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JP5916564B2 - Sesquiterpene synthase gene and method for producing sesquiterpene using the gene - Google Patents
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JP5916564B2 - Sesquiterpene synthase gene and method for producing sesquiterpene using the gene - Google Patents

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Description

本発明は、ヒトに有用な生理活性のあるセスキテルペンの一種であるβ-カリオフィレン、ゲルマクレンD及びβ-オイデスモールをファルネシル二リン酸から合成するタンパク質、該タンパク質をコードする遺伝子、並びに該遺伝子を利用したセスキテルペンの製造方法に関する。
さらに、本発明は、ヒトに有用な生理活性のある(セスキ)テルペンの一種であるβ-クベベン、β-エレメン、α-ネオクロベンとα-フムレン、及び/又は、リナロールとネロリドールをファルネシル二リン酸(リナロールのみゲラニル二リン酸)から合成するタンパク質、該タンパク質をコードする遺伝子、並びに該遺伝子を利用したセスキテルペン(リナロールのみモノテルペン)の製造方法に関する。
The present invention relates to a protein that synthesizes β-caryophyllene, germacrene D, and β-eudesmol, which are types of physiologically active sesquiterpenes useful for humans, from farnesyl diphosphate, a gene encoding the protein, and the gene The present invention relates to a method for producing a used sesquiterpene.
Furthermore, the present invention relates to β-cubeben, β-elemene, α-neocloben and α-humulene, and / or linalool and nerolidol, which are a kind of physiologically active (sesqui) terpenes useful for humans. The present invention relates to a protein synthesized from an acid (only linalool geranyl diphosphate), a gene encoding the protein, and a sesquiterpene (monoterpene only linalool) using the gene.

イソプレノイド(テルペノイドとも呼ばれる)は、23,000種を超える自然界で最も多様な化合物の集団である。そして、イソプレノイドは、3,000種以上のセスキテルペンを含んでいる。イソプレノイドの中には、医薬品、農薬、機能性食品、香料、又はこれらの原料として用いられているなど産業上有用なものが多く含まれている。
しかしながら、イソプレノイド、特にセスキテルペンは、自然界における蓄積量は一部の例を除いて少なく、単品を多量調製するには莫大なコストと労力を必要とするものが多い。したがって、遺伝子組換え微生物又は植物を利用したバイオテクノロジーによる多量生産のための開発研究が盛んに行われてきた。
Isoprenoids (also called terpenoids) are the most diverse group of compounds in nature, with over 23,000 species. And isoprenoids contain more than 3,000 sesquiterpenes. The isoprenoid contains many industrially useful products such as pharmaceuticals, agricultural chemicals, functional foods, fragrances, and their raw materials.
However, isoprenoids, especially sesquiterpenes, are rarely accumulated in nature except for some examples, and many of them require enormous costs and labor to prepare a large amount of a single product. Therefore, development research for mass production by biotechnology using genetically modified microorganisms or plants has been actively conducted.

大腸菌は、遺伝子組換えの技術や材料、遺伝子情報が最も充実した微生物である。よって、近年、組換え大腸菌を用いてイソプレノイドを多量生産しようとする技術開発の研究が盛んである。
大腸菌はメバロン酸経路を持っておらず、非メバロン酸経路[2-C-メチル-D-エリストール4-リン酸(以後、MEPと記載する場合がある)を経由するのでMEP経路とも呼ばれる]により最初のイソプレノイド基質であるイソペンテニル二リン酸(イソペンテニルピロリン酸とも呼ばれる;以後IPPと記載する場合がある)が作られる。
IPPは、IPPイソメラーゼ(以後Idiと記載する場合がある)によりジメチルアリル二リン酸(以後、DMAPPと記載する場合がある)に変換され、DMAPPはファルネシル二リン酸(以後、FPPと記載する場合がある)合成酵素(シンターゼ;synthase)によりIPPと順次縮合することにより、炭素数10のゲラニル二リン酸(以後、GPPと記載する場合がある)、炭素数15のFPPに変換される。GPPから分岐して揮発成分であるモノテルペンが作られる。さらに、FPPから分岐して、セスキテルペンやトリテルペンが作られる。FPPはゲラニルゲラニル二リン酸(以後、GGPPと記載する場合がある)合成酵素によりIPPとさらに縮合して炭素数20のGGPPが合成される。このGGPPから分岐して、ジテルペンやカロテノイド(テトラテルペン)が合成される。
Escherichia coli is a microorganism with the most complete technology, materials, and genetic information for gene recombination. Therefore, in recent years, research on technology development for mass production of isoprenoids using recombinant Escherichia coli has been active.
Escherichia coli does not have a mevalonate pathway and is also called the MEP pathway because it passes through the non-mevalonate pathway [2-C-methyl-D-erythritol 4-phosphate (hereinafter sometimes referred to as MEP)] Produces the first isoprenoid substrate, isopentenyl diphosphate (also called isopentenyl pyrophosphate; hereinafter sometimes referred to as IPP).
IPP is converted to dimethylallyl diphosphate (hereinafter sometimes referred to as DMAPP) by IPP isomerase (hereinafter sometimes referred to as Idi), and DMAPP is farnesyl diphosphate (hereinafter referred to as FPP). Is converted into FPP having 15 carbon atoms and geranyl diphosphate having 10 carbon atoms (hereinafter sometimes referred to as GPP) by condensing with IPP sequentially by a synthetic enzyme (synthase). A monoterpene, which is a volatile component, is branched from GPP. In addition, sesquiterpenes and triterpenes are made by branching from the FPP. FPP is further condensed with IPP by geranylgeranyl diphosphate (hereinafter sometimes referred to as GGPP) synthase to synthesize GGPP having 20 carbon atoms. Branching from this GGPP, diterpenes and carotenoids (tetraterpenes) are synthesized.

大腸菌は、上記のテルペンは合成しないので、これらのイソプレノイドを大腸菌に合成させるためには、FPPからそのイソプレノイドまでの合成を担う生合成酵素遺伝子(群)を大腸菌に導入し、発現させる必要がある。
ウコギ科(Araliaceae)やショウガ科(Zingiberaceae)に属する植物には、食用/薬用植物が多い。たとえば、ウコギ科には、オタネニンジン(Panax ginseng)、ウコギ(Acanthopanax sieboldianus)、コシアブラ(Acanthopanax sciadophylloides Franch. et Sav.)、タラノキ(Aralia elata)、ウド(Aralia cordata)等が含まれ、ショウガ科には、ショウガ(生姜;Zingiber officinale Roscoe)ハナショウガ[花生姜; Shampoo ginger; Zingiber zerumbet Smith]、ミョウガ(Zingiber mioga)、紫ウコン(ガジュツ;Curcuma zedoaria Roscoe)、ウコン(秋ウコン;Curcuma longa L.)等が含まれる。
ショウガ科(Zingiberaceae)の代表作物であるショウガ(生姜;Zingiber officinale)は、熱帯アジア原産の多年草であり、食材や生薬として広く用いられている。ショウガからは、セスキテルペン合成酵素として、ゲルマクレンD合成酵素(germacrene D synthase)遺伝子(ZoGeD)、β-ビサボレン合成酵素(β-bisabolene synthase)遺伝子(ZoTps1)、及びγ-アモルフェン合成酵素(γ-amorphene synthase)遺伝子(ZoTps5)が単離され、その構造と機能解析が行われた(参照:特許文献1、非特許文献1、2)。
また、同じショウガ属植物であるハナショウガ(Zingiber zerumbet)からは、α-フムレン合成酵素(α-humulene synthase)遺伝子(ZzZSS1)やβ-オイデスモール(β-ユーデスモール)合成酵素(β-eudesmol synthase)遺伝子(ZzZSS2)が単離され、その構造と機能解析が行われた(参照:非特許文献3、4)。ショウガ科植物では、これら以外のセスキテルペン合成酵素(及びその遺伝子)は知られていなかった。なお、ウコギ科植物では、セスキテルペン合成酵素(及びその遺伝子)は全く知られていなかった。
E. coli does not synthesize the above terpenes, so in order to synthesize these isoprenoids in E. coli, it is necessary to introduce and express the biosynthetic enzyme gene (s) responsible for synthesis from FPP to the isoprenoid into E. coli. .
Many plants belonging to the family Araliaceae and Zingiberaceae are edible / medicinal plants. For example, the family Araceae includes Panax ginseng , Japanese cane (A canthopanax sieboldianus ), Kosia bra ( Acanthopanax sciadophylloides Franch. Et Sav.), Arachon ( Aralia elata ), Udo (Aralia cordata), etc. is, ginger (ginger; Zingiber officinale Roscoe) Hana ginger [flower ginger; Shampoo ginger; Zingiber zerumbet Smith] , Zingiber mioga (Zingiber mioga), purple turmeric (zedoary; curcuma zedoaria Roscoe), turmeric (autumn turmeric; curcuma longa L.) Etc. are included.
Ginger (Zingiber officinale ), a representative crop of Zingiberaceae , is a perennial plant native to tropical Asia and is widely used as a food and herbal medicine. From ginger, as sesquiterpene synthase, germacrene D synthase gene ( ZoGeD ), β-bisabolene synthase gene ( ZoTps1 ), and γ-amorphene synthase (γ-amorphene synthase) synthase) gene ( ZoTps5 ) was isolated and analyzed for its structure and function (see Patent Document 1, Non-Patent Documents 1 and 2).
Also, from the same ginger plant, Zingiber zerumbet , α-humulene synthase gene ( ZzZSS1 ) and β-eudesmol synthase (β-eudesmol) synthase) gene ( ZzZSS2 ) was isolated and analyzed for its structure and function (see Non-Patent Documents 3 and 4). In ginger family plants, sesquiterpene synthase (and its gene) other than these were not known. Note that sesquiterpene synthase (and its gene) was not known at all in the Argiaceae plant.

大腸菌はメバロン酸経路を有さないが、メバロン酸経路の酵素の遺伝子群(メバロン酸経路遺伝子群)を大腸菌に導入し発現させる研究も行われた。柿沼氏らは、メバロン酸経路のD-メバロン酸(D-mevalonic acid;D-mevalonate)以降の酵素であるメバロン酸キナーゼ(mevalonate kinase)、ホスホメバロン酸キナーゼ(phosphomevalonate kinase)、ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ(diphosphomevalonate decarboxylase)、及び2型のIPPイソメラーゼ(IPP isomerase)等をコードする遺伝子群[ストレプトミセス(Streptomyces)属CL190株由来;非特許文献5;Accession no AB037666;以後、単に「メバロン酸経路遺伝子群」と呼ぶ場合がある]を、パントエア・アナナティス(Pantoea ananatis)由来のカロテノイド生合成遺伝子群[crtEcrtBcrtIcrtYcrtZ;FPPからゼアキサンチン(zeaxanthin)を作るのに必要な生合成遺伝子群]とともに大腸菌に導入し、発現させた(参照:非特許文献6)。 Although Escherichia coli does not have a mevalonate pathway, studies have been carried out to introduce and express genes of enzymes of the mevalonate pathway (mevalonate pathway genes) into Escherichia coli. Suganuma et al. Have found mevalonate kinase, phosphomevalonate kinase, and diphosphomevalonate decarboxylase, which are enzymes after D-mevalonic acid (D-mevalonate) in the mevalonate pathway. decarboxylase), and a group of genes encoding type 2 IPP isomerase (IPP isomerase) [from Streptomyces genus CL190 strain; Non-Patent Document 5; Accession no AB037666; hereinafter, simply referred to as “mevalonate pathway gene group” Together with a group of carotenoid biosynthetic genes derived from Pantoea ananatis [ crtE , crtB , crtI , crtY , crtZ ; biosynthetic genes necessary to make zeaxanthin from FPP] It was introduced into E. coli and expressed (see Non-Patent Document 6).

前記組換え大腸菌は、D-メバロン酸ラクトン(D-mevalonate lactone;以後、D-メバロノラクトン、メバロノラクトン又はMVLと記載する場合がある)を培地に基質として加えて培養することにより、効率的にゼアキサンチンを合成することができた(参照:非特許文献6)。また、メバロン酸経路遺伝子群を、ハナショウガのα-フムレン合成酵素遺伝子(α-humulene synthase;ZzZSS1)とともに大腸菌に導入し発現させると、その組換え大腸菌は0.5 mg/mLのMVLを培地に基質として加えて培養することにより、1 mLあたり1 mgのα-フムレンを生産することが示された(参照:非特許文献7)。
また、メバロン酸経路遺伝子群とα-フムレン合成酵素遺伝子(ZzZSS1)に加えて、出芽酵母サッカロミセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)由来の1型のIPPイソメラーゼ(IPP isomerase)遺伝子(Scidi)を大腸菌に導入し発現させると、α-フムレンの生成量が、Scidi遺伝子が無い場合より若干上昇することが示された(参照:非特許文献7)。
なお、メバロン酸経路遺伝子群を導入すること無しに、ZzZSS1遺伝子を大腸菌に導入し発現させても、α-フムレンの生成は全く検出されなかった(参照:非特許文献7)。又はナショウガのβ-オイデスモール合成酵素遺伝子(ZzZSS2)をメバロン酸経路遺伝子群とともに導入し発現させると、その組換え大腸菌はMVLを培地に基質として加えて培養することにより、1 mLあたり100 μgのβ-オイデスモールを生産することが示された(参照:非特許文献4)。したがって、メバロン酸経路遺伝子群(時に、Scidi遺伝子も加えて)を大腸菌に導入し発現させること、及び培地にMVL等のメバロン酸経路遺伝子群の基質を添加して培養することにより、結果的に、その組換え大腸菌内におけるFPPの生成量を多いに増量させることが示された。
The recombinant Escherichia coli is efficiently cultured by adding D-mevalonate lactone (D-mevalonate lactone; hereinafter referred to as D-mevalonolactone, mevalonolactone or MVL) as a substrate to the medium, and cultivating it efficiently. It was able to synthesize (see Non-Patent Document 6). When the mevalonate pathway gene group is introduced into E. coli and expressed together with the α-humulene synthase gene (α-humulene synthase; ZzZSS1 ), the recombinant E. coli substrate contains 0.5 mg / mL of MVL as a substrate. In addition, it was shown that 1 mg of α-humulene was produced per mL by culturing (see Non-Patent Document 7).
In addition to mevalonate pathway genes and α- humulene synthase gene (ZzZSS1), Saccharomyces cerevisiae (Saccharomyces cerevisiae) 1 type of IPP isomerase from the (IPP isomerase) gene (Scidi) was introduced into E. coli When expressed, it was shown that the amount of α-humulene produced was slightly increased as compared to the case without the Scidi gene (see Non-Patent Document 7).
In addition, even if the ZzZSS1 gene was introduced into E. coli and expressed without introducing the mevalonate pathway gene group, the production of α-humulene was not detected at all (see Non-Patent Document 7). Alternatively, when the ginger β-eudesmol synthase gene ( ZzZSS2 ) is introduced and expressed together with the mevalonate pathway gene group, the recombinant E. coli is cultured by adding MVL as a substrate to the medium, and 100 μg per mL It was shown to produce β-eudesmol (Reference: Non-Patent Document 4). Therefore, by introducing the mevalonate pathway gene group (sometimes also including the Scidi gene) into E. coli and expressing it, and adding the substrate of the mevalonate pathway gene group such as MVL to the medium and culturing it, as a result It was shown that the amount of FPP produced in the recombinant E. coli was increased to a large amount.

したがって、FPPを基質とするセスキテルペン合成酵素(sesquiterpene synthase;sesquiterpene cyclase)遺伝子、又はcrtE(GGPP合成酵素遺伝子)から始まるカロテノイド生合成遺伝子群を同時に導入し、発現させることにより、これらの産物であるセスキテルペン又はカロテノイドを効率的に製造することが可能であることが明らかとなった(参照:非特許文献7、8)。さらに、この系を利用すると、新規に取得された、又は機能が未知のセスキテルペン合成酵素遺伝子配列の機能解析を行うことができる(参照:非特許文献8)。
すなわち、この遺伝子配列を発現するように導入した組換え大腸菌がセスキテルペンを生産しているかどうかを調べることができる(大腸菌は元々セスキテルペンを生産しない)。セスキテルペンが生産されている場合は、そのセスキテルペンの化学構造を解析することにより、そのセスキテルペン合成酵素遺伝子配列は、FPPからその化学構造を持つセスキテルペンの産物を合成する酵素をコードする遺伝子であることが同定されるからである。セスキテルペンは植物や微生物等(植物が主体)からすでに7,000種以上が単離されているが、まだ、多くのセスキテルペン合成酵素遺伝子が未知である。
以上により、今後、この系により、同遺伝子の機能解析が進むものと期待される(参照:非特許文献8)。
Therefore, sesquiterpene synthase (sesquiterpene synthase; sesquiterpene cyclase) gene using FPP as a substrate, or carotenoid biosynthesis genes starting from crtE (GGPP synthase gene) are introduced and expressed at the same time. It was revealed that sesquiterpenes or carotenoids can be efficiently produced (see: Non-Patent Documents 7 and 8). Furthermore, when this system is used, it is possible to analyze the function of a newly obtained sesquiterpene synthase gene sequence whose function is unknown (see Non-patent Document 8).
That is, it is possible to examine whether the recombinant E. coli introduced to express this gene sequence is producing sesquiterpenes (Escherichia coli originally does not produce sesquiterpenes). When sesquiterpenes are produced, by analyzing the chemical structure of the sesquiterpenes, the sesquiterpene synthase gene sequence is a gene that encodes an enzyme that synthesizes a sesquiterpene product having the chemical structure from FPP. It is because it is identified. More than 7,000 sesquiterpenes have already been isolated from plants and microorganisms (mainly plants), but many sesquiterpene synthase genes are still unknown.
Based on the above, it is expected that functional analysis of the gene will proceed with this system in the future (see Non-Patent Document 8).

特開2011-125272JP2011-125272

S. Picard, M. E. Olsson, M. Brodelius, P. E. Brodelius, Arch. Biochem. Biophys. 452: 17-28, 2006S. Picard, M. E. Olsson, M. Brodelius, P. E. Brodelius, Arch. Biochem. Biophys. 452: 17-28, 2006 M. Fujisawa, H. Harada, H. Kenmoku, S. Mizutani, N. Misawa, Planta, 232: 121-130; Erratum, 232: 131, 2010M. Fujisawa, H. Harada, H. Kenmoku, S. Mizutani, N. Misawa, Planta, 232: 121-130; Erratum, 232: 131, 2010 F. Yu, S. Okamoto, K. Nakasone, K. Adachi, S. Matsuda, H. Harada, N. Misawa, R. Utsumi, Planta 227: 1291-1299, 2008F. Yu, S. Okamoto, K. Nakasone, K. Adachi, S. Matsuda, H. Harada, N. Misawa, R. Utsumi, Planta 227: 1291-1299, 2008 F. Yu, H. Harada, K. Yamasaki, S. Okamoto, S. Hirase, Y. Tanaka, N. Misawa, R. Utsumi, FEBS Lett 582: 565-572, 2008F. Yu, H. Harada, K. Yamasaki, S. Okamoto, S. Hirase, Y. Tanaka, N. Misawa, R. Utsumi, FEBS Lett 582: 565-572, 2008 M. Takagi, T. Kuzuyama, S. Takahashi, H. Seto, J. Bacteriol., 182: 4153-4157, 2000M. Takagi, T. Kuzuyama, S. Takahashi, H. Seto, J. Bacteriol., 182: 4153-4157, 2000 K. Kakinuma, Y. Dekishima, Y. Matsushima, T. Eguchi, N. Misawa, M. Takagi, T. Kuzuyama, H. Seto, J. Am. Chem. Soc., 123: 1238-1239, 2001K. Kakinuma, Y. Dekishima, Y. Matsushima, T. Eguchi, N. Misawa, M. Takagi, T. Kuzuyama, H. Seto, J. Am. Chem. Soc., 123: 1238-1239, 2001 H. Harada, F. Yu, S. Okamoto, T. Kuzuyama, R. Utsumi, N. Misawa, Appl. Microbiol. Biotechnol. 81: 915-925, 2009H. Harada, F. Yu, S. Okamoto, T. Kuzuyama, R. Utsumi, N. Misawa, Appl. Microbiol. Biotechnol. 81: 915-925, 2009 H. Harada, N. Misawa, Appl. Microbiol. Biotechnol. 84: 1021-1031, 2009H. Harada, N. Misawa, Appl. Microbiol. Biotechnol. 84: 1021-1031, 2009

本発明は、FPPからセスキテルペンの合成に必要な新規酵素遺伝子を取得すること、及び取得した新規遺伝子を利用してセスキテルペンを製造する方法を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to obtain a novel enzyme gene necessary for the synthesis of a sesquiterpene from FPP and to provide a method for producing a sesquiterpene using the obtained novel gene.

本発明者らは、上記課題を解決するために、以下のように鋭意研究を行った。
(i)MVLからセスキテルペンの基質であるFPPを多量に作らせるため、ストレプトミセス(Streptomyces)属CL190株(非特許文献5;Accession no AB037666)から単離されたメバロン酸経路遺伝子群、すなわち、メバロン酸キナーゼ(MVA kinase)、ホスホメバロン酸キナーゼ(PMVA kinase)、ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ(DPMVA decarboxylase)、及びIPPイソメラーゼ(IPP isomerase; 2型)をコードする遺伝子を発現するためのプラスミドpAC-Mev、及びこれらの遺伝子群に加えてさらにサッカロミセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)から単離されたIPPイソメラーゼ(IPP isomerase; 1型)をコードする遺伝子(Scidi)を発現するためのプラスミドpAC-Mev/Scidi{いずれも大腸菌ベクターpACYC184を使用;クロラムフェニコール(Cm)耐性;非特許文献7}を作製した。そして、これらのプラスミドを用いて大腸菌を形質転換し、Cmを含む寒天培地上で生育する組換え大腸菌を得た。
(ii)コシアブラの新芽又は紫ウコンの根茎から抽出した全RNAからcDNAを合成し、さらにPCRによって単離された、いくつかの全長の(セスキ)テルペン合成酵素遺伝子配列を大腸菌発現用ベクターに挿入し、プラスミド{その1例のプラスミド名はpET-AsTps1、pET-AsTps2a、pET-AsTps2b、pET-CzTps1a、及びpET-CzTps1b;いずれもアンピシリン(Ap)耐性}を作製した。
上記プラスミドの各々を(i)で作製したプラスミドを有する組換え大腸菌に導入して、MVL、Ap及びCmを含む培地で培養し、生成したセスキテルペンを分析することにより、FPPを変換してβ-カリオフィレンを合成するβ-カリオフィレン合成酵素(シンターゼ)遺伝子、FPPを変換してゲルマクレンDを合成するゲルマクレンD合成酵素(シンターゼ)遺伝子、及びFPPを変換してβ-オイデスモールを合成するβ-オイデスモール合成酵素(シンターゼ)遺伝子を新規に見出した。
(iii)(ii)で取得したβ-カリオフィレン合成酵素遺伝子、ゲルマクレンD合成酵素遺伝子、及びβ-オイデスモール合成酵素遺伝子の大腸菌発現用プラスミド(それぞれ、pET-AsTps1、pET-AsTps2a若しくはpET-AsTps2b、並びにpET-CzTps1a若しくはpET-CzTps1b)のいずれか1つのプラスミドを、(i)で作製したプラスミドを有する組換え大腸菌に導入して、MVL、Ap及びCmを含む培地で培養することにより、β-カリオフィレン、ゲルマクレンD、及び/又はβ-オイデスモールを製造する方法を提供することができた。
(iv)ウコギ(ヒメウコギ)、タラノキ、ウド、又はコシアブラ(いずれもウコギ科に属する)の新芽から抽出した全RNAからcDNAを合成し、さらにPCRによって単離された、いくつかの全長の(セスキ)テルペン合成酵素遺伝子配列を大腸菌発現用ベクターに挿入し、プラスミド{その1例のプラスミド名はpET-AsiTps1a、pET-AsiTps1b、pET-AsiTps1c、pET-AsiTps1d、pET-AeTps1a、pET-AeTps1b、pET-AcTPS1a、pET-AcTPS1b、pET-AcTPS1c、pET-AcTPS1d、pET-AcTPS2及びpET-AscTps3;いずれもアンピシリン(Ap)耐性}を作製した。
上記プラスミドの各々を(i)で作製したプラスミドを有する組換え大腸菌に導入して、MVL、Ap及びCmを含む培地で培養し、生成した(セスキ)テルペンを分析することにより、FPPを変換してβ-カリオフィレンを合成する(ii)とは別のβ-カリオフィレン合成酵素(シンターゼ)遺伝子、FPPを変換してβ-クベベンを合成するβ-クベベン合成酵素(シンターゼ)遺伝子、FPPを変換してβ-エレメンを合成するβ-エレメン合成酵素(シンターゼ)遺伝子、FPPを変換してα-ネオクロベンとα-フムレンを合成するα-ネオクロベン/α-フムレン合成酵素(シンターゼ)遺伝子、及びGPP及びFPPを変換してそれぞれ、リナロール及びネロリドールを合成するリナロール/ネロリドール合成酵素(シンターゼ)遺伝子を新規に見出した。
(v)(iv)で取得したβ-カリオフィレン合成酵素遺伝子、β-クベベン合成酵素遺伝子、β-エレメン合成酵素遺伝子、α-ネオクロベン/α-フムレン合成酵素遺伝子、リナロール/ネロリドール合成酵素遺伝子の大腸菌発現用プラスミド(それぞれ、pET-AsiTps1a、pET-AsiTps1b、pET-AsiTps1c若しくはpET-AsiTps1d、pET-AeTps1a若しくはpET-AeTps1b、pET-AcTPS1a、pET-AcTPS1b、pET-AcTPS1c若しくはpET-AcTPS1d、pET-AcTPS2、並びにpET-AscTps3)のいずれか1つのプラスミドを、(i)で作製したプラスミドを有する組換え大腸菌に導入して、MVL、Ap及びCmを含む培地で培養することにより、β-カリオフィレン、β-クベベン、β-エレメン、α-ネオクロベン及びα-フムレン、並びに/又はリナロールとネロリドールを製造する方法を提供することができた。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted earnest research as follows.
(I) In order to make a large amount of FPP which is a substrate of sesquiterpene from MVL, a mevalonate pathway gene group isolated from Streptomyces genus CL190 strain (Non-patent Document 5; Accession no AB037666), Plasmid pAC-Mev for expressing genes encoding mevalonate kinase (MVA kinase), phosphomevalonate kinase (PMVA kinase), diphosphomevalonate decarboxylase (DPMVA decarboxylase), and IPP isomerase (IPP isomerase; type 2), and In addition to these genes, the plasmid pAC-Mev / Scidi for expressing the gene ( Scidi ) encoding IPP isomerase (IPP isomerase; type 1) isolated from Saccharomyces cerevisiae {all E. coli vector pACYC184 was used; chloramphenicol (Cm) resistance; . These plasmids were used to transform Escherichia coli, and recombinant Escherichia coli that grew on an agar medium containing Cm was obtained.
(Ii) Synthesize cDNA from total RNA extracted from Kosiabra sprout or purple turmeric rhizome, and then insert several full-length (sesqui) terpene synthase gene sequences into E. coli expression vectors Thus, plasmids (the plasmid names of one example were pET-AsTps1, pET-AsTps2a, pET-AsTps2b, pET-CzTps1a, and pET-CzTps1b; all were ampicillin (Ap) resistant) were prepared.
Each of the above plasmids is introduced into the recombinant E. coli having the plasmid prepared in (i), cultured in a medium containing MVL, Ap and Cm, and the sesquiterpene produced is analyzed to convert FPP to β -Β-caryophyllene synthase (synthase) gene for synthesizing caryophyllene, germline D synthase (synthase) gene for synthesizing germane Clen D by converting FPP, and β-eudemol synthesizing β-eudesmol by converting FPP A small synthase gene was newly found.
(Iii) Escherichia coli expression plasmids (βET-AsTps1, pET-AsTps2a, or pET-AsTps2b, respectively) of the β-caryophyllene synthase gene, the gelmacrene D synthase gene, and the β-eudesmol synthase gene obtained in (ii) PET-CzTps1a or pET-CzTps1b) is introduced into the recombinant Escherichia coli having the plasmid prepared in (i) and cultured in a medium containing MVL, Ap and Cm. It was possible to provide a method for producing caryophyllene, germacrene D, and / or β-eudesmol.
(Iv) Synthesis of cDNA from total RNA extracted from shoots of wolfberry, cypress, uddo, or kosiabura (all belonging to the family Asteraceae) and further isolated by PCR for several full-length (sesquif) ) Insert terpene synthase gene sequence into E. coli expression vector, plasmid {example of plasmid name is pET-AsiTps1a, pET-AsiTps1b, pET-AsiTps1c, pET-AsiTps1d, pET-AeTps1a, pET-AeTps1b, pET- AcTPS1a, pET-AcTPS1b, pET-AcTPS1c, pET-AcTPS1d, pET-AcTPS2, and pET-AscTps3; all were ampicillin (Ap) resistant}.
Each of the above plasmids is introduced into the recombinant E. coli having the plasmid prepared in (i), cultured in a medium containing MVL, Ap and Cm, and the generated (sesqui) terpene is analyzed to convert FPP. Β-caryophyllene synthase (synthase) gene, which is different from (ii), β-cubeben synthase (synthase) gene, which converts FPP to synthesize β-cubeben β-elemene synthase (synthase) gene that synthesizes β-elemene, α-neocloben / α-humulene synthase (synthase) gene that synthesizes α-neocloben and α-humulene by converting FPP, and GPP and FPP A novel linalool / nerolidol synthase (synthase) gene that synthesizes linalool and nerolidol, respectively, was found.
(V) Escherichia coli of β-caryophyllene synthase gene, β-cubeben synthase gene, β-elemene synthase gene, α-neocloben / α-humulene synthase gene, linalool / nerolidol synthase gene obtained in (iv) Plasmids for expression (pET-AsiTps1a, pET-AsiTps1b, pET-AsiTps1c or pET-AsiTps1d, pET-AeTps1a or pET-AeTps1b, pET-AcTPS1a, pET-AcTPS1b, pET-AcTPS1TP, TP1TP PET-AscTps3) is introduced into the recombinant Escherichia coli having the plasmid prepared in (i) and cultured in a medium containing MVL, Ap and Cm, so that β-caryophyllene, β- It was possible to provide a method for producing cubene, β-elemene, α-neocloben and α-humulene, and / or linalool and nerolidol.

本発明は以下の通りである。
「1.以下の(1)〜 (7)のいずれか1に示す遺伝子;
(1)配列番号16又は18に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子、
(2)配列番号16又は18に記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号16又は18に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-オイデスモールに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(3) 配列番号16又は18に記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号16又は18に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-オイデスモールに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(4)配列番号15又は17に記載の塩基配列からなるDNAからなる遺伝子、
(5)配列番号15又は17に記載の塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつファルネシル二リン酸をβ-オイデスモールに変換する活性を有するポリペプチドをコードするDNAからなる遺伝子、
(6) 配列番号15又は17に記載の塩基配列からなるDNAにおいて、1〜50個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加しているDNAからなる遺伝子、
(7) 配列番号15又は17に記載の塩基配列からなるDNAと90%以上の相同性を有するDNAからなる遺伝子。
2.以下の(1)〜(3)のいずれか1のアミノ酸配列を有するβ-オイデスモール合成酵素;
(1)配列番号16又は18に記載のアミノ酸配列、
(2)配列番号16又は18に記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号16又は18に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-オイデスモールに変換する活性を有するアミノ酸配列、
(3) 配列番号16又は18に記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号16又は18に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-オイデスモールに変換する活性を有するアミノ酸配列。
3.以下の(1)〜 (7)のいずれか1に示す遺伝子;
(1)配列番号47、49、51又は53に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子、
(2)配列番号47、49、51又は53に記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号47、49、51又は53に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-エレメンに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(3) 配列番号47、49、51又は53に記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号47、49、51又は53に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-エレメンに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(4)配列番号46、48、50又は52に記載の塩基配列からなるDNAからなる遺伝子、
(5)配列番号46、48、50又は52に記載の塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつファルネシル二リン酸をβ-エレメンに変換する活性を有するポリペプチドをコードするDNAからなる遺伝子、
(6) 配列番号46、48、50又は52に記載の塩基配列からなるDNAにおいて、1〜50個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加しているDNAからなる遺伝子、
(7) 配列番号46、48、50又は52に記載の塩基配列からなるDNAと90%以上の相同性を有するDNAからなる遺伝子。
4.以下の(1)〜(3)のいずれか1のアミノ酸配列を有するβ-エレメン合成酵素;
(1)配列番号47、49、51又は53に記載のアミノ酸配列、
(2)配列番号47、49、51又は53に記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号47、49、51又は53に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-エレメンに変換する活性を有するアミノ酸配列、
(3) 配列番号47、49、51又は53に記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号47、49、51又は53に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-エレメンに変換する活性を有するアミノ酸配列。
5.以下の(1)〜 (7)のいずれか1に示す遺伝子;
(1)配列番号6、27、29、31又は33に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子、
(2)配列番号6、27、29、31又は33に記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号6、27、29、31又は33に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-カリオフィレンに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(3) 配列番号6、27、29、31又は33に記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号6、27、29、31又は33に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-カリオフィレンに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(4)配列番号5、26、28、30又は32に記載の塩基配列からなるDNAからなる遺伝子、
(5)配列番号5、26、28、30又は32に記載の塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ配列番号6、27、29、31又は33に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-カリオフィレンに変換する活性を有するポリペプチドをコードするDNAからなる遺伝子、
(6) 配列番号5、26、28、30又は32に記載の塩基配列からなるDNAにおいて、1〜50個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加しているDNAからなる遺伝子、
(7) 配列番号5、26、28、30又は32に記載の塩基配列からなるDNAと90%以上の相同性を有するDNAからなる遺伝子。
6.以下の(1)〜(3)のいずれか1のアミノ酸配列を有するβ-カリオフィレン合成酵素;
(1)配列番号6、27、29、31又は33に記載のアミノ酸配列、
(2)配列番号6、27、29、31又は33に記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号6、27、29、31又は33に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-カリオフィレンに変換する活性を有するアミノ酸配列、
(3) 配列番号6、27、29、31又は33に記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号6、27、29、31又は33に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-カリオフィレンに変換する活性を有するアミノ酸配列。
7.以下の(1)〜 (7)のいずれか1に示す遺伝子;
(1)配列番号8又は10記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子、
(2)配列番号8又は10記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号8又は10に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をゲルマクレンDに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(3) 配列番号8又は10記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号8又は10に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をゲルマクレンDに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(4)配列番号7又は9記載の塩基配列からなるDNAからなる遺伝子、
(5)配列番号7又は9記載の塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ配列番号6に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-カリオフィレンに変換する活性を有するポリペプチドをコードするDNAからなる遺伝子、
(6) 配列番号7又は9記載の塩基配列からなるDNAにおいて、1〜50個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加しているDNAからなる遺伝子、
(7) 配列番号7又は9記載の塩基配列からなるDNAと90%以上の相同性を有するDNAからなる遺伝子。
8.以下の(1)〜(3)のいずれか1のアミノ酸配列を有するゲルマクレンD合成酵素;
(1)配列番号8又は10記載のアミノ酸配列、
(2)配列番号8又は10記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号8又は10に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をゲルマクレンDに変換する活性を有するアミノ酸配列、
(3) 配列番号8又は10記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号8又は10に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をゲルマクレンDに変換する活性を有するアミノ酸配列。
9.以下の(1)〜 (7)のいずれか1に示す遺伝子;
(1)配列番号39又は41記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子、
(2)配列番号39又は41記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号39又は41に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-クベベンに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(3) 配列番号39又は41記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号39又は41に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-クベベンに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(4)配列番号38又は40記載の塩基配列からなるDNAからなる遺伝子、
(5)配列番号38又は40記載の塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつファルネシル二リン酸をβ-クベベンに変換する活性を有するポリペプチドをコードするDNAからなる遺伝子、
(6) 配列番号38又は40記載の塩基配列からなるDNAにおいて、1〜50個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加しているDNAからなる遺伝子、
(7) 配列番号38又は40記載の塩基配列からなるDNAと90%以上の相同性を有するDNAからなる遺伝子。
10.以下の(1)〜(3)のいずれか1のアミノ酸配列を有するβ-クベベン合成酵素;
(1)配列番号39又は41記載のアミノ酸配列、
(2)配列番号39又は41記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号39又は41に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-クベベンに変換する活性を有するアミノ酸配列、
(3) 配列番号39又は41記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号39又は41に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-クベベンに変換する活性を有するアミノ酸配列。
11.以下の(1)〜 (7)のいずれか1に示す遺伝子;
(1)配列番号55記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子、
(2)配列番号55記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号55に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をα-ネオクロベンとα-フムレンに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(3) 配列番号55記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号55に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をα-ネオクロベンとα-フムレンに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(4)配列番号54記載の塩基配列からなるDNAからなる遺伝子、
(5)配列番号54記載の塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつファルネシル二リン酸をα-ネオクロベンとα-フムレンに変換する活性を有するポリペプチドをコードするDNAからなる遺伝子、
(6) 配列番号54記載の塩基配列からなるDNAにおいて、1〜50個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加しているDNAからなる遺伝子、
(7) 配列番号54記載の塩基配列からなるDNAと90%以上の相同性を有するDNAからなる遺伝子。
12.以下の(1)〜(3)のいずれか1のアミノ酸配列を有するα-ネオクロベン/α-フムレン合成酵素;
(1)配列番号55記載のアミノ酸配列、
(2)配列番号55記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号55に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をα-ネオクロベンとα-フムレンに変換する活性を有するアミノ酸配列、
(3) 配列番号55記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号55に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をα-ネオクロベンとα-フムレンに変換する活性を有するアミノ酸配列。
13.以下の(1)〜 (7)のいずれか1に示す遺伝子;
(1)配列番号62記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子、
(2)配列番号62記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号62に記載のアミノ酸配列と実質的同質のゲラニル二リン酸及びファルネシル二リン酸をそれぞれ、リナロールとネロリドールに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(3) 配列番号62記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号62に記載のアミノ酸配列と実質的同質のゲラニル二リン酸及びファルネシル二リン酸をそれぞれ、リナロールとネロリドールに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(4)配列番号61記載の塩基配列からなるDNAからなる遺伝子、
(5)配列番号61記載の塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつゲラニル二リン酸及びファルネシル二リン酸をそれぞれ、リナロールとネロリドールに変換する活性を有するポリペプチドをコードするDNAからなる遺伝子、
(6) 配列番号61記載の塩基配列からなるDNAにおいて、1〜50個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加しているDNAからなる遺伝子、
(7) 配列番号61記載の塩基配列からなるDNAと90%以上の相同性を有するDNAからなる遺伝子。
14.以下の(1)〜(3)のいずれか1のアミノ酸配列を有するリナロール/ネロリドール合成酵素;
(1)配列番号62記載のアミノ酸配列、
(2)配列番号62記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号62に記載のアミノ酸配列と実質的同質のゲラニル二リン酸及びファルネシル二リン酸をそれぞれ、リナロールとネロリドールに変換する活性を有するアミノ酸配列、
(3) 配列番号62記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号55に記載のアミノ酸配列と実質的同質のゲラニル二リン酸及びファルネシル二リン酸をそれぞれ、リナロールとネロリドールに変換する活性を有するアミノ酸配列。
15.前項1、3、5、7、9、11、13のいずれか1項以上に記載の遺伝子を導入した組換え大腸菌。
16.前項1、3、5、7、9、11、13のいずれか1項以上に記載の遺伝子に加えて、以下の(1)〜(2)の遺伝子を導入した組換え大腸菌;
(1)メバロン酸又はメバロノラクトンからイソペンテニル二リン酸までの合成を行うメバロン酸経路遺伝子群、
(2)イソペンテニル二リン酸イソメラーゼ遺伝子。
17.メバロン酸又はメバロノラクトンからイソペンテニル二リン酸までの合成を行うメバロン酸経路遺伝子群及びイソペンテニル二リン酸イソメラーゼ遺伝子が、ストレプトミセス属CL190株由来の遺伝子及び/又はサッカロミセス・セレビシエ由来の遺伝子である前項16に記載の組換え大腸菌。
18.前項15〜17のいずれか1項に記載の組換え大腸菌を、メバロン酸及び/又はメバロノラクトンを含む培地で培養して得られる培養物又は菌体からβ-カリオフィレン、ゲルマクレンD、β-オイデスモール、β-クベベン、β-エレメン、α-ネオクロベン及びα-フムレン、並びに/又は、リナロール及びネロリドールを得ることを特徴とする、セスキテルペンの製造方法。」
The present invention is as follows.
“1. The gene shown in any one of the following (1) to (7);
(1) a gene encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 16 or 18;
(2) In the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 16 or 18, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and substantially the same as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 16 or 18 A gene encoding a polypeptide having an activity of converting farnesyl diphosphate of β-eudesmol,
(3) Farnesyl diphosphate having a homology of 90% or more with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 16 or 18 and substantially the same quality as the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 16 or 18 is converted into β-eudesmol. A gene encoding a polypeptide having an activity to convert,
(4) a gene comprising a DNA comprising the base sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 17,
(5) Activity of hybridizing under stringent conditions with DNA consisting of a base sequence complementary to the DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 15 or 17 and converting farnesyl diphosphate into β-eudesmol A gene comprising a DNA encoding a polypeptide having
(6) a DNA comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 17, a gene comprising a DNA having 1 to 50 nucleotide sequences substituted, deleted, inserted and / or added;
(7) A gene comprising 90% or more homology with a DNA comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 17.
2. Β-eudesmol synthase having the amino acid sequence of any one of the following (1) to (3):
(1) the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 16 or 18,
(2) In the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 16 or 18, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and substantially the same as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 16 or 18 An amino acid sequence having the activity of converting farnesyl diphosphate of β-eudesmol,
(3) Farnesyl diphosphate having a homology of 90% or more with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 16 or 18 and substantially the same quality as the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 16 or 18 is converted into β-eudesmol. Amino acid sequence having activity to convert.
3. The gene shown in any one of the following (1) to (7);
(1) a gene encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 47, 49, 51 or 53,
(2) In the amino acid sequence of SEQ ID NO: 47, 49, 51 or 53, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and SEQ ID NO: 47, 49, 51 or 53 A gene encoding a polypeptide having an activity to convert farnesyl diphosphate substantially identical to the amino acid sequence described above into β-elemene,
(3) Farnesyl dinucleotide having 90% or more homology with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 47, 49, 51 or 53 and substantially identical to the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 47, 49, 51 or 53 A gene encoding a polypeptide having an activity of converting phosphoric acid into β-elemente,
(4) a gene comprising a DNA comprising the base sequence set forth in SEQ ID NO: 46, 48, 50 or 52,
(5) hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of a base sequence complementary to the DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 46, 48, 50 or 52, and farnesyl diphosphate is converted to β-elemente A gene comprising DNA encoding a polypeptide having an activity to convert,
(6) a gene comprising a DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 46, 48, 50 or 52, wherein 1 to 50 nucleotide sequences are substituted, deleted, inserted and / or added;
(7) A gene comprising 90% or more homology with a DNA comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 46, 48, 50 or 52.
4). Β-elemene synthase having the amino acid sequence of any one of the following (1) to (3):
(1) the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 47, 49, 51 or 53,
(2) In the amino acid sequence of SEQ ID NO: 47, 49, 51 or 53, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and SEQ ID NO: 47, 49, 51 or 53 An amino acid sequence having the activity of converting farnesyl diphosphate substantially the same amino acid sequence as described to β-elemene,
(3) Farnesyl dinucleotide having 90% or more homology with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 47, 49, 51 or 53 and substantially identical to the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 47, 49, 51 or 53 An amino acid sequence having an activity of converting phosphoric acid into β-elemene.
5. The gene shown in any one of the following (1) to (7);
(1) a gene encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 6, 27, 29, 31 or 33,
(2) In the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 6, 27, 29, 31 or 33, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and SEQ ID NO: 6, 27, 29, A gene encoding a polypeptide having an activity of converting farnesyl diphosphate substantially identical to the amino acid sequence of 31 or 33 to β-caryophyllene,
(3) 90% or more homology with the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 6, 27, 29, 31 or 33, and substantially the same as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 6, 27, 29, 31 or 33 A gene encoding a polypeptide having the activity of converting homogeneous farnesyl diphosphate into β-caryophyllene,
(4) a gene comprising a DNA comprising the base sequence set forth in SEQ ID NO: 5, 26, 28, 30 or 32,
(5) It hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of a base sequence complementary to DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 5, 26, 28, 30 or 32, and SEQ ID NO: 6, 27, 29 A gene comprising a DNA encoding a polypeptide having an activity of converting farnesyl diphosphate substantially identical to the amino acid sequence of 31 or 33 to β-caryophyllene,
(6) a gene comprising a DNA comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 5, 26, 28, 30 or 32, wherein 1 to 50 nucleotide sequences are substituted, deleted, inserted and / or added;
(7) A gene comprising a DNA having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5, 26, 28, 30 or 32 and a DNA having a homology of 90% or more.
6). Β-caryophyllene synthase having the amino acid sequence of any one of the following (1) to (3);
(1) the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 6, 27, 29, 31 or 33,
(2) In the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 6, 27, 29, 31 or 33, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and SEQ ID NO: 6, 27, 29, An amino acid sequence having an activity of converting farnesyl diphosphate substantially identical to the amino acid sequence of 31 or 33 to β-caryophyllene,
(3) 90% or more homology with the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 6, 27, 29, 31 or 33, and substantially the same as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 6, 27, 29, 31 or 33 An amino acid sequence having the activity of converting homogeneous farnesyl diphosphate into β-caryophyllene.
7). The gene shown in any one of the following (1) to (7);
(1) a gene encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8 or 10,
(2) In the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 8 or 10, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and are substantially the same as the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 8 or 10. A gene encoding a polypeptide having an activity of converting farnesyl diphosphate to germacrene D,
(3) Activity of converting farnesyl diphosphate having a homology of 90% or more with the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 8 or 10 and substantially the same quality as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 8 or 10 into Germacrene D A gene encoding a polypeptide having
(4) a gene comprising a DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 7 or 9,
(5) Farnesyl that hybridizes under stringent conditions with a DNA comprising a base sequence complementary to the DNA comprising the base sequence described in SEQ ID NO: 7 or 9, and is substantially the same as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 6 A gene comprising a DNA encoding a polypeptide having an activity of converting diphosphate into β-caryophyllene,
(6) a gene comprising a DNA comprising a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 7 or 9, wherein 1 to 50 nucleotide sequences are substituted, deleted, inserted and / or added;
(7) A gene comprising 90% or more homology with DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 7 or 9.
8). Germacrene D synthase having the amino acid sequence of any one of the following (1) to (3):
(1) the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8 or 10,
(2) In the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 8 or 10, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and are substantially the same as the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 8 or 10. An amino acid sequence having the activity of converting farnesyl diphosphate to germane D
(3) Activity of converting farnesyl diphosphate having a homology of 90% or more with the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 8 or 10 and substantially the same quality as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 8 or 10 into Germacrene D Amino acid sequence having
9. The gene shown in any one of the following (1) to (7);
(1) a gene encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 39 or 41,
(2) In the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 39 or 41, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and are substantially the same as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 39 or 41 A gene encoding a polypeptide having an activity of converting farnesyl diphosphate to β-cubeben,
(3) Convert farnesyl diphosphate having a homology of 90% or more with the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 39 or 41 and substantially the same quality as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 39 or 41 into β-cubeben A gene encoding a polypeptide having activity,
(4) a gene consisting of DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 38 or 40,
(5) Hybridizes with a DNA comprising a nucleotide sequence complementary to the DNA comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 38 or 40 under stringent conditions and has an activity of converting farnesyl diphosphate to β-cubeben A gene comprising DNA encoding a polypeptide,
(6) a DNA comprising a nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 38 or 40, a gene comprising a DNA having 1 to 50 nucleotide sequences substituted, deleted, inserted and / or added;
(7) A gene comprising a DNA having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 38 or 40 and having a homology of 90% or more.
10. Β-cubeben synthase having the amino acid sequence of any one of the following (1) to (3);
(1) the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 39 or 41,
(2) In the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 39 or 41, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and are substantially the same as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 39 or 41 An amino acid sequence having an activity of converting farnesyl diphosphate to β-cubeben;
(3) Convert farnesyl diphosphate having a homology of 90% or more with the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 39 or 41 and substantially the same quality as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 39 or 41 into β-cubeben An amino acid sequence having activity.
11 The gene shown in any one of the following (1) to (7);
(1) a gene encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 55,
(2) Farnesyl diphosphate in which 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added in the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 55, and is substantially the same as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 55 A gene that encodes a polypeptide having an activity of converting to α-neocloben and α-humulene,
(3) Farnesyl diphosphate having 90% or more homology with the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 55 and substantially the same as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 55 is converted into α-neocloben and α-humulene A gene encoding a polypeptide having activity,
(4) a gene consisting of DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 54,
(5) Activity of hybridizing under stringent conditions with DNA consisting of a base sequence complementary to the DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 54 and converting farnesyl diphosphate into α-neocloben and α-humulene A gene comprising a DNA encoding a polypeptide having
(6) a DNA comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 54, a gene comprising DNA having 1 to 50 nucleotide sequences substituted, deleted, inserted and / or added;
(7) A gene comprising a DNA having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 54 and having a homology of 90% or more.
12 Α-neocloben / α-humulene synthase having the amino acid sequence of any one of the following (1) to (3):
(1) the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 55,
(2) Farnesyl diphosphate in which 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added in the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 55, and is substantially the same as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 55 An amino acid sequence having an activity to convert saponin to α-neocloben and α-humulene,
(3) Farnesyl diphosphate having 90% or more homology with the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 55 and substantially the same as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 55 is converted into α-neocloben and α-humulene An amino acid sequence having activity.
13. The gene shown in any one of the following (1) to (7);
(1) a gene encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 62;
(2) In the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 62, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and geranyl diphosphate is substantially the same as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 62 And a gene encoding a polypeptide having an activity to convert farnesyl diphosphate into linalool and nerolidol, respectively
(3) Geranyl diphosphate and farnesyl diphosphate having a homology of 90% or more with the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 62 and substantially the same as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 62, respectively, linalool and neroli A gene encoding a polypeptide having an activity of converting into a doll,
(4) a gene consisting of DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 61,
(5) It hybridizes under stringent conditions with a DNA comprising a nucleotide sequence complementary to the DNA comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 61, and geranyl diphosphate and farnesyl diphosphate are respectively treated with linalool and nerolidol. A gene comprising DNA encoding a polypeptide having an activity of converting to
(6) a DNA comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 61, a gene comprising DNA having 1 to 50 nucleotide sequences substituted, deleted, inserted and / or added;
(7) A gene comprising 90% or more homology with DNA comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 61.
14 Linalool / nerolidol synthase having the amino acid sequence of any one of the following (1) to (3);
(1) the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 62,
(2) In the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 62, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and geranyl diphosphate is substantially the same as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 62 And an amino acid sequence having an activity to convert farnesyl diphosphate into linalool and nerolidol, respectively.
(3) geranyl diphosphate and farnesyl diphosphate having a homology of 90% or more with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 62 and substantially the same as the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 55, respectively, linalool and neroli An amino acid sequence having the activity of converting into a doll.
15. 14. A recombinant Escherichia coli into which the gene according to any one of the preceding items 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13 has been introduced.
16. Recombinant Escherichia coli into which the following genes (1) to (2) are introduced in addition to the gene according to any one or more of the above items 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13;
(1) Mevalonate pathway gene group that synthesizes from mevalonic acid or mevalonolactone to isopentenyl diphosphate,
(2) Isopentenyl diphosphate isomerase gene.
17. The preceding paragraph, wherein the mevalonate pathway gene group for synthesizing from mevalonic acid or mevalonolactone to isopentenyl diphosphate and the isopentenyl diphosphate isomerase gene are genes derived from Streptomyces genus CL190 and / or Saccharomyces cerevisiae 16. The recombinant E. coli according to 16.
18. The recombinant E. coli according to any one of items 15 to 17 above, from a culture or a cell obtained by culturing the recombinant Escherichia coli in a medium containing mevalonic acid and / or mevalonolactone, β-caryophyllene, gelmacrene D, β-eudesmol, A method for producing a sesquiterpene, comprising obtaining β-cubeben, β-elemene, α-neocloben and α-humulene, and / or linalool and nerolidol. "

本発明は、β-カリオフィレン、ゲルマクレンD、β-オイデスモール、β-クベベン、β-エレメン、α-ネオクロベンとα-フムレン、及び/又はリナロールとネロリドールを、FPP(リナロールのみGPP)を基質として合成するタンパク質(酵素)及び該タンパク質をコードする遺伝子を提供することができた。
本発明によれば、β-カリオフィレン、ゲルマクレンD、β-オイデスモール、β-クベベン、β-エレメン、α-ネオクロベン及びα-フムレン、並びに/又はリナロールとネロリドールを大腸菌等で効率的に製造することができた。
In the present invention, β-caryophyllene, germacrene D, β-eudesmol, β-cubeben, β-elemene, α-neocloben and α-humulene, and / or linalool and nerolidol, and FPP (linalool only GPP) as a substrate A protein (enzyme) to be synthesized and a gene encoding the protein could be provided.
According to the present invention, β-caryophyllene, germacrene D, β-eudesmol, β-cubene, β-elemene, α-neocloben and α-humulene, and / or linalool and nerolidol are efficiently produced in Escherichia coli and the like. I was able to.

コシアブラ(Acanthopanax sciadophylloides Franch. et Sav.)の(a)新芽及び(b)展開しきった古い葉を表す図。バーは5 cmを表す。The figure showing (a) new shoots and (b) fully developed old leaves of Cosciabra ( Acanthopanax sciadophylloides Franch. Et Sav.). The bar represents 5 cm. AsTPS1、AsTPS2a及びAsTPS2bと既知のショウガ科植物由来セスキテルペン合成酵素(シンターゼ)のアミノ酸配列アラインメントを表す図。ZoGDSはZ. officinale Roscoe由来ゲルマクレンD合成酵素(AAX40665)を示す。 ZzZSS1及び ZzZSS2は、それぞれ、Z. zerumbet Smith由来のα-フムレン合成酵素(BAG12020)及び β-オイデスモール合成酵素(BAG12021)を示す。全てのタンパク質に共通するアミノ酸は黒塗りで示した。縮重オリゴヌクレオチドプライマーに対応する配列の下部に矢印を付した。セスキテル合成酵素に高度に保存されているRxR、DDxxD、(N/D)Dxx(S/T)xxxEモチーフはアスタリスクで示した。The figure showing the amino acid sequence alignment of AsTPS1, AsTPS2a and AsTPS2b and the known ginger plant sesquiterpene synthase (synthase). ZoGDS represents a Z. officinale Roscoe-derived germane D-synthesizing enzyme (AAX40665). ZzZSS1 and ZzZSS2 represent α-humulene synthase (BAG12020) and β-eudesmol synthase (BAG12021) derived from Z. zerumbet Smith, respectively. Amino acids common to all proteins are shown in black. An arrow is added below the sequence corresponding to the degenerate oligonucleotide primer. The RxR, DDxxD, and (N / D) Dxx (S / T) xxxE motifs highly conserved in sesquitel synthase are indicated by asterisks. プラスミドpET-AsTps1、pET-AsTps2a、及びpET-AsTps2bの構造を表す図。AsTps1のORFに相当するcDNA(1,668 bp)、AsTps2aのORFに相当するcDNA(1,668 bp)、及びAsTps2bのORFに相当するcDNA(1,668 bp)が、それぞれ、ベクターpETDuet-1のNdeI-XhoI間に挿入されている。The figure showing the structure of plasmid pET-AsTps1, pET-AsTps2a, and pET-AsTps2b. A cDNA corresponding to the ORF of AsTps1 (1,668 bp), a cDNA corresponding to the ORF of AsTps2a (1,668 bp), and a cDNA corresponding to the ORF of AsTps2b (1,668 bp), respectively, Nde I- Xho I of the vector pETDuet-1 Is inserted in between. GC-MSを用いた大腸菌のセスキテルペン生成物の分析結果を表す図。(a)AsTps1を含むプラスミドpET-AsTps1とプラスミドpAC-Mev/Scidiを保持する大腸菌株の酢酸エチル抽出液のクロマトグラム。新規なピーク1を矢印で示した。(b)AsTps1を含まないベクターpET21aとプラスミドpAC-Mev/Scidiを保持する大腸菌株酢酸エチル抽出液のクロマトグラム(コントロール)。(c)aの矢印で示したピーク1(上図)及びβ-カリオフィレンの標準品(下図)のマススペクトル。The figure showing the analysis result of the sesquiterpene product of colon_bacillus | E._coli using GC-MS. (a) Chromatogram of an ethyl acetate extract of an Escherichia coli strain carrying plasmid pET-AsTps1 containing AsTps1 and plasmid pAC-Mev / Scidi. A new peak 1 is indicated by an arrow. (b) Chromatogram (control) of an ethyl acetate extract of Escherichia coli strain carrying vector pET21a not containing AsTps1 and plasmid pAC-Mev / Scidi. (c) Mass spectrum of peak 1 (upper figure) indicated by the arrow a and standard β-caryophyllene (lower figure). GC-MSを用いた大腸菌のセスキテルペン生成物の分析結果を表す図。zuAsTps2aを含むプラスミドpET-AsTps2aとプラスミドpAC-Mev/Scidiを保持する大腸菌株の酢酸エチル抽出液のクロマトグラム。(a)AsTps2aを含むプラスミドpET-AsTps2a及びプラスミドpAC-Mev/Scidiを保持する大腸菌株の酢酸エチル抽出液のクロマトグラム。新規なピーク2を矢印で示した。(b)AsTps2bを含むプラスミドpET-AsTps2bとプラスミドpAC-Mev/Scidiを保持する大腸菌株の酢酸エチル抽出液のクロマトグラム。新規なピーク3を矢印で示した。(c)AsTps2を含まないベクターpET21aとプラスミドpAC-Mev/Scidiを保持する大腸菌株酢酸エチル抽出液のクロマトグラム(コントロール)。(d)(a)および(b)の矢印で示したピーク2及び3(上、中図)及びゲルマクレンDの標準品(下図)のマススペクトル。The figure showing the analysis result of the sesquiterpene product of colon_bacillus | E._coli using GC-MS. A chromatogram of an ethyl acetate extract of an Escherichia coli strain carrying plasmid pET-AsTps2a containing zu AsTps2a and plasmid pAC-Mev / Scidi. (a) Chromatogram of an ethyl acetate extract of an Escherichia coli strain carrying plasmid pET-AsTps2a containing AsTps2a and plasmid pAC-Mev / Scidi. A new peak 2 is indicated by an arrow. (b) Chromatogram of an ethyl acetate extract of an Escherichia coli strain carrying plasmid pET-AsTps2b containing AsTps2b and plasmid pAC-Mev / Scidi. A new peak 3 is indicated by an arrow. (c) Chromatogram (control) of an ethyl acetate extract of Escherichia coli strain carrying the vector pET21a not containing AsTps2 and the plasmid pAC-Mev / Scidi. (d) Mass spectra of peaks 2 and 3 (upper and middle) indicated by arrows of (a) and (b) and a standard product of Germacrene D (lower). 本発明で生産可能なセスキテルペンである、β-カリオフィレン、ゲルマクレンD、及び、β-オイデスモールの化学構造とファルネシル二リン酸(FPP)からの生合成を示す図。図中のAsTPS2はAsTPS2a又はAsTPS2bを示し、CzTPS1はCzTPS1a又はCzTPS1bを示す。The figure which shows the biosynthesis from the chemical structure and farnesyl diphosphate (FPP) of (beta) -caryophyllene, germaclene D, and (beta) -eudesmol which are sesquiterpenes which can be produced by this invention. In the figure, AsTPS2 indicates AsTPS2a or AsTPS2b, and CzTPS1 indicates CzTPS1a or CzTPS1b. 紫ウコン(ガジュツ;Curcuma zedoaria Roscoe)の植物体及び各器官[葉(leaf)、根茎(rhizome)及び根(root)]を表す図。バーは5cmを表す。The figure showing the plant body and each organ [leaf (rhizome) and root (root)] of purple turmeric (Gadju; Curcuma zedoaria Roscoe). Bar represents 5 cm. CzTPS1a及びCzTPS1bと既知のショウガ科植物由来セスキテルペン合成酵素(シンターゼ)のアミノ酸配列アラインメントを表す図。ZoGDSはZ. officinale Roscoe由来ゲルマクレンD合成酵素(AAX40665)を示す。 ZzZSS1及び ZzZSS2は、それぞれ、Z. zerumbet Smith由来のα-フムレン合成酵素(BAG12020)及び β-オイデスモール合成酵素(BAG12021)を示す。全てのタンパク質に共通するアミノ酸は黒塗りで示した。縮重オリゴヌクレオチドプライマーに対応する配列の下部に矢印を付した。セスキテルペン合成酵素に高度に保存されているRxR、DDxxD、(N/D)Dxx(S/T)xxxEモチーフはアスタリスクで示した。The figure showing the amino acid sequence alignment of CzTPS1a and CzTPS1b and the known ginger plant sesquiterpene synthase (synthase). ZoGDS represents Z. officinale Roscoe-derived germane D-synthesizing enzyme (AAX40665). ZzZSS1 and ZzZSS2 represent α-humulene synthase (BAG12020) and β-eudesmol synthase (BAG12021) derived from Z. zerumbet Smith, respectively. Amino acids common to all proteins are shown in black. An arrow is added below the sequence corresponding to the degenerate oligonucleotide primer. RxR, DDxxD, and (N / D) Dxx (S / T) xxxE motifs highly conserved in sesquiterpene synthase are indicated by asterisks. プラスミドpET-CzTps1a及びpET-CzTps1bの構造を表す図。CzTps1aのORFに相当するcDNA(1,644 bp)及びCzTps1bのORFに相当するcDNA(1,644 bp)が、それぞれ、ベクターpETDuet-1のNdeI-KpnI間に挿入されている。The figure showing the structure of plasmid pET-CzTps1a and pET-CzTps1b. CDNA corresponding to the ORF of CzTps1a (1,644 bp) and cDNA corresponding to ORF of CzTps1b (1,644 bp), respectively, are inserted between the vector pETDuet-1 of Nde I- Kpn I. GC-MSを用いた大腸菌のセスキテルペン生成物の分析結果を表す図。(a)CzTps1aを含むプラスミドpET-CzTps1aとプラスミドpAC-Mev/Scidiを保持する大腸菌株の酢酸エチル抽出液のクロマトグラム。新規なピーク4を矢印で示した。(b) pET-CzTps1bとプラスミドpAC-Mev/Scidiを保持する大腸菌株の酢酸エチル抽出液のクロマトグラム。新規なピーク5を矢印で示した。(c)CzTps1を含まないベクターpET21aとプラスミドpAC-Mevを保持する大腸菌株のドデカン抽出液のクロマトグラム(コントロール)。(d)(a)及び(b)内で 矢印で示したピーク4及び5(上、中図)及びβ-オイデスモール標準品(下図)のマススペクトル。The figure showing the analysis result of the sesquiterpene product of colon_bacillus | E._coli using GC-MS. (a) Chromatogram of an ethyl acetate extract of an Escherichia coli strain carrying plasmid pET-CzTps1a containing CzTps1a and plasmid pAC-Mev / Scidi. A new peak 4 is indicated by an arrow. (b) Chromatogram of ethyl acetate extract of E. coli strain carrying pET-CzTps1b and plasmid pAC-Mev / Scidi. A new peak 5 is indicated by an arrow. (c) Chromatogram (control) of dodecane extract of Escherichia coli strain carrying the vector pET21a not containing CzTps1 and the plasmid pAC-Mev. (d) Mass spectra of peaks 4 and 5 (upper and middle) indicated by arrows in (a) and (b) and β-eudesmol standard (lower). ウコギ科(Araliaceae)のヒメウコギ(ウコギ;Acanthopanax sieboldianus)の新芽と古い葉を表す図。バーは5 cmを表す。It shoots a diagram representing the old leaves; (Acanthopanax sieboldianus Araliaceae) Himeukogi of Araliaceae (Araliaceae). The bar represents 5 cm. AsiTPS1a、AsiTPS1b、AsiTPS1c及びAsiTPS1dと既知のショウガ科植物由来セスキテルペン合成酵素(シンターゼ)のアミノ酸配列アラインメントを表す図。ZoGDSはZ. officinale Roscoe由来ゲルマクレンD合成酵素(AAX40665)を示す。 ZzZSS1及び ZzZSS2は、それぞれ、Z. zerumbet Smith由来のα-フムレン合成酵素(BAG12020)及び β-オイデスモール合成酵素(BAG12021)を示す。全てのタンパク質に共通するアミノ酸は黒塗りで示した。縮重オリゴヌクレオチドプライマーに対応する配列の下部に矢印を付した。セスキテルペン合成酵素に高度に保存されているRxR、DDxxD、(N/D)Dxx(S/T)xxxEモチーフはアスタリスクで示した。The figure showing the amino acid sequence alignment of AsiTPS1a, AsiTPS1b, AsiTPS1c and AsiTPS1d and the known ginger plant sesquiterpene synthase (synthase). ZoGDS represents Z. officinale Roscoe-derived germane D-synthesizing enzyme (AAX40665). ZzZSS1 and ZzZSS2 represent α-humulene synthase (BAG12020) and β-eudesmol synthase (BAG12021) derived from Z. zerumbet Smith, respectively. Amino acids common to all proteins are shown in black. An arrow is added below the sequence corresponding to the degenerate oligonucleotide primer. RxR, DDxxD, and (N / D) Dxx (S / T) xxxE motifs highly conserved in sesquiterpene synthase are indicated by asterisks. プラスミドpET-AsiTps1a、pET-AsiTps1b、pET-AsiTps1c及びpET-AsiTps1dの構造を表す図。AsiTps1aAsiTps1bAsiTps1c及びAsiTps1dのORFに相当するcDNA(いずれも1,671 bp)が、それぞれ、ベクターpETDuet-1のNdeI-XhoI間に挿入されている。The figure showing the structure of plasmid pET-AsiTps1a, pET-AsiTps1b, pET-AsiTps1c, and pET-AsiTps1d. AsiTps1a, AsiTps1b, cDNA corresponding to the ORF of AsiTps1c and AsiTps1d (both 1,671 bp), respectively, are inserted between the vector pETDuet-1 of Nde I- Xho I. GC-MSを用いた大腸菌のセスキテルペン生成物の分析結果を表す図。(a)プラスミドpET-AsiTps1a、(b)プラスミドpET-AsiTps1b、(c)プラスミドpET-AsiTps1c、(d)プラスミドpET-AsiTps1dを保持し、さらにプラスミドpAC-Mev/Scidiを保持する大腸菌株の酢酸エチル抽出液のクロマトグラム。新規なピーク6〜9を矢印で示した。(e) AsiTps1を含まないベクターpET21aとプラスミドpAC-Mev/Scidiを保持する大腸菌株の酢酸エチル抽出液のクロマトグラム(コントロール)。The figure showing the analysis result of the sesquiterpene product of colon_bacillus | E._coli using GC-MS. (a) Plasmid pET-AsiTps1a, (b) Plasmid pET-AsiTps1b, (c) Plasmid pET-AsiTps1c, (d) Plasmid pET-AsiTps1d Chromatogram of the extract. New peaks 6-9 are indicated by arrows. (e) AsiTps1 do not contain the vector pET21a plasmid pAC-Mev / Scidi chromatogram of ethyl acetate extracts of E. coli strains harboring (control). (f)(a)〜(d)内で 矢印で示したピーク6〜9(最上図〜下から2番目の図)及びβ-カリオフィレン標準品(最下図)のマススペクトル。(f) Mass spectra of peaks 6 to 9 (the top diagram to the second diagram from the bottom) and β-caryophyllene standard products (the bottom diagram) indicated by arrows in (a) to (d). 本発明で生産可能なセスキテルペンである、β-カリオフィレン(β-Caryophyllene)、β-クベベン(β-Cubebene)、β-エレメン(β-Elemene)、α-ネオクロベン(α-Neoclovene)、及び、α-フムレン(α-Humulene)の化学構造とファルネシル二リン酸(FPP)からの生合成を示し、さらにリナロール(Linalool)の化学構造とゲラニル二リン酸(GPP)からの生合成を示す図。図中のAsiTPS1はAsiTPS1a、AsiTPS1b、AsiTPS1c又はAsiTPS1dを示し、AeTPS1はAeTPS1a又はAeTPS1bを示し、AcTPS1はAcTPS1a、AcTPS1b、AcTPS1c又はAcTPS1dを示し、AcTPS2はAcTPS2のみを示し、AscTPS3はAscTPS3のみを示す。Β-Caryophyllene, β-Cubebene, β-Elemene, α-Neoclovene, and α, which are sesquiterpenes that can be produced in the present invention The figure which shows the chemical structure and biosynthesis from farnesyl diphosphate (FPP) of -humulene (α-Humulene), and also the chemical structure of linalool (Linalool) and biosynthesis from geranyl diphosphate (GPP). In the figure, AsiTPS1 indicates AsiTPS1a, AsiTPS1b, AsiTPS1c or AsiTPS1d, AeTPS1 indicates AeTPS1a or AeTPS1b, AcTPS1 indicates AcTPS1a, AcTPS1b, AcTPS1c or AcTPS3, only TPS2 ウコギ科(Araliaceae)のタラノキ(Aralia elata)の新芽と古い葉を表す図。バーは5 cmを表す。The figure showing the new bud and the old leaf of Aralia elata of Araliaceae. The bar represents 5 cm. AeTPS1a及びAeTPS1bと既知のショウガ科植物由来セスキテルペン合成酵素(シンターゼ)のアミノ酸配列アラインメントを表す図。ZoGDSはZ. officinale Roscoe由来ゲルマクレンD合成酵素(AAX40665)を示す。 ZzZSS1及び ZzZSS2は、それぞれ、Z. zerumbet Smith由来のα-フムレン合成酵素(BAG12020)及び β-オイデスモール合成酵素(BAG12021)を示す。全てのタンパク質に共通するアミノ酸は黒塗りで示した。縮重オリゴヌクレオチドプライマーに対応する配列の下部に矢印を付した。セスキテルペン合成酵素に高度に保存されているRxR、DDxxD、(N/D)Dxx(S/T)xxxEモチーフはアスタリスクで示した。The figure showing the amino acid sequence alignment of AeTPS1a and AeTPS1b and the known ginger plant sesquiterpene synthase (synthase). ZoGDS represents Z. officinale Roscoe-derived germane D-synthesizing enzyme (AAX40665). ZzZSS1 and ZzZSS2 represent α-humulene synthase (BAG12020) and β-eudesmol synthase (BAG12021) derived from Z. zerumbet Smith, respectively. Amino acids common to all proteins are shown in black. An arrow is added below the sequence corresponding to the degenerate oligonucleotide primer. RxR, DDxxD, and (N / D) Dxx (S / T) xxxE motifs highly conserved in sesquiterpene synthase are indicated by asterisks. プラスミドpET-AeTps1a及びpET-AeTps1bの構造を表す図。AeTps1a及びAeTps1bのORFに相当するcDNA(いずれも1,665 bp)が、それぞれ、ベクターpETDuet-1のNdeI-XhoI間に挿入されている。The figure showing the structure of plasmid pET-AeTps1a and pET-AeTps1b. CDNA corresponding to the ORF of AeTps1a and AeTps1b (both 1,665 bp), respectively, are inserted between the vector pETDuet-1 of Nde I- Xho I. GC-MSを用いた大腸菌のセスキテルペン生成物の分析結果を表す図。(a)プラスミドpET-AeTps1a、(b)プラスミドpET-AeTps1bを保持し、さらにプラスミドpAC-Mev/Scidiを保持する大腸菌株の酢酸エチル抽出液のクロマトグラム。新規なピーク10、11を矢印で示した。(c) AeTps1を含まないベクターpET21aとプラスミドpAC-Mev/Scidiを保持する大腸菌株の酢酸エチル抽出液のクロマトグラム(コントロール)。(d)(a)、(b)内で 矢印で示したピーク10、11(上図、中図)及びβ-クベベン(データベース)(β-cubebene;下図)のマススペクトル。The figure showing the analysis result of the sesquiterpene product of colon_bacillus | E._coli using GC-MS. (a) Chromatogram of an ethyl acetate extract of an Escherichia coli strain carrying plasmid pET-AeTps1a, (b) plasmid pET-AeTps1b and further carrying plasmid pAC-Mev / Scidi. New peaks 10 and 11 are indicated by arrows. (c) AeTps1 do not contain the vector pET21a plasmid pAC-Mev / Scidi chromatogram of ethyl acetate extracts of E. coli strains harboring (control). (d) Mass spectra of peaks 10 and 11 (upper and middle) indicated by arrows in (a) and (b) and β-cubebene (database) (β-cubebene; lower). ウコギ科(Araliaceae)のウド(Aralia cordata)の新芽と古い葉を表す図。バーは5 cmを表す。The figure showing the new bud and the old leaf of the arboraceae (Araliaceae) Udo ( Aralia cordata ). The bar represents 5 cm. AcTPS1a、AcTPS1b、AcTPS1c及びAcTPS1d、及びAcTPS2と既知のショウガ科植物由来セスキテルペン合成酵素(シンターゼ)のアミノ酸配列アラインメントを表す図。ZoGDSはZ. officinale Roscoe由来ゲルマクレンD合成酵素(AAX40665)を示す。 ZzZSS1及び ZzZSS2は、それぞれ、Z. zerumbet Smith由来のα-フムレン合成酵素(BAG12020)及び β-オイデスモール合成酵素(BAG12021)を示す。全てのタンパク質に共通するアミノ酸は黒塗りで示した。縮重オリゴヌクレオチドプライマーに対応する配列の下部に矢印を付した。セスキテルペン合成酵素に高度に保存されているRxR、DDxxD、(N/D)Dxx(S/T)xxxEモチーフはアスタリスクで示した。The figure showing the amino acid sequence alignment of AcTPS1a, AcTPS1b, AcTPS1c, AcTPS1d, and AcTPS2 and the known ginger plant sesquiterpene synthase (synthase). ZoGDS represents Z. officinale Roscoe-derived germane D-synthesizing enzyme (AAX40665). ZzZSS1 and ZzZSS2 represent α-humulene synthase (BAG12020) and β-eudesmol synthase (BAG12021) derived from Z. zerumbet Smith, respectively. Amino acids common to all proteins are shown in black. An arrow is added below the sequence corresponding to the degenerate oligonucleotide primer. RxR, DDxxD, and (N / D) Dxx (S / T) xxxE motifs highly conserved in sesquiterpene synthase are indicated by asterisks. プラスミドpET-AcTps1a、pET-AcTps1b、pET-AcTps1c及びpET-AcTps1d、及びpET-AcTps2の構造を表す図。AcTps1aAcTps1bAcTps1c及びAcTps1d、及びAcTps2のORFに相当するcDNA(いずれも1,668 bp)が、それぞれ、ベクターpETDuet-1のFseI-XhoI間に挿入されている。The figure showing the structure of plasmid pET-AcTps1a, pET-AcTps1b, pET-AcTps1c, pET-AcTps1d, and pET-AcTps2. AcTps1a, AcTps1b, AcTps1c and AcTps1d, and cDNA (both 1,668 bp) corresponding to the ORF of AcTps2, respectively, are inserted between the vector pETDuet-1 of Fse I- Xho I. GC-MSを用いた大腸菌のセスキテルペン生成物の分析結果を表す図。(a)プラスミドpET-AcTps1a、(b)プラスミドpET-AcTps1bを保持し、(c)プラスミドpET-AcTps1cを保持し、(d)プラスミドpET-AcTps1dを保持し、さらにプラスミドpAC-Mev/Scidiを保持する大腸菌株の酢酸エチル抽出液のクロマトグラム。新規なピーク12〜15を矢印で示した。(e) AcTps1を含まないベクターpET21aとプラスミドpAC-Mev/Scidiを保持する大腸菌株の酢酸エチル抽出液のクロマトグラム(コントロール)。The figure showing the analysis result of the sesquiterpene product of colon_bacillus | E._coli using GC-MS. (a) Plasmid pET-AcTps1a, (b) Plasmid pET-AcTps1b, (c) Plasmid pET-AcTps1c, (d) Plasmid pET-AcTps1d, and plasmid pAC-Mev / Scidi Chromatogram of an ethyl acetate extract of Escherichia coli strains. New peaks 12-15 are indicated by arrows. (e) AcTps1 do not contain the vector pET21a plasmid pAC-Mev / Scidi chromatogram of ethyl acetate extracts of E. coli strains harboring (control). (f)(a)〜(d)内で 矢印で示したピーク12〜15(最上図〜下から2番目の図)及びβ-エレメン(β-elemene;標準品)(最下図)のマススペクトル。(f) Mass spectra of peaks 12 to 15 (top figure to second figure from the bottom) and β-elemene (standard product) (bottom figure) indicated by arrows in (a) to (d) . GC-MSを用いた大腸菌のセスキテルペン生成物の分析結果を表す図。(a)プラスミドpET-AcTps2を保持し、さらにプラスミドpAC-Mev/Scidiを保持する大腸菌株の酢酸エチル抽出液のクロマトグラム。新規なピーク16、17を矢印で示した。(b) AcTps2を含まないベクターpET21aとプラスミドpAC-Mev/Scidiを保持する大腸菌株の酢酸エチル抽出液のクロマトグラム(コントロール)。(c)(a)内で 矢印で示したピーク17(上図)及びα-フムレン(α-humulene;標準品)(下図)のマススペクトル。(d)(a)内で 矢印で示したピーク16(上図)及びα-ネオクロベン(α-neoclovene;データベース)(下図)のマススペクトル。The figure showing the analysis result of the sesquiterpene product of colon_bacillus | E._coli using GC-MS. (a) Chromatogram of an ethyl acetate extract of an Escherichia coli strain carrying plasmid pET-AcTps2 and further carrying plasmid pAC-Mev / Scidi. New peaks 16 and 17 are indicated by arrows. (b) AcTps2 do not contain the vector pET21a plasmid pAC-Mev / Scidi chromatogram of ethyl acetate extracts of E. coli strains harboring (control). (c) Mass spectrum of peak 17 (upper figure) and α-humulene (standard product) (lower figure) indicated by arrows in (a). (d) Mass spectrum of peak 16 (upper figure) and α-neoclovene (α-neoclovene; database) (lower figure) indicated by arrows in (a). AscTPS3(この図ではAsTPS3と記載)と既知のショウガ科植物由来セスキテルペン合成酵素(シンターゼ)のアミノ酸配列アラインメントを表す図。ZoGDSはZ. officinale Roscoe由来ゲルマクレンD合成酵素(AAX40665)を示す。 ZzZSS1及び ZzZSS2は、それぞれ、Z. zerumbet Smith由来のα-フムレン合成酵素(BAG12020)及び β-オイデスモール合成酵素(BAG12021)を示す。全てのタンパク質に共通するアミノ酸は黒塗りで示した。縮重オリゴヌクレオチドプライマーに対応する配列の下部に矢印を付した。セスキテルペン合成酵素に高度に保存されているRxR、DDxxD、(N/D)Dxx(S/T)xxxEモチーフはアスタリスクで示した。The figure which represents the amino acid sequence alignment of AscTPS3 (it describes as AsTPS3 in this figure) and the known ginger family sesquiterpene synthase (synthase). ZoGDS represents Z. officinale Roscoe-derived germane D-synthesizing enzyme (AAX40665). ZzZSS1 and ZzZSS2 represent α-humulene synthase (BAG12020) and β-eudesmol synthase (BAG12021) derived from Z. zerumbet Smith, respectively. Amino acids common to all proteins are shown in black. An arrow is added below the sequence corresponding to the degenerate oligonucleotide primer. RxR, DDxxD, and (N / D) Dxx (S / T) xxxE motifs highly conserved in sesquiterpene synthase are indicated by asterisks. プラスミドpET-AscTps3の構造を表す図。AscTps3のORFに相当するcDNA(いずれも1,749 bp)が、それぞれ、ベクターpETDuet-1のNdeI-KpnI間に挿入されている。The figure showing the structure of plasmid pET-AscTps3. CDNA corresponding to the ORF of AscTps3 (both 1,749 bp), respectively, are inserted between the vector pETDuet-1 of Nde I- Kpn I. GC-MSを用いた大腸菌のモノテルペン/セスキテルペン生成物の分析結果を表す図。(a)プラスミドpET-AscTps3を保持し、さらにプラスミドpAC-Mev/Scidiを保持する大腸菌株の酢酸エチル抽出液のクロマトグラム。新規なピーク18、19を矢印で示した。(b) AscTps3を含まないベクターpET21aとプラスミドpAC-Mev/Scidiを保持する大腸菌株の酢酸エチル抽出液のクロマトグラム(コントロール)。(c)(a)内で 矢印で示したピーク18(上図)及びリナロール(linalool;標準品)(下図)のマススペクトル。(d)(a)内で 矢印で示したピーク19(上図)及びネロリドール(nerolidol;標準品)(下図)のマススペクトル。The figure showing the analysis result of the monoterpene / sesquiterpene product of Escherichia coli using GC-MS. (a) Chromatogram of an ethyl acetate extract of an Escherichia coli strain carrying plasmid pET-AscTps3 and further carrying plasmid pAC-Mev / Scidi. New peaks 18 and 19 are indicated by arrows. (b) AscTps3 do not contain the vector pET21a plasmid pAC-Mev / Scidi chromatogram of ethyl acetate extracts of E. coli strains harboring (control). (c) Mass spectrum of peak 18 (upper figure) and linalool (standard product) (lower figure) indicated by arrows in (a). (d) Mass spectrum of peak 19 (upper figure) and nerolidol (standard product) (lower figure) indicated by arrows in (a).

以下に、本発明を詳細に説明する。   The present invention is described in detail below.

(1.メバロン酸経路遺伝子群)
培地中に添加されたD-メバロノラクトン(D-mevalonolactone;MVL;自然にD-メバロン酸に変換される)を利用するためには、それを基質とするメバロン酸キナーゼから始まる4つのメバロン酸経路遺伝子、すなわち、メバロン酸キナーゼ(mevalonate kinase;MVA kinase)、ホスホメバロン酸キナーゼ(phosphomevalonate kinase; PMVA kinase)、ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ(diphosphomevalonate decarboxylase;DPMVA decarboxylase)とIPPイソメラーゼ(Idi;IPP isomerase)が必要である。
Idiには互いに構造が異なる、1型(type 1)と2型(type 2)のものが存在している。どちらのIdiを用いてもよいが、本発明者らは下記実施例では両方のIdiを用いた。本発明者らが実施例で用いたストレプトミセス(Streptomyces)属CL190株由来のメバロン酸経路遺伝子群(非特許文献5;Accession no AB037666)では、MVA kinase、DPMVA decarboxylase、PMVA kinase、2型IPP isomerase遺伝子がこの順番で遺伝子群を形成していたので、この遺伝子群をそのままの形で大腸菌ベクターpACYC184[クロラムフェニコール(Cm)耐性]に挿入し、プラスミドpAC-Mevを作製した(参照:非特許文献7)。
本遺伝子群に含まれる2型idi遺伝子に加えて、1型のidi遺伝子(たとえばサッカロミセス・セレビシエのScidi)をさらに加えると、組換え大腸菌内でFPPの生産量が若干増量されることが公知であるので(参照:非特許文献7)、プラスミドpAC-MevにScidi遺伝子も挿入したプラスミドpAC-Mev/Scidiを作製し(参照:非特許文献7)、該プラスミドを実施例で用いた。
また、メバロン酸経路遺伝子群のソースに関し、発明者らは、下記実施例ではストレプトミセス属CL190株由来のものを用いたが、酵母や他の細菌由来の相当遺伝子群を用いることもできる(参照:非特許文献8)。
また、本実施例では、培地中にD-メバロノラクトン(MVL)を添加し、それを基質とするメバロン酸キナーゼから始まる4つのメバロン酸経路遺伝子を用いた。しかし、さらに上流のメバロン酸経路遺伝子群も同時に導入し、上流の酵素の基質を添加することも可能である。例えば、発明者らは、以前、D-メバロノラクトンより安価なアセト酢酸塩(たとえばlithium acetoacetate)を資化できるメバロン酸経路遺伝子群を組換え大腸菌に導入し、アセト酢酸塩を培地に添加して、α-フムレン等のイソプレノイドを効率生産できることを確認している(参照:非特許文献7)。
(1. Mevalonate pathway gene group)
To use D-mevalonolactone (MVL; naturally converted to D-mevalonate) added to the medium, four mevalonate pathway genes starting from mevalonate kinase using it as a substrate That is, mevalonate kinase (MVA kinase), phosphomevalonate kinase (PMVA kinase), diphosphomevalonate decarboxylase (DPMVA decarboxylase) and IPP isomerase (Idi; IPP isomerase) are required.
There are two types of Idi, type 1 and type 2, which have different structures. Either Idi may be used, but the present inventors used both Idi in the following examples. In the mevalonate pathway gene group (Non-patent Document 5; Accession no AB037666) derived from the Streptomyces genus CL190 strain used in the Examples by the present inventors, MVA kinase, DPMVA decarboxylase, PMVA kinase, type 2 IPP isomerase Since the genes formed a gene group in this order, this gene group was inserted as it was into the E. coli vector pACYC184 [chloramphenicol (Cm) resistance] to create a plasmid pAC-Mev (see: non-reference) Patent Document 7).
In addition to the type 2 idi gene contained in this gene group, it is known that further addition of type 1 idi gene (for example, Scidi of Saccharomyces cerevisiae) will slightly increase FPP production in recombinant E. coli. Therefore, the plasmid pAC-Mev / Scidi in which the Scidi gene was also inserted into the plasmid pAC-Mev was prepared (Reference: Non-Patent Document 7), and this plasmid was used in the Examples.
Further, regarding the source of the mevalonate pathway gene group, the inventors used those derived from Streptomyces genus CL190 strain in the following examples, but it is also possible to use a corresponding gene group derived from yeast or other bacteria (see : Non-patent document 8).
In this example, D-mevalonolactone (MVL) was added to the medium, and four mevalonate pathway genes starting from mevalonate kinase were used. However, it is also possible to simultaneously introduce upstream mevalonate pathway genes and add upstream enzyme substrates. For example, the inventors previously introduced mevalonate pathway genes that can assimilate acetoacetate (e.g. lithium acetoacetate) cheaper than D-mevalonolactone into recombinant E. coli, and added acetoacetate to the medium, It has been confirmed that isoprenoids such as α-humulene can be efficiently produced (see Non-Patent Document 7).

{2.セスキテルペン合成酵素(セスキテルペンシンターゼ)}
セスキテルペンは、植物や微生物等(植物が主体)からすでに7,000種以上が単離され、化学構造は公知である。しかし、多くのセスキテルペン合成酵素(シンターゼ)遺伝子が未知である(参照:非特許文献8)。触媒機能が明らかになっている植物等のセスキテルペン合成酵素(及びそれをコードする遺伝子)の例として、アメリカオオモミ(ベイモミ;grand fir)から単離されたδ-セリネン合成酵素やγ-フムレン合成酵素遺伝子(C. L. Steele, J. Crock, J. Bohlmann, R. Croteau, Sesquiterpene synthases from grand fir (Abies grandis). Comparison of constitutive and wound-induced activities, and cDNA isolation, characterization, and bacterial expression of δ-selinene synthase and γ-humulene synthase. J. Biol. Chem. 273:2078-2089, 1998)がある。
ウコギ科(Araliaceae)に属する植物由来のセスキテルペン合成酵素(及びその遺伝子)は公知ではなかった。ショウガ科(Zingiberaceae)に属する植物では、ショウガ(生姜;Zingiber officinale)から、セスキテルペン合成酵素としてはゲルマクレンD合成酵素(germacrene D synthase)遺伝子(ZoGeD;非特許文献1)、β-ビサボレン合成酵素(β-bisabolene synthase)遺伝子(ZoTPS1;特許文献1、非特許文献2)、γ-アモルフェン合成酵素(γ-amorphene synthase)遺伝子(ZoTPS5;特許文献1)が単離され、その構造と機能解析が行われた。また、同じショウガ属植物であるハナショウガ(Shampoo ginger; Zingiber zerumbet)から、α-フムレン合成酵素(α-humulene synthase)遺伝子(ZzZSS1)やβ-オイデスモール合成酵素(β-eudesmol synthase)遺伝子(ZzZSS2)が単離され、その構造と機能解析が行われた(参照:非特許文献3、4)。ショウガ科植物では、これら以外のセスキテルペン合成酵素(及びその遺伝子)は公知ではなかった。
本発明では、コシアブラ(Acanthopanax sciadophylloides Franch. et Sav.)の新芽、及び、紫ウコン(ガジュツ;Curcuma zedoaria Roscoe)の根茎(rhizome)に発現している種々のセスキテルペン合成酵素遺伝子候補の全長cDNA断片を取得した。これらのcDNA断片を大腸菌ベクターpETDuet-1(Novagen社製;アンピシリン(Ap)耐性)に挿入したプラスミド(一例がpET-AsTps1、pET-AsTps2a、pET-AsTps2b、pET-CzTps1a、及びpET-CzTps1b)を作製した。
{2. Sesquiterpene synthase (sesquiterpene synthase)}
More than 7,000 sesquiterpenes have already been isolated from plants and microorganisms (mainly plants), and their chemical structures are known. However, many sesquiterpene synthase (synthase) genes are unknown (see non-patent document 8). Examples of sesquiterpene synthase (and the gene that encodes it) of plants and the like whose catalytic function has been clarified include δ-selinen synthase and γ-humulene isolated from American fir (grandfir; grand fir) Synthetic enzyme genes (CL Steele, J. Crock, J. Bohlmann, R. Croteau, Sesquiterpene synthases from grand fir (Abies grandis). Comparison of constitutive and wound-induced activities, and cDNA isolation, characterization, and bacterial expression of δ- selinene synthase and γ-humulene synthase. J. Biol. Chem. 273: 2078-2089, 1998).
A sesquiterpene synthase (and its gene) derived from a plant belonging to Araliaceae has not been known. In plants belonging to the family Gingidae (Zingiberaceae), from ginger (ginger; Zingiber officinale ), as a sesquiterpene synthase, a germacrene D synthase gene (germacrene D synthase) gene ( ZoGeD ; non-patent document 1), β-bisabolene synthase ( β-bisabolene synthase) gene ( ZoTPS1 ; Patent Document 1, Non-patent Document 2) and γ-amorphene synthase gene ( ZoTPS5 ; Patent Document 1) were isolated and analyzed for their structure and function. It was broken. In addition, from the same ginger plant, Shampoo ginger ( Zingiber zerumbet ), α-humulene synthase gene ( ZzZSS1 ) and β-eudesmol synthase gene ( ZzZSS2 ) ) Was isolated and analyzed for its structure and function (see Non-Patent Documents 3 and 4). In ginger family plants, sesquiterpene synthase (and its gene) other than these was not known.
In the present invention, Koshiabura sprouts, and turmeric purple (Acanthopanax sciadophylloides Franch et Sav.. ) ( Zedoary; Curcuma zedoaria Roscoe) full-length cDNA fragments of various sesquiterpene synthase gene candidates expressing the rhizome (rhizome) of Acquired. Plasmids (for example, pET-AsTps1, pET-AsTps2a, pET-AsTps2b, pET-CzTps1a, and pET-CzTps1b) inserted with these cDNA fragments into the E. coli vector pETDuet-1 (Novagen; ampicillin (Ap) resistant) Produced.

(3.プラスミドを導入した大腸菌の培養及びセスキテルペンの生産)
上記「2」で作製した、セスキテルペン合成酵素遺伝子候補の全長cDNA断片を大腸菌ベクターpETDuet-1(Novagen社製)に挿入したプラスミド(一例がpET-AsTps1、pET-AsTps2a、pET-AsTps2b、pET-CzTps1a、及びpET-CzTps1b;Ap耐性)の各々について、上記「1」で作製したプラスミドpAC-Mev/Scidi(Cm耐性)と共に大腸菌BL21(DE3)に導入し、ApとCmの2つに薬剤に対して耐性の組換え大腸菌を作製した。
得られた組換え大腸菌を、D-メバロノラクトン(MVL;濃度の1例は0.5 mg/mL)を培地に加えて培養を行った。その際、大腸菌に導入されたセスキテルペン合成酵素遺伝子候補のcDNA断片が実際にセスキテルペン合成酵素を合成できる場合は、その合成酵素の働きにより、組換え大腸菌はセスキテルペンを生産するようになる。
プラスミドpET-AsTps1を有する組換え大腸菌がβ-カリオフィレンを合成すること、すなわちそのプラスミドに挿入されたcDNA(AsTps1遺伝子と命名;この塩基配列は配列番号5に示されている)がβ-カリオフィレン合成酵素(AsTPS1;このアミノ酸配列は配列番号6に示されている)を合成する(コードする)こと、及びプラスミドpET-AsTps2a又はpET-AsTps2bを有する組換え大腸菌がゲルマクレンDを合成すること、すなわちそのプラスミドに挿入されたcDNA(AsTps2a又はAsTps2b遺伝子と命名;この塩基配列は配列番号7又は9に示されている)がゲルマクレンD合成酵素(AsTPS2a又はAsTPS2b;このアミノ酸配列は配列番号8又は10に示されている)を合成する(コードする)こと、及びプラスミドpET-CzTps1a又はpET-CzTps1bを有する組換え大腸菌がβ-オイデスモールを合成すること、すなわちそのプラスミドに挿入されたcDNA(CzTps1a又はCzTps1b遺伝子と命名;この塩基配列は配列番号15又は17に示されている)がβ-オイデスモール合成酵素(CzTPS1a又はCzTPS1b;このアミノ酸配列は配列番号16又は18に示されている)を合成する(コードする)ことを見出した。
(3. Cultivation of Escherichia coli introduced with plasmid and production of sesquiterpene)
Plasmids (for example, pET-AsTps1, pET-AsTps2a, pET-AsTps2b, pET-) in which the full-length cDNA fragment of the sesquiterpene synthase gene candidate prepared in “2” above is inserted into the E. coli vector pETDuet-1 (Novagen). Each of CzTps1a and pET-CzTps1b (Ap resistance) is introduced into Escherichia coli BL21 (DE3) together with the plasmid pAC-Mev / Scidi (Cm resistance) prepared in “1” above. Resistant recombinant E. coli was prepared.
The obtained recombinant Escherichia coli was cultured by adding D-mevalonolactone (MVL; concentration is 0.5 mg / mL in one example) to the medium. At that time, if the cDNA fragment of the sesquiterpene synthase gene candidate introduced into Escherichia coli can actually synthesize sesquiterpene synthase, the recombinant Escherichia coli will produce sesquiterpene by the action of the synthase.
Recombinant Escherichia coli having plasmid pET-AsTps1 synthesizes β-caryophyllene, that is, cDNA inserted into the plasmid (named AsTps1 gene; this nucleotide sequence is shown in SEQ ID NO: 5) is synthesized by β-caryophyllene. Synthesizing (encoding) an enzyme (AsTPS1; this amino acid sequence is shown in SEQ ID NO: 6), and that recombinant E. coli harboring the plasmid pET-AsTps2a or pET-AsTps2b synthesizes the magnolene D, ie The cDNA inserted in the plasmid (named AsTps2a or AsTps2b gene; this nucleotide sequence is shown in SEQ ID NO: 7 or 9) is the Germaclen D synthase (AsTPS2a or AsTPS2b; this amino acid sequence is shown in SEQ ID NO: 8 or 10) The recombinant E. coli carrying the plasmid pET-CzTps1a or pET-CzTps1b A cDNA inserted into the plasmid (named as CzTps1a or CzTps1b gene; the base sequence is shown in SEQ ID NO: 15 or 17) is β-eudesmol synthase (CzTPS1a or CzTPS1b; this amino acid sequence Has been found to synthesize (encode).

(4.大腸菌の株及び遺伝子組換え実験方法)
下記実施例では、大腸菌B株のBL21(DE3)を用いた。しかし、大腸菌の株には、大腸菌K12株のJM109(DE3)など種々の株が存在するので、大腸菌の株としてBL21(DE3)に限定されるものでない。
また、下記実施例では、組換え大腸菌の培養培地として、LB培地を利用したが、大腸菌の培養培地としては、2x YT培地、TB培地等多くの培地が存在するので、LB培地に限定されるものでない。
また、遺伝子組換え実験方法としては、下記実施例で示されているメーカーによる実施マニュアル以外に、多くの手引書が存在している。たとえば、Sambrook and Russel, Molecular Cloning A Laboratory Manual (Third edition) Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2001が例示できる。本手引書は包括的であり、通常の遺伝子組換え実験方法以外に、大腸菌株の種類、ベクターの種類、培養法等が示されているので、参考にして実験を行うことができる。
(4. Escherichia coli strain and genetic recombination experiment method)
In the following examples, Escherichia coli B strain BL21 (DE3) was used. However, since various strains such as E. coli K12 strain JM109 (DE3) exist in E. coli, the strain is not limited to BL21 (DE3).
In the following examples, LB medium was used as the culture medium for recombinant E. coli. However, as the culture medium for E. coli, there are many media such as 2x YT medium, TB medium, etc., and therefore, the culture medium is limited to LB medium. Not a thing.
Moreover, as a genetic recombination experiment method, many manuals exist besides the implementation manual by the manufacturer shown in the following Example. For example, Sambrook and Russel, Molecular Cloning A Laboratory Manual (Third edition) Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2001 can be exemplified. This handbook is comprehensive and describes the types of E. coli strains, types of vectors, culture methods, etc. in addition to the usual genetic recombination experiment methods, so that experiments can be conducted with reference.

(A)β-カリオフィレン合成酵素遺伝子
本発明のβ-カリオフィレン合成酵素遺伝子は、(1)配列番号6記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子、(2)配列番号6記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸、好ましくは1〜15個、より好ましくは1〜10個、最も好ましくは1〜5個が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号6に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドが有するファルネシル二リン酸をβ-カリオフィレンに変換する活性と実質的同質の活性有するポリペプチドをコードする遺伝子、(3) 配列番号6記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有し、かつ配列番号6に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドが有するファルネシル二リン酸をβ-カリオフィレンに変換する活性と実質的同質の活性有するポリペプチドをコードする遺伝子、(4)配列番号5記載の塩基配列からなるDNAからなる遺伝子、(5)配列番号5記載の塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ配列番号6に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドが有するファルネシル二リン酸をβ-カリオフィレンに変換する活性と実質的同質の活性有するポリペプチドをコードする遺伝子、(6) 配列番号5記載の塩基配列からなるDNAにおいて、1〜50個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加しているDNAからなる遺伝子、(7) 配列番号5記載の塩基配列からなるDNAと90%以上の同一性を有するDNAからなる遺伝子を、含む。
(A) β-caryophyllene synthase gene The β-caryophyllene synthase gene of the present invention comprises (1) a gene encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 6, and (2) an amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 6. 1-20 amino acids, preferably 1-15, more preferably 1-10, most preferably 1-5 are substituted, deleted, inserted and / or added and are set forth in SEQ ID NO: 6 A gene encoding a polypeptide having substantially the same activity as that of converting farnesyl diphosphate having β-caryophyllene, which is possessed by a polypeptide comprising the amino acid sequence of (3), and 90% or more of the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 6 The polypeptide having the identity and having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 6 has substantially the same activity as that of converting farnesyl diphosphate into β-caryophyllene. (4) a gene consisting of a DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 5, (5) a DNA consisting of a base sequence complementary to the DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 5 and a stringent A gene that encodes a polypeptide that hybridizes under mild conditions and has substantially the same activity as the activity of converting farnesyl diphosphate possessed by the polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 6 to β-caryophyllene; 6) a gene comprising DNA having 1 to 50 nucleotide sequences substituted, deleted, inserted and / or added in the DNA comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 5; (7) from the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 5 A gene consisting of DNA having 90% or more identity with the DNA.

上記(1)の遺伝子は、コシアブラから得られたβ-カリオフィレン合成酵素をコードする遺伝子である。該β-カリオフィレン合成酵素は、ファルネシル二リン酸をβ-カリオフィレンに変換する活性を持つ。上記(1) の遺伝子には、後述するAsTps1のほか、AsTps1と同一のポリペプチドをコードするが、塩基配列の異なる遺伝子も含まれる。
上記(2)の遺伝子は、コシアブラから得られたβ-カリオフィレン合成酵素に対して酵素活性を失わせない程度の変異を導入したポリペプチドをコードする遺伝子である。このような変異は、自然界において生じる変異のほかに、人為的な変異をも含む。人為的変異を生じさせる手段としては、部位特異的変異誘発法(Nucleic Acids Res. 10, 6487-6500, 1982)などを挙げることができる。変異したアミノ酸の数は、通常は、20アミノ酸以内であり、好ましくは10アミノ酸以内であり、更に好ましくは5アミノ酸以内であり、最も好ましくは3アミノ酸である。変異を導入したポリペプチドが酵素活性を保持しているかどうかは、例えば、変異を導入したポリペプチドをコードする遺伝子を大腸菌等に導入し、発現させ、その大腸菌等がβ-カリオフィレンを生成することができるかどうか調べることによりわかる。特に、配列番号6に記載のアミノ酸配列には、RxR(266-268番目のアミノ酸)、DDxxD(303-307番目のアミノ酸)、(N/D)Dxx(S/T)xxxE(448-455番目のアミノ酸)というセスキテルペン合成酵素に高度に保存されているモチーフが含まれている。これらのモチーフに変異が導入されると酵素活性が失われる可能性が高いので、変異はこれらのモチーフ以外のアミノ酸に導入されることが好ましい。
また、図2には、β-カリオフィレン合成酵素(AsTPS1)と既知のショウガ由来のセスキテルペン合成酵素の共通するアミノ酸が示されているが(黒塗りにされたアミノ酸)、これらのアミノ酸はセスキテルペン合成酵素の活性に重要な役割を果たしている可能性があるので、変異はこれらのアミノ酸以外のアミノ酸に導入されることが好ましい。
上記(3)の遺伝子に関し、「配列番号6に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドが有するファルネシル二リン酸をβ-カリオフィレンに変換する活性と実質的同質の活性」とは、ファルネシル二リン酸をβ-カリオフィレンに変換する活性を有することを意味し、その活性程度が、配列番号6に記載のアミノ酸配列のファルネシル二リン酸をβ-カリオフィレンに変換すると比較して強くても弱くてもよい。
また、同一性は、BLAST(Basic Local Alignment Search Tool at the National Center for Biological Information)等(例えば、デフォルトすなわち初期設定のパラメータを用いて)を用いて計算することができる。
上記(4)の遺伝子は、ApTps1と命名されたコシアブラから得られたβ-カリオフィレン合成酵素遺伝子である。
上記(5)の遺伝子は、DNA同士のハイブリダイゼーションを利用することにより得られる遺伝子である。この遺伝子における「ストリンジェントな条件」とは、特異的なハイブリダイゼーションのみが起き、非特異的なハイブリダイゼーションが起きないような条件をいう。このような条件は、通常、5×SSC、1%SDSを含む緩衝液中の37℃でのハイブリダイゼーション及び1×SSC、0.1%SDSを含む緩衝液による37℃での洗浄処理といった条件であり、好ましくは、5×SSC、1%SDSを含む緩衝液中の42℃でのハイブリダイゼーション及び0.5×SSC、0.1%SDSを含む緩衝液による42℃での洗浄処理といった条件であり、更に好ましくは、5×SSC、1%SDSを含む緩衝液中の65℃でのハイブリダイゼーション及び0.2×SSC、0.1%SDSを含む緩衝液による65℃での洗浄処理といった条件である。ハイブリダイゼーションを利用することにより得られたDNAが、活性を有するポリペプチドをコードするかどうかは、例えば、そのDNAを大腸菌等に導入し、発現させ、その大腸菌等がβ-カリオフィレンを生成することができるかどうか調べることによりわかる。ハイブリダイゼーションにより得られるDNAは、上記(4)の遺伝子(配列番号3)と通常、高い同一性を有する。高い同一性とは、90%以上の同一性、好ましくは95%以上の同一性、更に好ましくは98%以上の同一性を指す。
上記(6)の遺伝子は、配列番号5記載の塩基配列からなるDNAにおいて、1〜50個、好ましくは1〜30個、より好ましくは1〜20個、最も好ましくは1〜10個、さらに最も好ましくは1〜5個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加しているDNAからなる遺伝子である。
上記(7)の遺伝子は、配列番号5記載の塩基配列からなるDNAと90%以上、好ましくは93%以上、より好ましくは95%以上、最も好ましくは98%以上の同一性を有するDNAからなる遺伝子を、含む。
The gene of (1) is a gene encoding β-caryophyllene synthase obtained from Cosiabra. The β-caryophyllene synthase has an activity of converting farnesyl diphosphate into β-caryophyllene. In addition to AsTps1 , which will be described later, the gene of (1) above encodes the same polypeptide as AsTps1 , but also includes genes having different base sequences.
The gene (2) is a gene that encodes a polypeptide into which β-caryophyllene synthase obtained from Cosiabra is introduced with a mutation that does not cause loss of enzyme activity. Such mutations include artificial mutations in addition to mutations that occur in nature. Examples of means for causing artificial mutation include site-directed mutagenesis (Nucleic Acids Res. 10, 6487-6500, 1982). The number of mutated amino acids is usually 20 amino acids or less, preferably 10 amino acids or less, more preferably 5 amino acids or less, and most preferably 3 amino acids. Whether a polypeptide into which a mutation has been introduced retains its enzymatic activity is determined by, for example, introducing a gene encoding the mutation-introduced polypeptide into E. coli, etc., and expressing it so that the E. coli can produce β-caryophyllene. You can find out if you can do it. In particular, the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6 includes RxR (266-268th amino acids), DDxxD (303th to 307th amino acids), (N / D) Dxx (S / T) xxxE (448th to 455th positions). A highly conserved motif in sesquiterpene synthase. When mutations are introduced into these motifs, there is a high possibility that enzyme activity is lost. Therefore, mutations are preferably introduced into amino acids other than these motifs.
In addition, FIG. 2 shows amino acids common to β-caryophyllene synthase (AsTPS1) and a known ginger-derived sesquiterpene synthase (blacked amino acids). These amino acids are sesquiterpenes. Since mutations may play an important role in the activity of the synthase, mutations are preferably introduced into amino acids other than these amino acids.
Regarding the gene of (3) above, “the activity of converting the farnesyl diphosphate of the polypeptide having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6 into β-caryophyllene and substantially the same activity” means farnesyl diphosphate. It means having activity to convert to β-caryophyllene, and the degree of activity may be stronger or weaker than that of converting farnesyl diphosphate having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6 to β-caryophyllene.
Also, the identity can be calculated using BLAST (Basic Local Alignment Search Tool at the National Center for Biological Information) or the like (for example, using default, that is, default parameters).
The gene of (4) above is a β-caryophyllene synthase gene obtained from Kosiabra named ApTps1.
The gene (5) is a gene obtained by utilizing hybridization between DNAs. “Stringent conditions” in this gene refers to conditions under which only specific hybridization occurs and non-specific hybridization does not occur. Such conditions are usually hybridization at 37 ° C. in a buffer containing 5 × SSC and 1% SDS and washing treatment at 37 ° C. with a buffer containing 1 × SSC and 0.1% SDS. Preferably, conditions such as hybridization at 42 ° C. in a buffer containing 5 × SSC and 1% SDS and washing treatment at 42 ° C. with a buffer containing 0.5 × SSC and 0.1% SDS, more preferably , Hybridization at 65 ° C. in a buffer containing 5 × SSC and 1% SDS, and washing treatment at 65 ° C. with a buffer containing 0.2 × SSC and 0.1% SDS. Whether the DNA obtained by utilizing hybridization encodes an active polypeptide is determined by, for example, introducing the DNA into E. coli, etc., and expressing it to produce β-caryophyllene. You can find out if you can do it. The DNA obtained by hybridization usually has a high identity with the gene (SEQ ID NO: 3) of (4) above. High identity refers to 90% or more identity, preferably 95% or more identity, more preferably 98% or more identity.
The gene of (6) above has 1 to 50, preferably 1 to 30, more preferably 1 to 20, most preferably 1 to 10, most preferably 1 in DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 5. Preferably, it is a gene consisting of DNA in which 1 to 5 nucleotide sequences are substituted, deleted, inserted and / or added.
The gene (7) is composed of DNA having 90% or more, preferably 93% or more, more preferably 95% or more, and most preferably 98% or more identity with the DNA comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 5. Including genes.

(A')β-カリオフィレン合成酵素(ファルネシル二リン酸をβ-カリオフィレンに変換する活性を有するタンパク質)
本発明のβ-カリオフィレン合成酵素は、(1)配列番号6記載のアミノ酸配列、(2)配列番号6記載のアミノ酸配列において、1〜20個、好ましくは1〜15個、より好ましくは1〜10個、最も好ましくは1〜5個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号6に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドが有するファルネシル二リン酸をβ-カリオフィレンに変換する活性を有するアミノ酸配列、(3) 配列番号6記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有し、かつ配列番号6に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドが有するファルネシル二リン酸をβ-カリオフィレンに変換する活性を有するアミノ酸配列を、含む。
なお、ペプチドの変異の導入において、当該ペプチドの基本的な性質(物性、機能、生理活性又は免疫学的活性等)を変化させないという観点からは、例えば、同族アミノ酸(極性アミノ酸、非極性アミノ酸、疎水性アミノ酸、親水性アミノ酸、陽性荷電アミノ酸、陰性荷電アミノ酸および芳香族アミノ酸等)の間での相互の置換は容易に想定される。
(A ′) β-caryophyllene synthase (protein having activity of converting farnesyl diphosphate to β-caryophyllene)
The β-caryophyllene synthase of the present invention has (1) the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 6 and (2) the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 6, preferably 1 to 20, preferably 1 to 15, more preferably 1 to The farnesyl diphosphate possessed by the polypeptide having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6 as β-caryophyllene is substituted, deleted, inserted and / or added with 10 amino acids, most preferably 1 to 5 amino acids. An amino acid sequence having an activity to convert; (3) a farnesyl diphosphate possessed by a polypeptide having an amino acid sequence of 90% or more of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6 and comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6; -An amino acid sequence having activity to convert to caryophyllene is included.
From the viewpoint of not changing the basic properties (physical properties, functions, physiological activity, immunological activity, etc.) of the peptide in the introduction of peptide mutation, for example, homologous amino acids (polar amino acids, nonpolar amino acids, Mutual substitution between hydrophobic amino acids, hydrophilic amino acids, positively charged amino acids, negatively charged amino acids, aromatic amino acids, etc.) is readily envisioned.

(B)ゲルマクレンD合成酵素遺伝子
本発明のゲルマクレンD合成酵素遺伝子は、(1)配列番号8又は10記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子、(2)配列番号8又は10記載のアミノ酸配列において、1〜20個、好ましくは1〜15個、より好ましくは1〜10個、最も好ましくは1〜5個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号8又は10に記載のアミノ酸配列が有するファルネシル二リン酸をゲルマクレンDに変換する活性と実質的同質の活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、(3) 配列番号8又は10記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有し、かつ配列番号8又は10に記載のアミノ酸配列が有するファルネシル二リン酸をゲルマクレンDに変換する活性と実質的同質の活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、(4)配列番号7又は9記載の塩基配列からなるDNAからなる遺伝子、(5)配列番号7又は9記載の塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ配列番号8又は10に記載のアミノ酸配列が有するファルネシル二リン酸をゲルマクレンDに変換する活性と実質的同質の活性を有するポリペプチドをコードするDNAからなる遺伝子、(6) 配列番号7又は9記載の塩基配列からなるDNAにおいて、1〜50個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加しているDNAからなる遺伝子、(7) 配列番号7又は9記載の塩基配列からなるDNAと90%以上の同一性を有するDNAからなる遺伝子を、含む。
上記(1)の遺伝子は、コシアブラから得られたゲルマクレンD合成酵素をコードする遺伝子ある。このゲルマクレンD合成酵素は、ファルネシル二リン酸をゲルマクレンDに変換する活性を持つ。上記(1)の遺伝子には、後述するAsTps2a又はAsTps2bのほか、AsTps2a又はAsTps2bと同一のポリペプチドをコードするが、塩基配列の異なる遺伝子も含まれる。
上記(2)の遺伝子は、コシアブラから得られたゲルマクレンD合成酵素に対して酵素活性を失わせない程度の変異を導入したポリペプチドをコードする遺伝子である。配列番号8又は10に記載のアミノ酸配列には、RxR(264-266番目のアミノ酸)、DDxxD(301-305番目のアミノ酸)、(N/D)Dxx(S/T)xxxE(445-452番目のアミノ酸)というセスキテルペン合成酵素に高度に保存されているモチーフが含まれている。これらのモチーフに変異が導入されると酵素活性が失われる可能性が高いので、変異はこれらのモチーフ以外のアミノ酸に導入されることが好ましい。
上記(4)の遺伝子は、AsTps2a又はAsTps2bと命名されたコシアブラから得られたゲルマクレンD合成酵素遺伝子である。
上記(5)の遺伝子は、DNA同士のハイブリダイゼーションを利用することにより得られる遺伝子である。
(B) German Mclene D synthase gene The german Mclen D synthase gene of the present invention includes (1) a gene encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8 or 10, and (2) an amino acid of SEQ ID NO: 8 or 10. In the sequence, 1 to 20, preferably 1 to 15, more preferably 1 to 10, most preferably 1 to 5 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and SEQ ID NO: 8 Or a gene encoding a polypeptide having substantially the same activity as the activity of converting farnesyl diphosphate having the amino acid sequence described in 10 to germacrene D, (3) 90% of the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 8 or 10 It has the above identity and has substantially the same activity as that of converting farnesyl diphosphate having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 8 or 10 into germane D A gene encoding a polypeptide, (4) a gene consisting of a DNA consisting of the base sequence described in SEQ ID NO: 7 or 9, and (5) a DNA consisting of a base sequence complementary to the DNA consisting of the base sequence described in SEQ ID NO: 7 or 9 DNA encoding a polypeptide that hybridizes under stringent conditions with a polypeptide having substantially the same activity as that of converting farnesyl diphosphate having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8 or 10 into germane D (6) a gene consisting of DNA having 1-50 base sequences substituted, deleted, inserted and / or added in DNA consisting of the base sequence described in SEQ ID NO: 7 or 9, (7) SEQ ID NO: A gene comprising a DNA comprising a nucleotide sequence according to 7 or 9 and a DNA having 90% or more identity.
The gene of (1) above is a gene that encodes a germane D-synthesizing enzyme obtained from Kosiabra. This germaclen D synthase has the activity of converting farnesyl diphosphate to germacren D. In addition to AsTps2a or AsTps2b described later, the gene of (1) above encodes the same polypeptide as AsTps2a or AsTps2b , but also includes genes having different base sequences.
The gene of the above (2) is a gene encoding a polypeptide into which a mutation is introduced to such an extent that the enzyme activity is not lost with respect to germacren D synthase obtained from Cosiabra. The amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 8 or 10 includes RxR (264-266th amino acid), DDxxD (301-305th amino acid), (N / D) Dxx (S / T) xxxE (445-452th) A highly conserved motif in sesquiterpene synthase. When mutations are introduced into these motifs, there is a high possibility that enzyme activity is lost. Therefore, mutations are preferably introduced into amino acids other than these motifs.
The gene of the above (4) is a germane gene synthase gene obtained from Kosiabra named AsTps2a or AsTps2b .
The gene (5) is a gene obtained by utilizing hybridization between DNAs.

(B')ゲルマクレンD合成酵素(ファルネシル二リン酸をβ-カリオフィレンに変換する活性を有するタンパク質)
本発明のゲルマクレンD合成酵素は、(1)配列番号8又は10記載のアミノ酸配列、(2)配列番号8又は10記載のアミノ酸配列において、1〜20個、好ましくは1〜15個、より好ましくは1〜10個、最も好ましくは1〜5個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号8又は10に記載のアミノ酸配列が有するファルネシル二リン酸をゲルマクレンDに変換する活性と実質的同質の活性を有するアミノ酸配列、(3) 配列番号8又は10記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有し、かつ配列番号8又は10に記載のアミノ酸配列が有するファルネシル二リン酸をゲルマクレンDに変換する活性と実質的同質の活性を有するアミノ酸配列を、含む。
(B ′) Germacrene D synthase (protein having activity of converting farnesyl diphosphate into β-caryophyllene)
Germacrene D synthase of the present invention has (1) the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 8 or 10, and (2) the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 8 or 10, preferably 1 to 15, more preferably 1 to 10, most preferably 1 to 5 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and farnesyl diphosphate having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 8 or 10 is converted to germacren D. An amino acid sequence having substantially the same activity as the activity to be converted; (3) having at least 90% identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8 or 10, and having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8 or 10 And an amino acid sequence having substantially the same activity as that of converting farnesyl diphosphate to germacrene D.

(C)β-オイデスモール合成酵素遺伝子
本発明のβ-オイデスモール合成酵素遺伝子は、(1)配列番号16又は18記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子、(2)配列番号16又は18記載のアミノ酸配列において、1〜20個、好ましくは1〜15個、より好ましくは1〜10個、最も好ましくは1〜5個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号16又は18に記載のアミノ酸配列が有するファルネシル二リン酸をβ-オイデスモールに変換する活性と実質的同質の活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、(3) 配列番号16又は18記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有し、かつ配列番号16又は18に記載のアミノ酸配列が有するファルネシル二リン酸をβ-オイデスモールに変換する活性と実質的同質の活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、(4)配列番号15又は17記載の塩基配列からなるDNAからなる遺伝子、(5)配列番号15又は17記載の塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ配列番号16又は18に記載のアミノ酸配列が有するファルネシル二リン酸をβ-オイデスモールに変換する活性と実質的同質の活性を有するポリペプチドをコードするDNAからなる遺伝子、(6) 配列番号15又は17記載の塩基配列からなるDNAにおいて、1〜50個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加しているDNAからなる遺伝子、(7) 配列番号15又は17記載の塩基配列からなるDNAと90%以上の同一性を有するDNAからなる遺伝子を、含む。
上記(1)の遺伝子は、紫ウコンから得られたβ-オイデスモール合成酵素をコードする遺伝子である。このβ-オイデスモール合成酵素は、ファルネシル二リン酸をβ-オイデスモールに変換する活性を持つ。上記(1)の遺伝子には、後述するCzTps1a又はCzTps1bのほか、CzTps1a又はCzTps1bと同一のポリペプチドをコードするが、塩基配列の異なる遺伝子も含まれる。
上記(2)の遺伝子は、紫ウコンから得られたβ-オイデスモール合成酵素に対して酵素活性を失わせない程度の変異を導入したポリペプチドをコードする遺伝子である。配列番号16又は18に記載のアミノ酸配列には、RxR(264-266番目のアミノ酸)、DDxxD(301-305番目のアミノ酸)、(N/D)Dxx(S/T)xxxE(445-452番目のアミノ酸)というセスキテルペン合成酵素に高度に保存されているモチーフが含まれている。これらのモチーフに変異が導入されると酵素活性が失われる可能性が高いので、変異はこれらのモチーフ以外のアミノ酸に導入されることが好ましい。
上記(4)の遺伝子は、CzTps1a又はCzTps1bと命名された紫ウコンから得られたβ-オイデスモール合成酵素遺伝子である。
上記(5)の遺伝子は、DNA同士のハイブリダイゼーションを利用することにより得られる遺伝子である。ハイブリダイゼーションにより得られるDNAは、上記(4)の遺伝子(配列番号9)と通常、高い同一性を有する。高い同一性とは、90%以上の同一性、好ましくは95%以上の同一性、更に好ましくは98%以上の同一性を指す。
(C) β-eudesmol synthase gene The β-eudesmol synthase gene of the present invention includes (1) a gene encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 16 or 18, (2) SEQ ID NO: 16 or In the amino acid sequence described in 18, 18 to 20, preferably 1 to 15, more preferably 1 to 10, most preferably 1 to 5 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, And a gene encoding a polypeptide having substantially the same activity as that of converting farnesyl diphosphate of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 16 or 18 into β-eudesmol, (3) described in SEQ ID NO: 16 or 18 Activity of converting farnesyl diphosphate having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 16 or 18 into β-eudesmol, which is 90% or more identical to the amino acid sequence of A gene encoding a polypeptide having the same quality of activity, (4) a gene consisting of a DNA consisting of the base sequence described in SEQ ID NO: 15 or 17, and (5) complementary to a DNA consisting of the base sequence described in SEQ ID NO: 15 or 17 It hybridizes with a DNA comprising a base sequence under stringent conditions and has substantially the same activity as that of converting farnesyl diphosphate having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 16 or 18 into β-eudesmol. A gene comprising a DNA encoding a polypeptide; (6) a DNA comprising a nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 17, wherein 1 to 50 nucleotide sequences are substituted, deleted, inserted and / or added. A gene, (7) a gene comprising 90% or more identity with the DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 15 or 17.
The gene (1) is a gene encoding β-eudesmol synthase obtained from purple turmeric. This β-eudesmol synthase has the activity of converting farnesyl diphosphate into β-eudesmol. In addition to CzTps1a or CzTps1b , which will be described later, the gene (1) encodes the same polypeptide as CzTps1a or CzTps1b , but also includes genes having different base sequences.
The gene (2) is a gene that encodes a polypeptide into which β-eudesmol synthase obtained from purple turmeric has been introduced with a mutation that does not cause loss of enzyme activity. The amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 16 or 18 includes RxR (264-266th amino acid), DDxxD (301-305th amino acid), (N / D) Dxx (S / T) xxxE (445-452th position) A highly conserved motif in sesquiterpene synthase. When mutations are introduced into these motifs, there is a high possibility that enzyme activity is lost. Therefore, mutations are preferably introduced into amino acids other than these motifs.
The gene of (4) is a β- eudesmol synthase gene obtained from purple turmeric named CzTps1a or CzTps1b .
The gene (5) is a gene obtained by utilizing hybridization between DNAs. The DNA obtained by hybridization usually has a high identity with the gene (SEQ ID NO: 9) described above (4). High identity refers to 90% or more identity, preferably 95% or more identity, more preferably 98% or more identity.

(C)β-オイデスモール合成酵素(ファルネシル二リン酸をβ-オイデスモールに変換する活性を有するタンパク質)
本発明のβ-オイデスモール合成酵素は、(1)配列番号16又は18記載のアミノ酸配列、(2)配列番号16又は18記載のアミノ酸配列において、1〜20個、好ましくは1〜15個、より好ましくは1〜10個、最も好ましくは1〜5個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号16又は18に記載のアミノ酸配列が有するファルネシル二リン酸をβ-オイデスモールに変換する活性と実質的同質の活性を有するアミノ酸配列、(3) 配列番号16又は18記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有し、かつ配列番号16又は18に記載のアミノ酸配列が有するファルネシル二リン酸をβ-オイデスモールに変換する活性と実質的同質の活性を有するアミノ酸配列を、含む。
(C) β-eudesmol synthase (protein having activity of converting farnesyl diphosphate to β-eudesmol)
The β-eudesmol synthase of the present invention is (1) the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 16 or 18, and (2) the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 16 or 18, preferably 1 to 15, More preferably, 1 to 10, most preferably 1 to 5 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and farnesyl diphosphate having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 16 or 18 is β -An amino acid sequence having substantially the same activity as that of converting to eudesmol, (3) having an identity of 90% or more with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 16 or 18, and the sequence of SEQ ID NO: 16 or 18 An amino acid sequence having substantially the same activity as that of converting farnesyl diphosphate of the amino acid sequence into β-eudesmol is included.

(D−1)組換え大腸菌
本発明の組換え大腸菌は、上記β-カリオフィレン合成酵素遺伝子、上記ゲルマクレンD合成酵素遺伝子、及び/又は上記β-オイデスモール合成酵素遺伝子を導入し、発現させたものである。
また、本発明の組換え大腸菌は、好ましくは、β-カリオフィレン合成酵素遺伝子、ゲルマクレンD合成酵素遺伝子、及び/又はβ-オイデスモール合成酵素遺伝子に加えて、(1)メバロン酸又はメバロノラクトンからイソペンテニル二リン酸までの合成を行うメバロン酸経路遺伝子群、及び(2)イソペンテニル二リン酸イソメラーゼ遺伝子を導入し、発現させたものである。
これらの遺伝子を大腸菌に導入し、発現させることにより、メバロン酸又はメバロノラクトンからβ-カリオフィレン、ゲルマクレンD及びβ-オイデスモールの製造が可能になる。
(D-1) Recombinant Escherichia coli The recombinant Escherichia coli of the present invention is obtained by introducing and expressing the β-caryophyllene synthase gene, the gelmacrene D synthase gene, and / or the β-eudesmol synthase gene. It is.
In addition to the β-caryophyllene synthase gene, the gelmacrene D synthase gene, and / or the β-eudesmol synthase gene, the recombinant Escherichia coli of the present invention is preferably (1) isopentenyl from mevalonic acid or mevalonolactone. A mevalonate pathway gene group that synthesizes up to diphosphate and (2) an isopentenyl diphosphate isomerase gene are introduced and expressed.
By introducing these genes into Escherichia coli and expressing them, β-caryophyllene, gelmacrene D and β-eudesmol can be produced from mevalonic acid or mevalonolactone.

(D−2)組換え大腸菌以外の宿主
本発明のセスキテルペンの製造方法において、組換え大腸菌以外の宿主としては、昆虫系、酵母系、植物細胞系、無細胞系(コムギ胚芽等)等を使用することができる。
これらの宿主においても、適切な各合成酵素遺伝子を導入することにより、組換え大腸菌系と同様に、β-カリオフィレン、ゲルマクレンD及び/又はβ-オイデスモールの製造が可能になる。各宿主に必要な合成酵素遺伝子は、以下の通りである。
酵母系:本発明のβ-カリオフィレン合成酵素遺伝子、ゲルマクレンD合成酵素遺伝子及び/又はβ-オイデスモール合成酵素遺伝子を、酵母発現用ベクターを用いて、酵母に導入し発現させることにより、これらのセスキテルペンの製造が可能になる。なお、HMG-CoAレダクターゼ(HMG-CoAからメバロン酸を作る酵素)遺伝子を共発現させることにより、目的のセスキテルペン生産量が向上させることができると考えられる。
昆虫系:本発明のβ-カリオフィレン合成酵素遺伝子、ゲルマクレンD合成酵素遺伝子及び/又はβ-オイデスモール合成酵素遺伝子を、昆虫発現用ベクターを用いて、昆虫に導入し発現させることにより、これらのセスキテルペンの製造が可能になる。なお、HMG-CoAレダクターゼ遺伝子を共発現させることにより、目的のセスキテルペン生産量が向上することができると考えられる。
植物系:本発明のβ-カリオフィレン合成酵素遺伝子、ゲルマクレンD合成酵素遺伝子及び/又はβ-オイデスモール合成酵素遺伝子を、植物発現用ベクターを用いて、植物に導入し発現させることにより、これらのセスキテルペンの製造が可能になる。なお、HMG-CoAレダクターゼ遺伝子を共発現させることにより、目的のセスキテルペン生産量が向上することができると考えられる。加えて、パーティクルガンによる葉緑体の形質転換により葉緑体内に、直接、外来遺伝子を導入し発現させる場合は、イソペンテニル二リン酸(IPP)イソメラーゼ(1型及び/又は2型)遺伝子を共発現させることにより、目的のセスキテルペン生産量が向上することができると考えられる。
(D-2) Host other than recombinant Escherichia coli In the method for producing a sesquiterpene of the present invention, as a host other than recombinant Escherichia coli, an insect system, a yeast system, a plant cell system, a cell-free system (such as wheat germ), etc. Can be used.
In these hosts as well, β-caryophyllene, Germaclen D and / or β-eudesmol can be produced by introducing appropriate synthase genes as in the case of the recombinant E. coli system. Synthetic enzyme genes necessary for each host are as follows.
Yeast system: The β-caryophyllene synthase gene, the germacrene D synthase gene and / or the β-eudesmol synthase gene of the present invention are introduced into yeast using a yeast expression vector to express them. Terpenes can be manufactured. In addition, it is thought that the target sesquiterpene production amount can be improved by co-expressing the HMG-CoA reductase (enzyme that makes mevalonic acid from HMG-CoA) gene.
Insect system: The β-caryophyllene synthase gene, the germacren D synthase gene and / or the β-eudesmol synthase gene of the present invention are introduced into insects using an insect expression vector and expressed thereby. Terpenes can be manufactured. In addition, it is thought that the target sesquiterpene production can be improved by co-expressing the HMG-CoA reductase gene.
Plant system: The β-caryophyllene synthase gene, the germacrene D synthase gene and / or the β-eudesmol synthase gene of the present invention are introduced into a plant using a plant expression vector and expressed, thereby producing these sesquiskies. Terpenes can be manufactured. In addition, it is thought that the target sesquiterpene production can be improved by co-expressing the HMG-CoA reductase gene. In addition, when a foreign gene is introduced and expressed directly into the chloroplast by transformation of chloroplasts with particle gun, isopentenyl diphosphate (IPP) isomerase (type 1 and / or type 2) gene It is considered that the desired sesquiterpene production can be improved by co-expression.

(E−1)イソペンテニル二リン酸までの合成を行うメバロン酸経路遺伝子群
イソペンテニル二リン酸までの合成を行うメバロン酸経路遺伝子群としては、前述したストレプトミセス属CL190株由来のメバロン酸経路遺伝子群(参照:非特許文献5)を用いることができるが、これ以外にも出芽酵母(Saccharomyces cerevisiae)由来のメバロン酸経路遺伝子群(V. J. J. Martin, D. J. Pitera, S. T. Withers, J. D. Newman, J. D. Keasling, Nature Biotechonosy, 21: 796-802, 2003)、細菌ストレプトコッカス・プノイモニエ(Streptococcus pneumoniae)由来のメバロン酸経路遺伝子群(S. H. Yoon, Y. M. Lee, J. E. Kim, S. H. Lee, J. H. Lee, J. Y. Kim, K. H. Jung, Y. C. Shin, J. D. Keasling, S. W. Kim, Biotechnology & Bioengineering, 94: 1025-1032, 2006)なども用いることができる。
(E-1) Mevalonate pathway gene group that synthesizes up to isopentenyl diphosphate As the mevalonate pathway gene group that synthesizes up to isopentenyl diphosphate, the mevalonate pathway derived from the aforementioned Streptomyces genus CL190 strain The gene group (Reference: Non-Patent Document 5) can be used, but other than this, the mevalonate pathway gene group derived from Saccharomyces cerevisiae (VJJ Martin, DJ Pitera, ST Withers, JD Newman, JD Keasling, Nature Biotechonosy, 21: 796-802, 2003), Mevalonate pathway genes from the bacterium Streptococcus pneumoniae (SH Yoon, YM Lee, JE Kim, SH Lee, JH Lee, JY Kim, KH Jung, YC) Shin, JD Keasling, SW Kim, Biotechnology & Bioengineering, 94: 1025-1032, 2006) can also be used.

(E−2)イソペンテニル二リン酸イソメラーゼ遺伝子
イソペンテニル二リン酸イソメラーゼ遺伝子としては、前述したストレプトミセス属CL190株由来の2型のイソペンテニル二リン酸(IPP)イソメラーゼ遺伝子(参照:非特許文献5)や出芽酵母(Saccharomyces cerevisiae)由来の1型のIPPイソメラーゼ遺伝子(S. Kajiwara, P. D. Fraser, K. Kondo, N. Misawa, Biochemical Journal, 324: 421-426, 1997)を用いることができるが、これ以外にも大腸菌由来の2型のIPPイソメラーゼ遺伝子(V. J. J. Martin, D. J. Pitera, S. T. Withers, J. D. Newman, J. D. Keasling, Nature Biotechonosy, 21: 796-802, 2003)、緑藻ヘマトコッカス・プルビアリス(Haematococcus pluvialis)由来の1型のイソペンテニル二リン酸イソメラーゼ遺伝子(前述のJ. J. Martinらの文献、及び前述のS. Kajiwaraらの文献)なども用いることができる。
(E-2) Isopentenyl diphosphate isomerase gene As the isopentenyl diphosphate isomerase gene, type 2 isopentenyl diphosphate (IPP) isomerase gene derived from the aforementioned Streptomyces genus CL190 strain (reference: non-patent literature) 5) and type 1 IPP isomerase gene derived from Saccharomyces cerevisiae (S. Kajiwara, PD Fraser, K. Kondo, N. Misawa, Biochemical Journal, 324: 421-426, 1997) can be used. In addition, two types of IPP isomerase genes derived from E. coli (VJJ Martin, DJ Pitera, ST Withers, JD Newman, JD Keasling, Nature Biotechonosy, 21: 796-802, 2003), green algae Hematococcus pluviaris pluvialis ) type 1 isopentenyl diphosphate isomerase gene (the above-mentioned literature by JJ Martin et al. and the above-mentioned literature by S. Kajiwara et al.) can also be used.

(F)セスキテルペンの製造方法
本発明のセスキテルペンの製造方法は、上記組換え大腸菌を、メバロン酸及び/又はメバロノラクトンを含む培地で培養して得られる培養物又は菌体からβ-カリオフィレン、ゲルマクレンD、及び/又は、β-オイデスモールを得ることを特徴とする。
使用する培地は、メバロン酸又はメバロノラクトンを含み、大腸菌の培養に適したものであれば特に限定されず、前述したLB培地、2x YT培地、TB培地などにメバロン酸又はメバロノラクトンを添加したものを使用することができる。
培地中のメバロン酸又はメバロノラクトンの濃度は、培地1リットル当たり、約0.1〜5 gが好ましく、約0.5〜1 gがより好ましい。培地中のpHは、約6.0〜8.0が好ましく、約6.6〜7.6がより好ましい。培養は、通常、約20〜30℃で約1〜3日間行えばよい。
以上の培養により、β-カリオフィレン、ゲルマクレンD、及び/又はβ-オイデスモールが生成する。
(F) Method for Producing Sesquiterpene The method for producing a sesquiterpene according to the present invention comprises the step of cultivating the above recombinant E. coli in a medium containing mevalonic acid and / or mevalonolactone, or β-caryophyllene, germane D and / or β-eudesmol is obtained.
The medium to be used is not particularly limited as long as it contains mevalonic acid or mevalonolactone and is suitable for culturing Escherichia coli. Use the aforementioned LB medium, 2x YT medium, TB medium, etc. with mevalonic acid or mevalonolactone added. can do.
The concentration of mevalonic acid or mevalonolactone in the medium is preferably about 0.1 to 5 g, more preferably about 0.5 to 1 g, per liter of the medium. The pH in the medium is preferably about 6.0 to 8.0, more preferably about 6.6 to 7.6. In general, the culture may be performed at about 20 to 30 ° C. for about 1 to 3 days.
By the above culture, β-caryophyllene, germacrene D, and / or β-eudesmol are generated.

β−カリオフィレン、ゲルマクレンD、及び/又はβ-オイデスモールを含む生成物は、常法により精製され得る。例えば、必要に応じ遠心分離、濾過等の処理を施して菌体等の懸濁物を除去し、次いで一般的な抽出溶剤、例えば酢酸エチル、クロロホルム、メタノール等の有機溶剤で抽出し、有機溶剤を減圧下で除去し、そして減圧蒸留、クロマトグラフィー、イオン交換樹脂、又は吸着性樹脂等の処理を行うことにより精製され得る。   Products containing β-caryophyllene, germacrene D, and / or β-eudesmol can be purified by conventional methods. For example, if necessary, it is subjected to treatment such as centrifugation and filtration to remove suspensions such as bacterial cells, and then extracted with a general extraction solvent, for example, an organic solvent such as ethyl acetate, chloroform, methanol, etc. Can be removed under reduced pressure and purified by subjecting to a treatment such as vacuum distillation, chromatography, ion exchange resin, or adsorbent resin.

(G)β-カリオフィレン、ゲルマクレンD、又はβ-オイデスモールの生理活性
本発明の製造方法により製造できるβ-カリオフィレン、ゲルマクレンD、又はβ-オイデスモールはヒトにおいて種々の有益な生理活性を有している。
β-カリオフィレン(β-Caryophyllene)はマリファナ(大麻)にも含まれており、これまでの詳細な研究により、痛みや炎症、アテローム性動脈硬化症、骨粗しょう症などの治療に、この成分を利用できることがほぼ実証された。チューリッヒ工科大学のGertschらは、β-カリオフィレンの天然分子が、「カンナビノイド受容体・2型」(CB2)と呼ばれるタンパク質を活性化することを突き止めた(J. Gertsch, M. Leonti, S. Randuner, I. Racz, J.Z. Chen, X.Q. Xie, K.H. Altmann, M. Karsak, A. Zimmer, PMAS, 105: 9099-9104, 2008)。
なお、カンナビノイドは、大麻に含まれる化学物質の総称である。活性化されたCB2は、免疫系を落ち着かせ、骨量を増やし、痛みの信号を遮断する。この際に、一般にマリファナの作用とされる多幸感をもたらしたり、中枢神経系に作用を及ぼすようなことは無い。
ゲルマクレンD(germacrene D)はイランイランというハーブに多く含まれていることが知られており、鎮静作用、抗アレルギー作用、通経作用等の働きがあることが知られている。
β-オイデスモール(β-eudesmol)には抗血管新生作用があり、また、胃酸の分泌を抑える働きがあることが知られている(L.C. Chiou, J.Y. Ling C.C. Chang, Eur J Pharmacol 13: 151-156, 1995)。
また最近、β-オイデスモールが冷涼感受容体(ヒト冷受容チャネルTRPA1; Transient Receptor Potential Ankyrin 1)の活性化を行うことが明らかにされた(小原一朗、北尾紗代子ら、岡田紘幸ら、3C29p03、日本農芸化学会2012年度大会)。
(G) Physiological activity of β-caryophyllene, germacrene D, or β-eudesmol β-caryophyllene, germanecrene D, or β-eudesmol that can be produced by the production method of the present invention has various beneficial physiological activities in humans. ing.
β-Caryophyllene (β-Caryophyllene) is also found in marijuana (cannabis) and has been used in the treatment of pain, inflammation, atherosclerosis, osteoporosis, etc. based on detailed research so far. It was almost demonstrated that it could be done. Gertsch et al. Of the Zurich University of Technology found that the natural molecule of β-caryophyllene activates a protein called “cannabinoid receptor type 2” (CB2) (J. Gertsch, M. Leonti, S. Randuner , I. Racz, JZ Chen, XQ Xie, KH Altmann, M. Karsak, A. Zimmer, PMAS, 105: 9099-9104, 2008).
Cannabinoid is a general term for chemical substances contained in cannabis. Activated CB2 calms the immune system, increases bone mass, and blocks pain signals. At this time, there is no euphoria generally considered to be the action of marijuana, nor does it affect the central nervous system.
Germacrene D (germacrene D) is known to be contained in a large amount of a ylang-ylang herb, and is known to have sedative, antiallergic, and translucent effects.
β-eudesmol (β-eudesmol) is known to have anti-angiogenic activity and to suppress gastric acid secretion (LC Chiou, JY Ling CC Chang, Eur J Pharmacol 13: 151- 156, 1995).
Recently, β-eudesmol has been shown to activate the cool receptor (human cold receptor channel TRPA1; Transient Receptor Potential Ankyrin 1) (Ichiro Ohara, Sayoko Kitao et al., Yasuyuki Okada et al., 3C29p03, Japan Agricultural Chemical Society 2012 Conference).

(H)β-クベベン、β-エレメン、α-ネオクロベン、α-フムレン、リナロール、又はネロリドールの生理活性
本発明の製造方法により製造できるβ-クベベン、β-エレメン、α-ネオクロベン、α-フムレン、リナロール、又はネロリドールはヒトにおいて種々の有益な生理活性を有している。
β-エレメン(β-elemene)には抗腫瘍や癌予防の効果があることが報告されている。β-エレメンは例えば、肺がん細胞や胃がん細胞の増殖または活性化を、アポトーシス誘導によって阻害することが示されている(G. Wang, X. Li, F. Huang, J. Zhao, H. Ding, C. Cunningham, J.E. Coad et al, Cell Mol Life Sci 62: 881-893, 2005; J. Liu, Y. Zhang, J. Qu, L. Xu, K. Hou, J. Zhang, X. Qu, Y. Liu, BMC Cancer 11: 183 2011)。
α-フムレン(α-humulene)には抗炎症作用があることが報告されている(A.P. Rogerio, E. L. Andrade, D.F.P. Leite, C.P. Figueiredo J.B. Calixto, British J Pharmacology 158: 1074-1087, 2009)。
リナロール(linalool)は、ラベンダー、スズラン、ベルガモット様の芳香をもつため、大量に香料として利用されている。また、ビールの香り成分の主体でもある。
ネロリドール(nerolidol)も香り成分の1つである。
β-クベベン及びα-ネオクロベンの生理機能は特に報告されていない。この大きな原因は、これまで、これらのセスキテルペンを多量に調製出来るソースがなかったからだと考えられる。したがって、本発明による方法により多量生産することができるので、今後、種々の生理機能試験を行うことにより、β-クベベン及びα-ネオクロベンについて新たな生理活性を見出すことができる。
(H) Physiological activity of β-cubeben, β-elemene, α-neocloben, α-humulene, linalool, or nerolidol β-cubeben, β-elemene, α-neocloben, α-humulene that can be produced by the production method of the present invention , Linalool or nerolidol have various beneficial physiological activities in humans.
β-elemene has been reported to have antitumor and cancer prevention effects. For example, β-elemen has been shown to inhibit the proliferation or activation of lung and gastric cancer cells by inducing apoptosis (G. Wang, X. Li, F. Huang, J. Zhao, H. Ding, C. Cunningham, JE Coad et al, Cell Mol Life Sci 62: 881-893, 2005; J. Liu, Y. Zhang, J. Qu, L. Xu, K. Hou, J. Zhang, X. Qu, Y Liu, BMC Cancer 11: 183 2011).
It has been reported that α-humulene has an anti-inflammatory effect (AP Rogerio, EL Andrade, DFP Leite, CP Figueiredo JB Calixto, British J Pharmacology 158: 1074-1087, 2009).
Linalool has a lavender, lily of the valley, and bergamot-like fragrance and is used in large quantities as a fragrance. It is also the main scent component of beer.
Nerolidol is also a scent component.
The physiological functions of β-cubeben and α-neocloben have not been particularly reported. The main reason for this is thought to have been the lack of a source that can prepare these sesquiterpenes in large quantities. Therefore, since it can be mass-produced by the method according to the present invention, new physiological activity can be found for β-cubeben and α-neocloben by conducting various physiological function tests in the future.

以下に具体例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの例に限定されない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with specific examples, but the present invention is not limited to these examples.

(コシアブラ由来のセスキテル合成酵素遺伝子cDNA配列の決定)
コシアブラ(Acanthopanax sciadophylloides Franch. et Sav.)の新芽(図1a)から、RNeasy Plant Mini Kit(Qiagen社製)を用いて全RNAを抽出した。SMARTer RACE cDNA amplification kit (Takara Bio社製) を用いて、製造元の指示に従い、全RNA 1.0 μgからcDNAを調製した。非特許文献4に記された高等植物のセスキテルペン合成酵素の保存ドメインの配列に基づく縮重オリゴヌクレオチドプライマー対[フォワード:5'-TTYCGAYTIYTIMGRMARCAIGG-3'(配列番号19) 及びリバース:5'-TAIGHRTCAWAIRTRTCRTC-3'(配列番号20)]を用いて、非特許文献4に記載の条件でcDNAを鋳型としたPCRを行い、544 bpの増幅断片を得た。
得られた増幅断片をpGEM-T Easy Vector System(Promega社製)を用いてクローン化し塩基配列を決定した。全長cDNAを単離するために、上述のSMARTer RACE cDNA Amplification Kit(Takara Bio社製)、オリゴヌクレオチドプライマー[KS2.5race:5'- AGACGCTCAAGGTGAGAGGTGGTGAA -3'(配列番号1)及びKS2.3race:5'- TCGCAAGAGATAGAGTGGTGGAGTGC -3'(配列番号2)]及びAdvantage2 Polymerase Mix(Clontech社製)を用いて、製造元の指示に従い断片を5'末端および3'末端に向かって伸長させ、全長cDNA配列を決定した。
(Determining cDNA sequence of sesquiterase synthase gene derived from Kosiabra)
Total RNA was extracted from shoots (FIG. 1a) of Cosciabra ( Acanthopanax sciadophylloides Franch. Et Sav.) Using RNeasy Plant Mini Kit (Qiagen). Using SMARTer RACE cDNA amplification kit (Takara Bio), cDNA was prepared from 1.0 μg of total RNA according to the manufacturer's instructions. Degenerate oligonucleotide primer pair [Forward: 5'-TTYCGAYTIYTIMGRMARCAIGG-3 '(SEQ ID NO: 19) and reverse: 5'-TAIGHRTCAWAIRTRTCRTC based on the sequence of the conserved domain of higher plant sesquiterpene synthase described in Non-Patent Document 4 -3 ′ (SEQ ID NO: 20)] was performed using cDNA as a template under the conditions described in Non-Patent Document 4, and an amplified fragment of 544 bp was obtained.
The obtained amplified fragment was cloned using pGEM-T Easy Vector System (Promega) and the nucleotide sequence was determined. In order to isolate full-length cDNA, the above-mentioned SMARTer RACE cDNA Amplification Kit (manufactured by Takara Bio), oligonucleotide primer [KS2.5race: 5′-AGACGCTCAAGGTGAGAGGTGGTGAA-3 ′ (SEQ ID NO: 1) and KS2.3race: 5 ′ -Using TCGCAAGAGATAGAGTGGTGGAGTGC-3 '(SEQ ID NO: 2)] and Advantage2 Polymerase Mix (Clontech), the fragments were extended toward the 5' end and 3 'end according to the manufacturer's instructions, and the full-length cDNA sequence was determined.

(3種類の全長セスキテルペン合成酵素遺伝子cDNAの単離と構造解析)
実施例1で得られた全長cDNA配列に特異的なオリゴヌクレオチドプライマー対KS2. Nde-F{5'- AGACAGACATATGGCCGCGATTCTTCAGG -3'(配列番号3)、下線はNdeI認識部位を示す}及びKS2. Xho-R{5'- GAGGTACCTCGAGTTATATTCGAACAGCATCTATGAGCAC -3' (配列番号4)、下線はXhoI認識部位を示す}及びAdvantage2 Polymerase Mix(Clontech社製)を用いて、コシアブラcDNAを鋳型としたPCR(反応組成:製造元の指示に従った;反応条件:変性94℃で2分間、次に、94℃で30秒間、55℃で30秒間、72℃で4分間を5サイクル、次いで94℃で30秒間、60℃で30秒間、72℃で4分間を25サイクル)を行った。
得られたDNA断片はプラスミドpGEM-T Easy Vector System(Promega社製)によりクローン化し、塩基配列を決定した。これらのcDNAヌクレオチド配列を配列番号5、7及び9に、該cDNAによりコードされるポリペプチドのアミノ酸配列を配列番号6、8及び10に示す。また、配列番号5により特定される遺伝子(cDNA)をAsTps1と命名し、AsTps1がコードする配列番号6により特定されるタンパク質(ポリペプチド)をAsTPS1と命名した。さらに、配列番号7及び9により特定される遺伝子(cDNA)をそれぞれAsTps2aおよびAsTps2bと命名し、AsTps2a及びAsTps2bがコードする配列番号8及び10により特定されるタンパク質(ポリペプチド)をそれぞれ、AsTPS2a及びAsTPS2bと命名した。
(Isolation and structural analysis of three full-length sesquiterpene synthase gene cDNAs)
Oligonucleotide primer pair KS2. Nde-F {5'-AGACAGA CATAT GGCCGCGATTCTTCAGG -3 '(SEQ ID NO: 3), underline indicates Nde I recognition site} and KS2 specific for the full-length cDNA sequence obtained in Example 1 Xho-R {5′-GAGGTAC CTCGAG TTATATTCGAACAGCATCTATGAGCAC -3 ′ (SEQ ID NO: 4), underlined indicates Xho I recognition site} and Advantage2 Polymerase Mix (manufactured by Clontech), PCR using Cosiabra cDNA as a template ( Reaction composition: according to manufacturer's instructions; reaction conditions: Denaturation 94 ° C for 2 minutes, then 94 ° C for 30 seconds, 55 ° C for 30 seconds, 72 ° C for 4 minutes, 5 cycles, then 94 ° C for 30 seconds 25 cycles of 60 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 4 minutes).
The obtained DNA fragment was cloned by the plasmid pGEM-T Easy Vector System (Promega) and the nucleotide sequence was determined. These cDNA nucleotide sequences are shown in SEQ ID NOs: 5, 7 and 9, and the amino acid sequences of polypeptides encoded by the cDNA are shown in SEQ ID NOs: 6, 8 and 10. Further, the gene (cDNA) specified by SEQ ID NO: 5 was named AsTps 1, and the protein (polypeptide) specified by SEQ ID NO: 6 encoded by AsTps 1 was named AsTPS1. Furthermore, genes that are identified with (cDNA) designated respectively AsTps2a and AsTps2b by SEQ ID NO: 7 and 9, the proteins identified by SEQ ID NO: 8 and 10 AsTps2a and AsTps2b code to a (polypeptide) respectively, AsTPS2a and AsTPS2b Named.

AsTps1は、1,668 bpのオープンリーディングフレーム(ORF)を含み、推定555アミノ酸残基、分子量64.4 kDa、及びpI 5.58のタンパク質(AsTPS1)をコードしていた。GenBank/EMBL/DDBJデータベースに対する相同性検索により、AsTPS1は既知セスキテルペン合成酵素であるヨーロッパブドウ(Vitis vinifera)由来ゲルマクレンD合成酵素(germacrene D synthase)と61%、同β-カリオフィレン合成酵素(β-caryophyllene synthase)と 61%、キウイフルーツ(Actinidia deliciosa)由来ゲルマクレンD合成酵素(germacrene D synthase)と60%のアミノ酸配列一致度(アミノ酸配列の同一性;identity)を示した。
一方、AsTps2aは、1,668 bpのORFを含み、推定555アミノ酸残基、分子量64.8 kDa、及びpI 5.80のタンパク質(AsTPS2a)をコードしていた。相同性検索により、AsTPS2aは既知セスキテルペン合成酵素であるヨーロッパブドウ(Vitis vinifera)由来ゲルマクレンD合成酵素(germacrene D synthase)と64%、同β-カリオフィレン合成酵素(β-caryophyllene synthase)と 63%、キウイフルーツ(Actinidia deliciosa)由来ゲルマクレンD合成酵素(germacrene D synthase)と61%のアミノ酸配列一致度(identity)を示した。
また、AsTps2bは、1,668 bpのORFを含み推定555アミノ酸残基、分子量64.6 kDa、及びpI 5.92のタンパク質(AsTPS2b)をコードしていた。相同性検索により、AsTPS2bは既知セスキテルペン合成酵素であるヨーロッパブドウ(Vitis vinifera)由来ゲルマクレンD合成酵素(germacrene D synthase)と63%、同β-カリオフィレン合成酵素(β-caryophyllene synthase)と 62%、キウイフルーツ(Actinidia deliciosa)由来ゲルマクレンD合成酵素(germacrene D synthase)と61%のアミノ酸配列一致度(identity)を示した。
AsTPS1、AsTPS2aおよびAsTPS2b三者の相同性は、AsTPS1とAsTPS2aが85%、AsTPS1とAsTPS2bが84%、AsTPS2aとAsTPS2bが99%のアミノ酸配列一致度(identity)を示した。AsTPS2aとAsTPS2bの違いは4つのアミノ酸置換、すなわち94番目のAspからGlyへの置換(Asp94Gly、以下同様)、Glu213Gly、Ala269Thr、Leu547Serによるものだった。既知セスキテルペン合成酵素との相同性から、AsTPS1、AsTPS2aおよびAsTPS2bは、被子植物のセスキテルペンおよびジテルペン合成酵素の群であるTPS-aサブファミリー(J. Bohlmann, G. Meyer-Gauen, R. Croteau (1998) Plant terpenoid synthases: molecular biology and phylogenetic analysis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95:4126-4133 参照のこと)に属することが分かった。さらにAsTPS1、AsTPS2aおよびAsTPS2bは、セスキテルペン合成酵素に高度に保存されているRxR、DDxxD、(N/D)Dxx(S/T)xxxEというモチーフを含んでいた(図2)。
一方、通常の既知セスキテルペン合成酵素とは異なり、AsTPS1、AsTPS2a及びAsTPS2bは、色素体輸送(transit)ペプチドを有することが予測された。これら3種のタンパク質とこれらと相同性の高い既知酵素におけるアミノ酸配列の比較(アライメント;alignment)を図2に示した。
AsTps1 contained a 1,668 bp open reading frame (ORF) and encoded a protein (AsTPS1) with a putative 555 amino acid residue, a molecular weight of 64.4 kDa, and a pI of 5.58. Homology searches against GenBank / EMBL / DDBJ database, AsTPS1 European grape (Vitis vinifera) from germacrene D synthase (germacrene D synthase) and 61% is known sesquiterpene synthase, the beta-caryophyllene synthase (beta- caryophyllene synthase) and 61%, kiwifruit (Actinidia deliciosa) -derived germacrene D synthase and 60% amino acid sequence identity (identity of amino acid sequence; identity).
On the other hand, AsTps2a contained an ORF of 1,668 bp and encoded a protein (AsTPS2a) with a putative 555 amino acid residue, a molecular weight of 64.8 kDa, and a pI of 5.80. As a result of homology search, AsTPS2a is known to be a known sesquiterpene synthase, European grape ( Vitis vinifera ) germacrene D synthase, 64%, β-caryophyllene synthase, 63%, It showed 61% amino acid sequence identity with germanium D synthase from Kiwifruit ( Actinidia deliciosa ).
AsTps2b encoded a protein (AsTPS2b) containing an ORF of 1,668 bp, a putative 555 amino acid residue, a molecular weight of 64.6 kDa, and a pI of 5.92. As a result of homology search, AsTPS2b is a known sesquiterpene synthase, European grape ( Vitis vinifera ) -derived germacrene D synthase, 63%, β-caryophyllene synthase, 62%, It showed 61% amino acid sequence identity with germanium D synthase from Kiwifruit ( Actinidia deliciosa ).
The homology of AsTPS1, AsTPS2a, and AsTPS2b showed amino acid sequence identity (identity) of 85% for AsTPS1 and AsTPS2a, 84% for AsTPS1 and AsTPS2b, and 99% for AsTPS2a and AsTPS2b. The difference between AsTPS2a and AsTPS2b was due to four amino acid substitutions, namely the 94th Asp to Gly substitution (Asp94Gly, the same applies hereinafter), Glu213Gly, Ala269Thr, and Leu547Ser. Due to the homology with known sesquiterpene synthases, AsTPS1, AsTPS2a and AsTPS2b are TPS-a subfamily, a group of angiosperm sesquiterpenes and diterpene synthases (J. Bohlmann, G. Meyer-Gauen, R. Croteau (1998) Plant terpenoid synthases: molecular biology and phylogenetic analysis. See Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95: 4126-4133). Furthermore, AsTPS1, AsTPS2a and AsTPS2b contained the motifs RxR, DDxxD, (N / D) Dxx (S / T) xxxE highly conserved in sesquiterpene synthase (FIG. 2).
On the other hand, unlike normal known sesquiterpene synthases, AsTPS1, AsTPS2a and AsTPS2b were predicted to have plastid transit peptides. A comparison (alignment) of amino acid sequences between these three proteins and known enzymes having high homology with these three proteins is shown in FIG.

(コシアブラ由来の3種類のセスキテルペン合成酵素遺伝子の機能解析)
コシアブラ由来の3種類のセスキテルペン合成酵素遺伝子であるAsTps1AsTps2a、及びAsTps2b全長cDNA配列のそれぞれを、これらが挿入されたプラスミドから制限酵素NdeI-XhoIで切り出し、大腸菌ベクターpETDuet-1(Novagen社製)のマルチクローニング部位(MCS2)のNdeI-XhoI部位に連結して、pET-AsTps1、pET-AsTps2a、及びpET-AsTps2bを作製した(図3)。プラスミドpET-AsTps1、pET-AsTps2a、pET-AsTps2bのうちいずれか1つ、及びプラスミドpAC-Mev/Scidi(非特許文献7)を用いて大腸菌BL21(DE3)の形質転換を行い、得られた組換え大腸菌の培養を行い、培養後の大腸菌の菌体からのセスキテルペンを抽出し、さらにガスクロマトグラフィー-質量分析(GC-MS)を行った。これらの方法は非特許文献2、3、4、7に記載の通りである。
(Functional analysis of three kinds of sesquiterpene synthase genes derived from Cosiabra)
Three full-length cDNA sequences of AsTps1 , AsTps2a , and AsTps2b , which are three types of sesquiterpene synthase genes derived from Cossiabra, were excised from the plasmid into which they were inserted using the restriction enzyme Nde I- Xho I, and the Escherichia coli vector pETDuet-1 (Novagen PET-AsTps1, pET-AsTps2a, and pET-AsTps2b were prepared by ligation to the Nde I- Xho I site of the multicloning site (MCS2) (FIG. 3). Transformation of Escherichia coli BL21 (DE3) using one of the plasmids pET-AsTps1, pET-AsTps2a, pET-AsTps2b and the plasmid pAC-Mev / Scidi (Non-patent Document 7), and the resulting set The cultured Escherichia coli was cultured, sesquiterpenes were extracted from the cultured Escherichia coli cells, and further subjected to gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). These methods are as described in Non-Patent Documents 2, 3, 4, and 7.

GC-MSを用いた分析の結果、AsTps1を含まないベクターpET21a及びプラスミドpAC-Mev/Scidiを保持する大腸菌株酢酸エチル抽出液のクロマトグラム(コントロール)では、いずれのセスキテルペンの生成も確認されなかったのに対し、プラスミドpET-AsTps1及びプラスミドpAC-Mev/Scidi を含む大腸菌を用いた実験区では、菌体からの酢酸エチル抽出液中に新規なピークが見られた。マススペクトルの比較により、このピーク(ピーク1)はβ-カリオフィレン(β-caryophyllene)であることを確認した(図4)。
そこで、β-カリオフィレンの標品(和光純薬工業)と重ねうちしたところ、GC分析による保持時間が完全に一致した。
以上の結果から、AsTps1がβ-カリオフィレン合成酵素(β-caryophyllene synthase)をコードする遺伝子であることが判明した。なお、β-カリオフィレンを複数のセスキテルペン成分の1つとして合成するセスキテルペン合成酵素遺伝子は知られているが(たとえば非特許文献3のZzZZS1)、本酵素遺伝子のように、β-カリオフィレンを単一の主要テルペン成分として合成できるものは従来知られていなかった。
また同様に、AsTps2を含まないベクターpET21aとプラスミドpAC-Mev/Scidiを保持する大腸菌株の酢酸エチル抽出液のクロマトグラム(コントロール)では、いずれのセスキテルペンの生成も確認されなかったのに対し、プラスミドpET-AsTps2aとpET-AsTps2bのどちらか一方及びプラスミドpAC-Mev/Scidi を含む大腸菌を用いた実験区では、菌体からの酢酸エチル抽出液中に新規なピークが観察された。マススペクトルの比較により、このピーク(ピーク2及びピーク3)はゲルマクレンD(germacrene D)であると考えられた(図5)。そこで、ゲルマクレンDの標品と重ねうちしたところ、GC分析による保持時間が完全に一致した。
以上の結果から、AsTps2a及びAsTps2bはゲルマクレンD合成酵素(germacrene D synthase)をコードする遺伝子であることが判明した。β-カリオフィレン及びゲルマクレンDの化学構造は図6に示されている。
また、以上の結果より、プラスミドpET-AsTps1とプラスミドpAC-Mev/Scidiを導入した大腸菌を用いて、β-カリオフィレンの選択的な生産が、さらに、プラスミドpET-AsTps2aとpET-AsTps2bのどちらか一方及びプラスミドpAC-Mev/Scidiを導入した大腸菌を用いて、ゲルマクレンDの選択的な生産が可能であることを確認した。一般に、セスキテルペン合成酵素は複数個のセスキテルペンを同時に合成する傾向にあるので、AsTps1AsTps1b又はAsTps2bのように、ほぼ単一のセスキテルペンの生成を触媒する酵素遺伝子は珍しい。
The analysis by the GC-MS, the chromatogram of the E. coli strain ethyl acetate extracts which holds the vector pET21a and plasmids pAC-Mev / Scidi containing no AsTps1 (control), also not confirmed formation of any sesquiterpene In contrast, in the experimental group using E. coli containing plasmid pET-AsTps1 and plasmid pAC-Mev / Scidi, a new peak was observed in the ethyl acetate extract from the cells. Comparison of mass spectra confirmed that this peak (peak 1) was β-caryophyllene (FIG. 4).
Therefore, when the sample was overlaid with a preparation of β-caryophyllene (Wako Pure Chemical Industries), the retention time by GC analysis was completely consistent.
From the above results, it was found that AsTps 1 is a gene encoding β-caryophyllene synthase. A sesquiterpene synthase gene that synthesizes β-caryophyllene as one of a plurality of sesquiterpene components is known (for example, ZzZZS1 in Non-Patent Document 3). There has been no known compound that can be synthesized as one main terpene component.
Similarly, the chromatogram of ethyl acetate extracts of E. coli strains harboring the vector pET21a plasmid pAC-Mev / Scidi containing no AsTps2 (control), the generation of any sesquiterpene was not confirmed to, In the experimental group using E. coli containing either plasmid pET-AsTps2a or pET-AsTps2b and plasmid pAC-Mev / Scidi, a new peak was observed in the ethyl acetate extract from the cells. By comparison of mass spectra, this peak (Peak 2 and Peak 3) was considered to be Germacrene D (FIG. 5). Then, when it overlapped with the sample of Germaclen D, the retention time by GC analysis was completely in agreement.
From the above results, it was found that AsTps2a and AsTps2b are genes encoding germacrene D synthase. The chemical structures of β-caryophyllene and germacrene D are shown in FIG.
In addition, from the above results, selective production of β-caryophyllene using E. coli into which plasmid pET-AsTps1 and plasmid pAC-Mev / Scidi were introduced, and either plasmid pET-AsTps2a or pET-AsTps2b And it was confirmed that selective production of Germacrene D was possible using Escherichia coli introduced with plasmid pAC-Mev / Scidi. In general, since sesquiterpene synthases tend to synthesize a plurality of sesquiterpenes simultaneously, enzyme genes that catalyze the production of almost single sesquiterpenes, such as AsTps1 , AsTps1b, or AsTps2b , are rare.

(紫ウコン由来のセスキテルペン合成酵素遺伝子cDNA配列の決定)
紫ウコン(ガジュツ;Curcuma zedoaria Roscoe)の根茎(rhizome;図7)から、RNeasy Plant Mini Kit(Qiagen社製)を用いて全RNAを抽出した。SMARTer RACE cDNA amplification kit (Takara Bio社製) を用いて、製造元の指示に従い、全RNA 1.0 μgからcDNAを調製した。非特許文献4に記された高等植物のセスキテルペン合成酵素の保存ドメインの配列に基づく縮重オリゴヌクレオチドプライマー対[フォワード:5'-TTYCGAYTIYTIMGRMARCAIGG-3'(配列番号19) 及びリバース:5'-TAIGHRTCAWAIRTRTCRTC-3'(配列番号20)]を用いて、非特許文献4に記載の条件でcDNAを鋳型としたPCRを行い、813 bpの増幅断片を得た。得られた増幅断片をpGEM-T Easy Vector System(Promega社製)を用いてクローン化し塩基配列を決定した。全長cDNAを単離するために、上述のSMARTer RACE cDNA Amplification Kit(Takara Bio社製)、オリゴヌクレオチドプライマー[UN3.5race:5'- AGCTCTTCTGCTCGAATCGACGACAC-3'(配列番号11) 及びUN3.3race:5'- ACTTTTGCTCGAGATCGAGTGGTGGA-3'(配列番号12)]及びAdvantage2 Polymerase Mix(Clontech社製)を用いて、製造元の指示に従い断片を5'末端および3'末端に向かって伸長させ、全長cDNA配列を決定した。
(Sequence determination of sesquiterpene synthase gene cDNA sequence derived from purple turmeric)
Rhizome; (Curcuma zedoaria Roscoe zedoary) purple turmeric; from (rhizome Figure 7), total RNA was extracted using the RNeasy Plant Mini Kit (Qiagen Inc.). Using SMARTer RACE cDNA amplification kit (Takara Bio), cDNA was prepared from 1.0 μg of total RNA according to the manufacturer's instructions. Degenerate oligonucleotide primer pair [Forward: 5'-TTYCGAYTIYTIMGRMARCAIGG-3 '(SEQ ID NO: 19) and reverse: 5'-TAIGHRTCAWAIRTRTCRTC based on the sequence of the conserved domain of higher plant sesquiterpene synthase described in Non-Patent Document 4 -3 ′ (SEQ ID NO: 20)], PCR was performed using cDNA as a template under the conditions described in Non-Patent Document 4 to obtain an amplified fragment of 813 bp. The obtained amplified fragment was cloned using pGEM-T Easy Vector System (Promega) and the nucleotide sequence was determined. In order to isolate full-length cDNA, the above-mentioned SMARTer RACE cDNA Amplification Kit (manufactured by Takara Bio), oligonucleotide primer [UN3.5race: 5′-AGCTCTTCTGCTCGAATCGACGACAC-3 ′ (SEQ ID NO: 11) and UN3.3race: 5 ′ -Using ACTTTTGCTCGAGATCGAGTGGTGGA-3 '(SEQ ID NO: 12)] and Advantage2 Polymerase Mix (manufactured by Clontech), the fragment was extended toward the 5' end and 3 'end according to the manufacturer's instructions to determine the full-length cDNA sequence.

(紫ウコンより2種類の全長セスキテルペン合成酵素遺伝子cDNAの単離と構造解析)
実施例4で得られた全長cDNA配列に特異的なオリゴヌクレオチドプライマー対UN3.Nde-F(5'- AGACAGACATATGGAGAAGCAATCGACCAGTACTC -3'(配列番号13)、下線はNdeI認識部位を示す)及びUN3.Kpn-R(5'- GAGGTACGGTACCTTAAATAGGTACTGATTCGACCAACACC -3'(配列番号14)、下線はKpnI認識部位を示す)及びAdvantage2 Polymerase Mix(Clontech社製)を用いて、紫ウコンcDNAを鋳型としたPCR(反応組成:製造元の指示に従った;反応条件:変性94℃で2分間、次に、94℃で30秒間、55℃で30秒間、72℃で4分間を5サイクル、次いで94℃で30秒間、60℃で30秒間、72℃で4分間を25サイクル)を行った。得られたcDNAはプラスミドpGEM-T Easy Vector System(Promega社製)によりクローン化し、塩基配列を決定した。
これらのcDNAヌクレオチド配列を配列番号15、17に、該cDNAによりコードされるポリペプチドのアミノ酸配列を配列番号16、18に示す。また、配列番号15及び17により特定される遺伝子(cDNA)をCzTps1a及びCzTps1bと命名し、CzTps1aおよびCzTps1bがコードする配列番号16及び18により特定されるタンパク質(ポリペプチド)をそれぞれ、CzTPS1a及びCzTPS1bと命名した。
CzTps1aは、1,644 bpのオープンリーディングフレーム(ORF)を含み、推定547アミノ酸残基、分子量64.0 kDa、及びpI 5.35のタンパク質(CzTPS1a)をコードしていた。GenBank/EMBL/DDBJデータベースに対する相同性検索により、CzTPS1aは既知セスキテルペン合成酵素であるハナショウガ(Zingiber zerumbet)由来α-フムレン合成酵素(α-humulene synthase)と66%、同β-オイデスモール合成酵素(β-eudesmol synthase)と 63%、ショウガ(Zingiber officinale)由来ゲルマクレンD合成酵素(germacrene D synthase)と59%のアミノ酸配列一致度(identity)を示した。また、本発明によるコシアブラ由来β-カリオフィレン合成酵素(AsTPS1)及び同ゲルマクレンD合成酵素(AsTPS2a、AsTPS2b)とはそれぞれ45%、45%、44%のアミノ酸配列一致度を示した。
一方、CzTps1bは、1,644 bpのオープンリーディングフレーム(ORF)を含み、推定547アミノ酸残基、分子量64.1 kDa、及びpI 5.41のタンパク質(CzTPS1b)をコードしていた。GenBank/EMBL/DDBJデータベースに対する相同性検索により、CzTPS1bは既知セスキテルペン合成酵素であるハナショウガ(Zingiber zerumbet)由来α-フムレン合成酵素(α-humulene synthase)と66%、同β-オイデスモール合成酵素(β-eudesmol synthase)と 63%、ショウガ(Zingiber officinale)由来ゲルマクレンD合成酵素(germacrene D synthase)と59%のアミノ酸配列一致度(identity)を示した。また、本発明によるコシアブラ由来β-カリオフィレン合成酵素(AsTPS1)及び同ゲルマクレンD合成酵素(AsTPS2a、AsTPS2b)とはそれぞれ45%、45%、44%のアミノ酸配列一致度を示した。CzTPS1a及びCzTPS1bの相同性は、99.6%のアミノ酸配列一致度(identity)であった。両者の違いは2つのアミノ酸置換、すなわち118番目のGlnからArgへの置換(Gln118Arg、以下同様)、およびAla418Thrによるものだった。既知セスキテルペン合成酵素との相同性から、CzTPS1aおよびCzTPS1bは、被子植物のセスキテルペン及びジテルペン合成酵素の群であるTPS-aサブファミリーに属することが分かった。さらにCzTPS1a及びCzTPS1bは、セスキテルペン合成酵素に高度に保存されているRxR、DDxxD、(N/D)Dxx(S/T)xxxEというモチーフを含んでいた(図8)。
一方、通常の既知セスキテルペン合成酵素と同様に、CzTPS1a及びCzTPS1bは、色素体輸送(transit)ペプチドを含まないことが予測された。これら2種のタンパク質とこれらと相同性の高い既知酵素におけるアミノ酸配列の比較(アライメント;alignment)を図8に示した。
(Isolation and structural analysis of two full-length sesquiterpene synthase gene cDNAs from purple turmeric)
A pair of oligonucleotide primers specific for the full-length cDNA sequence obtained in Example 4 UN3.Nde-F (5′-AGACAGA CATAT GGAGAAGCAATCGACCAGTACTC-3 ′ (SEQ ID NO: 13), underlined indicates Nde I recognition site) and UN3 PCR using purple turmeric cDNA as a template using Kpn -R (5'-GAGGTAC GGTACC TTAAATAGGTACTGATTCGACCAACACC -3 '(SEQ ID NO: 14), underlined indicates Kpn I recognition site) and Advantage2 Polymerase Mix (Clontech) (Reaction composition: according to manufacturer's instructions; reaction conditions: denaturation at 94 ° C for 2 minutes, then 94 ° C for 30 seconds, 55 ° C for 30 seconds, 72 ° C for 4 minutes, 5 cycles, then 94 ° C for 30 minutes Second, 25 cycles of 60 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 4 minutes). The obtained cDNA was cloned using the plasmid pGEM-T Easy Vector System (Promega), and the nucleotide sequence was determined.
These cDNA nucleotide sequences are shown in SEQ ID NOs: 15 and 17, and amino acid sequences of polypeptides encoded by the cDNAs are shown in SEQ ID NOs: 16 and 18, respectively. Further, the genes (cDNAs) specified by SEQ ID NOs: 15 and 17 are named CzTps1a and CzTps1b, and the proteins (polypeptides) specified by SEQ ID NOs: 16 and 18 encoded by CzTps1a and CzTps1b are CzTPS1a and CzTPS1b , respectively. Named.
CzTps1a contained a 1,644 bp open reading frame (ORF) and encoded a protein (CzTPS1a) with a predicted 547 amino acid residues, a molecular weight of 64.0 kDa, and a pI of 5.35. Based on homology searches against GenBank / EMBL / DDBJ databases, CzTPS1a is 66% of the known sesquiterpene synthase α-humulene synthase derived from Zingiber zerumbet , β-eudesmol synthase (Β-eudesmol synthase) and 63%, and ginger ( Zingiber officinale) -derived gelmacrene D synthase showed 59% amino acid sequence identity. In addition, the amino acid sequence coincidence of 45%, 45% and 44% with the β-caryophyllene synthase (AsTPS1) and the same Germacrene D synthase (AsTPS2a and AsTPS2b) according to the present invention was shown.
On the other hand, CzTps1b contained a 1,644 bp open reading frame (ORF) and encoded a protein (CzTPS1b) with a predicted 547 amino acid residues, a molecular weight of 64.1 kDa, and a pI of 5.41. By homology search against GenBank / EMBL / DDBJ database, CzTPS1b is 66% with α-humulene synthase derived from Zingiber zerumbet , a known sesquiterpene synthase, β-eudesmol synthase (Β-eudesmol synthase) and 63%, and ginger ( Zingiber officinale ) -derived gelmacrene D synthase and 59% amino acid sequence identity (identity). In addition, the amino acid sequence coincidence of 45%, 45% and 44% with the β-caryophyllene synthase (AsTPS1) and the same Germacrene D synthase (AsTPS2a and AsTPS2b) according to the present invention was shown. The homology between CzTPS1a and CzTPS1b was 99.6% amino acid sequence identity. The difference between the two was due to two amino acid substitutions, namely the 118th Gln to Arg substitution (Gln118Arg, and so on) and Ala418Thr. Homology with known sesquiterpene synthases indicates that CzTPS1a and CzTPS1b belong to the TPS-a subfamily, a group of angiosperm sesquiterpenes and diterpene synthases. Furthermore, CzTPS1a and CzTPS1b contained the motifs RxR, DDxxD, (N / D) Dxx (S / T) xxxE highly conserved in sesquiterpene synthase (FIG. 8).
On the other hand, as with normal known sesquiterpene synthases, CzTPS1a and CzTPS1b were predicted not to contain a plastid transit peptide. FIG. 8 shows a comparison (alignment) of amino acid sequences of these two proteins and known enzymes having high homology with them.

(紫ウコン由来の2種類のセスキテルペン合成酵素遺伝子の機能解析)
紫ウコン由来の2種類のセスキテルペン合成酵素遺伝子CzTps1a及びCzTps1b全長cDNA配列のそれぞれを、これらが挿入されたプラスミドから制限酵素NdeI-KpnIで切り出し、大腸菌ベクターpETDuet-1(Novagen社製)のマルチクローニング部位(MCS2)のNdeI-KpnI部位に連結して、pET-CzTps1a及びpET-CzTps1bプラスミドを作製した(図9)。
プラスミドpET-CzTps1a又はpET-CzTps1bのどちらか一方及びプラスミドpAC-Mev/Scidi(非特許文献7)を用いて大腸菌BL21(DE3)の形質転換を行い、得られた組換え大腸菌の培養を行い、培養後の大腸菌の菌体からのセスキテルペンを抽出し、ガスクロマトグラフィー-質量分析(GC-MS)を行った。これらの方法は非特許文献2、3、4、7に記載の通りである。
GC-MSを用いた分析の結果、CzTps1を含まないベクターpET21a及びプラスミドpAC-Mev/Scidiを保持する大腸菌株の酢酸エチル抽出液のクロマトグラム(コントロール)では、いずれのセスキテルペンの生成も確認されなかったのに対し、培養中にプラスミドpET-CzTps1a又はpET-CzTps1bのどちらか一方及びプラスミドpAC-Mev/Scidi を含む大腸菌を用いた実験区では、菌体からの酢酸エチル抽出液中に新規なピークが見られた。マススペクトルの比較により、このピーク(ピーク4及び5)はβ-オイデスモール(β-eudesmol)であると考えられた(図10)。
そこで、β-オイデスモールの標品(和光純薬工業)と重ねうちしたところ、GC分析による保持時間が完全に一致した。以上の結果から、CzTps1a及びCzTps1bはβ-オイデスモール合成酵素(β-eudesmol synthase)をコードする遺伝子であることが判明した。β-オイデスモールの化学構造は図6に示されている。
また、以上の結果より、プラスミドpET-CzTps1a又はpET-CzTps1bのどちらか一方及びプラスミドpAC-Mev/Scidiを導入した大腸菌を用いて、β-オイデスモールの選択的な生産が可能であることが示された。
なお、β-オイデスモールを単一の主要テルペン成分として合成できるものは従来、ハナショウガから単離されたβ-オイデスモール合成酵素遺伝子(ZzZSS2)のみが知られていた(参照:非特許文献4)。我々が今回、紫ウコンより単離した遺伝子(CzTps1a又はCzTps1b)はZzZSS2と同様の機能を持つテルペン合成酵素遺伝子であるが、これら2種類の遺伝子がコードするタンパク質のアミノ酸配列はかなり異なっていた(63%のアミノ酸一致度)。むしろ、CzTPS1a又はCzTPS1bは構造上、ハナショウガから単離されたα-フムレン合成酵素ZzZSS1 (参照:非特許文献3)に近かった(66%のアミノ酸一致度)ので、本発明の遺伝子(CzTps1a又はCzTps1b)の機能を推定することはできなかった。したがって、本発明の遺伝子はその構造と機能上、新規遺伝子であると言える。
(Functional analysis of two sesquiterpene synthase genes derived from purple turmeric)
Two full-length cDNA sequences derived from purple turmeric sesquiterpene synthase genes CzTps1a and CzTps1b were excised from the inserted plasmids with restriction enzyme Nde I- Kpn I, and E. coli vector pETDuet-1 (manufactured by Novagen) PET-CzTps1a and pET-CzTps1b plasmids were prepared by ligation to the Nde I- Kpn I site of the multicloning site (MCS2) (FIG. 9).
E. coli BL21 (DE3) is transformed with either plasmid pET-CzTps1a or pET-CzTps1b and plasmid pAC-Mev / Scidi (Non-patent Document 7), and the resulting recombinant E. coli is cultured. Sesquiterpenes were extracted from the cultured Escherichia coli cells, and subjected to gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). These methods are as described in Non-Patent Documents 2, 3, 4, and 7.
As a result of analysis using GC-MS, the chromatogram (control) of the ethyl acetate extract of the Escherichia coli strain carrying the vector pET21a without CzTps 1 and the plasmid pAC-Mev / Scidi confirmed the formation of any sesquiterpene. In contrast, in the experimental section using E. coli containing either plasmid pET-CzTps1a or pET-CzTps1b and plasmid pAC-Mev / Scidi during culture, a new one was added to the ethyl acetate extract from the cells. Peak was observed. By comparison of mass spectra, this peak (peaks 4 and 5) was considered to be β-eudesmol (FIG. 10).
Therefore, when it was overlapped with a sample of β-eudesmol (Wako Pure Chemical Industries), the retention time by GC analysis was completely consistent. From the above results, it was found that CzTps1a and CzTps1b are genes encoding β-eudesmol synthase. The chemical structure of β-eudesmol is shown in FIG.
In addition, the above results indicate that β-eudesmol can be selectively produced using E. coli into which either plasmid pET-CzTps1a or pET-CzTps1b and plasmid pAC-Mev / Scidi have been introduced. It was done.
In addition, only β- eudesmol synthase gene ( ZzZSS2 ) isolated from Hana ginger has been known so far as β- eudesmol can be synthesized as a single main terpene component (see Non-Patent Document 4). ). The gene we isolated from purple turmeric ( CzTps1a or CzTps1b ) is a terpene synthase gene with the same function as ZzZSS2 , but the amino acid sequences of the proteins encoded by these two genes are quite different ( 63% amino acid identity). Rather, CzTPS1a or CzTPS1b is structurally close to α-humulene synthase ZzZSS1 (reference: Non-Patent Document 3) isolated from Japanese ginger, so the gene of the present invention ( CzTps1a or CzTps1a or The function of CzTps1b ) could not be estimated. Therefore, the gene of the present invention can be said to be a novel gene because of its structure and function.

(ヒメウコギ由来のセスキテルペン合成酵素遺伝子cDNA配列の決定)
ヒメウコギ(ウコギ;Acanthopanax sieboldianus)の新芽(図11a)から、RNeasy Plant Mini Kit(Qiagen社製)を用いて全RNAを抽出した。SMARTer RACE cDNA amplification kit (Takara Bio社製) を用いて、製造元の指示に従い、全RNA 1.0 μgからcDNAを調製した。非特許文献4に記された高等植物のセスキテルペン合成酵素の保存ドメインの配列に基づく縮重オリゴヌクレオチドプライマー対[フォワード:5'-TTYCGAYTIYTIMGRMARCAIGG-3'(配列番号19) 及びリバース:5'-TAIGHRTCAWAIRTRTCRTC-3'(配列番号20)]を用いて、非特許文献4に記載の条件でcDNAを鋳型としたPCRを行い、592 bpの増幅断片を得た。
得られた増幅断片をpGEM-T Easy Vector System(Promega社製)を用いてクローン化し塩基配列を決定した。全長cDNAを単離するために、上述のSMARTer RACE cDNA Amplification Kit(Takara Bio社製)、オリゴヌクレオチドプライマー[surugaGDS.5race:5'- GCGATTTAAGACGCTCAAGGTGAGAGG -3'(配列番号21)及びsurugaGDS.3race:5'- TCGCAAGAGATAGAGTGGTGGAGTGC -3'(配列番号22)]及びAdvantage2 Polymerase Mix(Clontech社製)を用いて、製造元の指示に従い断片を5'末端および3'末端に向かって伸長させ、cDNA配列を決定した。得られた5'末端配列情報をもとに、新たに合成したオリゴヌクレオチドプライマー[UK1.5-RACE.326:5'- ACGGTGTGAAGATCGTCGTCATTTCC-3'(配列番号23)]を用いてさらに5'末端に向かって伸長させ、全長cDNA配列を決定した。
(Determination of cDNA sequence of sesquiterpene synthase gene derived from himeukogi)
Himeukogi; from (Araliaceae Acanthopanax Sieboldianus) shoots (Fig. 11a), total RNA was extracted using the RNeasy Plant Mini Kit (Qiagen Inc.). Using SMARTer RACE cDNA amplification kit (Takara Bio), cDNA was prepared from 1.0 μg of total RNA according to the manufacturer's instructions. Degenerate oligonucleotide primer pair [Forward: 5'-TTYCGAYTIYTIMGRMARCAIGG-3 '(SEQ ID NO: 19) and reverse: 5'-TAIGHRTCAWAIRTRTCRTC based on the sequence of the conserved domain of higher plant sesquiterpene synthase described in Non-Patent Document 4 -3 ′ (SEQ ID NO: 20)], PCR was performed using cDNA as a template under the conditions described in Non-Patent Document 4 to obtain an amplified fragment of 592 bp.
The obtained amplified fragment was cloned using pGEM-T Easy Vector System (Promega) and the nucleotide sequence was determined. In order to isolate full-length cDNA, the above-mentioned SMARTer RACE cDNA Amplification Kit (manufactured by Takara Bio), oligonucleotide primer [surugaGDS.5race: 5′-GCGATTTAAGACGCTCAAGGTGAGAGG-3 ′ (SEQ ID NO: 21) and surugaGDS.3race: 5 ′ -Using TCGCAAGAGATAGAGTGGTGGAGTGC-3 '(SEQ ID NO: 22)] and Advantage2 Polymerase Mix (Clontech), the fragment was extended toward the 5' end and 3 'end according to the manufacturer's instructions, and the cDNA sequence was determined. Based on the obtained 5 ′ terminal sequence information, a newly synthesized oligonucleotide primer [UK1.5-RACE.326: 5′-ACGGTGTGAAGATCGTCGTCATTTCC-3 ′ (SEQ ID NO: 23)] was used to further expand the 5 ′ terminal. The full length cDNA sequence was determined.

(4種類の全長セスキテルペン合成酵素遺伝子cDNAの単離と構造解析)
実施例7で得られた全長cDNA配列に特異的なオリゴヌクレオチドプライマー対UK1. Nde-F{5'- AGACAGACATATGGCCACGTATCTCCAGG -3'(配列番号24)、下線はNdeI認識部位を示す}及びUK1. Xho-R{5'- GAGGTACCTCGAGTTATATTTGAACTGGATCTATGAGCAC -3' (配列番号25)、下線はXhoI認識部位を示す}及びAdvantage2 Polymerase Mix(Clontech社製)を用いて、コシアブラcDNAを鋳型としたPCR(反応組成:製造元の指示に従った;反応条件:変性94℃で2分間、次に、94℃で30秒間、55℃で30秒間、72℃で2分間を5サイクル、次いで94℃で30秒間、60℃で30秒間、72℃で2分間を25サイクル)を行った。
得られたDNA断片は、プラスミドpGEM-T Easy Vector System(Promega社製)によりクローン化し、塩基配列を決定した。これらのcDNAヌクレオチド配列を配列番号26、28、30及び32に、該cDNAによりコードされるポリペプチドのアミノ酸配列を配列番号27、29、31及び33に示す。また、配列番号26、28、30及び32により特定される遺伝子(cDNA)をそれぞれAsiTps1a、AsiTps1b、AsiTps1c及びAsiTps1dと命名し、AsTps1aAsiTps1bAsiTps1c及びAsiTps1dがコードする配列番号27、29、31及び33により特定されるタンパク質(ポリペプチド)をAsiTPS1aAsiTPS1bAsiTPS1c及びAsiTPS1dと命名した。
AsiTps1aは、1,671 bpのオープンリーディングフレーム(ORF)を含み、推定556アミノ酸残基、分子量64.7 kDa、及びpI 5.57のタンパク質(AsiTPS1a)をコードしていた。GenBank/EMBL/DDBJデータベースに対する相同性検索により、AsiTPS1aは既知セスキテルペン合成酵素であるミツバウコギ(Eleutherococcus trifoliatus)由来α-コパエン合成酵素(α-copaene synthase)と97%、ヨーロッパブドウ(Vitis vinifera)由来ゲルマクレンD合成酵素(germacrene D synthase)と 63%、同β-カリオフィレン合成酵素(β-caryophyllene synthase)と62%のアミノ酸配列一致度(identity)を示した。
AsiTps1bは、1,671 bpのORFを含み、推定556アミノ酸残基、分子量64.6 kDa、及びpI 5.64のタンパク質(AsiTPS1b)をコードしていた。相同性検索により、AsiTPS1bは既知セスキテルペン合成酵素であるミツバウコギ由来α-コパエン合成酵素と97%、ヨーロッパブドウ由来ゲルマクレンD合成酵素と 63%、同β-カリオフィレン合成酵素と62%のアミノ酸配列一致度(identity)を示した。
AsiTps1cは、1,671 bpのORFを含み推定556アミノ酸残基、分子量64.6 kDa、及びpI 5.57のタンパク質(AsiTPS1c)をコードしていた。相同性検索により、AsiTPS1cは既知セスキテルペン合成酵素であるミツバウコギ由来α-コパエン合成酵素と97%、ヨーロッパブドウ由来ゲルマクレンD合成酵素と 64%、同β-カリオフィレン合成酵素と63%のアミノ酸配列一致度(identity)を示した。
また、AsiTps1dは、1,671 bpのORFを含み推定556アミノ酸残基、分子量64.6 kDa、及びpI 5.62のタンパク質(AsiTPS1d)をコードしていた。相同性検索により、AsiTPS1dは既知セスキテルペン合成酵素であるミツバウコギ由来α-コパエン合成酵素と97%、ヨーロッパブドウ由来ゲルマクレンD合成酵素と 63%、同β-カリオフィレン合成酵素と62%のアミノ酸配列一致度(identity)を示した。
AsiTPS1a、AsiTPS1b、AsiTPS1c及びAsiTPS1dの4者の相同性については、AsiTPS1aとAsiTPS1bが99.6%、AsiTPS1aとAsiTPS1cが99.6%、AsiTPS1aとAsiTPS1dが99.6%、AsiTPS1bとAsiTPS1cが99.3%、AsiTPS1bとAsiTPS1dが99.3%、AsiTPS1cとAsiTPS1dが99.3%のアミノ酸配列一致度(identity)を示した。AsiTPS1aとAsiTPS1bの違いは2つのアミノ酸置換、すなわち36番目のLeuからProへの置換(Leu36Pro、以下同様)と、Asp42Glyによるものだった。AsiTPS1aとAsiTPS1cの違いは2つのアミノ酸置換、すなわちAsn39Serと、Phe235Leuによるものだった。また、AsiTPS1aとAsiTPS1dの違いは2つのアミノ酸置換、すなわちMet64Valと、Tyr158Hisによるものだった。既知セスキテルペン合成酵素との相同性から、AsiTPS1a、AsiTPS1b、AsiTPS1cおよびAsiTPS1dは、被子植物のセスキテルペンおよびジテルペン合成酵素の群であるTPS-aサブファミリー(参照:J. Bohlmann, G. Meyer-Gauen, R. Croteau (1998) Plant terpenoid synthases: molecular biology and phylogenetic analysis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95:4126-4133 )に属することを確認した。
さらにAsiTPS1a、AsiTPS1b、AsiTPS1cおよびAsiTPS1dは、セスキテルペン合成酵素に高度に保存されているRxR、DDxxD、(N/D)Dxx(S/T)xxxE {NSE/DTEモチーフと呼ばれる} というモチーフを含んでいた(図12)。
一方、AsiTPS1a、AsiTPS1b、AsiTPS1c及びAsiTPS1dは、通常の既知セスキテルペン合成酵素とは異なり、色素体輸送(transit)ペプチドを有することが予測された。これら4種のタンパク質とこれらと相同性の高い既知酵素におけるアミノ酸配列の比較(アライメント;alignment)を図12に示した。
(Isolation and structural analysis of four full-length sesquiterpene synthase gene cDNAs)
A pair of oligonucleotide primers specific for the full-length cDNA sequence obtained in Example 7 UK1. Nde-F {5'-AGACAGA CATAT GGCCACGTATCTCCAGG-3 '(SEQ ID NO: 24), underlined indicates Nde I recognition site} and UK1 Xho-R {5′-GAGGTAC CTCGAG TTATATTTGAACTGGATCTATGAGCAC -3 ′ (SEQ ID NO: 25), underlined indicates Xho I recognition site} and Advantage2 Polymerase Mix (manufactured by Clontech), PCR using Cosiabra cDNA as a template ( Reaction composition: according to manufacturer's instructions; reaction conditions: Denaturation 94 ° C for 2 minutes, then 94 ° C for 30 seconds, 55 ° C for 30 seconds, 72 ° C for 2 minutes, 5 cycles, then 94 ° C for 30 seconds 25 cycles of 60 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 2 minutes).
The obtained DNA fragment was cloned using the plasmid pGEM-T Easy Vector System (Promega) and the nucleotide sequence was determined. These cDNA nucleotide sequences are shown in SEQ ID NOs: 26, 28, 30 and 32, and the amino acid sequences of polypeptides encoded by the cDNAs are shown in SEQ ID NOs: 27, 29, 31 and 33. Further, the genes (cDNA) specified by SEQ ID NOs: 26, 28, 30 and 32 are named AsiTps1a , AsiTps1b , AsiTps1c and AsiTps1d , respectively , and AsTps1a , AsiTps1b , AsiTps1c and AsiTps1d are encoded by SEQ ID NOs: 27, 29, 31 and The proteins (polypeptides) specified by 33 were named AsiTPS1a , AsiTPS1b , AsiTPS1c and AsiTPS1d .
AsiTps1a contained a 1,671 bp open reading frame (ORF) and encoded a protein (AsiTPS1a) with a putative 556 amino acid residue, a molecular weight of 64.7 kDa, and a pI of 5.57. Based on homology search against GenBank / EMBL / DDBJ database, AsiTPS1a is a known sesquiterpene synthase, α-copaene synthase derived from Eleutherococcus trifoliatus , 97%, European macaque derived from Vitis vinifera The amino acid sequence identity was 63% with D-synthesizing enzyme (germacrene D synthase) and 62% with β-caryophyllene synthase.
AsiTps1b contained a 1,671 bp ORF and encoded a protein (AsiTPS1b) with a putative 556 amino acid residue, a molecular weight of 64.6 kDa, and a pI of 5.64. According to homology search, AsiTPS1b has 97% amino acid sequence identity with the known sesquiterpene synthase α-copaene synthase from Mitsukoukogi, 63% with European grape-derived mamacrene D synthase, and 62% with the same β-caryophyllene synthase (Identity).
AsiTps1c encoded a protein (AsiTPS1c) containing an ORF of 1,671 bp, a putative 556 amino acid residue, a molecular weight of 64.6 kDa, and a pI of 5.57. According to homology search, AsiTPS1c is 97% of the known sesquiterpene synthase α-copaene synthase from Mitsubaukogi, 64% from European grape germin D synthase, and 63% amino acid sequence identity with β-caryophyllene synthase (Identity).
AsiTps1d encoded a protein (AsiTPS1d) containing an ORF of 1,671 bp, a putative 556 amino acid residue, a molecular weight of 64.6 kDa, and a pI of 5.62. By homology search, AsiTPS1d has 97% amino acid sequence identity with the known sesquiterpene synthase α-copaene synthase from Mitsubaukogi, 63% with European grape germin D synthase, and 62% with β-caryophyllene synthase (Identity).
AsiTPS1a, AsiTPS1b, AsiTPS1c and AsiTPS1d are as follows. AsiTPS1c and AsiTPS1d showed 99.3% amino acid sequence identity. The difference between AsiTPS1a and AsiTPS1b was due to two amino acid substitutions, ie, the substitution of the 36th Leu to Pro (Leu36Pro, and so on) and Asp42Gly. The difference between AsiTPS1a and AsiTPS1c was due to two amino acid substitutions: Asn39Ser and Phe235Leu. The difference between AsiTPS1a and AsiTPS1d was due to two amino acid substitutions, namely Met64Val and Tyr158His. Due to its homology with known sesquiterpene synthases, AsiTPS1a, AsiTPS1b, AsiTPS1c and AsiTPS1d are TPS-a subfamily, a group of angiosperm sesquiterpenes and diterpene synthases (see J. Bohlmann, G. Meyer-Gauen , R. Croteau (1998) Plant terpenoid synthases: molecular biology and phylogenetic analysis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95: 4126-4133).
In addition, AsiTPS1a, AsiTPS1b, AsiTPS1c and AsiTPS1d contain the motifs RxR, DDxxD, (N / D) Dxx (S / T) xxxE {referred to as NSE / DTE motif} that are highly conserved in sesquiterpene synthases (Figure 12).
On the other hand, AsiTPS1a, AsiTPS1b, AsiTPS1c and AsiTPS1d were predicted to have a plastid transit peptide, unlike ordinary known sesquiterpene synthases. A comparison (alignment) of amino acid sequences between these four proteins and known enzymes having high homology with these four proteins is shown in FIG.

(ヒメウコギ由来の4種類のセスキテルペン合成酵素遺伝子の機能解析)
ヒメウコギ由来の4種類のセスキテルペン合成酵素遺伝子であるAsiTps1aAsiTps1bAsiTps1c及びAsiTps1d全長cDNA配列のそれぞれを、これらが挿入されたプラスミドから制限酵素NdeI-XhoIで切り出し、大腸菌ベクターpETDuet-1(Novagen社製)のマルチクローニング部位(MCS2)のNdeI-XhoI部位に連結して、pET-AsiTps1a、pET-AsiTps1b、pET-AsiTps1c、及びpET-AsiTps1dを作製した(図13)。プラスミドpET-AsiTps1a、pET-AsiTps1b、pET-AsiTps1c及びpET-AsiTps1dのうちいずれか1つ、及びプラスミドpAC-Mev/Scidi(非特許文献7)を用いて大腸菌BL21(DE3)の形質転換を行った。さらに、得られた組換え大腸菌の培養を行い、培養後の大腸菌の菌体からのセスキテルペンを抽出し、さらにガスクロマトグラフィー質量分析(GC-MS)を行った。これらの方法は非特許文献2、3、4、7に記載の通りである。
GC-MSを用いた分析の結果、AsiTps1を含まないベクターpET21a及びプラスミドpAC-Mev/Scidiを保持する大腸菌株酢酸エチル抽出液のクロマトグラム(コントロール)では、いずれのセスキテルペンの生成も確認されなかったのに対し、プラスミドpET-AsiTps1a、pET-AsiTps1b、pET-AsiTps1c、pET-AsiTps1dのうちいずれか1つ、及びプラスミドpAC-Mev/Scidi を含む大腸菌を用いた実験区では、菌体からの酢酸エチル抽出液中に新規なピークが見られた。マススペクトルの比較により、このピーク(図14中のピーク6、ピーク7、ピーク8、ピーク9)はβ-カリオフィレン(β-caryophyllene)であることを確認した。
そこで、β-カリオフィレンの標品(和光純薬工業)と重ね打ちしたところ、GC分析による保持時間が完全に一致した。
よって、AsiTps1aAsiTps1bAsiTps1c及びAsiTps1dがβ-カリオフィレン合成酵素(β-caryophyllene synthase)をコードする遺伝子であることが判明した。β-カリオフィレンの化学構造は図15に示す。
さらに、以上の結果より、プラスミドpET-AsiTps1a、pET-AsiTps1b、pET-AsiTps1c及びpET-AsiTps1dのうちいずれか1つと、プラスミドpAC-Mev/Scidiを導入した大腸菌を用いて、β-カリオフィレンの選択的な生産が可能であることを確認した。一般に、セスキテルペン合成酵素は複数個のセスキテルペンを同時に合成する傾向にあるので、AsiTps1aAsiTps1bAsiTps1c及びAsiTps1dのように、ほぼ単一のセスキテルペンの生成を触媒する酵素遺伝子は珍しい。
なお、実施例3で確認された、コシアブラ(Acanthopanax sciadophylloides)由来のAsTps1遺伝子もβ-カリオフィレン合成酵素(β-caryophyllene synthase)をコードする遺伝子である。ウコギ(ヒメウコギ)由来のAsiTps1aAsiTps1bAsiTps1c及びAsiTps1d遺伝子にコードされるβ-カリオフィレン合成酵素は、このAsTps1遺伝子遺伝子にコードされるβ-カリオフィレン合成酵素と90%以上のアミノ酸配列一致度(identity)を示した。たとえば、AsiTPS1aはAsTPS1と42アミノ酸が異なり、両者のアミノ酸配列一致度(identity)は92.4%であった。
(Functional analysis of four kinds of sesquiterpene synthase genes derived from himeukogi)
The four full-length sesquiterpene synthase genes AsiTps1a , AsiTps1b , AsiTps1c and AsiTps1d full-length cDNA sequences derived from himeukogi were excised from the plasmid into which these were inserted with the restriction enzyme Nde I- Xho I, and the E. coli vector pETDuet-1 ( Novagen) was ligated to the Nde I- Xho I site of the multiple cloning site (MCS2) to produce pET-AsiTps1a, pET-AsiTps1b, pET-AsiTps1c, and pET-AsiTps1d (FIG. 13). E. coli BL21 (DE3) was transformed using any one of plasmids pET-AsiTps1a, pET-AsiTps1b, pET-AsiTps1c and pET-AsiTps1d and plasmid pAC-Mev / Scidi (Non-patent Document 7). . Further, the obtained recombinant Escherichia coli was cultured, sesquiterpenes were extracted from the cultured Escherichia coli cells, and further gas chromatography mass spectrometry (GC-MS) was performed. These methods are as described in Non-Patent Documents 2, 3, 4, and 7.
The analysis by the GC-MS, the chromatogram of the E. coli strain ethyl acetate extracts which holds the vector pET21a and plasmids pAC-Mev / Scidi containing no AsiTps1 (control), also not confirmed formation of any sesquiterpene In contrast, in an experimental group using E. coli containing plasmid pET-AsiTps1a, pET-AsiTps1b, pET-AsiTps1c, pET-AsiTps1d and plasmid pAC-Mev / Scidi, A new peak was seen in the ethyl extract. Comparison of mass spectra confirmed that this peak (peak 6, peak 7, peak 8, and peak 9 in FIG. 14) was β-caryophyllene.
Therefore, when overprinted with a preparation of β-caryophyllene (Wako Pure Chemical Industries), the retention time by GC analysis was completely consistent.
Therefore, it was found that AsiTps1a , AsiTps1b , AsiTps1c and AsiTps1d are genes encoding β-caryophyllene synthase. The chemical structure of β-caryophyllene is shown in FIG.
Furthermore, from the above results, using one of the plasmids pET-AsiTps1a, pET-AsiTps1b, pET-AsiTps1c and pET-AsiTps1d and Escherichia coli introduced with the plasmid pAC-Mev / Scidi, selective β-caryophyllene It was confirmed that the production was possible. In general, since sesquiterpene synthases tend to synthesize a plurality of sesquiterpenes simultaneously, enzyme genes that catalyze the production of almost a single sesquiterpene, such as AsiTps1a , AsiTps1b , AsiTps1c, and AsiTps1d , are rare.
In addition, the AsTps1 gene derived from Cosciabra ( Acanthopanax sciadophylloides ) confirmed in Example 3 is also a gene encoding β-caryophyllene synthase. Β-caryophyllene synthase encoded by AsiTps1a , AsiTps1b , AsiTps1c, and AsiTps1d genes derived from wolfberry (Hyperoptera) is 90% or more amino acid sequence identity with β-caryophyllene synthase encoded by this AsTps1 gene gene showed that. For example, AsciTPS1a differs from AsTPS1 by 42 amino acids, and the amino acid sequence identity between them was 92.4%.

(タラノキ由来のセスキテルペン合成酵素遺伝子cDNA配列の決定)
タラノキ(Aralia elata)の新芽(図16a)から、RNeasy Plant Mini Kit(Qiagen社製)を用いて全RNAを抽出した。SMARTer RACE cDNA amplification kit (Takara Bio社製) を用いて、製造元の指示に従い、全RNA 1.0 μgからcDNAを調製した。非特許文献4に記された高等植物のセスキテルペン合成酵素の保存ドメインの配列に基づく縮重オリゴヌクレオチドプライマー対[フォワード:5'-TTYCGAYTIYTIMGRMARCAIGG-3'(配列番号19) 及びリバース:5'-TAIGHRTCAWAIRTRTCRTC-3'(配列番号20)]を用いて、非特許文献4に記載の条件でcDNAを鋳型としたPCRを行い、588 bpの増幅断片を得た。得られた増幅断片をpGEM-T Easy Vector System(Promega社製)を用いてクローン化し塩基配列を決定した。全長cDNAを単離するために、上述のSMARTer RACE cDNA Amplification Kit(Takara Bio社製)、オリゴヌクレオチドプライマー[Aral. germ.D5. 5race:5'- TGCACCCTAAGATGTGTTGCCACGTA -3'(配列番号34) 及びAral. germ.D5. 3race:5'- TGCAAGGGATAGAGTGGTGGAGTGCT -3'(配列番号35)]及びAdvantage2 Polymerase Mix(Clontech社製)を用いて、製造元の指示に従い断片を5'末端および3'末端に向かって伸長させ、全長cDNA配列を決定した。
(Determining cDNA sequence of sesquiterpene synthase gene derived from taranoki)
Total RNA was extracted from shoots of Aralia elata (FIG. 16a) using RNeasy Plant Mini Kit (Qiagen). Using SMARTer RACE cDNA amplification kit (Takara Bio), cDNA was prepared from 1.0 μg of total RNA according to the manufacturer's instructions. A degenerate oligonucleotide primer pair [Forward: 5'-TTYCGAYTIYTIMGRMARCAIGG-3 '(SEQ ID NO: 19) and reverse: 5'-TAIGHRTCAWAIRTRTCRTC based on the sequence of the conserved domain of a higher plant sesquiterpene synthase described in Non-Patent Document 4 -3 ′ (SEQ ID NO: 20)], PCR was performed using cDNA as a template under the conditions described in Non-Patent Document 4 to obtain an amplified fragment of 588 bp. The obtained amplified fragment was cloned using pGEM-T Easy Vector System (Promega) and the nucleotide sequence was determined. In order to isolate full-length cDNA, the above-mentioned SMARTer RACE cDNA Amplification Kit (manufactured by Takara Bio), oligonucleotide primer [Aral. Germ. D5. 5race: 5'-TCCACCCTAAGATGTGTTGCCACGTA-3 '(SEQ ID NO: 34) and Aral. Germ.D5. 3race: 5'-TGCAAGGGATAGAGTGGTGGAGTGCT-3 '(SEQ ID NO: 35)] and Advantage2 Polymerase Mix (Clontech) are used to extend the fragments toward the 5' and 3 'ends according to the manufacturer's instructions. The full-length cDNA sequence was determined.

(タラノキより種類の全長セスキテルペン合成酵素遺伝子cDNAの単離と構造解析)
実施例10で得られた全長cDNA配列に特異的なオリゴヌクレオチドプライマー対TR1.Nde-F(5'- AGACAGACATATGGCTGCTTATCTTCAGGCTTC -3'(配列番号36)、下線はNdeI認識部位を示す)及びTR1.Xho-R(5'- GAGGTACCTCGAGTTATATTGGAACAGGATCTACGAGC -3'(配列番号37)、下線はXhoI認識部位を示す)及びAdvantage2 Polymerase Mix(Clontech社製)を用いて、タラノキcDNAを鋳型としたPCR(反応組成:製造元の指示に従った;反応条件:変性94℃で2分間、次に、94℃で30秒間、55℃で30秒間、72℃で4分間を5サイクル、次いで94℃で30秒間、60℃で30秒間、72℃で2分間を25サイクル)を行った。得られたcDNAはプラスミドpGEM-T Easy Vector System(Promega社製)によりクローン化し、塩基配列を決定した。
これらのcDNAヌクレオチド配列を配列番号38、40に、該cDNAによりコードされるポリペプチドのアミノ酸配列を配列番号39、41に示す。また、配列番号38及び40により特定される遺伝子(cDNA)をAeTps1a及びAeTps1bと命名し、AeTps1a及びAeTps1bがコードする配列番号39及び41により特定されるタンパク質(ポリペプチド)をそれぞれ、AeTPS1a及びAeTPS1bと命名した。
AeTps1aは、1,665 bpのオープンリーディングフレーム(ORF)を含み、推定554アミノ酸残基、分子量64.3 kDa、及びpI 5.77のタンパク質(AeTPS1a)をコードしていた。GenBank/EMBL/DDBJデータベースに対する相同性検索により、AeTPS1aは既知セスキテルペン合成酵素であるミツバウコギ(Eleutherococcus trifoliatus)由来α-コパエン合成酵素(α-copaene synthase)と82%、ヨーロッパブドウ(Vitis vinifera)由来ゲルマクレンD合成酵素(germacrene D synthase)と 67%、同β-カリオフィレン合成酵素(β-caryophyllene synthase)と65%のアミノ酸配列一致度(identity)を示した。
一方、AeTps1bは、1,665 bpのORFを含み、推定554アミノ酸残基、分子量64.3 kDa、及びpI 5.84のタンパク質(AeTPS1b)をコードしていた。GenBank/EMBL/DDBJデータベースに対する相同性検索により、AeTPS1aは既知セスキテルペン合成酵素であるミツバウコギ由来α-コパエン合成酵素と82%、ヨーロッパブドウ由来ゲルマクレンD合成酵素と 67%、同β-カリオフィレン合成酵素と65%のアミノ酸配列一致度(identity)を示した。
AeTPS1a及びAeTPS1bの相同性は、99.8%のアミノ酸配列一致度(identity)であった。両者の違いは1つのアミノ酸置換、すなわち539番目のMetからArgへの置換によるものだった。既知セスキテルペン合成酵素との相同性から、AeTPS1a及びAeTPS1bは、被子植物のセスキテルペン及びジテルペン合成酵素の群であるTPS-aサブファミリーに属することを確認した。さらに、AeTPS1a及びAeTPS1bは、セスキテルペン合成酵素に高度に保存されているRxR、DDxxD、(N/D)Dxx(S/T)xxxE {NSE/DTEモチーフと呼ばれる} というモチーフを含んでいた(図17)。
一方、AeTPS1a及びAeTPS1bは、通常の既知セスキテルペン合成酵素とは異なり、色素体輸送(transit)ペプチドを有することが予測された。これら2種のタンパク質とこれらと相同性の高い既知酵素におけるアミノ酸配列の比較(アライメント;alignment)を図17に示した。
(Isolation and structural analysis of a full-length sesquiterpene synthase gene cDNA from Tarakin)
TR1.Nde-F (5′-AGACAGA CATAT GGCTGCTTATCTTCAGGCTTC -3 ′ (SEQ ID NO: 36), underline indicates Nde I recognition site) and TR1 specific to the full-length cDNA sequence obtained in Example 10 PCR using .Tanoki cDNA as a template using .Xho-R (5′-GAGGTAC CTCGAG TTATATTGGAACAGGATCTACGAGC-3 ′ (SEQ ID NO: 37), underlined indicates Xho I recognition site) and Advantage2 Polymerase Mix (Clontech) Reaction composition: according to manufacturer's instructions; reaction conditions: Denaturation 94 ° C for 2 minutes, then 94 ° C for 30 seconds, 55 ° C for 30 seconds, 72 ° C for 4 minutes, 5 cycles, then 94 ° C for 30 seconds 25 cycles of 60 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 2 minutes). The obtained cDNA was cloned using the plasmid pGEM-T Easy Vector System (Promega), and the nucleotide sequence was determined.
These cDNA nucleotide sequences are shown in SEQ ID NOs: 38 and 40, and amino acid sequences of polypeptides encoded by the cDNAs are shown in SEQ ID NOs: 39 and 41. Further, the genes (cDNAs) specified by SEQ ID NOs: 38 and 40 are named AeTps1a and AeTps1b, and the proteins (polypeptides) specified by SEQ ID NOs: 39 and 41 encoded by AeTps1a and AeTps1b are AeTPS1a and AeTPS1b , respectively. Named.
AeTps1a contained a 1,665 bp open reading frame (ORF) and encoded a protein (AeTPS1a) with a putative 554 amino acid residue, a molecular weight of 64.3 kDa, and a pI of 5.77. Based on homology searches against the GenBank / EMBL / DDBJ database, AeTPS1a is a known sesquiterpene synthase, α-copaene synthase derived from Eleutherococcus trifoliatus , 82%, and German magnolia derived from Vitis vinifera The amino acid sequence identity was 67% with D synthase (germacrene D synthase) and 65% with β-caryophyllene synthase.
On the other hand, AeTps1b contained an ORF of 1,665 bp and encoded a protein (AeTPS1b) with a putative 554 amino acid residue, a molecular weight of 64.3 kDa, and a pI of 5.84. Based on homology searches against the GenBank / EMBL / DDBJ database, AeTPS1a is a known sesquiterpene synthase, α-copaene synthase from Mitsukogi, 82%, 67% from European grape germin D synthase, and β-caryophyllene synthase. An amino acid sequence identity of 65% was shown.
The homology between AeTPS1a and AeTPS1b was 99.8% amino acid sequence identity. The difference between the two was due to a single amino acid substitution, namely the 539th Met to Arg substitution. From the homology with known sesquiterpene synthases, it was confirmed that AeTPS1a and AeTPS1b belong to the TPS-a subfamily which is a group of angiosperm sesquiterpenes and diterpene synthases. In addition, AeTPS1a and AeTPS1b contained the motifs RxR, DDxxD, (N / D) Dxx (S / T) xxxE {referred to as NSE / DTE motif} highly conserved in sesquiterpene synthase (Fig. 17).
On the other hand, AeTPS1a and AeTPS1b were predicted to have a plastid transit peptide, unlike ordinary known sesquiterpene synthases. FIG. 17 shows a comparison (alignment) of amino acid sequences between these two proteins and known enzymes having high homology with them.

(タラノキ由来の2種類のセスキテルペン合成酵素遺伝子の機能解析)
タラノキ由来の2種類のセスキテルペン合成酵素遺伝子AeTps1a及びAeTps1b全長cDNA配列のそれぞれを、これらが挿入されたプラスミドから制限酵素NdeI-XhoIで切り出し、大腸菌ベクターpETDuet-1(Novagen社製)のマルチクローニング部位(MCS2)のNdeI-XhoI部位に連結して、pET-AeTps1a及びpET-AeTps1bプラスミドを作製した(図18)。
プラスミドpET-AeTps1a又はpET-AeTps1bのどちらか一方及びプラスミドpAC-Mev/Scidi(非特許文献7)を用いて大腸菌BL21(DE3)の形質転換を行い、得られた組換え大腸菌の培養を行い、培養後の大腸菌の菌体からのセスキテルペンを抽出し、ガスクロマトグラフィー質量分析(GC-MS)を行った。これらの方法は非特許文献2、3、4、7に記載の通りである。
GC-MSを用いた分析の結果、AeTps1を含まないベクターpET21a及びプラスミドpAC-Mev/Scidiを保持する大腸菌株の酢酸エチル抽出液のクロマトグラム(コントロール)では、いずれのセスキテルペンの生成も確認されなかったのに対し、培養中にプラスミドpET-AeTps1a又はpET-AeTps1bのどちらか一方及びプラスミドpAC-Mev/Scidi を含む大腸菌を用いた実験区では、菌体からの酢酸エチル抽出液中に新規なピークが見られた。マススペクトルの比較により、このピーク(図19中のピーク10及び11)はβ-クベベン(β-cubebene)であると考えられた(図19)。
GC分析における該ピーク(ピーク10及び11)のマススペクトルとデータベース中のクベベンマススペクトルとの一致度が96%と高く、かつGC分析に用いたDB-Wax カラムでのGC retention indices (RI) 値(参照:H.S. Choi, M. Sawamura (2000) Composition of the Essential Oil of Citrus tamurana Hort. ex Tanaka (Hyuganatsu). J. Agric. Food Chem. 48:4868-4873)が該ピークでは1549に対しβ-クベベンの文献値では1552とほぼ一致したことから、該ピークはβ-クベベンであると推定された。
よって、AeTps1a及びAeTps1bはβ-クベベン合成酵素(β-cubebene synthase)をコードする遺伝子であると推定された。β-クベベンの化学構造は図15に示す。
以上の結果より、プラスミドpET-AeTps1a又はpET-AeTps1bのどちらか一方及びプラスミドpAC-Mev/Scidiを導入した大腸菌を用いて、β-クベベンの選択的な生産が可能である。
(Functional analysis of two kinds of sesquiterpene synthase genes derived from Taranoki)
Two full-length cDNA sequences of two sesquiterpene synthase genes AeTps1a and AeTps1b derived from taranoki were excised from the plasmid into which they were inserted using the restriction enzyme Nde I- Xho I, and the E. coli vector pETDuet-1 (Novagen) Ligated to the Nde I- Xho I site of the cloning site (MCS2), pET-AeTps1a and pET-AeTps1b plasmids were prepared (FIG. 18).
E. coli BL21 (DE3) is transformed with either plasmid pET-AeTps1a or pET-AeTps1b and plasmid pAC-Mev / Scidi (Non-patent Document 7), and the resulting recombinant E. coli is cultured. Sesquiterpene was extracted from the cultured Escherichia coli cells and subjected to gas chromatography mass spectrometry (GC-MS). These methods are as described in Non-Patent Documents 2, 3, 4, and 7.
The analysis by the GC-MS, the chromatogram of the ethyl acetate extracts of E. coli strains harboring the vector pET21a and plasmids pAC-Mev / Scidi containing no AeTps1 (control), also confirmed the generation of any sesquiterpene In contrast, in the experimental section using E. coli containing either plasmid pET-AeTps1a or pET-AeTps1b and plasmid pAC-Mev / Scidi during culture, a new substance was added to the ethyl acetate extract from the cells. A peak was seen. By comparison of mass spectra, this peak (peaks 10 and 11 in FIG. 19) was considered to be β-cubebene (FIG. 19).
GC retention indices (RI) of the DB-Wax column used for GC analysis is high, with 96% agreement between the mass spectrum of the peaks (peaks 10 and 11) in the GC analysis and the Kubeben mass spectrum in the database. The value (see: HS Choi, M. Sawamura (2000) Composition of the Essential Oil of Citrus tamurana Hort. Ex Tanaka (Hyuganatsu). J. Agric. Food Chem. 48: 4868-4873) The literature value for -Kubeben was almost consistent with 1552, so the peak was estimated to be β-cubeben.
Therefore, it was estimated that AeTps1a and AeTps1b are genes encoding β-cubebene synthase. The chemical structure of β-cubeben is shown in FIG.
From the above results, β-cubeben can be selectively produced using Escherichia coli introduced with either plasmid pET-AeTps1a or pET-AeTps1b and plasmid pAC-Mev / Scidi.

(ウド由来のセスキテルペン合成酵素遺伝子cDNA配列の決定)
ウド(Aralia cordata)の新芽(図20)から、RNeasy Plant Mini Kit(Qiagen社製)を用いて全RNAを抽出した。SMARTer RACE cDNA amplification kit (Takara Bio社製)を用いて、製造元の指示に従い、全RNA 1.0 μgからcDNAを調製した。非特許文献4に記された高等植物のセスキテルペン合成酵素の保存ドメインの配列に基づく縮重オリゴヌクレオチドプライマー対[フォワード:5'-TTYCGAYTIYTIMGRMARCAIGG-3'(配列番号19) 及びリバース:5'-TAIGHRTCAWAIRTRTCRTC-3'(配列番号20)]を用いて、非特許文献4に記載の条件でcDNAを鋳型としたPCRを行い、538 bpの増幅断片を得た。
得られた増幅断片をpGEM-T Easy Vector System(Promega社製)を用いてクローン化し塩基配列を決定した。全長cDNAを単離するために、上述のSMARTer RACE cDNA Amplification Kit(Takara Bio社製)、オリゴヌクレオチドプライマー[UD1.5race:5'- CATGCCCTTCACATCTTCCACAATG -3'(配列番号42)及びUD1.3race:5'- GCCTCGTTACTCTCTTGCACGGATCA -3'(配列番号43)]及びAdvantage2 Polymerase Mix(Clontech社製)を用いて、製造元の指示に従い断片を5'末端および3'末端に向かって伸長させ、全長cDNA配列を決定した。
(Determining cDNA sequence of Udo-derived sesquiterpene synthase gene)
Total RNA was extracted from shoots of Udo ( Aralia cordata ) (FIG. 20) using RNeasy Plant Mini Kit (Qiagen). Using SMARTer RACE cDNA amplification kit (Takara Bio), cDNA was prepared from 1.0 μg of total RNA according to the manufacturer's instructions. Degenerate oligonucleotide primer pair [Forward: 5'-TTYCGAYTIYTIMGRMARCAIGG-3 '(SEQ ID NO: 19) and reverse: 5'-TAIGHRTCAWAIRTRTCRTC based on the sequence of the conserved domain of higher plant sesquiterpene synthase described in Non-Patent Document 4 -3 ′ (SEQ ID NO: 20)] was performed using cDNA as a template under the conditions described in Non-Patent Document 4 to obtain an amplified fragment of 538 bp.
The obtained amplified fragment was cloned using pGEM-T Easy Vector System (Promega) and the nucleotide sequence was determined. In order to isolate full-length cDNA, the above-mentioned SMARTer RACE cDNA Amplification Kit (manufactured by Takara Bio), oligonucleotide primer [UD1.5race: 5′-CATGCCCTTCACATCTTCCACAATG-3 ′ (SEQ ID NO: 42) and UD1.3race: 5 ′ -Using GCCTCGTTACTCTCTTGCACGGATCA-3 '(SEQ ID NO: 43)] and Advantage2 Polymerase Mix (Clontech), the fragments were extended toward the 5' end and 3 'end according to the manufacturer's instructions, and the full-length cDNA sequence was determined.

(5種類の全長セスキテルペン合成酵素遺伝子cDNAの単離と構造解析)
実施例13で得られた全長cDNA配列に特異的なオリゴヌクレオチドプライマー対UD1. Fse-F{5'- AGACAGAGGCCGGCCACATGGCCCTAACAGTTACATCTAATGA -3'(配列番号44)、下線はFseI認識部位を示す}及びUD1. Xho-R{5'- GAGGTACCTCGAGTTATCCCTCAATGGGCACAGG -3' (配列番号45)、下線はXhoI認識部位を示す}及びAdvantage2 Polymerase Mix(Clontech社製)を用いて、ウドcDNAを鋳型としたPCR(反応組成:製造元の指示に従った;反応条件:変性94℃で2分間、次に、94℃で30秒間、55℃で30秒間、72℃で4分間を5サイクル、次いで94℃で30秒間、60℃で30秒間、72℃で2分間を25サイクル)を行った。
得られたDNA断片はプラスミドpGEM-T Easy Vector System(Promega社製)によりクローン化し、塩基配列を決定した。これらのcDNAヌクレオチド配列を配列番号46、48、50、52及び54に、該cDNAによりコードされるポリペプチドのアミノ酸配列を配列番号47、49、51、53及び55に示す。また、配列番号46、48、50及び52により特定される遺伝子(cDNA)をAcTps1aAcTps1bAcTps1c及びAcTps1dと命名し、AcTps1aAcTps1bAcTps1c及びAcTps1dがコードする配列番号47、49、51及び53により特定されるタンパク質(ポリペプチド)をそれぞれAcTPS1a、AcTPS1b、AcTPS1c及びAcTPS1dと命名した。
さらに、配列番号54により特定される遺伝子(cDNA)をAcTps2と命名し、AcTps2がコードする配列番号55により特定されるタンパク質(ポリペプチド)を、AcTPS2と命名した。
AcTps1aは、1,668 bpのオープンリーディングフレーム(ORF)を含み、推定555アミノ酸残基、分子量64.3 kDa、及びpI 5.30のタンパク質(AcTPS1a)をコードしていた。GenBank/EMBL/DDBJデータベースに対する相同性検索により、AcTPS1aは既知セスキテルペン合成酵素であるキクニガナ(Cichorium intybus)由来ゲルマクレンA合成酵素(germacrene A synthase)と59%、シロバナニガナ(Ixeris dentata var. albiflora)由来グアイアジエン合成酵素(guaiadiene synthase)と 59%、ヒマワリ(Helianthus annuus)由来ゲルマクレンA合成酵素 3(germacrene A synthase 3)と58%のアミノ酸配列一致度(identity)を示した。
AcTps1bは、1,668 bpのORFを含み、推定555アミノ酸残基、分子量64.3 kDa、及びpI 5.41のタンパク質(AcTPS1b)をコードしていた。GenBank/EMBL/DDBJデータベースに対する相同性検索により、AcTPS1bは既知セスキテルペン合成酵素であるキクニガナ由来ゲルマクレンA合成酵素と59%、シロバナニガナ由来グアイアジエン合成酵素(guaiadiene synthase)と 59%、ヒマワリ由来ゲルマクレンA合成酵素 3と59%のアミノ酸配列一致度(identity)を示した。
AcTps1cは、1,668 bpのORFを含み、推定555アミノ酸残基、分子量64.2 kDa、及びpI 5.47のタンパク質(AcTPS1c)をコードしていた。GenBank/EMBL/DDBJデータベースに対する相同性検索により、AcTPS1cは既知セスキテルペン合成酵素であるキクニガナ由来ゲルマクレンA合成酵素と59%、シロバナニガナ由来グアイアジエン合成酵素)と 59%、ヒマワリ由来ゲルマクレンA合成酵素 3と58%のアミノ酸配列一致度(identity)を示した。
AcTps1dは、1,668 bpのORFを含み、推定555アミノ酸残基、分子量64.2 kDa、及びpI 5.41のタンパク質(AcTPS1d)をコードしていた。GenBank/EMBL/DDBJデータベースに対する相同性検索により、AcTPS1cは既知セスキテルペン合成酵素であるキクニガナ由来ゲルマクレンA合成酵素と59%、シロバナニガナ由来グアイアジエン合成酵素と 59%、ヒマワリ由来ゲルマクレンA合成酵素 3と58%のアミノ酸配列一致度(identity)を示した。
一方、AcTps2は、1,668 bpのORFを含み、推定555アミノ酸残基、分子量64.4 kDa、及びpI 5.11のタンパク質(AcTPS2)をコードしていた。相同性検索により、AcTPS2は既知セスキテルペン合成酵素であるキクニガナ(Cichorium intybus)由来ゲルマクレンA合成酵素(germacrene A synthase)と59%、シロバナニガナ(Ixeris dentata var. albiflora)グアイアジエン合成酵素(guaiadiene synthase)と 59%、ヒマワリ(Helianthus annuus)由来ゲルマクレンA合成酵素 3(germacrene A synthase 3)と58%のアミノ酸配列一致度(identity)を示した。
AcTPS1a、AcTPS1b、AcTPS1c及びAcTPS1dの4者の相同性は、AcTPS1aとAcTPS1bが99.1%、AcTPS1aとAcTPS1cが98.4%、AcTPS1aとAcTPS1dが99.1%、AcTPS1bとAcTPS1cが98.9%、AcTPS1bとAcTPS1dが99.6%、AcTPS1cとAcTPS1dが98.9%のアミノ酸配列一致度(identity)を示した。AcTPS1aとAcTPS1bの違いは5つのアミノ酸置換、すなわち17番目のGlyからSerへの置換(Gly17Ser、以下同様)、Glu131Lys、Thr322Ser、Pro508Ser、Phe516Lysによるものだった。AcTPS1aとAcTPS1cの違いは9つのアミノ酸置換、すなわちSer126Pro、Glu131Lys、Phe174Lys、Thr322Ser、Glu481Val、Pro508Ser、Phe516Lys、Val525Ile、Val543Ileによるものだった。AcTPS1aとAcTPS1dの違いは5つのアミノ酸置換、すなわちGlu131Lys、Met151Thr、Thr322Ser、Pro508Ser、Phe516Lysによるものだった。AcTPS1bとAcTPS1cの違いは6つのアミノ酸置換、すなわちSer17Gly、Ser126Pro、Phe174Lys、Glu481Val、Val525Ile、Val543Ileによるものだった。AcTPS1bとAcTPS1dの違いは2つのアミノ酸置換、すなわちSer17Gly、Met151Thrによるものだった。AcTPS1cとAcTPS1dの違いは6つのアミノ酸置換、すなわちPro126Ser、Met151Thr、Lys174Phe、Val481Glu、Ile525Val、Ile543Valによるものだった。一方、AcTPS1a、AcTPS1b、AcTPS1c及びAcTPS1dの4者とAcTPS2との相同性については、AcTPS1aとAcTPS2が94.1%、AcTPS1bとAcTPS2が94.2%、AcTPS1cとAcTPS2が93.9%、AcTPS1dとAcTPS2が94.2%のアミノ酸配列一致度(identity)を示した。AcTPS1a、AcTPS1b、AcTPS1c、AcTPS1dの四者とAcTPS2との違いは31個のアミノ酸置換、すなわちGln30His、Thr44Ala、Lys50Asn、Phe122Tyr、Leu154Phe、Arg163Lys、His220Tyr、Leu230Ile、Val252Ile、Leu299Val、Ile302Leu、Ser322Thr(AcTPS1aもSer322Thrのアミノ酸置換を有する)、Gln335Glu、Phe367Leu、His368Gln、Ser390Ile、His410Asp、Ile412Val、Gly421Asp、Ser446Ala、Val453Ala、Ser455Arg、Pro456Gln、Lys459Gln、Lys461Arg、Thr465Ile、Ser466Gly、Val519Ala、Val525Ile(AcTPS1cもVal525Ileのアミノ酸置換を有する)、Leu532Phe、Thr533Alaによるものだった。既知セスキテルペン合成酵素との相同性から、AcTPS1a、AcTPS1b、AcTPS1c、AcTPS1dおよびAcTPS2は、被子植物のセスキテルペンおよびジテルペン合成酵素の群であるTPS-aサブファミリー(参照:J. Bohlmann, G. Meyer-Gauen, R. Croteau (1998) Plant terpenoid synthases: molecular biology and phylogenetic analysis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95:4126-4133)に属することを確認した。
さらにAcTPS1a、AcTPS1b、AcTPS1c、AcTPS1d及びAcTPS2は、セスキテルペン合成酵素に高度に保存されているRxR、DDxxD、(N/D)Dxx(S/T)xxxE {NSE/DTEモチーフと呼ばれる} というモチーフを含んでいた(図21)。
一方、AcTPS1a、AcTPS1b、AcTPS1c、AcTPS1d及びAcTPS2は、通常の既知セスキテルペン合成酵素とは異なり、色素体輸送(transit)ペプチドを有することが予測された。これら5種のタンパク質とこれらと相同性の高い既知酵素におけるアミノ酸配列の比較(アライメント;alignment)を図21に示した。
(Isolation and structural analysis of five full-length sesquiterpene synthase gene cDNAs)
A pair of oligonucleotide primers specific for the full-length cDNA sequence obtained in Example 13 UD1. Fse-F {5′-AGACAGA GGCCGGCC ACATGGCCCTAACAGTTACATCTAATGA -3 ′ (SEQ ID NO: 44), underlined indicates FseI recognition site} and UD1. PCR (reaction) using Xho-R {5'-GAGGTAC CTCGAG TTATCCCTCAATGGGCACAGG -3 '(SEQ ID NO: 45), underlined indicates Xho I recognition site} and Advantage2 Polymerase Mix (Clontech) Composition: according to manufacturer's instructions; reaction conditions: denaturation 94 ° C. for 2 minutes, then 94 ° C. for 30 seconds, 55 ° C. for 30 seconds, 72 ° C. for 4 minutes, 5 cycles, then 94 ° C. for 30 seconds, 25 cycles of 60 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 2 minutes).
The obtained DNA fragment was cloned by the plasmid pGEM-T Easy Vector System (Promega) and the nucleotide sequence was determined. These cDNA nucleotide sequences are shown in SEQ ID NOs: 46, 48, 50, 52 and 54, and amino acid sequences of polypeptides encoded by the cDNAs are shown in SEQ ID NOs: 47, 49, 51, 53 and 55. See also SEQ ID NO: AcTps1a gene (cDNA) which is identified by 46, 48, 50 and 52, AcTps1b, named AcTps1c and AcTps1d, AcTps1a, AcTps1b, SEQ ID NO: 47, 49 and 51 and 53 AcTps1c and AcTps1d code to The proteins (polypeptides) identified by are designated AcTPS1a, AcTPS1b, AcTPS1c and AcTPS1d, respectively.
Furthermore, the gene (cDNA) specified by SEQ ID NO: 54 was named AcTps2, and the protein (polypeptide) specified by SEQ ID NO: 55 encoded by AcTps2 was named AcTPS2.
AcTps1a contained a 1,668 bp open reading frame (ORF) and encoded a protein (AcTPS1a) with a putative 555 amino acid residue, a molecular weight of 64.3 kDa, and a pI of 5.30. AcTPS1a is derived from the known sesquiterpene synthase, Cichorium intybus, and 59% from the known sesquiterpene synthase (germacrene A synthase), Ixeris dentata var. Albiflora It showed 59% amino acid sequence identity with guaiadiene synthase and 58% with sunflower ( Helianthus annuus ) -derived germacrene A synthase 3 (germacrene A synthase 3).
AcTps1b contained a 1,668 bp ORF and encoded a protein (AcTPS1b) with a putative 555 amino acid residue, a molecular weight of 64.3 kDa, and a pI of 5.41. Based on homology searches against GenBank / EMBL / DDBJ databases, AcTPS1b is a known sesquiterpene synthase, 59%, and guaiadiene synthase, 59%, sunflower-derived gel maculene A. The amino acid sequence identity of enzyme 3 and 59% was shown.
AcTps1c contained an ORF of 1,668 bp and encoded a protein (AcTPS1c) with a putative 555 amino acid residue, a molecular weight of 64.2 kDa, and a pI of 5.47. According to the homology search against GenBank / EMBL / DDBJ database, AcTPS1c is a known sesquiterpene synthase, 59%, white crab-derived guaiadiene synthase (59%), 59%, sunflower-derived gel magnone A synthase (3). The amino acid sequence identity was 58%.
AcTps1d contained an ORF of 1,668 bp and encoded a protein (AcTPS1d) with a putative 555 amino acid residue, a molecular weight of 64.2 kDa, and a pI of 5.41. According to the homology search against the GenBank / EMBL / DDBJ database, AcTPS1c is a known sesquiterpene synthase, 59%, and a white crab-derived guaiadiene synthase, 59%, and a sunflower-derived gel magnone A synthase, 3 and 58. % Amino acid sequence identity.
On the other hand, AcTps2 contained an ORF of 1,668 bp and encoded a protein (AcTPS2) with a putative 555 amino acid residue, a molecular weight of 64.4 kDa, and a pI of 5.11. According to homology search, AcTPS2 is a known sesquiterpene synthase ( Cichorium intybus ) derived from macchirane A synthase and 59%, white crab ( Ixeris dentata var. Albiflora ) guaiadiene synthase It showed 59% amino acid sequence identity (germacrene A synthase 3) and 58% amino acid sequence identity (Helianthus annuus).
AcTPS1a, AcTPS1b, AcTPS1c and AcTPS1d are homologous: AcTPS1a and AcTPS1b 99.1%, AcTPS1a and AcTPS1c 98.4%, AcTPS1a and AcTPS1d 99.1%, AcTPS1b and AcTPS1c 98.9%, AcTPS1b 99.6% AcTPS1c and AcTPS1d showed 98.9% amino acid sequence identity. The difference between AcTPS1a and AcTPS1b was due to five amino acid substitutions, ie, the 17th Gly to Ser substitution (Gly17Ser, and so on), Glu131Lys, Thr322Ser, Pro508Ser, and Phe516Lys. The difference between AcTPS1a and AcTPS1c was due to nine amino acid substitutions, namely Ser126Pro, Glu131Lys, Phe174Lys, Thr322Ser, Glu481Val, Pro508Ser, Phe516Lys, Val525Ile, Val543Ile. The difference between AcTPS1a and AcTPS1d was due to five amino acid substitutions, namely Glu131Lys, Met151Thr, Thr322Ser, Pro508Ser and Phe516Lys. The difference between AcTPS1b and AcTPS1c was due to six amino acid substitutions, namely Ser17Gly, Ser126Pro, Phe174Lys, Glu481Val, Val525Ile, and Val543Ile. The difference between AcTPS1b and AcTPS1d was due to two amino acid substitutions, Ser17Gly and Met151Thr. The difference between AcTPS1c and AcTPS1d was due to six amino acid substitutions, namely Pro126Ser, Met151Thr, Lys174Phe, Val481Glu, Ile525Val, and Ile543Val. On the other hand, regarding the homology between AcTPS1a, AcTPS1b, AcTPS1c and AcTPS1d and AcTPS2, AcTPS1a and AcTPS2 are 94.1%, AcTPS1b and AcTPS2 are 94.2%, AcTPS1c and AcTPS2 are 93.9%, and AcTPS1d and AcTPS2 are 4.2% amino acids. The sequence identity was shown. The difference between AcTPS1a, AcTPS1b, AcTPS1c, AcTPS1d and AcTPS2 is 31 amino acid substitutions, i.e. ), Gln335Glu, Phe367Leu, His368Gln, Ser390Ile, His410Asp, Ile412Val, Gly421Asp, Ser446Ala, Val453Ala, Ser455Arg, Pro456Gln, Lys459Gln, Lys461Arg, Thr465Ile, Ser519GTP , By Leu532Phe, Thr533Ala. Due to its homology with known sesquiterpene synthases, AcTPS1a, AcTPS1b, AcTPS1c, AcTPS1d and AcTPS2 are TPS-a subfamily, a group of angiosperm sesquiterpenes and diterpene synthases (see J. Bohlmann, G. Meyer). -Gauen, R. Croteau (1998) Plant terpenoid synthases: molecular biology and phylogenetic analysis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95: 4126-4133).
Furthermore, AcTPS1a, AcTPS1b, AcTPS1c, AcTPS1d and AcTPS2 have a motif called RxR, DDxxD, (N / D) Dxx (S / T) xxxE {called NSE / DTE motif} highly conserved in sesquiterpene synthases. (Figure 21).
On the other hand, it was predicted that AcTPS1a, AcTPS1b, AcTPS1c, AcTPS1d, and AcTPS2 have a plastid transit peptide, unlike ordinary known sesquiterpene synthases. FIG. 21 shows a comparison (alignment) of amino acid sequences of these five proteins and known enzymes having high homology with them.

(ウド由来の5種類のセスキテルペン合成酵素遺伝子の機能解析)
ウド由来の5種類のセスキテルペン合成酵素遺伝子であるAcTps1aAcTps1bAcTps1cAcTps1d及びAcTps2全長cDNA配列のそれぞれを、これらが挿入されたプラスミドから制限酵素FseI-XhoIで切り出し、大腸菌ベクターpETDuet-1(Novagen社製)のマルチクローニング部位(MCS2)のFseI-XhoI部位に連結して、pET-AcTps1a、pET-AcTps1b、pET-AcTps1c、pET-AcTps1d及びpET-AcTps2を作製した(図22)。プラスミドpET-AcTps1a、pET-AcTps1b、pET-AcTps1c、pET-AcTps1d、pET-AcTps2のうちいずれか1つ、及びプラスミドpAC-Mev/Scidi(非特許文献7)を用いて大腸菌BL21(DE3)の形質転換を行い、得られた組換え大腸菌の培養を行い、培養後の大腸菌の菌体からのセスキテルペンを抽出し、さらにガスクロマトグラフィー質量分析(GC-MS)を行った。これらの方法は非特許文献2、3、4、7に記載の通りである。
(Functional analysis of five sesquiterpene synthase genes derived from Udo)
AcTps1a , AcTps1c , AcTps1d , AcTps1d and AcTps2 full-length cDNA sequences, which are five kinds of sesquiterpene synthase genes derived from Udo, were excised from the plasmid into which these were inserted with the restriction enzyme Fse I- Xho I, and the E. coli vector pETDuet- PET-AcTps1a, pET-AcTps1b, pET-AcTps1c, pET-AcTps1d and pET-AcTps2 were prepared by ligating to the Fse I- Xho I site of the multicloning site (MCS2) of 1 (Novagen) (FIG. 22). ). The trait of E. coli BL21 (DE3) using any one of plasmids pET-AcTps1a, pET-AcTps1b, pET-AcTps1c, pET-AcTps1d, pET-AcTps2 and plasmid pAC-Mev / Scidi (Non-patent Document 7) The resulting recombinant Escherichia coli was cultured, sesquiterpenes were extracted from the cultured Escherichia coli cells, and gas chromatography mass spectrometry (GC-MS) was further performed. These methods are as described in Non-Patent Documents 2, 3, 4, and 7.

GC-MSを用いた分析の結果、AcTps1を含まないベクターpET21a及びプラスミドpAC-Mev/Scidiを保持する大腸菌株酢酸エチル抽出液のクロマトグラム(コントロール)では、いずれのセスキテルペンの生成も確認されなかったのに対し、プラスミドpET-AcTps1a、pET-AcTps1b、pET-AcTps1c、pET-AcTps1dのいずれか1つ、及びプラスミドpAC-Mev/Scidi を含む大腸菌を用いた実験区では、菌体からの酢酸エチル抽出液中に新規なピークが見られた。マススペクトルの比較により、これらのピーク(図23中のピーク12、13、14及び15)はβ-エレメン(β-elemene)であることを確認した(図23)。
そこで、β-エレメンの標品(AvaChem Scientific社製)と重ね打ちしたところ、GC分析による保持時間が完全に一致した。
以上の結果から、AcTps1aAcTps1bAcTps1c及びAcTps1dがβ-エレメン合成酵素(β-elemene synthase)をコードする遺伝子であることを確認した。
また同様に、AcTps2を含まないベクターpET21aとプラスミドpAC-Mev/Scidiを保持する大腸菌株の酢酸エチル抽出液のクロマトグラム(コントロール)では、いずれのセスキテルペンの生成も確認されなかったのに対し、プラスミドpET-AcTps2及びプラスミドpAC-Mev/Scidi を含む大腸菌を用いた実験区では、菌体からの酢酸エチル抽出液中に新規なピークが観察された。マススペクトルの比較により、これらのピーク(図24中のピーク16及び17)はα-ネオクロベン(α-neoclovene)、α-フムレン(α-humulene)であると考えられた(図24)。そこで、α-フムレンの標品と重ねうちしたところ、ピーク17のGC分析による保持時間が完全に一致した。
GC分析におけるピーク16のマススペクトルとデータベース中のα-ネオクロベンマススペクトルとの一致度が99%と非常に高かったことから、該ピークはα-ネオクロベンであると推定された。
これにより、AcTps2はα-ネオクロベン/α-フムレン合成酵素(α-neoclovene/α-humulene synthase)をコードする遺伝子であると考えられた。α-ネオクロベン及びα-フムレンの化学構造は図15に示す。
以上の結果より、プラスミドpET-AcTps1a、pET-AcTps1b、pET-AcTps1c、pET-AcTps1dのいずれか1つ、及びプラスミドpAC-Mev/Scidiを導入した大腸菌を用いて、β-エレメンの選択的な生産が、さらに、プラスミドpET-AcTps2とプラスミドpAC-Mev/Scidiを導入した大腸菌を用いて、α-ネオクロベン及びα-フムレンの生産が可能であることを確認した。
The analysis by the GC-MS, the chromatogram of the E. coli strain ethyl acetate extracts which holds the vector pET21a and plasmids pAC-Mev / Scidi containing no AcTps1 (control), also not confirmed formation of any sesquiterpene In contrast, in an experimental group using E. coli containing one of the plasmids pET-AcTps1a, pET-AcTps1b, pET-AcTps1c, pET-AcTps1d and the plasmid pAC-Mev / Scidi, ethyl acetate from the cells was used. A new peak was observed in the extract. Comparison of mass spectra confirmed that these peaks (peaks 12, 13, 14 and 15 in FIG. 23) were β-elemene (FIG. 23).
Therefore, when overprinted with a preparation of β-elemene (manufactured by AvaChem Scientific), the retention time by GC analysis was completely consistent.
From the above results, it was confirmed that AcTps1a , AcTps1b , AcTps1c and AcTps1d are genes encoding β-elemene synthase.
Similarly, the chromatogram of ethyl acetate extracts of E. coli strains harboring the vector pET21a plasmid pAC-Mev / Scidi containing no AcTps2 (control), the generation of any sesquiterpene was not confirmed to, In the experimental group using E. coli containing plasmid pET-AcTps2 and plasmid pAC-Mev / Scidi, a new peak was observed in the ethyl acetate extract from the cells. By comparison of mass spectra, these peaks (peaks 16 and 17 in FIG. 24) were considered to be α-neoclovene and α-humulene (FIG. 24). Therefore, when the sample was overlaid with the α-humulene sample, the retention time of peak 17 by GC analysis completely matched.
Since the agreement between the mass spectrum of peak 16 in GC analysis and the α-neocloben mass spectrum in the database was very high at 99%, it was estimated that the peak was α-neocloben.
Thus, AcTps2 was considered to be a gene encoding α-neoclovene / α-humulene synthase. The chemical structures of α-neocloben and α-humulene are shown in FIG.
Based on the above results, selective production of β-elemen using one of the plasmids pET-AcTps1a, pET-AcTps1b, pET-AcTps1c, pET-AcTps1d, and Escherichia coli introduced with the plasmid pAC-Mev / Scidi. However, it was confirmed that α-neocloben and α-humulene can be produced using Escherichia coli introduced with plasmid pET-AcTps2 and plasmid pAC-Mev / Scidi.

(コシアブラ由来のモノテルペン/セスキテルペン合成酵素遺伝子cDNA配列の決定)
コシアブラ(Acanthopanax sciadophylloides)の新芽(図1a)から、RNeasy Plant Mini Kit(Qiagen社製)を用いて全RNAを抽出した。SMARTer RACE cDNA amplification kit (Takara Bio社製) を用いて、製造元の指示に従い、全RNA 1.0 μgからcDNAを調製した。非特許文献4に記された高等植物のセスキテルペン合成酵素の保存ドメインの配列に基づく縮重オリゴヌクレオチドプライマー対[フォワード:5'-TTYCGAYTIYTIMGRMARCAIGG-3'(配列番号19) 及びリバース:5'-TAIGHRTCAWAIRTRTCRTC-3'(配列番号20)]を用いて、非特許文献4に記載の条件でcDNAを鋳型としたPCRを行い、598 bpの増幅断片を得た。得られた増幅断片をpGEM-T Easy Vector System(Promega社製)を用いてクローン化し塩基配列を決定した。全長cDNAを単離するために、上述のSMARTer RACE cDNA Amplification Kit(Takara Bio社製)、オリゴヌクレオチドプライマー[sciad.lina.5race:5'- GCCATTAATCCACCGATGTCTTCTCC-3'(配列番号56) 及びsciad.lina.3race:5'- TTTCCAGGTGGTGGAAGGACTTAGGC-3'(配列番号57)]及びAdvantage2 Polymerase Mix(Clontech社製)を用いて、製造元の指示に従い断片を5'末端および3'末端に向かって伸長させ、cDNA配列を決定した。得られた5'末端配列情報をもとに、新たに合成したオリゴヌクレオチドプライマー[linalool.5-RACE.332:5'-GATGCCTAGCCGTTGCATGGTATCAA -3'(配列番号58)]を用いてさらに5'末端に向かって伸長させ、全長cDNA配列を決定した。
(Determining cDNA sequence of monoterpene / sesquiterpene synthase gene derived from kosiabra)
Total RNA was extracted from shoots of Cosciabra ( Acanthopanax sciadophylloides ) (FIG. 1a) using RNeasy Plant Mini Kit (Qiagen). Using SMARTer RACE cDNA amplification kit (Takara Bio), cDNA was prepared from 1.0 μg of total RNA according to the manufacturer's instructions. Degenerate oligonucleotide primer pair [Forward: 5'-TTYCGAYTIYTIMGRMARCAIGG-3 '(SEQ ID NO: 19) and reverse: 5'-TAIGHRTCAWAIRTRTCRTC based on the sequence of the conserved domain of higher plant sesquiterpene synthase described in Non-Patent Document 4 -3 ′ (SEQ ID NO: 20)] was performed using cDNA as a template under the conditions described in Non-Patent Document 4, and an amplified fragment of 598 bp was obtained. The obtained amplified fragment was cloned using pGEM-T Easy Vector System (Promega) and the nucleotide sequence was determined. In order to isolate full-length cDNA, the above-mentioned SMARTer RACE cDNA Amplification Kit (manufactured by Takara Bio), oligonucleotide primer [sciad.lina.5race: 5′-GCCATTAATCCACCGATGTCTTCTCC-3 ′ (SEQ ID NO: 56) and sciad.lina. 3race: 5'-TTTCAGAGGGGGTGGAAGGACTTAGGC-3 '(SEQ ID NO: 57)] and Advantage2 Polymerase Mix (Clontech) were used to extend the fragment toward the 5' and 3 'ends according to the manufacturer's instructions, Were determined. Based on the obtained 5 'terminal sequence information, a newly synthesized oligonucleotide primer [linalool.5-RACE.332: 5'-GATGCCTAGCCGTTGCATGGTATCAA-3' (SEQ ID NO: 58)] was used to further add to the 5 'terminal. The full length cDNA sequence was determined.

(コシアブラより1種類の全長モノテルペン/セスキテルペン合成酵素遺伝子cDNAの単離と構造解析)
実施例16で得られた全長cDNA配列に特異的なオリゴヌクレオチドプライマー対KS4.Nde-F(5'- AGACAGACATATGGTTTCATATCATAATCCTTTAGAAG -3'(配列番号59)、下線はNdeI認識部位を示す)及びKS4.Kpn-R(5'- GAGGTACGGTACCTTAATACAGGGAACCCTCAAGG -3'(配列番号60)、下線はKpnI認識部位を示す)及びAdvantage2 Polymerase Mix(Clontech社製)を用いて、コシアブラcDNAを鋳型としたPCR(反応組成:製造元の指示に従った;反応条件:変性94℃で2分間、次に、94℃で30秒間、55℃で30秒間、72℃で2分間を5サイクル、次いで94℃で30秒間、60℃で30秒間、72℃で2分間を25サイクル)を行った。得られたcDNAはプラスミドpGEM-T Easy Vector System(Promega社製)によりクローン化し、塩基配列を決定した。
これらのcDNAヌクレオチド配列を配列番号61に、該cDNAによりコードされるポリペプチドのアミノ酸配列を配列番号62に示す。また、配列番号61により特定される遺伝子(cDNA)をAscTps3と命名し、AscTps3がコードする配列番号62により特定されるタンパク質(ポリペプチド)をAscTPS3と命名した。
AscTps3は、1,749 bpのオープンリーディングフレーム(ORF)を含み、推定582アミノ酸残基、分子量67.0 kDa、及びpI 5.67のタンパク質(AscTPS3)をコードしていた。GenBank/EMBL/DDBJデータベースに対する相同性検索により、AscTPS3は既知モノテルペン/セスキテルペン合成酵素であるヨーロッパブドウ(Vitis vinifera)由来リナロール/ネロリドール合成酵素(linalool/nerolidol synthase)と58%、サルナシ(Actinidia arguta)由来リナロール合成酵素(linalool synthase)と 58%、ヨーロッパブドウ(Vitis vinifera)由来葉緑体型ネロリドール合成酵素1(nerolidol synthase 1, chloroplastic-like)と59%のアミノ酸配列一致度(identity)を示した。
既知テルペン合成酵素との相同性から、AscTPS3は、RRx8W モチーフを欠くモノテルペン合成酵素の群であるTPS-gサブファミリーに属することを確認した(参照:N. Dudareva, D. Martin, C. M. Kish, N. Kolosova, N. Gorenstein, J. F?ldt, B. Miller, J. Bohlmann (2003) (E)-β-Ocimene and Myrcene Synthase Genes of Floral Scent Biosynthesis in Snapdragon: Function and Expression of Three Terpene Synthase Genes of a New Terpene Synthase Subfamily. Plant Cell 15:1227-1241)。さらにAscTPS3は、モノテルペン/セスキテルペン合成酵素に高度に保存されているRxR、DDxxD、 (N/D)Dxx(S/T)xxxE {NSE/DTEモチーフと呼ばれる}というモチーフを含んでいた(図25)。
一方、AscTPS3は、通常の既知モノテルペン合成酵素と同様に、色素体輸送(transit)ペプチドを有することが予測された。このタンパク質とこれらと相同性の高い既知酵素におけるアミノ酸配列の比較(アライメント;alignment)を図25に示した。
(Isolation and structural analysis of one full-length monoterpene / sesquiterpene synthase gene cDNA from Kosiabra)
Oligonucleotide primer pair KS4.Nde-F (5′-AGACAGA CATATG GTTTCATATCATAATCCTTTAGAAG-3 ′ (SEQ ID NO: 59), underline indicates Nde I recognition site) and KS4 specific for the full-length cDNA sequence obtained in Example 16 PCR using Ksiabra cDNA as a template using .Kpn-R (5'-GAGGTAC GGTAC CTTAATACAGGGAACCCTCAAGG-3 '(SEQ ID NO: 60), underlined indicates Kpn I recognition site) and Advantage2 Polymerase Mix (Clontech) Reaction composition: according to manufacturer's instructions; reaction conditions: Denaturation 94 ° C for 2 minutes, then 94 ° C for 30 seconds, 55 ° C for 30 seconds, 72 ° C for 2 minutes, 5 cycles, then 94 ° C for 30 seconds 25 cycles of 60 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 2 minutes). The obtained cDNA was cloned using the plasmid pGEM-T Easy Vector System (Promega), and the nucleotide sequence was determined.
The cDNA nucleotide sequence is shown in SEQ ID NO: 61, and the amino acid sequence of the polypeptide encoded by the cDNA is shown in SEQ ID NO: 62. Further, the gene (cDNA) specified by SEQ ID NO: 61 was named AscTps3, and the protein (polypeptide) specified by SEQ ID NO: 62 encoded by AscTps3 was named AscTPS3.
AscTps3 contained a 1,749 bp open reading frame (ORF) and encoded a protein of putative 582 amino acid residues, molecular weight 67.0 kDa, and pI 5.67 (AscTPS3). By homology search against GenBank / EMBL / DDBJ databases, AscTPS3 is a known monoterpene / sesquiterpene synthase, linalool / nerolidol synthase from European grapevine ( Vitis vinifera ), 58%, and actinidia ( Actinidia arguta ) and linalool synthase (58%), chloroplast nerolidol synthase 1 (nerolidol synthase 1, chloroplastic-like) from European grape ( Vitis vinifera ) and 59% amino acid sequence identity (identity) Indicated.
The homology with known terpene synthases confirmed that AscTPS3 belongs to the TPS-g subfamily, a group of monoterpene synthases lacking the RRx8W motif (see N. Dudareva, D. Martin, CM Kish, N. Kolosova, N. Gorenstein, J. F? Ldt, B. Miller, J. Bohlmann (2003) (E) -β-Ocimene and Myrcene Synthase Genes of Floral Scent Biosynthesis in Snapdragon: Function and Expression of Three Terpene Synthase Genes of a New Terpene Synthase Subfamily. Plant Cell 15: 1227-1241). In addition, AscTPS3 contained the motifs RxR, DDxxD, (N / D) Dxx (S / T) xxxE {referred to as NSE / DTE motif} highly conserved in monoterpene / sesquiterpene synthases (Fig. twenty five).
On the other hand, AscTPS3 was predicted to have a plastid transit peptide, similar to the usual known monoterpene synthase. FIG. 25 shows a comparison (alignment) of amino acid sequences of this protein and known enzymes having high homology with these proteins.

(コシアブラ由来の1種類のモノテルペン/セスキテルペン合成酵素遺伝子の機能解析)
コシアブラ由来の1種類のモノテルペン/セスキテルペン合成酵素遺伝子AscTps3全長cDNA配列のそれぞれを、これらが挿入されたプラスミドから制限酵素NdeI-KpnIで切り出し、大腸菌ベクターpETDuet-1(Novagen社製)のマルチクローニング部位(MCS2)のNdeI-KpnI部位に連結して、pET-AscTps3プラスミドを作製した(図26)。
プラスミドpET- AscTps3及びプラスミドpAC-Mev/Scidi(非特許文献7)を用いて大腸菌BL21(DE3)の形質転換を行い、得られた組換え大腸菌の培養を行い、培養後の大腸菌の菌体からのモノテルペン/セスキテルペンを抽出し、ガスクロマトグラフィー-質量分析(GC-MS)を行った。これらの方法は非特許文献2、3、4、7に記載の通りである。
GC-MSを用いた分析の結果、AscTps3を含まないベクターpET21a及びプラスミドpAC-Mev/Scidiを保持する大腸菌株の酢酸エチル抽出液のクロマトグラム(コントロール)では、いずれのモノテルペン/セスキテルペンの生成も確認されなかったのに対し、培養中にプラスミドpET- AscTps3及びプラスミドpAC-Mev/Scidi を含む大腸菌を用いた実験区では、菌体からの酢酸エチル抽出液中に新規なピークが見られた。マススペクトルの比較により、これらのピーク(図27中のピーク18及び19)はリナロール(linalool)及びネロリドール(nerolidol)であると考えられた(図27)。
そこで、リナロール及びネロリドールの標品(シグマアルドリッチ社製)と重ね打ちしたところ、GC分析による保持時間が完全に一致した。
以上により、AscTps3はリナロール/ネロリドール合成酵素(linalool/nerolidol synthase)をコードする遺伝子であることが判明した。リナロールの化学構造は図15に示されている。
また、以上の結果より、プラスミドpET-AscTps3及びプラスミドpAC-Mev/Scidiを導入した大腸菌を用いて、リナロール及びネロリドールの選択的な生産が可能であることが示された。
(Functional analysis of one monoterpene / sesquiterpene synthase gene derived from Kosiabra)
A single monoterpene / sesquiterpene synthase gene AscTps3 full-length cDNA sequence derived from Cosiabra was excised from the plasmid into which it was inserted with the restriction enzyme Nde I- Kpn I, and the E. coli vector pETDuet-1 (manufactured by Novagen) The pET-AscTps3 plasmid was prepared by ligating to the Nde I- Kpn I site of the multiple cloning site (MCS2) (FIG. 26).
Escherichia coli BL21 (DE3) is transformed with plasmid pET-AscTps3 and plasmid pAC-Mev / Scidi (Non-patent Document 7), and the resulting recombinant Escherichia coli is cultured. The monoterpene / sesquiterpene was extracted and subjected to gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). These methods are as described in Non-Patent Documents 2, 3, 4, and 7.
The analysis by the GC-MS, the chromatogram of the ethyl acetate extracts of E. coli strains harboring the vector pET21a and plasmids pAC-Mev / Scidi containing no AscTps3 (control), the generation of any monoterpene / sesquiterpene However, in the experimental section using E. coli containing plasmid pET-AscTps3 and plasmid pAC-Mev / Scidi during culture, a new peak was observed in the ethyl acetate extract from the cells. . By comparison of mass spectra, these peaks (peaks 18 and 19 in FIG. 27) were considered to be linalool and nerolidol (FIG. 27).
Thus, when overprinted with a preparation of linalool and nerolidol (manufactured by Sigma-Aldrich), the retention time by GC analysis was completely consistent.
As described above, AscTps3 was found to be a gene encoding linalool / nerolidol synthase. The chemical structure of linalool is shown in FIG.
Moreover, from the above results, it was shown that selective production of linalool and nerolidol is possible using Escherichia coli introduced with plasmid pET-AscTps3 and plasmid pAC-Mev / Scidi.

(総論)
本発明では、β-カリオフィレン合成酵素、ゲルマクレンD合成酵素、β-オイデスモール合成酵素、β-クベベン合成酵素、β-エレメン合成酵素、α-ネオクロベン/α-フムレン合成酵素、及びリナロール/ネロリドール合成酵素の新規遺伝子配列を取得した。さらに、該新規合成酵素は、他の合成酵素とは相同性が低いことを確認した。
(General)
In the present invention, β-caryophyllene synthase, germacrene D synthase, β-eudesmol synthase, β-cubeben synthase, β-elemene synthase, α-neocloben / α-humulene synthase, and linalool / nerolidol synthesis A new gene sequence of the enzyme was obtained. Furthermore, the novel synthase was confirmed to have low homology with other synthases.

本発明により、医薬品、農薬、機能性食品、香料など、又はこれらの原料に用いられるβ-カリオフィレン、ゲルマクレンD、β-オイデスモール、β-クベベン、β-エレメン、α-ネオクロベン、α-フムレン、リナロール又はネロリドールを効率的かつ容易に製造することが可能になった。   According to the present invention, β-caryophyllene, Germaclene D, β-eudesmol, β-cubene, β-elemene, α-neocloben, α-humulene, which are used for pharmaceuticals, agricultural chemicals, functional foods, fragrances, etc., or their raw materials, It has become possible to produce linalool or nerolidol efficiently and easily.

Claims (19)

以下の(1)〜(6)のいずれか1に示す遺伝子;
(1)配列番号16又は18に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子、
(2)配列番号16又は18に記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号16又は18に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-オイデスモールに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(3)配列番号16又は18に記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号16又は18に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-オイデスモールに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(4)配列番号15又は17に記載の塩基配列からなるDNAからなる遺伝子、
(5)配列番号15又は17に記載の塩基配列からなるDNAにおいて、1〜50個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加しているDNAからなる遺伝子、
(6)配列番号15又は17に記載の塩基配列からなるDNAと90%以上の相同性を有するDNAからなる遺伝子。
The gene shown in any one of the following (1) to (6) ;
(1) a gene encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 16 or 18;
(2) In the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 16 or 18, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and substantially the same as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 16 or 18 A gene encoding a polypeptide having an activity of converting farnesyl diphosphate of β-eudesmol,
(3) Farnesyl diphosphate having a homology of 90% or more with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 16 or 18 and substantially the same quality as the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 16 or 18 is converted into β-eudesmol. A gene encoding a polypeptide having an activity to convert,
(4) a gene comprising a DNA comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 17,
(5) a gene comprising a DNA comprising 1 to 50 nucleotide sequences substituted, deleted, inserted and / or added in the DNA comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 17;
(6) A gene comprising 90% or more homology with DNA comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 17.
以下の(1)〜(3)のいずれか1のアミノ酸配列を有するβ-オイデスモール合成酵素;
(1)配列番号16又は18に記載のアミノ酸配列、
(2)配列番号16又は18に記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号16又は18に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-オイデスモールに変換する活性を有するアミノ酸配列、
(3)配列番号16又は18に記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号16又は18に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-オイデスモールに変換する活性を有するアミノ酸配列。
Β-eudesmol synthase having the amino acid sequence of any one of the following (1) to (3);
(1) the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 16 or 18,
(2) In the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 16 or 18, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and substantially the same as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 16 or 18 An amino acid sequence having the activity of converting farnesyl diphosphate of β-eudesmol,
(3) Farnesyl diphosphate having a homology of 90% or more with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 16 or 18 and substantially the same quality as the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 16 or 18 is converted into β-eudesmol. Amino acid sequence having activity to convert.
以下の(1)〜(6)のいずれか1に示す遺伝子;
(1)配列番号47、49、51又は53に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子、
(2)配列番号47、49、51又は53に記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号47、49、51又は53に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-エレメンに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(3)配列番号47、49、51又は53に記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号47、49、51又は53に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-エレメンに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(4)配列番号46、48、50又は52に記載の塩基配列からなるDNAからなる遺伝子、
(5)配列番号46、48、50又は52に記載の塩基配列からなるDNAにおいて、1〜50個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加しているDNAからなる遺伝子、
(6)配列番号46、48、50又は52に記載の塩基配列からなるDNAと90%以上の相同性を有するDNAからなる遺伝子。
The gene shown in any one of the following (1) to (6) ;
(1) a gene encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 47, 49, 51 or 53,
(2) In the amino acid sequence of SEQ ID NO: 47, 49, 51 or 53, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and SEQ ID NO: 47, 49, 51 or 53 A gene encoding a polypeptide having an activity to convert farnesyl diphosphate substantially identical to the amino acid sequence described above into β-elemene,
(3) Farnesyl dinucleotide having 90% or more homology with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 47, 49, 51 or 53 and having substantially the same quality as the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 47, 49, 51 or 53 A gene encoding a polypeptide having an activity of converting phosphoric acid into β-elemente,
(4) a gene comprising a DNA comprising the base sequence set forth in SEQ ID NO: 46, 48, 50 or 52,
(5) a gene comprising a DNA comprising the base sequence set forth in SEQ ID NO: 46, 48, 50 or 52, wherein 1 to 50 base sequences are substituted, deleted, inserted and / or added;
(6) A gene comprising a DNA having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 46, 48, 50 or 52 and a DNA having a homology of 90% or more.
以下の(1)〜(3)のいずれか1のアミノ酸配列を有するβ-エレメン合成酵素;
(1)配列番号47、49、51又は53に記載のアミノ酸配列、
(2)配列番号47、49、51又は53に記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号47、49、51又は53に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-エレメンに変換する活性を有するアミノ酸配列、
(3)配列番号47、49、51又は53に記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号47、49、51又は53に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-エレメンに変換する活性を有するアミノ酸配列。
Β-elemene synthase having the amino acid sequence of any one of the following (1) to (3);
(1) the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 47, 49, 51 or 53,
(2) In the amino acid sequence of SEQ ID NO: 47, 49, 51 or 53, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and SEQ ID NO: 47, 49, 51 or 53 An amino acid sequence having the activity of converting farnesyl diphosphate substantially the same amino acid sequence as described to β-elemene,
(3) Farnesyl dinucleotide having 90% or more homology with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 47, 49, 51 or 53 and substantially the same as the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 47, 49, 51 or 53 An amino acid sequence having an activity of converting phosphoric acid into β-elemene.
以下の(1)〜(6)のいずれか1に示す遺伝子;
(1)配列番号6に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子、
(2)配列番号6に記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号6に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-カリオフィレンに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(3)配列番号6に記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号6に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-カリオフィレンに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(4)配列番号5に記載の塩基配列からなるDNAからなる遺伝子、
(5)配列番号5に記載の塩基配列からなるDNAにおいて、1〜50個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加しているDNAからなる遺伝子、
(6)配列番号5に記載の塩基配列からなるDNAと90%以上の相同性を有するDNAからなる遺伝子。
The gene shown in any one of the following (1) to (6) ;
(1) a gene encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 6 ;
(2) In the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6 , 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and farnesyl dilin is substantially the same as the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6. A gene encoding a polypeptide having an activity of converting an acid into β-caryophyllene,
(3) having an amino acid sequence at least 90% homology to SEQ ID NO: 6, and having an activity of converting farnesyl diphosphate amino acid sequence substantially equivalent according to β- caryophyllene in SEQ ID NO: 6 A gene encoding a polypeptide,
(4) a gene consisting of DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 5 ,
(5) a gene comprising a DNA having a base sequence of SEQ ID NO: 5 wherein 1 to 50 base sequences are substituted, deleted, inserted and / or added;
(6) A gene comprising a DNA having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5 and a DNA having 90% or more homology.
以下の(1)〜(3)のいずれか1のアミノ酸配列を有するβ-カリオフィレン合成酵素;
(1)配列番号6に記載のアミノ酸配列、
(2)配列番号6に記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号6に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-カリオフィレンに変換する活性を有するアミノ酸配列、
(3)配列番号6に記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号6に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-カリオフィレンに変換する活性を有するアミノ酸配列。
Β-caryophyllene synthase having the amino acid sequence of any one of the following (1) to (3);
(1) the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 6 ,
(2) In the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6 , 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and farnesyl dilin is substantially the same as the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6. An amino acid sequence having the activity of converting an acid to β-caryophyllene,
(3) having an amino acid sequence at least 90% homology to SEQ ID NO: 6, and having an activity of converting farnesyl diphosphate amino acid sequence substantially equivalent according to β- caryophyllene in SEQ ID NO: 6 Amino acid sequence.
以下の(1)〜(6)のいずれか1に示す遺伝子;
(1)配列番号8又は10記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子、
(2)配列番号8又は10記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号8又は10に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をゲルマクレンDに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(3)配列番号8又は10記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号8又は10に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をゲルマクレンDに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(4)配列番号7又は9記載の塩基配列からなるDNAからなる遺伝子、
(5)配列番号7又は9記載の塩基配列からなるDNAにおいて、1〜50個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加しているDNAからなる遺伝子、
(6)配列番号7又は9記載の塩基配列からなるDNAと90%以上の相同性を有するDNAからなる遺伝子。
The gene shown in any one of the following (1) to (6) ;
(1) a gene encoding a polypeptide comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8 or 10,
(2) In the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 8 or 10, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and substantially the same as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 8 or 10 A gene encoding a polypeptide having an activity of converting farnesyl diphosphate to germacrene D,
(3) Activity to convert farnesyl diphosphate having the homology of 90% or more with the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 8 or 10 and substantially the same quality as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 8 or 10 into Germacrene D A gene encoding a polypeptide having
(4) a gene comprising a DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 7 or 9,
(5) a DNA comprising a nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 7 or 9, wherein the gene comprises a DNA having 1 to 50 nucleotide sequences substituted, deleted, inserted and / or added;
(6) A gene comprising a DNA having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 7 or 9 and a DNA having 90% or more homology.
以下の(1)〜(3)のいずれか1のアミノ酸配列を有するゲルマクレンD合成酵素;
(1)配列番号8又は10記載のアミノ酸配列、
(2)配列番号8又は10記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号8又は10に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をゲルマクレンDに変換する活性を有するアミノ酸配列、
(3)配列番号8又は10記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号8又は10に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をゲルマクレンDに変換する活性を有するアミノ酸配列。
Germacrene D synthase having the amino acid sequence of any one of the following (1) to (3);
(1) the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8 or 10,
(2) In the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 8 or 10, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and substantially the same as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 8 or 10 An amino acid sequence having the activity of converting farnesyl diphosphate to germane D
(3) Activity to convert farnesyl diphosphate having the homology of 90% or more with the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 8 or 10 and substantially the same quality as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 8 or 10 into Germacrene D Amino acid sequence having
以下の(1)〜(6)のいずれか1に示す遺伝子;
(1)配列番号39又は41記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子、
(2)配列番号39又は41記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号39又は41に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-クベベンに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(3)配列番号39又は41記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号39又は41に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-クベベンに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(4)配列番号38又は40記載の塩基配列からなるDNAからなる遺伝子、
(5)配列番号38又は40記載の塩基配列からなるDNAにおいて、1〜50個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加しているDNAからなる遺伝子、
(6)配列番号38又は40記載の塩基配列からなるDNAと90%以上の相同性を有するDNAからなる遺伝子。
The gene shown in any one of the following (1) to (6) ;
(1) a gene encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 39 or 41,
(2) In the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 39 or 41, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and are substantially the same as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 39 or 41 A gene encoding a polypeptide having an activity of converting farnesyl diphosphate to β-cubeben,
(3) Convert farnesyl diphosphate having a homology of 90% or more with the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 39 or 41 and substantially the same quality as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 39 or 41 into β-cubeben A gene encoding a polypeptide having activity,
(4) a gene comprising a DNA comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 38 or 40,
(5) a DNA comprising a nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 38 or 40, a gene comprising a DNA having 1 to 50 nucleotide sequences substituted, deleted, inserted and / or added;
(6) A gene comprising a DNA having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 38 or 40 and a DNA having 90% or more homology.
以下の(1)〜(3)のいずれか1のアミノ酸配列を有するβ-クベベン合成酵素;
(1)配列番号39又は41記載のアミノ酸配列、
(2)配列番号39又は41記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号39又は41に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-クベベンに変換する活性を有するアミノ酸配列、
(3)配列番号39又は41記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号39又は41に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-クベベンに変換する活性を有するアミノ酸配列。
Β-cubeben synthase having the amino acid sequence of any one of the following (1) to (3);
(1) the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 39 or 41,
(2) In the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 39 or 41, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and are substantially the same as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 39 or 41 An amino acid sequence having an activity of converting farnesyl diphosphate to β-cubeben;
(3) Convert farnesyl diphosphate having a homology of 90% or more with the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 39 or 41 and substantially the same quality as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 39 or 41 into β-cubeben An amino acid sequence having activity.
以下の(1)〜(6)のいずれか1に示す遺伝子;
(1)配列番号55記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子、
(2)配列番号55記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号55に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をα-ネオクロベンとα-フムレンに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(3)配列番号55記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号55に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をα-ネオクロベンとα-フムレンに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(4)配列番号54記載の塩基配列からなるDNAからなる遺伝子、
(5)配列番号54記載の塩基配列からなるDNAにおいて、1〜50個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加しているDNAからなる遺伝子、
(6)配列番号54記載の塩基配列からなるDNAと90%以上の相同性を有するDNAからなる遺伝子。
The gene shown in any one of the following (1) to (6) ;
(1) a gene encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 55,
(2) Farnesyl diphosphate having 1 to 20 amino acids substituted, deleted, inserted and / or added in the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 55, and substantially the same as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 55 A gene that encodes a polypeptide having an activity of converting to α-neocloben and α-humulene,
(3) Convert farnesyl diphosphate having homology of 90% or more with the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 55 and substantially the same quality as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 55 into α-neocloben and α-humulene A gene encoding a polypeptide having activity,
(4) a gene consisting of DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 54,
(5) a DNA comprising a base sequence set forth in SEQ ID NO: 54, a gene comprising DNA in which 1 to 50 base sequences are substituted, deleted, inserted and / or added;
(6) A gene comprising a DNA having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 54 and having a homology of 90% or more.
以下の(1)〜(3)のいずれか1のアミノ酸配列を有するα-ネオクロベン/α-フムレン合成酵素;
(1)配列番号55記載のアミノ酸配列、
(2)配列番号55記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号55に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をα-ネオクロベンとα-フムレンに変換する活性を有するアミノ酸配列、
(3)配列番号55記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号55に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をα-ネオクロベンとα-フムレンに変換する活性を有するアミノ酸配列。
Α-neocloben / α-humulene synthase having the amino acid sequence of any one of the following (1) to (3);
(1) the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 55,
(2) Farnesyl diphosphate having 1 to 20 amino acids substituted, deleted, inserted and / or added in the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 55, and substantially the same as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 55 An amino acid sequence having an activity to convert saponin to α-neocloben and α-humulene,
(3) Convert farnesyl diphosphate having homology of 90% or more with the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 55 and substantially the same quality as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 55 into α-neocloben and α-humulene An amino acid sequence having activity.
以下の(1)〜(6)のいずれか1に示す遺伝子;
(1)配列番号62記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子、
(2)配列番号62記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号62に記載のアミノ酸配列と実質的同質のゲラニル二リン酸及びファルネシル二リン酸をそれぞれ、リナロールとネロリドールに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(3)配列番号62記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号62に記載のアミノ酸配列と実質的同質のゲラニル二リン酸及びファルネシル二リン酸をそれぞれ、リナロールとネロリドールに変換する活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(4)配列番号61記載の塩基配列からなるDNAからなる遺伝子、
(5)配列番号61記載の塩基配列からなるDNAにおいて、1〜50個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加しているDNAからなる遺伝子、
(6)配列番号61記載の塩基配列からなるDNAと90%以上の相同性を有するDNAからなる遺伝子。
The gene shown in any one of the following (1) to (6) ;
(1) a gene encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 62;
(2) In the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 62, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and geranyl diphosphate is substantially the same as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 62 And a gene encoding a polypeptide having an activity to convert farnesyl diphosphate into linalool and nerolidol, respectively
(3) geranyl diphosphate and farnesyl diphosphate having a homology of 90% or more with the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 62 and substantially the same as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 62, respectively, linalool and neroli A gene encoding a polypeptide having an activity of converting into a doll,
(4) a gene consisting of DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 61,
(5) a DNA comprising a base sequence set forth in SEQ ID NO: 61, a gene comprising DNA in which 1 to 50 base sequences are substituted, deleted, inserted and / or added;
(6) A gene comprising a DNA having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 61 and having a homology of 90% or more.
以下の(1)〜(3)のいずれか1のアミノ酸配列を有するリナロール/ネロリドール合成酵素;
(1)配列番号62記載のアミノ酸配列、
(2)配列番号62記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号62に記載のアミノ酸配列と実質的同質のゲラニル二リン酸及びファルネシル二リン酸をそれぞれ、リナロールとネロリドールに変換する活性を有するアミノ酸配列、
(3)配列番号62記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号55に記載のアミノ酸配列と実質的同質のゲラニル二リン酸及びファルネシル二リン酸をそれぞれ、リナロールとネロリドールに変換する活性を有するアミノ酸配列。
Linalool / nerolidol synthase having the amino acid sequence of any one of the following (1) to (3);
(1) the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 62,
(2) In the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 62, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and geranyl diphosphate is substantially the same as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 62 And an amino acid sequence having an activity to convert farnesyl diphosphate into linalool and nerolidol, respectively.
(3) geranyl diphosphate and farnesyl diphosphate having a homology of 90% or more with the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 62 and substantially the same as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 55, respectively, linalool and neroli An amino acid sequence having the activity of converting into a doll.
以下の(1)〜(3)のいずれか1のアミノ酸配列を有するβ-カリオフィレン合成酵素を含むβ-カリオフィレン合成剤;A β-caryophyllene synthesizing agent comprising β-caryophyllene synthase having the amino acid sequence of any one of the following (1) to (3);
(1)配列番号6、27、29、31又は33に記載のアミノ酸配列、(1) the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 6, 27, 29, 31 or 33,
(2)配列番号6、27、29、31又は33に記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号6、27、29、31又は33に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-カリオフィレンに変換する活性を有するアミノ酸配列、(2) In the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 6, 27, 29, 31 or 33, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and SEQ ID NO: 6, 27, 29, An amino acid sequence having an activity of converting farnesyl diphosphate substantially identical to the amino acid sequence of 31 or 33 to β-caryophyllene,
(3)配列番号6、27、29、31又は33に記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号6、27、29、31又は33に記載のアミノ酸配列と実質的同質のファルネシル二リン酸をβ-カリオフィレンに変換する活性を有するアミノ酸配列。(3) It has 90% or more homology with the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 6, 27, 29, 31 or 33 and is substantially identical to the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 6, 27, 29, 31 or 33 An amino acid sequence having the activity of converting homogeneous farnesyl diphosphate into β-caryophyllene.
請求項1、3、5、7、9、11、13のいずれか1項以上に記載の遺伝子を導入した組換え大腸菌。   Recombinant E. coli introduced with the gene according to any one of claims 1, 3, 5, 7, 9, 11, and 13. 請求項1、3、5、7、9、11、13のいずれか1項以上に記載の遺伝子に加えて、以下の(1)及び(2)の遺伝子を導入した組換え大腸菌;
(1)メバロン酸又はメバロノラクトンからイソペンテニル二リン酸までの合成を行うメバロン酸経路遺伝子群、
(2)イソペンテニル二リン酸イソメラーゼ遺伝子。
Recombinant Escherichia coli into which the following genes (1) and (2) are introduced in addition to the gene according to any one of claims 1, 3, 5, 7, 9, 11, and 13;
(1) Mevalonate pathway gene group that synthesizes from mevalonic acid or mevalonolactone to isopentenyl diphosphate,
(2) Isopentenyl diphosphate isomerase gene.
メバロン酸又はメバロノラクトンからイソペンテニル二リン酸までの合成を行うメバロン酸経路遺伝子群及びイソペンテニル二リン酸イソメラーゼ遺伝子が、ストレプトミセス属CL190株由来の遺伝子及び/又はサッカロミセス・セレビシエ由来の遺伝子である請求項17に記載の組換え大腸菌。 The mevalonate pathway gene group that synthesizes mevalonic acid or mevalonolactone to isopentenyl diphosphate and the isopentenyl diphosphate isomerase gene are genes derived from Streptomyces genus CL190 and / or genes derived from Saccharomyces cerevisiae Item 18. The recombinant Escherichia coli according to Item 17 . 請求項1618のいずれか1項に記載の組換え大腸菌を、メバロン酸及び/又はメバロノラクトンを含む培地で培養して得られる培養物又は菌体からβ-カリオフィレン、ゲルマクレンD、β-オイデスモール、β-クベベン、β-エレメン、α-ネオクロベン及びα-フムレン、又は、リナロール及びネロリドールを得ることを特徴とする、セスキテルペンの製造方法。 The recombinant E. coli according to any one of claims 16 to 18 is cultured in a medium containing mevalonic acid and / or mevalonolactone, or β-caryophyllene, gelmacrene D, β-eudesmol from a culture or cells obtained by culturing the recombinant Escherichia coli. , Β-cubeben, β-elemene, α-neocloben and α-humulene, or linalool and nerolidol, a method for producing sesquiterpenes
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