及び1.0kb断片(S)の順に含まれる3.9kbのPCR断片を得た。 Next, the obtained 1.0 kb fragment (R), 1.0 kb fragment (S), and NE cassette (F) 3 fragments were mixed and used as templates to obtain aldY FW2 (SEQ ID NO: 118) and aldY RV2 shown in Table 1. By SOE-PCR using the primer set of (SEQ ID NO: 119), a 3.9 kb PCR fragment containing 3 fragments in the order of 1.0 kb fragment (R), NE cassette (F) and 1.0 kb fragment (S) was obtained. .
さらに、コンピテントセル形質転換法によって、得られたPCR断片を用いて、上記1−2で構築した枯草菌ΔP83株の形質転換を行い、クロラムフェニコール(10μg/mL)を含むLB寒天培地上に生育したコロニーを形質転換体として分離した。 Further, by using the obtained PCR fragment by the competent cell transformation method, the Bacillus subtilis ΔP83 strain constructed in 1-2 above was transformed, and an LB agar medium containing chloramphenicol (10 μg / mL) The colonies grown above were isolated as transformants.
得られた形質転換体のゲノムDNAを抽出し、PCRによってaldY遺伝子が欠失し、相同組換えによってaldY遺伝子がNEカセットに置換していることを確認した。この株をΔP84株と命名した。 Genomic DNA was extracted transformants, Aldy gene deletion by PCR, Aldy gene was confirmed that by replacing the NE cassette by homologous recombination. This strain was designated as ΔP84 strain.
次に、ΔP84株を、1mLのLB培地にて37℃で4時間振盪培養した。振盪培養後、得られた培養液100μLを、ネオマイシン(20μg/mL)を含むLB寒天培地に植菌し、生育したコロニーを逆位変異体として分離した。 Next, ΔP84 strain was cultured with shaking in 1 mL of LB medium at 37 ° C. for 4 hours. After shaking culture, 100 μL of the obtained culture solution was inoculated on an LB agar medium containing neomycin (20 μg / mL), and the grown colonies were isolated as inverted mutants.
得られた逆位変異体のゲノムDNAを抽出し、表1に示したaldY FW2(配列番号118)とyxnA FW2(配列番号112)とのプライマーセット、aldY RV2(配列番号119)とyxnA RV2(配列番号113)とのプライマーセット、aldY FW2(配列番号118)とemf2(配列番号15)とのプライマーセット、及びrneof(配列番号23)とyxnA RV2(配列番号113)とのプライマーセットをそれぞれ用いてPCRを行った。その結果、それぞれ4.6kb、3.3kb、3.6kb及び2.3kbのDNA断片が増幅を確認した。なお、これらの断片は、逆位変異が起こる前のΔP84株では増幅されなかった。 Genomic DNA of the obtained inverted mutant was extracted, and a primer set of aldY FW2 (SEQ ID NO: 118) and yxnA FW2 (SEQ ID NO: 112) shown in Table 1, aldY RV2 (SEQ ID NO: 119) and yxnA RV2 ( A primer set with SEQ ID NO: 113), a primer set with aldY FW2 (SEQ ID NO: 118) and emf2 (SEQ ID NO: 15), and a primer set with rneof (SEQ ID NO: 23) and yxnA RV2 (SEQ ID NO: 113), respectively. PCR was performed. As a result, amplification was confirmed for DNA fragments of 4.6 kb, 3.3 kb, 3.6 kb and 2.3 kb, respectively. These fragments were not amplified in the ΔP84 strain before the inversion mutation occurred.
以上の結果から、aldY遺伝子−yxnA遺伝子間の120kbのゲノム領域(置換対象領域及び当該置換対象領域の外側の領域)が逆位変異されたことが確認された。得られた逆位変異体をRSD1菌株と命名し、以下の実験においてドナー菌株として使用した。なお、逆位変異の効率を、薬剤を含まないLB寒天培地にて出現するコロニー数に対するネオマイシンを含むLB寒天培地にて出現するコロニー数の割合により評価した。その結果、RSD1菌株の構築の際の逆位変異効率は、6.77 x 10-7であった。 From the above results, it was confirmed that the 120 kb genomic region between the aldY gene and the yxnA gene (the region to be replaced and the region outside the region to be replaced) was inverted. The obtained inverted mutant was named RSD1 strain and used as a donor strain in the following experiments. The efficiency of the inversion mutation was evaluated by the ratio of the number of colonies appearing on the LB agar medium containing neomycin to the number of colonies appearing on the LB agar medium containing no drug. As a result, the inversion mutation efficiency in the construction of the RSD1 strain was 6.77 × 10 −7 .
さらに、上記RSD1菌株の構築と同様に、albC遺伝子−yxnA遺伝子間の270kb領域が逆位したドナー菌株RSD2、及びyvbT遺伝子−yxnA遺伝子間の620kbの領域が逆位したドナー菌株RSD3を構築した。表6には、ドナー菌株RSD2及びRSD3を構築した際に用いた各プライマーを、RSD1菌株を構築した際に用いたプライマーと対応させて示した。 Furthermore, as with the construction of the RSD1 strains, albC gene - YxnA donor strain 270kb region is inverted between genes RSD2, and yvbT gene - region of 620kb between YxnA gene was constructed inverted donor strain RSD3. Table 6 shows the primers used when the donor strains RSD2 and RSD3 were constructed in correspondence with the primers used when the RSD1 strain was constructed.
なお、逆位変異の効率を、薬剤を含まないLB寒天培地にて出現するコロニー数に対するネオマイシンを含むLB寒天培地にて出現するコロニー数の割合により評価した。その結果、ドナー菌株RSD2及びRSD3の構築の際の逆位変異効率は、それぞれ4.7 x 10-7及び2.36 x 10-7であった。 The efficiency of the inversion mutation was evaluated by the ratio of the number of colonies appearing on the LB agar medium containing neomycin to the number of colonies appearing on the LB agar medium containing no drug. As a result, the inversion mutation efficiencies during the construction of donor strains RSD2 and RSD3 were 4.7 × 10 −7 and 2.36 × 10 −7 , respectively.
以下の(2)〜(7)の節では、特にドナー菌株RSD3及びレシピエント菌株E600NRに基づいて説明する。 In the following sections (2) to (7), explanation will be made based on the donor strain RSD3 and the recipient strain E600NR.
(2) レシピエント菌株の構築
本実施例においては、実施例1(1)にて構築したドナー菌株E600NRをレシピエント菌株として使用し、実験を行った。
(2) Construction of recipient strain In this example, experiments were performed using the donor strain E600NR constructed in Example 1 (1) as the recipient strain.
(3) ドナー菌株からのプロトプラストの調製
実施例1(4)と同様にドナー菌株RSD3を用いてプロトプラストの調製を行った。
(3) Preparation of protoplast from donor strain Protoplast was prepared using donor strain RSD3 in the same manner as in Example 1 (4).
(4) ドナー菌株とレシピエント菌株とのゲノムDNAにおける相同領域についての説明
図10には、各供与体DNAにおける逆位変異領域、各宿主DNAにおける逆位変異領域及び各ドナー菌株とレシピエント菌株との形質転換体における相同組換えを模式的に示す。図10において、パネル(a)は、ドナー菌株RSD1、RSD2及びRSD3のゲノムDNAにおける逆位変異領域を示す。パネル(b)は、ドナー菌株とレシピエント菌株との形質転換体における相同組換えを示す。パネル(c)は、レシピエント菌株E100NR、E250NR及びE600NRのゲノムDNAにおける逆位変異領域を示す。さらに、パネル(a)に示す数字の位置は、パネル(b)に示される供与体DNAにおける数字の位置にある遺伝子部位を示す。パネル(c)に示す数字の位置は、パネル(b)に示される宿主DNAにおける数字の位置にある遺伝子部位を示す。
(4) Explanation of homologous region in genomic DNA of donor strain and recipient strain FIG. 10 shows an inversion mutation region in each donor DNA, an inversion mutation region in each host DNA, and each donor strain and recipient strain. The homologous recombination in a transformant is shown schematically. In FIG. 10, panel (a) shows the inverted mutation regions in the genomic DNA of donor strains RSD1, RSD2 and RSD3. Panel (b) shows homologous recombination in transformants of donor and recipient strains. Panel (c) shows the inverted mutation regions in the genomic DNA of recipient strains E100NR, E250NR and E600NR. Furthermore, the numerical position shown in panel (a) indicates the gene site at the numerical position in the donor DNA shown in panel (b). The numerical position shown in panel (c) indicates the gene site at the numerical position in the host DNA shown in panel (b).
さらに、図11には、具体的にドナー菌株RSD3及びレシピエント菌株E600NRの置換しようとする領域近傍のゲノム構造を模式的に直線で表した。 Furthermore, in FIG. 11, the genomic structure near the region to be replaced specifically with donor strain RSD3 and recipient strain E600NR is schematically represented by a straight line.
図10及び11に示すように、レシピエント菌株E600NRでは、yvfU遺伝子−yxnB遺伝子間の領域が逆位変異されている。一方、ドナー菌株RSD3では、yvfU遺伝子−yxnB遺伝子間の外側それぞれ10kb離れた位置にあるyvbT遺伝子−yxnA遺伝子間の領域が逆位変異されている。RSD3株とE600NR株との間で、yvfU遺伝子−yxnB遺伝子間領域(置換対象領域)が相互に逆向きの位置関係にある場合、yxnB遺伝子−yxnA遺伝子間の10kb領域及びyvbT遺伝子−yvfU遺伝子間の10kb領域(置換対象領域の外側の領域)は互いに相同な領域となり、それ以外の領域はすべて逆向きとなる。即ち、後述する薬剤耐性を指標とした選択を組み合わせることにより、上記2つの10kb領域間に限定した二重交差(一組の鎖間交換構造の形成及び二重交差の相同組換え)によるyvfU遺伝子−yxnB遺伝子間領域を置換することが可能となる。 As shown in FIGS. 10 and 11, in the recipient strain E600NR, the region between the yvfU gene and the yxnB gene is inverted. On the other hand, the donor strain RSD3, yvfU gene - YvbT gene outside each 10kb away between yxnB gene - region between yxnA genes are inversions mutation. Between RSD3 strain and E600NR strain, YvfU gene - if YxnB intergenic region (replacement area) are in a positional relationship opposite to each other, YxnB gene - 10 kb region and yvbT gene between yxnA gene - YvfU intergenic The 10 kb region (region outside the region to be replaced) is a region homologous to each other, and all other regions are reversed. That is, the yvfU gene by double crossing (formation of a pair of interchain exchange structures and double crossover homologous recombination) limited between the two 10 kb regions by combining selection with drug resistance described below as an index -The yxnB intergenic region can be replaced.
(5) LP形質転換
実施例1(5)と同様に、ドナー菌株としてRSD3株、レシピエント菌株としてE600NR株を用いてLP形質転換を行った。
(5) LP transformation In the same manner as in Example 1 (5), LP transformation was performed using the RSD3 strain as the donor strain and the E600NR strain as the recipient strain.
(6) 薬剤耐性を指標とした形質転換体の選択
薬剤耐性を指標として形質転換体を選択した。まず、ドナー菌株であるRSD3株のyxnB遺伝子部位に挿入したスペクチノマイシン耐性遺伝子を利用してスペクチノマイシン耐性株(192株)を選択した。次に、レプリカ法を用いて、RSD3株及びレシピエント菌株であるE600NR株の双方の逆位対象領域の両側にあるマーカー遺伝子(クロラムフェニコール、エリスロマイシン及びネオマイシンの各耐性遺伝子)が全て欠失し、薬剤感受性となった形質転換体59株を選択した。
(6) Selection of transformants using drug resistance as an index Transformants were selected using drug resistance as an index. First, a spectinomycin resistant strain (192 strains) was selected using a spectinomycin resistant gene inserted into the yxnB gene site of RSD3 strain which is a donor strain. Next, using the replica method, all marker genes (chloramphenicol, erythromycin and neomycin resistance genes) on both sides of the inversion target region of both the RSD3 strain and the recipient strain E600NR are deleted. Then, 59 strains that became drug-sensitive were selected.
選択した形質転換体59株については、テトラサイクリン耐性を調べた結果、59株全てがテトラサイクリン耐性であった。このように、スペクチノマイシン耐性株を選択後、クロラムフェニコール、エリスロマイシン又はネオマイシンの感受性を指標に選択した株では、ドナー菌株RSD3ゲノムとレシピエント菌株E600NRゲノムとの限定された領域間での相同組換えにより置換対象領域が100%完全置換されていた。 As a result of examining tetracycline resistance for the selected 59 transformants, all 59 were resistant to tetracycline. Thus, after selecting a spectinomycin resistant strain, in a strain selected using the sensitivity of chloramphenicol, erythromycin or neomycin as an index, between the limited regions of the donor strain RSD3 genome and the recipient strain E600NR genome. The region to be replaced was 100% completely replaced by homologous recombination.
また、形質転換効率を、形質転換に用いたレシピエント菌株の生菌数に対するスペクチノマイシン耐性且つエリスロマイシン感受性の形質転換体数を指標として評価した。ドナー菌株RSD3とレシピエント菌株E600NRを用いた際の形質転換効率は、1.22 x 10-5であった。 Moreover, the transformation efficiency was evaluated using the number of spectinomycin-resistant and erythromycin-sensitive transformants with respect to the viable count of the recipient strain used for transformation as an index. The transformation efficiency when using donor strain RSD3 and recipient strain E600NR was 1.22 × 10 −5 .
(7) 形質転換体における相同組換えに関するPCR確認
上記(6)で選択した形質転換体からゲノムDNAを抽出し、2つの10kb相同組換え領域(置換対象領域の外側の領域)の両端及び置換対象領域内部のテトラサイクリン耐性遺伝子両端のゲノム構造を確認するため、表1に示したyvfU FW2(配列番号25)とyvfU RV2(配列番号26)とのプライマーセット、yxeA FW2(配列番号106)とtetr(配列番号105)とのプライマーセット、tetf(配列番号104)とyxeA RV2(配列番号107)とのプライマーセット、yxnB FW2(配列番号17)とspr(配列番号95)とのプライマーセット、spf(配列番号94)とyxnB RV2(配列番号18)とのプライマーセット、yvbT FW2(配列番号130)とyvbT RV2(配列番号131)とのプライマーセット、及びyxnA FW2(配列番号112)とyxnA RV2(配列番号113)とのプライマーセットをそれぞれ用いてPCRを行った。PCRの結果、上記各プライマーセットを用いることで、それぞれ予想通りに2.6kb、2.6kb、2.6kb、2.2kb、2.2kb、3.0kb及び3.0kbのDNA断片の増幅を確認した。
(7) PCR confirmation for homologous recombination in transformant Genomic DNA is extracted from the transformant selected in (6) above, and both ends and replacement of two 10 kb homologous recombination regions (regions outside the region to be replaced) In order to confirm the genomic structure at both ends of the tetracycline resistance gene in the target region, the primer set of yvfU FW2 (SEQ ID NO: 25) and yvfU RV2 (SEQ ID NO: 26) shown in Table 1, yxeA FW2 (SEQ ID NO: 106) and tetr Primer set with (SEQ ID NO: 105), primer set with tetf (SEQ ID NO: 104) and yxeA RV2 (SEQ ID NO: 107), primer set with yxnB FW2 (SEQ ID NO: 17) and spr (SEQ ID NO: 95), spf ( SEQ ID NO: 94) and yxnB RV2 (SEQ ID NO: 18) primer set, yvbT FW2 (SEQ ID NO: 130) and yvbT RV2 (SEQ ID NO: 131) primer set, and yxnA FW2 (SEQ ID NO: 112) and yxnA RV2 (sequence) Primer with number 113) PCR was performed using each of the set. As a result of PCR, amplification of 2.6 kb, 2.6 kb, 2.6 kb, 2.2 kb, 2.2 kb, 3.0 kb and 3.0 kb DNA fragments was confirmed as expected by using each of the above primer sets.
また、図12には、ドナー菌株RSD3のゲノム構造及びレシピエント菌株E600NRの逆位変異領域を示す。図12において、上部に示したyvbT遺伝子−yxnA遺伝子間の領域が、ドナー菌株RSD3のゲノム構造を示す。また、下部には、レシピエント菌株E600NRの逆位変異領域を示す。 FIG. 12 shows the genomic structure of donor strain RSD3 and the inverted mutation region of recipient strain E600NR. In FIG. 12, the region between the yvbT gene and the yxnA gene shown at the top shows the genomic structure of donor strain RSD3. The lower part shows the inversion mutation region of the recipient strain E600NR.
形質転換体のゲノムDNAにおいて、図12に示すyvfU遺伝子−yxnB遺伝子間に位置するepr遺伝子及びvpr遺伝子について、表1に示したeprfw2(配列番号49)とeprrv-rep(配列番号48)とのプライマーセット及びvprfw2(配列番号84)とvprrv-rep(配列番号83)とのプライマーセットをそれぞれ用いてPCRにより確認したところ、epr遺伝子及びvpr遺伝子の双方の遺伝子が欠失していることが確認された。従って、yvfU遺伝子−yxnB遺伝子間の600kbのゲノム領域がドナー菌株であるRSD3株由来であることが確認された。 Regarding the epr gene and vpr gene located between the yvfU gene- yxnB gene shown in FIG. 12 in the genomic DNA of the transformant, the eprfw2 (SEQ ID NO: 49) and eprrv-rep (SEQ ID NO: 48) shown in Table 1 As a result of PCR using the primer set and the primer set of vprfw2 (SEQ ID NO: 84) and vprrv-rep (SEQ ID NO: 83), it was confirmed that both the epr gene and the vpr gene were deleted. It was done. Therefore, it was confirmed that the 600 kb genomic region between the yvfU gene and the yxnB gene was derived from the RSD3 strain which is a donor strain.
さらに、図12に示すように、レシピエント菌株であるE600NR株の形質であるaprE遺伝子、mpr遺伝子、wprA遺伝子、nprE遺伝子、nprB遺伝子及びbpr遺伝子が形質転換体のゲノムDNAに存在することを、表1に示したaprEfw2(配列番号89)とaprErv-rep(配列番号88)とのプライマーセット、mprfw2(配列番号64)とmprrv-rep(配列番号63)とのプライマーセット、wprAfw2(配列番号59)とwprArv-rep(配列番号58)とのプライマーセット、nprEfw2(配列番号79)とnprErv-rep(配列番号78)とのプライマーセット、nprBfw2(配列番号69)とnprBrv-rep(配列番号68)とのプライマーセット、及びbprfw2(配列番号74)とbprrv-rep(配列番号73)とのプライマーセットをそれぞれ用いてPCRにより確認した。その結果、形質転換体のゲノムDNAにおいて、yvfU遺伝子−yxnB遺伝子間以外のゲノム領域についてはレシピエントであるE600NR株と同様であることが確認された。 Furthermore, as shown in FIG. 12, the presence of the aprE gene, mpr gene, wprA gene, nprE gene, nprB gene, and bpr gene as traits of the recipient strain E600NR strain in the genomic DNA of the transformant, Primer set of aprEfw2 (SEQ ID NO: 89) and aprErv-rep (SEQ ID NO: 88), primer set of mprfw2 (SEQ ID NO: 64) and mprrv-rep (SEQ ID NO: 63) shown in Table 1, wprAfw2 (SEQ ID NO: 59) ) And wprArv-rep (SEQ ID NO: 58), nprEfw2 (SEQ ID NO: 79) and nprErv-rep (SEQ ID NO: 78) primer set, nprBfw2 (SEQ ID NO: 69) and nprBrv-rep (SEQ ID NO: 68) And a primer set of bprfw2 (SEQ ID NO: 74) and bprrv-rep (SEQ ID NO: 73), respectively. As a result, in the genomic DNA of the transformant, it was confirmed that the genomic region other than the region between the yvfU gene and the yxnB gene was the same as that of the recipient strain E600NR.
(8) speE遺伝子−yxnB遺伝子間(250kb)、及びyxjH遺伝子−yxnB遺伝子間(100kb)領域の置換
上記(2)〜(7)と同様にして、ドナー菌株RSD2とレシピエント菌株E250NRとのLP形質転換及びドナー菌株RSD1とレシピエント菌株E100NRとのLP形質転換について、薬剤耐性を指標とした形質転換体の選択及び形質転換体における相同組換えに関するPCR確認を行った。
(8) Replacing the speE gene- yxnB gene (250 kb) and yxjH gene- yxnB gene (100 kb) regions LP of the donor strain RSD2 and the recipient strain E250NR in the same manner as in (2) to (7) above For the transformation and LP transformation of the donor strain RSD1 and the recipient strain E100NR, selection of transformants using drug resistance as an index and PCR confirmation of homologous recombination in the transformants were performed.
ドナー菌株RSD2とレシピエント菌株E250NRを用いた際の形質転換では、ドナー菌株であるRSD2株のyxnB遺伝子部位に挿入したスペクチノマイシン耐性遺伝子を利用してスペクチノマイシン耐性株(192株)を選択した。次に、レプリカ法を用いて、RSD2株及びレシピエント菌株であるE250NR株の双方の逆位対象領域の両側にあるマーカー遺伝子(クロラムフェニコール、エリスロマイシン及びネオマイシンの各耐性遺伝子)が全て欠失し、薬剤感受性となった形質転換体110株を選択した。選択した形質転換体110株については、テトラサイクリン耐性を調べた結果、110株全てがテトラサイクリン耐性であった。このように、スペクチノマイシン耐性株を選択後、クロラムフェニコール、エリスロマイシン又はネオマイシンの感受性を指標に選択した株では、ドナー菌株RSD2ゲノムとレシピエント菌株E250NRゲノムとの限定された領域間での相同組換えにより置換対象領域が100%完全置換されていた。 For transformation using donor strain RSD2 and recipient strain E250NR, select a spectinomycin resistant strain (192 strains) using the spectinomycin resistant gene inserted in the yxnB gene site of donor strain RSD2 did. Next, using the replica method, all of the marker genes (chloramphenicol, erythromycin and neomycin resistance genes) on both sides of the inversion target region of both the RSD2 strain and the recipient strain E250NR are deleted. Then, 110 transformants that became drug-sensitive were selected. As a result of examining tetracycline resistance for the selected 110 transformants, all 110 strains were tetracycline resistant. Thus, after selecting a spectinomycin resistant strain, in a strain selected using chloramphenicol, erythromycin or neomycin sensitivity as an index, between the limited regions of the donor strain RSD2 genome and the recipient strain E250NR genome. The region to be replaced was 100% completely replaced by homologous recombination.
また、ドナー菌株RSD2とレシピエント菌株E250NRを用いた際の形質転換効率を、形質転換に用いたレシピエント菌株の生菌数に対するスペクチノマイシン耐性且つエリスロマイシン感受性の形質転換体数を指標として評価した。ドナー菌株RSD2とレシピエント菌株E250NRを用いた際の形質転換効率は、2.97 x 10-5であった。 In addition, the transformation efficiency when using donor strain RSD2 and recipient strain E250NR was evaluated using as an index the number of transformants resistant to spectinomycin and erythromycin sensitive to the number of recipient strains used for transformation. . The transformation efficiency when using donor strain RSD2 and recipient strain E250NR was 2.97 × 10 −5 .
一方、ドナー菌株RSD1とレシピエント菌株E100NRを用いた際の形質転換では、ドナー菌株であるRSD1株のyxnB遺伝子部位に挿入したスペクチノマイシン耐性遺伝子を利用してスペクチノマイシン耐性株(178株)を選択した。次に、レプリカ法を用いて、RSD1株及びレシピエント菌株であるE100NR株の双方の逆位変異領域の両側にあるマーカー遺伝子(クロラムフェニコール、エリスロマイシン及びネオマイシンの各耐性遺伝子)が全て欠失し、薬剤感受性となった形質転換体106株を選択した。選択した形質転換体106株については、テトラサイクリン耐性を調べた結果、106株全てがテトラサイクリン耐性であった。このように、スペクチノマイシン耐性株を選択後、クロラムフェニコール、エリスロマイシン又はネオマイシンの感受性を指標に選択した株では、ドナー菌株RSD1ゲノムとレシピエント菌株E100NRゲノムとの限定された領域間での相同組換えにより置換対象領域が100%完全置換されていた。 On the other hand, in the transformation using donor strain RSD1 and recipient strain E100NR, a spectinomycin resistant strain (178 strains) using the spectinomycin resistant gene inserted in the yxnB gene site of donor strain RSD1 strain Selected. Next, using the replica method, all the marker genes (chloramphenicol, erythromycin and neomycin resistance genes) on both sides of the inverted mutation regions of both the RSD1 strain and the recipient strain E100NR are deleted. Then, the transformant 106 strain that became drug-sensitive was selected. As a result of examining tetracycline resistance for the selected 106 transformants, all 106 were resistant to tetracycline. Thus, after selecting a spectinomycin-resistant strain, in a strain selected using the sensitivity of chloramphenicol, erythromycin or neomycin as an index, between the limited regions of the donor strain RSD1 genome and the recipient strain E100NR genome. The region to be replaced was 100% completely replaced by homologous recombination.
また、ドナー菌株RSD1とレシピエント菌株E100NRを用いた際の形質転換効率を、形質転換に用いたレシピエント菌株の生菌数に対するスペクチノマイシン耐性且つエリスロマイシン感受性の形質転換体数を指標として評価した。ドナー菌株RSD1とレシピエント菌株E100NRを用いた際の形質転換効率は、2.36 x 10-5であった。 In addition, the transformation efficiency when using donor strain RSD1 and recipient strain E100NR was evaluated using the number of spectinomycin-resistant and erythromycin-sensitive transformants relative to the number of recipient strains used for transformation as an index. . The transformation efficiency when using donor strain RSD1 and recipient strain E100NR was 2.36 × 10 −5 .
図10に示すように、上記(2)〜(7)と同様にして、ドナー菌株としてRSD2株、レシピエント菌株としてE250NR株を用いた場合には、yxnB遺伝子−yxnA遺伝子間の10kb領域及びalbC遺伝子−speE遺伝子間の10kb領域に限定された領域での相同組換えの結果、speE遺伝子−yxnB遺伝子間の250kb領域の置換が起こることを確認した。さらに、得られた形質転換体のゲノムDNA中のプロテアーゼ遺伝子については、epr遺伝子及びvpr遺伝子は欠失しており、またaprE遺伝子、mpr遺伝子、wprA遺伝子、nprE遺伝子、nprB遺伝子及びbpr遺伝子は存在することを確認した。 As shown in FIG. 10, when the RSD2 strain is used as the donor strain and the E250NR strain is used as the recipient strain in the same manner as (2) to (7) above, the 10 kb region between the yxnB gene and the yxnA gene and albC gene - speE intergenic homologous recombination results in a limited area in the 10kb region of, speE gene - was confirmed that replacement of 250kb region between yxnB gene occurs. Furthermore, regarding the protease gene in the genomic DNA of the obtained transformant, the epr gene and vpr gene are deleted, and the aprE gene, mpr gene, wprA gene, nprE gene, nprB gene and bpr gene are present. Confirmed to do.
さらに、図10に示すように、ドナー菌株としてRSD1株、レシピエント菌株としてE100NR株を用いた場合には、yxnB遺伝子−yxnA遺伝子間の10kb領域及びaldY遺伝子−yxjH遺伝子間の10kb領域に限定された領域での相同組換えの結果、yxjH遺伝子−yxnB遺伝子間の100kb領域の置換が起こることを確認した。さらに、得られた形質転換体のゲノムDNA中のプロテアーゼ遺伝子については、8種類全てが存在することを確認した(図12参照)。
Furthermore, as shown in FIG. 10,
なお、上記形質転換体(ドナー菌株RSD2とレシピエント菌株E250NRとの形質転換体、又はドナー菌株RSD1とレシピエント菌株E100NRとの形質転換体)のゲノムDNAにおいて、2つの10kb相同組換え領域の両端及び置換対象領域内部のテトラサイクリン耐性遺伝子両端のゲノム構造を確認するためのPCRにおいて使用した各プライマーを、上記(7)において形質転換体(ドナー菌株RSD3とレシピエント菌株E600NRとの形質転換体)のゲノムDNAにおいて、yvfU遺伝子−yxnB遺伝子間領域置換の確認に用いたプライマーと対応させて、以下の表7に示した。また、プロテアーゼ遺伝子有無の確認のために行ったPCRには、上記(7)で用いたものと同じプライマーを用いた。 In addition, in the genomic DNA of the transformant (transformant of donor strain RSD2 and recipient strain E250NR, or transformant of donor strain RSD1 and recipient strain E100NR), both ends of two 10 kb homologous recombination regions And the primers used in the PCR for confirming the genomic structure at both ends of the tetracycline resistance gene in the replacement target region, the transformant (transformant of donor strain RSD3 and recipient strain E600NR) in (7) above. The genomic DNA is shown in Table 7 below in correspondence with the primers used for confirmation of the region replacement between the yvfU gene and the yxnB gene. In addition, the same primers as used in (7) above were used for PCR performed to confirm the presence or absence of the protease gene.
配列番号1〜131は、プライマーである。 SEQ ID NOs: 1-131 are primers.
Claims (10)
供与体DNA及び宿主DNAの一方の置換対象領域を逆位変異させる第1工程と、
供与体DNAと宿主DNAとの間の組換えを行う第2工程とを含み、
第2工程では、宿主DNAの置換対象領域が供与体DNAの置換対象領域に置換されることを特徴とする、宿主DNAの置換方法。 In the replacement of the replacement target region of the donor DNA comprising the replacement target region consisting of a base sequence introduced with one to several mutations into the base sequence of the host DNA replacement target region, and the host DNA replacement target region,
A first step of inversion mutation of one of the replacement target regions of donor DNA and host DNA;
A second step of recombination between the donor DNA and the host DNA,
In the second step, the host DNA replacement method is characterized in that a host DNA replacement target region is replaced with a donor DNA replacement target region.
供与体DNA及び宿主DNAの一方の置換対象領域を逆位変異させ、且つ、供与体DNA及び宿主DNAの他方の置換対象領域及び当該置換対象領域の外側の領域を逆位変異させる第1工程と、
供与体DNAと宿主DNAとの間の組換えを行う第2工程とを含み、
第2工程では、宿主DNAの置換対象領域が供与体DNAの置換対象領域に置換されることを特徴とする、宿主DNAの置換方法。 In the replacement of the replacement target region of the donor DNA comprising the replacement target region consisting of a base sequence introduced with one to several mutations into the base sequence of the host DNA replacement target region, and the host DNA replacement target region,
A first step in which one of the replacement target regions of the donor DNA and the host DNA is inverted, and the other replacement target region of the donor DNA and the host DNA and a region outside the replacement target region are inverted. ,
A second step of recombination between the donor DNA and the host DNA,
In the second step, the host DNA replacement method is characterized in that a host DNA replacement target region is replaced with a donor DNA replacement target region.
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