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JP7852909B2 - Proteins, genes, vectors, fish, methods for producing unsaturated fatty acids, and methods for producing fish - Google Patents
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JP7852909B2 - Proteins, genes, vectors, fish, methods for producing unsaturated fatty acids, and methods for producing fish - Google Patents

Proteins, genes, vectors, fish, methods for producing unsaturated fatty acids, and methods for producing fish

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JP7852909B2 JP2022030989A JP2022030989A JP7852909B2 JP 7852909 B2 JP7852909 B2 JP 7852909B2 JP 2022030989 A JP2022030989 A JP 2022030989A JP 2022030989 A JP2022030989 A JP 2022030989A JP 7852909 B2 JP7852909 B2 JP 7852909B2
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Description

本発明は、タンパク質及びその使用に関する。詳細には、本発明は、タンパク質、遺伝子、ベクター、魚類、不飽和脂肪酸の製造方法、及び魚類の製造方法に関する。 This invention relates to proteins and their uses. More specifically, this invention relates to proteins, genes, vectors, fish, methods for producing unsaturated fatty acids, and methods for producing fish.

ドコサヘキサエン酸(DHA)は、動物の神経組織の発達や維持に重要な生理活性を有しており、特に海産魚においては必須脂肪酸として知られている。多くの海産魚が自らDHAを合成できないため、餌からの摂取に依存している。
このような海産魚を養殖する際の餌には、油脂源としてDHAを豊富に含む魚油を添加する必要があるが、この魚油については、主な原料である、カタクチイワシ等の供給不足、需要増加による価格の高騰、そして海洋汚染物質が生物濃縮されている危険性等の問題が指摘されている。
Docosahexaenoic acid (DHA) has important physiological activity for the development and maintenance of animal nerve tissue, and is known as an essential fatty acid, especially in marine fish. Many marine fish cannot synthesize DHA themselves and therefore depend on obtaining it from their feed.
When farming these marine fish, it is necessary to add fish oil rich in DHA as a source of lipids to their feed. However, problems have been pointed out regarding this fish oil, including shortages of the main raw material, anchovies, soaring prices due to increased demand, and the risk of bioaccumulation of marine pollutants.

これらの問題を解決するため、代替油脂源として植物油が注目されている。これは安定的かつ大量に供給可能であるほか、汚染物質が生物濃縮される可能性を排除できるという利点を有している。
ただ、海産魚の必須脂肪酸であるDHAが全く含まれていないという大きな欠点があり、植物油のみを油脂源として使用した場合、生残や成長が大きく悪化してしまう。
To address these issues, vegetable oils are attracting attention as an alternative source of fats and oils. They have the advantage of being able to be supplied stably and in large quantities, as well as eliminating the possibility of bioaccumulation of pollutants.
However, it has a major drawback: it contains absolutely no DHA, an essential fatty acid for marine fish. If vegetable oil is used as the soybean source, survival and growth will be significantly impaired.

DHAは、植物油に多く含まれるα-リノレン酸を起点として、脂肪酸の炭素鎖に二重結合を導入する不飽和化酵素と、炭素鎖を延長する鎖長延長酵素によって、段階的に合成される。 DHA is synthesized stepwise, starting with alpha-linolenic acid, which is abundant in vegetable oils. This process involves desaturating enzymes that introduce double bonds into the carbon chains of fatty acids, and chain elongating enzymes that extend the carbon chains.

しかし、多くの海産魚の不飽和化酵素は、Δ6不飽和化活性(以下、Δ6活性ともいう。)のみを有していて、Δ5不飽和化以降の反応が進行しないため、DHAを合成することができない。 However, the desaturating enzymes in many marine fish possess only Δ6 desaturation activity (hereinafter also referred to as Δ6 activity), and since the reactions beyond Δ5 desaturation do not proceed, they cannot synthesize DHA.

そこで、発明者は、海産魚のDHA合成経路を改良して、自らDHAを合成可能にすることにより、植物油のみを油脂源として育成できる新たな海産魚を作出するための研究を進めてきた(特許文献1参照。)。 Therefore, the inventor has been conducting research to create a new type of marine fish that can be raised using only vegetable oil as a source of fat by improving the DHA synthesis pathway of marine fish so that they can synthesize DHA themselves (see Patent Document 1).

特開2015-181477号公報Japanese Patent Publication No. 2015-181477

特許文献1では、アイゴのΔ4脂肪酸不飽和化酵素とΔ5/Δ6脂肪酸不飽和化酵素とのキメラ酵素を構築した。更にゲノム編集等を利用することにより、Δ4/Δ5/Δ6不飽和化酵素活性全てを有する魚類を効率よく作出するための技術が求められている。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、Δ4/Δ5/Δ6不飽和化酵素活性保有魚類作出のための、タンパク質、遺伝子、ベクター、魚類、不飽和脂肪酸の製造方法、及び魚類の製造方法を提供することを目的とする。
Patent Document 1 describes the construction of a chimeric enzyme combining the Δ4 fatty acid desaturates and Δ5/Δ6 fatty acid desaturates of the rabbitfish. Furthermore, there is a need for technology to efficiently produce fish that possess all Δ4/Δ5/Δ6 desaturates activity by utilizing genome editing or the like.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and aims to provide a protein, gene, vector, fish, a method for producing unsaturated fatty acids, and a method for producing fish for producing fish possessing Δ4/Δ5/Δ6 unsaturated enzyme activity.

すなわち、本発明は、以下の態様を含む。
[1]以下の(a)~(c)のいずれか一つのアミノ酸配列を含む配列からなり、且つ、Δ4、Δ5及びΔ6脂肪酸不飽和活性を有する、タンパク質。
(a)配列番号1で表されるアミノ酸配列において、
アミノ酸番号281位のアスパラギン、アミノ酸番号288位のメチオニン、アミノ酸番号298位のセリン、及びアミノ酸番号325位のスレオニンの疎水性残基への置換を含むアミノ酸配列
(b)前記(a)で表されるアミノ酸配列のアミノ酸番号281位、288位、298位、及び325位以外の部分において、1~数個のアミノ酸が欠失、挿入、置換若しくは付加されたアミノ酸配列
(c)前記(a)で表されるアミノ酸配列のアミノ酸番号281位、288位、298位、及び325位以外の部分において、70%以上の同一性を有するアミノ酸配列
[2]配列番号1で表されるアミノ酸配列のアミノ酸番号281位がイソロイシンである、[1]に記載のタンパク質。
[3]配列番号1で表されるアミノ酸配列のアミノ酸番号288位がロイシンである、[1]又は[2]に記載のタンパク質。
[4]配列番号1で表されるアミノ酸配列のアミノ酸番号298位がアラニンである、[1]~[3]のいずれか一つに記載のタンパク質。
[5]配列番号1で表されるアミノ酸配列のアミノ酸番号325位がイソロイシンである、[1]~[4]のいずれか一つに記載のタンパク質。
[6]以下の(e)~(g)のいずれか一つのアミノ酸配列を含む配列からなり、且つ、Δ4、Δ5及びΔ6脂肪酸不飽和活性を有する、タンパク質。
(e)配列番号3で表されるアミノ酸配列
(f)前記(e)で表されるアミノ酸配列のアミノ酸番号281位、288位、298位、及び325位以外の部分において、1~数個のアミノ酸が欠失、挿入、置換若しくは付加されたアミノ酸配列
(g)前記(e)で表されるアミノ酸配列のアミノ酸番号281位、288位、298位、及び325位以外の部分において、70%以上の同一性を有するアミノ酸配列
[7][1]~[6]のいずれか一項に記載のタンパク質をコードする、遺伝子。
[8][7]に記載の遺伝子を含む、ベクター。
[9][1]~[6]のいずれか一つに記載のタンパク質、[7]に記載の遺伝子若しくはその転写産物、又は[8]に記載のベクターを含む、魚類。
[10][9]に記載の魚類を脂肪酸基質に作用させて、Δ4、Δ5及びΔ6部位が不飽和化された脂肪酸を製造する、不飽和脂肪酸の製造方法。
[11]前記脂肪酸基質が、α-リノレン酸、ドコサペンタエン酸、エイコサテトラエン酸、又はエイコサトリエン酸である、[10]に記載の不飽和脂肪酸の製造方法。
[12]配列番号2で表されるアミノ酸配列の内、少なくとも281位~325位の配列を有するアミノ酸配列とアミノ酸番号281位、288位、298位、及び325位以外の部分において、70%以上の同一性を有するアミノ酸配列をコードするDNAと、その両端に相同性アームを有するドナーDNAを魚類の受精卵に注入し、ゲノム編集により相同組換えを行い、魚類の標的DNAに所定の変異を導入する、魚類の製造方法。
[13]特定の機能が欠落している海産種、及び前記海産種から進化し、前記機能を獲得した同目に属する回遊種又は河川種において、前記機能の責任タンパク質のアミノ酸配列を比較し、前記機能の責任アミノ酸又は責任アミノ酸領域を特定し、前記海産種の責任アミノ酸又は責任アミノ酸領域を、前記回遊種又は河川種のものに置換することで、前記海産種に前記機能を付与する、魚類の製造方法。
In other words, the present invention includes the following embodiments.
[1] A protein comprising a sequence containing any one of the following amino acid sequences (a) to (c), and having Δ4, Δ5 and Δ6 fatty acid unsaturation activity.
(a) In the amino acid sequence represented by Sequence ID No. 1,
(b) an amino acid sequence comprising substitutions of asparagine at amino acid position 281, methionine at amino acid position 288, serine at amino acid position 298, and threonine at amino acid position 325 with hydrophobic residues; (a) an amino acid sequence in which one to several amino acids are deleted, inserted, substituted, or added in the portion of the amino acid sequence represented in (a) other than positions 281, 288, 298, and 325; (c) an amino acid sequence having 70% or more identity in the portion of the amino acid sequence represented in (a) other than positions 281, 288, 298, and 325; [2] the protein according to [1], wherein the amino acid at position 281 of the amino acid sequence represented by Sequence ID No. 1 is isoleucine.
[3] The protein according to [1] or [2], wherein the amino acid at position 288 of the amino acid sequence represented by Sequence ID No. 1 is leucine.
[4] The protein described in any one of [1] to [3], wherein the amino acid at position 298 of the amino acid sequence represented by Sequence ID No. 1 is alanine.
[5] The protein described in any one of [1] to [4], wherein the amino acid at position 325 of the amino acid sequence represented by Sequence ID No. 1 is isoleucine.
[6] A protein comprising a sequence containing any one of the following amino acid sequences (e) to (g), and having Δ4, Δ5 and Δ6 fatty acid unsaturation activity.
(e) an amino acid sequence represented by Sequence ID No. 3; (f) an amino acid sequence in which one to several amino acids are deleted, inserted, substituted, or added in a portion of the amino acid sequence represented by (e) other than amino acid positions 281, 288, 298, and 325; (g) an amino acid sequence that has 70% or more identity in a portion of the amino acid sequence represented by (e) other than amino acid positions 281, 288, 298, and 325; a gene encoding the protein described in any one of the items [7][1] to [6].
A vector containing the genes described in [8] and [7].
Fish comprising any one of the proteins described in [9], [1] to [6], the gene or its transcript described in [7], or the vector described in [8].
A method for producing unsaturated fatty acids, comprising reacting the fish described in [10] and [9] with a fatty acid substrate to produce fatty acids in which the Δ4, Δ5, and Δ6 sites are unsaturated.
[11] The method for producing an unsaturated fatty acid according to [10], wherein the fatty acid substrate is α-linolenic acid, docosapentaenoic acid, eicosatetraenoic acid, or eicosatrienoic acid.
[12] A method for producing fish, comprising injecting a donor DNA having homology arms at both ends into a fertilized egg of a fish, the donor DNA having at least 70% identity with an amino acid sequence having at least the sequence from position 281 to 325 of the amino acid sequence represented by Sequence ID No. 2, and an amino acid sequence other than amino acid positions 281, 288, 298, and 325, and performing homologous recombination by genome editing to introduce a predetermined mutation into the target DNA of the fish.
[13] A method for producing fish, comprising comparing the amino acid sequences of the protein responsible for the function in a marine species lacking a specific function, and in a migratory or river species belonging to the same order that has evolved from the marine species and acquired the function, identifying the amino acid or responsible amino acid region responsible for the function, and conferring the function to the marine species by substituting the responsible amino acid or responsible amino acid region of the marine species with that of the migratory or river species.

本発明によれば、Δ4/Δ5/Δ6不飽和化酵素活性全てを有する魚類を効率よく作出する技術を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a technique for efficiently producing fish that possess all Δ4/Δ5/Δ6 desaturates activity.

(A)キメラ酵素の構造を示す図である。淡水カレイ野生型のアミノ酸領域を上段に示し、セネガルソール野生型のアミノ酸領域を下段に示し、その間にキメラ酵素を模式的に表す。(B)図1(A)に示したタンパク質の転換効率を示すグラフである。(A) This figure shows the structure of the chimeric enzyme. The amino acid region of wild-type freshwater flounder is shown in the upper panel, the amino acid region of wild-type senegalsol is shown in the lower panel, and the chimeric enzyme is schematically represented in between. (B) This is a graph showing the conversion efficiency of the protein shown in Figure 1(A). (A)各酵素の変異箇所を示す図である。(B)図2(A)に示したタンパク質の転換効率を示すグラフである。(A) This figure shows the mutation sites of each enzyme. (B) This graph shows the conversion efficiency of the protein shown in Figure 2(A).

≪タンパク質≫
ササウシノシタ科のセネガルソール(S.senegalensis)のFads2(fatty acid desaturase 2)タンパク質は、脂肪酸の炭素鎖に二重結合を導入する不飽和化酵素である。セネガルソールの野生型Fads2タンパク質の全長アミノ酸配列を、配列番号1に示す。
Protein
The Fads2 (fatty acid desaturate 2) protein of Senegalensis, a member of the family Soleaceae, is a desaturase that introduces double bonds into the carbon chains of fatty acids. The full-length amino acid sequence of the wild-type Fads2 protein of Senegalensis is shown in Sequence ID No. 1.

不飽和化酵素の二重結合導入位置は生物種や酵素種によって異なっていることが知られており、脂肪酸のカルボキシ末端からn番目の炭素に二重結合を導入する不飽和化活性をΔn活性、その活性を保持する酵素をΔn不飽和化酵素と表記する。
DHA合成経路では、α-リノレン酸にΔ6不飽和化酵素、Δ5不飽和化酵素、及びΔ4不飽和化酵素が順次作用することによってDHAが合成される
It is known that the position of double bond introduction in desaturates varies depending on the species of organism and enzyme. Desaturation activity that introduces a double bond to the nth carbon from the carboxyl terminus of a fatty acid is denoted as Δn activity, and enzymes that retain this activity are denoted as Δn desaturates.
In the DHA synthesis pathway, DHA is synthesized when α-linolenic acid is sequentially acted upon by Δ6-unsaturates, Δ5-unsaturates, and Δ4-unsaturates.

セネガルソールは、海産魚である。多くの海産魚の不飽和化酵素は、Δ6活性のみを有している一方、セネガルソールの不飽和化酵素は、主にΔ4不飽和化を触媒する機能を有するが、Δ6不飽和化を触媒する機能を有していない。
一方、発明者は、元々海に起源をもつカレイの仲間のうち、淡水に進出したササウシノシタ科の淡水カレイの不飽和化酵素が、全ての不飽和化反応を触媒できる、三機能性の酵素である可能性を見出した。
Senegalsoor is a marine fish. While the desaturates of many marine fish possess only Δ6 activity, the desaturates of Senegalsoor primarily catalyzes Δ4 desaturation but does not catalyze Δ6 desaturation.
Meanwhile, the inventor discovered that the desaturase enzyme of freshwater flounder belonging to the family Soleidae, which originally originated in the sea but have moved into freshwater, may be a triplicate enzyme capable of catalyzing all desaturation reactions.

そこで本発明者らは、セネガルソールの不飽和化酵素の膜貫通領域に淡水カレイの不飽和化酵素型の変異を有するタンパク質を作製し、基質脂肪酸の変換効率を評価することで、Δ4/Δ5/Δ6活性を有するタンパク質を見出した。 Therefore, the inventors created a protein with a mutation in the transmembrane region of senegalsol desaturates that resembles that of freshwater flounder, and by evaluating the conversion efficiency of substrate fatty acids, they discovered a protein with Δ4/Δ5/Δ6 activity.

<アミノ酸番号281位のアスパラギン、アミノ酸番号288位のメチオニン、アミノ酸番号298位のセリン、及びアミノ酸番号325位のスレオニンに変異を有する不飽和化酵素タンパク質>
一実施形態において、本発明は、以下の(a)~(c)のいずれか一つのアミノ酸配列を含む配列からなり、且つ、Δ4、Δ5及びΔ6脂肪酸不飽和活性を有する、タンパク質を提供する。
(a)配列番号1で表されるアミノ酸配列において、
アミノ酸番号281位のアスパラギン、アミノ酸番号288位のメチオニン、アミノ酸番号298位のセリン、及びアミノ酸番号325位のスレオニンの疎水性残基への置換を含むアミノ酸配列
(b)前記(a)で表されるアミノ酸配列のアミノ酸番号281位、288位、298位、及び325位以外の部分において、1~数個のアミノ酸が欠失、挿入、置換若しくは付加されたアミノ酸配列
(c)前記(a)で表されるアミノ酸配列のアミノ酸番号281位、288位、298位、及び325位以外の部分において、70%以上の同一性を有するアミノ酸配列
<An unsaturated enzyme protein with mutations in asparagine at amino acid position 281, methionine at amino acid position 288, serine at amino acid position 298, and threonine at amino acid position 325>
In one embodiment, the present invention provides a protein comprising a sequence containing any one of the following amino acid sequences (a) to (c), and having Δ4, Δ5, and Δ6 fatty acid unsaturation activity.
(a) In the amino acid sequence represented by Sequence ID No. 1,
(b) an amino acid sequence in which one to several amino acids are deleted, inserted, substituted, or added in the portion of the amino acid sequence other than positions 281, 288, 298, and 325 of the amino acid sequence represented in (a) above. (c) an amino acid sequence in which 70% or more of the portion of the amino acid sequence other than positions 281, 288, 298, and 325 of the amino acid sequence represented in (a) above has been replaced by a hydrophobic residue.

配列番号1で表されるアミノ酸配列とは、セネガルソールの野生型Fads2タンパク質の全長アミノ酸配列である。
(a)において、アミノ酸番号281位のアスパラギンの置換は、アラニン、バリン、グリシン、イソロイシン、ロイシン、フェニルアラニン、プロリン、トリプトファン、又はチロシンが好ましく、イソロイシンがより好ましい。
(a)において、アミノ酸番号288位のメチオニンの置換は、アラニン、バリン、グリシン、イソロイシン、ロイシン、フェニルアラニン、プロリン、トリプトファン、又はチロシンが好ましく、ロイシンがより好ましい。
(a)において、アミノ酸番号298位のセリンの置換は、アラニン、バリン、グリシン、イソロイシン、ロイシン、フェニルアラニン、プロリン、トリプトファン、又はチロシンが好ましく、アラニンがより好ましい。
(a)において、アミノ酸番号325位のスレオニンの置換は、アラニン、バリン、グリシン、イソロイシン、ロイシン、フェニルアラニン、プロリン、トリプトファン、又はチロシンが好ましく、イソロイシンがより好ましい。
(a)において、N281I、T325I、S298A、及びM288Lを全て有する配列番号2で表されるアミノ酸配列が好ましい。
The amino acid sequence represented by Sequence ID No. 1 is the full-length amino acid sequence of the wild-type Fads2 protein of senegalsol.
In (a), the substitution of asparagine at amino acid position 281 is preferably alanine, valine, glycine, isoleucine, leucine, phenylalanine, proline, tryptophan, or tyrosine, with isoleucine being more preferred.
In (a), the substitution of methionine at amino acid position 288 is preferably alanine, valine, glycine, isoleucine, leucine, phenylalanine, proline, tryptophan, or tyrosine, with leucine being more preferred.
In (a), the substitution of serine at amino acid position 298 is preferably alanine, valine, glycine, isoleucine, leucine, phenylalanine, proline, tryptophan, or tyrosine, with alanine being more preferred.
In (a), the substitution of threonine at amino acid position 325 is preferably alanine, valine, glycine, isoleucine, leucine, phenylalanine, proline, tryptophan, or tyrosine, with isoleucine being more preferred.
In (a), the amino acid sequence represented by Sequence ID No. 2, which has all of N281I, T325I, S298A, and M288L, is preferred.

(b)において、欠失、挿入、置換若しくは付加されたアミノ酸の数としては、1~130個であり、1~110個が好ましく、1~90個がより好ましく、1~65個がより好ましく、1~45個がより好ましく、1~20個が更に好ましく、1~10個が最も好ましい。 In (b), the number of deleted, inserted, substituted, or added amino acids is 1 to 130, preferably 1 to 110, more preferably 1 to 90, more preferably 1 to 65, more preferably 1 to 45, even more preferably 1 to 20, and most preferably 1 to 10.

(c)において、同一性としては、75%以上が好ましく、80%以上がより好ましく、85%以上が特に好ましく、90%以上が更に好ましく、95%以上が最も好ましい。
不飽和化酵素に、Δ4、Δ5及びΔ6脂肪酸不飽和活性を付与する本発明は、セネガルソールに限定されず、(b)及び(c)に規定される同一性以上のタンパク質、例えば、カレイ目ウシノシタ上科の不飽和化酵素にも適用される。
ここで、セネガルソールの野生型Fads2タンパク質に対して、ササウシノシタでは86.39%の同一性を有し、クロウシノシタでは77.51%の同一性を有し、ヒラメでは78.91%の同一性を有し、ブリでは81.86%の同一性を有する。
In (c), identity is preferably 75% or more, more preferably 80% or more, particularly preferably 85% or more, even more preferably 90% or more, and most preferably 95% or more.
The present invention, which imparts Δ4, Δ5, and Δ6 fatty acid unsaturation activity to desaturates, is not limited to senegalsol, but is also applicable to proteins of identity or greater than those defined in (b) and (c), for example, desaturates of the superfamily Soleidae in the order Pleuronectiformes.
Here, the sole of the Japanese flounder exhibits 86.39% identity with the wild-type Fads2 protein of Senegal sole, 77.51% identity with the black sole, 78.91% identity with the Japanese flounder, and 81.86% identity with the Japanese yellowtail.

本発明において、「Δ4脂肪酸不飽和活性」とは、脂肪酸のカルボキシ末端から4番目の炭素に二重結合を導入する不飽和化活性を意味する。「Δ5脂肪酸不飽和活性」とは、脂肪酸のカルボキシ末端から5番目の炭素に二重結合を導入する不飽和化活性を意味する。「Δ6脂肪酸不飽和活性」とは、脂肪酸のカルボキシ末端から6番目の炭素に二重結合を導入する不飽和化活性を意味する。 In this invention, "Δ4 fatty acid unsaturation activity" refers to the desaturation activity that introduces a double bond to the fourth carbon from the carboxyl terminus of a fatty acid. "Δ5 fatty acid unsaturation activity" refers to the desaturation activity that introduces a double bond to the fifth carbon from the carboxyl terminus of a fatty acid. "Δ6 fatty acid unsaturation activity" refers to the desaturation activity that introduces a double bond to the sixth carbon from the carboxyl terminus of a fatty acid.

本実施形態のタンパク質は、更に、(d)配列番号1で表されるアミノ酸配列において、アミノ酸番号282位のフェニルアラニンの置換は、アラニン、バリン、グリシン、イソロイシン、ロイシン、プロリン、トリプトファン、又はチロシンが好ましく、イソロイシンがより好ましい。 The protein of this embodiment further has the following characteristics: (d) In the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, the substitution of phenylalanine at amino acid position 282 is preferably alanine, valine, glycine, isoleucine, leucine, proline, tryptophan, or tyrosine, with isoleucine being more preferred.

<アミノ酸番号266~337番目のアミノ酸を淡水カレイの対応するアミノ酸配列に置換した、キメラ不飽和化酵素タンパク質>
一実施形態において、本発明は、以下の(e)~(g)のいずれか一つのアミノ酸配列を含む配列からなり、且つ、Δ4、Δ5及びΔ6脂肪酸不飽和活性を有する、タンパク質。
(e)配列番号3で表されるアミノ酸配列
(f)前記(e)で表されるアミノ酸配列のアミノ酸番号281位、288位、298位、及び325位以外の部分において、1~数個のアミノ酸が欠失、挿入、置換若しくは付加されたアミノ酸配列
(g)前記(e)で表されるアミノ酸配列のアミノ酸番号281位、288位、298位、及び325位以外の部分において、70%以上の同一性を有するアミノ酸配列
<A chimeric desaturase protein in which amino acids 266-337 are substituted with the corresponding amino acid sequence of freshwater flounder.>
In one embodiment, the present invention relates to a protein comprising a sequence containing any one of the following amino acid sequences (e) to (g), and having Δ4, Δ5, and Δ6 fatty acid unsaturation activity.
(e) The amino acid sequence represented by Sequence ID No. 3 (f) The amino acid sequence in which one to several amino acids are deleted, inserted, substituted, or added in the portion of the amino acid sequence represented by (e) other than amino acid positions 281, 288, 298, and 325 (g) The amino acid sequence in which 70% or more of the amino acid sequence represented by (e) is identical in the portion of the amino acid sequence other than amino acid positions 281, 288, 298, and 325

(e)において、配列番号3で表されるアミノ酸配列は、配列番号1で表されるセネガルソール野生型の266~337番目のアミノ酸配列を、配列番号4で表される淡水カレイ野生型の266~337番目のアミノ酸配列に置換した配列である。 In (e), the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3 is a sequence in which the amino acid sequence of positions 266-337 of the senegal sole wild type represented by SEQ ID NO: 1 is replaced with the amino acid sequence of positions 266-337 of the freshwater flounder wild type represented by SEQ ID NO: 4.

(f)において、欠失、挿入、置換若しくは付加されたアミノ酸の数としては、1~130個であり、1~110個が好ましく、1~90個がより好ましく、1~65個がより好ましく、1~45個がより好ましく、1~20個が更に好ましく、1~10個が最も好ましい。 In (f), the number of deleted, inserted, substituted, or added amino acids is 1 to 130, preferably 1 to 110, more preferably 1 to 90, more preferably 1 to 65, more preferably 1 to 45, even more preferably 1 to 20, and most preferably 1 to 10.

(g)において、同一性としては、75%以上が好ましく、80%以上がより好ましく、85%以上が特に好ましく、90%以上が更に好ましく、95%以上が最も好ましい。 In (g), the degree of identity is preferably 75% or more, more preferably 80% or more, particularly preferably 85% or more, even more preferably 90% or more, and most preferably 95% or more.

≪タンパク質をコードする遺伝子≫
一実施形態において、本発明は、上述した不飽和化酵素タンパク質変異体をコードする遺伝子を提供する。
≪Genes that code for proteins≫
In one embodiment, the present invention provides a gene encoding the above-described desaturating enzyme protein variant.

係る遺伝子としては、例えば、以下の(h)~(q)のいずれか一つの塩基配列を含む配列からなり、且つ、Δ4、Δ5及びΔ6脂肪酸不飽和活性を有するタンパク質をコードする遺伝子が挙げられる。 Examples of such genes include those encoding proteins that consist of a sequence containing one of the following base sequences (h) to (q) and possess Δ4, Δ5, and Δ6 fatty acid unsaturation activity.

(h)配列番号5で表される塩基配列(配列番号2で表されるアミノ酸配列の塩基配列)
(i)配列番号5で表される塩基配列の塩基配列番号841~843位、862~864位、892~894位、及び973~975位以外の部位において、1~数個の塩基が欠失、挿入、置換若しくは付加されている塩基配列、
(j)配列番号5で表される塩基配列の塩基配列番号841~843位、862~864位、892~894位、及び973~975位の部位において、同一性が70%以上、好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、さらに好ましくは85%以上、さらに好ましくは90%以上、最も好ましくは95%以上である塩基配列、
(k)配列番号5で表される塩基配列からなる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することができる塩基配列
(l)前記(h)~(k)の塩基配列の縮重異性体
(h) The base sequence represented by Sequence ID No. 5 (the base sequence of the amino acid sequence represented by Sequence ID No. 2)
(i) A nucleotide sequence in which one to several nucleotides are deleted, inserted, substituted, or added at positions other than positions 841-843, 862-864, 892-894, and 973-975 of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO:
(j) A base sequence in which the base sequence represented by Sequence ID No. 5 has a identity of 70% or more, preferably 75% or more, more preferably 80% or more, even more preferably 85% or more, even more preferably 90% or more, and most preferably 95% or more.
(k) A base sequence that can hybridize under stringent conditions with DNA consisting of a base sequence complementary to the base sequence represented by Sequence ID No. 5. (l) Degenerate isomers of the base sequences of (h) to (k).

(m)配列番号6で表される塩基配列(配列番号3で表されるアミノ酸配列の塩基配列)
(n)配列番号6で表される塩基配列の塩基配列番号841~843位、862~864位、892~894位、及び973~975位以外の部位において、1~数個の塩基が欠失、挿入、置換若しくは付加されている塩基配列、
(o)配列番号6で表される塩基配列の塩基配列番号841~843位、862~864位、892~894位、及び973~975位の部位において、同一性が70%以上、好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、さらに好ましくは85%以上、さらに好ましくは90%以上、最も好ましくは95%以上である塩基配列、
(p)配列番号6で表される塩基配列からなる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することができる塩基配列
(q)前記(m)~(p)の塩基配列の縮重異性体
(m) The base sequence represented by Sequence ID No. 6 (the base sequence of the amino acid sequence represented by Sequence ID No. 3)
(n) A nucleotide sequence in which one to several nucleotides are deleted, inserted, substituted, or added at positions other than positions 841-843, 862-864, 892-894, and 973-975 of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 6
(o) A base sequence in which the base sequence represented by Sequence ID No. 6 has a identity of 70% or more, preferably 75% or more, more preferably 80% or more, even more preferably 85% or more, even more preferably 90% or more, and most preferably 95% or more.
(p) A base sequence that can hybridize under stringent conditions with DNA consisting of a base sequence complementary to the base sequence represented by Sequence ID No. 6. (q) Degenerate isomers of the base sequences (m) to (p) above.

(i)及び(n)において、欠失、挿入、置換若しくは付加されてもよい塩基の数としては、1~400個であり、1~330個が好ましく、1~260個がより好ましく、1~200個が更に好ましく、1~130個が特に好ましく、1~65個が特に好ましく、1~30個が最も好ましい。 In (i) and (n), the number of bases that may be deleted, inserted, substituted, or added is 1 to 400, preferably 1 to 330, more preferably 1 to 260, even more preferably 1 to 200, particularly preferably 1 to 130, particularly preferably 1 to 65, and most preferably 1 to 30.

(k)及び(p)において、「ストリンジェントな条件下」とは、例えば、5×SSC(20×SSCの組成:3M 塩化ナトリウム,0.3M クエン酸溶液,pH7.0)、0.1重量% N-ラウロイルサルコシン、0.02重量%のSDS、2重量%の核酸ハイブルダイゼーション用ブロッキング試薬、及び50%フォルムアミドから成るハイブリダイゼーションバッファー中で、55~70℃で数時間から一晩インキュベーションを行うことによりハイブリダイズさせる条件を挙げることができる。なお、インキュベーション後の洗浄の際に用いる洗浄バッファーとしては、好ましくは0.1重量%SDS含有1×SSC溶液、より好ましくは0.1重量%SDS含有0.1×SSC溶液である。 In (k) and (p), "stringent conditions" can refer to conditions in which hybridization is performed by incubation at 55-70°C for several hours to overnight in a hybridization buffer consisting of 5×SSC (composition of 20×SSC: 3M sodium chloride, 0.3M citric acid solution, pH 7.0), 0.1% by weight N-lauroyl sarcosine, 0.02% by weight SDS, 2% by weight nucleic acid hybridization blocking reagent, and 50% formamide. The washing buffer used for washing after incubation is preferably a 1×SSC solution containing 0.1% by weight SDS, more preferably a 0.1×SSC solution containing 0.1% by weight SDS.

メチオニンとトリプトファン以外のアミノ酸は、1つのアミノ酸に対して複数のコドンが対応する。このことを遺伝暗号の縮重という。(l)及び(q)において、塩基配列の縮重異性体とは、ある塩基配列がコードするアミノ酸に対応する他の塩基配列を意味する。 For amino acids other than methionine and tryptophan, multiple codons correspond to a single amino acid. This is called genetic code degeneracy. In (l) and (q), a degenerate isomer of a base sequence refers to another base sequence that corresponds to the amino acid encoded by a given base sequence.

≪ベクター≫
一実施形態において、本発明は、上記本発明の遺伝子を含むベクターを提供する。
ベクターとしては、特に限定されず、プラスミドベクター、ウイルスベクター等、従来公知のものを用いることができる。プラスミドベクターとしては、例えば、CAGロモーター、EF1αプロモーター、SRαプロモーター、SV40プロモーター、LTRプロモーター、CMV(サイトメガロウィルス)プロモーター、HSV-tkプロモーター等の動物細胞における発現用のプロモーター等を有するベクターが挙げられる。
ウイルスベクターとしては、レトロウイルスベクター、アデノウイルスベクター、アデノ随伴(AAV)ベクター、ワクシニアウイルスベクター、レンチウイルスベクター、ヘルペスウイルスベクター、アルファウイルスベクター、EBウイルスベクター、パピローマウイルスベクター、フォーミーウイルスベクター、シンドビスウイルスベクター等が挙げられる。
≪Vector≫
In one embodiment, the present invention provides a vector containing the gene of the present invention described above.
The vector is not particularly limited, and conventionally known vectors such as plasmid vectors and viral vectors can be used. Examples of plasmid vectors include vectors having promoters for expression in animal cells, such as the CAG promoter, EF1α promoter, SRα promoter, SV40 promoter, LTR promoter, CMV (cytomegalovirus) promoter, and HSV-tk promoter.
Examples of viral vectors include retroviral vectors, adenovirus vectors, adeno-associated (AAV) vectors, vaccinia virus vectors, lentivirus vectors, herpesvirus vectors, alphavirus vectors, EB virus vectors, papillomavirus vectors, Formy virus vectors, and Sindbisvirus vectors.

<<魚類>>
一実施形態において、本発明は、上記本発明のタンパク質、又は上記本発明の遺伝子若しくはその転写産物、或いは上記本発明のベクターを含む魚類を提供する。
本発明の魚類へのタンパク質、遺伝子等の導入は、トランスフェクション、インジェクション、エレクトロポレーション等、定法に従う。
魚類へ導入されたタンパク質、遺伝子等は、内在性の野生型と共存していてもよく、<<魚類の製造方法>>に記載されているように、内在性の野生型と置き換わっていてもよい。
<<Fish>>
In one embodiment, the present invention provides fish containing the protein of the present invention, or the gene or its transcript, or the vector of the present invention.
The introduction of proteins, genes, etc., into fish according to the present invention follows standard methods such as transfection, injection, and electroporation.
The proteins, genes, etc., introduced into fish may coexist with the endogenous wild type, or they may replace the endogenous wild type as described in the <<Methods for Manufacturing Fish>>.

<<不飽和脂肪酸の製造方法>>
一実施形態において、本発明は、上記本発明の魚類を脂肪酸基質に作用させて、Δ4、Δ5及びΔ6部位が不飽和化された脂肪酸を製造する、不飽和脂肪酸の製造方法を提供する。
脂肪酸基質を餌として培養水槽に添加することで、上記魚類に脂肪酸基質を作用させることができる。脂肪酸基質としては、α-リノレン酸、ドコサペンタエン酸、エイコサテトラエン酸、又はエイコサトリエン酸等が挙げられる。これら脂肪酸は、魚類体内で不飽和化され、エイコサペンタエン酸やドコサヘキサエン酸が合成される。
<<Method for producing unsaturated fatty acids>>
In one embodiment, the present invention provides a method for producing unsaturated fatty acids by reacting the fish of the present invention with a fatty acid substrate to produce fatty acids in which the Δ4, Δ5, and Δ6 sites are unsaturated.
By adding fatty acid substrates to the culture tank as feed, the fatty acid substrates can be applied to the aforementioned fish. Examples of fatty acid substrates include alpha-linolenic acid, docosapentaenoic acid, eicosatetraenoic acid, or eicosatrienoic acid. These fatty acids are desaturated within the fish body, and eicosapentaenoic acid and docosahexaenoic acid are synthesized.

<<魚類の製造方法>>
一実施形態において、本発明は、特定の機能が欠落している海産種、及び前記海産種から進化し、前記機能を獲得した同目に属する回遊種又は河川種において、前記機能の責任タンパク質のアミノ酸配列を比較し、前記機能の責任アミノ酸又は責任アミノ酸領域を特定し、前記海産種の責任アミノ酸又は責任アミノ酸領域を、前記回遊種又は河川種のものに置換することで、前記海産種に前記機能を付与する、魚類の製造方法を提供する。
<<Methods for producing fish>>
In one embodiment, the present invention provides a method for producing fish, which involves comparing the amino acid sequences of the protein responsible for a particular function in a marine species lacking a specific function, and in a migratory or river species belonging to the same order that has evolved from the marine species and acquired the function, identifying the amino acid or responsible amino acid region responsible for the function, and then substituting the responsible amino acid or responsible amino acid region of the marine species with that of the migratory or river species to confer the function to the marine species.

世界の河川には、複数のカレイの仲間が生息している。一般に、カレイの仲間は、ドコサヘキサエン酸(DHA)を必須脂肪酸としており、これを含む餌を摂取しないと生きていけない。しかし、淡水域に生息する餌生物はDHAを含む高度不飽和脂肪酸に乏しく、海から河川内に進出したカレイがどのように脂肪酸要求を満たしているのかについては、明らかではなかった。
本発明において、これらのカレイのうち、生涯を海で過ごす種(海産種)、海で生まれ川で生涯の大半を過ごす種(回遊種)、及び淡水で生涯を全うする種(河川種)の脂肪酸代謝経路を詳細に解析したところ、祖先型である海産種はDHAを合成できないにもかかわらず、回遊種と河川種は、いずれもDHAを合成する能力を獲得していることを明らかにした。
このことは、海起源の魚種が淡水域へ進出する際に、DHA合成能力の有無が、その成否のカギを握ることを強く示唆している。
Several species of flatfish inhabit rivers around the world. Generally, flatfish require docosahexaenoic acid (DHA) as an essential fatty acid and cannot survive without consuming food containing it. However, freshwater prey organisms are poor in highly unsaturated fatty acids, including DHA, and it was unclear how flatfish that have migrated from the sea into rivers meet their fatty acid requirements.
In this invention, we conducted a detailed analysis of the fatty acid metabolic pathways of three types of flounder: marine species that spend their entire lives in the sea, migratory species that are born in the sea and spend most of their lives in rivers, and riverine species that complete their entire lives in freshwater. We found that while the ancestral marine species cannot synthesize DHA, both the migratory and riverine species have acquired the ability to synthesize DHA.
This strongly suggests that the ability to synthesize DHA is a key factor in the success or failure of marine fish species when they venture into freshwater environments.

一例として、主にΔ4不飽和化を触媒する酵素を有するセネガルソール、及び全ての不飽和化反応を触媒できる、三機能性の酵素を有する淡水カレイにおいて、Fads2タンパク質のアミノ酸配列を比較し、セネガルソールのFads2遺伝子に、責任アミノ酸である、N281I、T325I、S298A、及びM288Lの変異を導入するか、DHA合成の責任アミノ酸領域である淡水カレイのTM2(膜貫通領域2)に置換することにより、セネガルソールにDHA合成能を付与することができる。
本発明は、DHA合成能に限らず、海産種に欠落しているが、回遊種又は河川種では獲得されているあらゆる機能について適用することができる。
As an example, by comparing the amino acid sequences of the Fads2 protein in senegalsol, which has an enzyme that mainly catalyzes Δ4 desaturation, and freshwater flounder, which has a trifunctional enzyme that can catalyze all desaturation reactions, it is possible to confer DHA synthesis ability to senegalsol by introducing mutations in the responsible amino acids N281I, T325I, S298A, and M288L into the Fads2 gene of senegalsol, or by substituting them into TM2 (transmembrane region 2) of freshwater flounder, which is the amino acid region responsible for DHA synthesis.
This invention is not limited to DHA synthesis ability, but can be applied to any function that is lacking in marine species but acquired in migratory or riverine species.

セネガルソールのFads2タンパク質のDHA合成能の獲得、即ちFads2タンパク質のΔ5及びΔ6脂肪酸不飽和活性の獲得は、例えば、対象のセネガルソールのゲノムにおけるFads2遺伝子に対し、常法により、変異を導入することにより引き起こすことができる。
前記変異の導入方法は、例えば、相同組換え、ZFN、TALEN、CRISPR-CAS9等を用いたゲノム編集技術等により実施できる。前記変異の導入方法は、例えば、部位特異的突然変異誘発法等の変異導入法により、実施してもよい。また、前記変異の導入方法は、例えば、ランダム突然変異誘発法により、実施してもよい。前記ランダム突然変異誘発法は、例えば、α線、β線、γ線、X線等の放射線照射、メタンスルホン酸エチル(EMS)、エチニルニトロソウレア(ENU)等の変異誘発剤による処理、重イオンビーム等があげられる。なお、上述の各変異の導入方法は、例えば、市販のキット等を用いて実施してもよい。
The acquisition of DHA synthesis ability in the Fads2 protein of senegalsol, that is, the acquisition of Δ5 and Δ6 fatty acid unsaturation activity of the Fads2 protein, can be induced, for example, by introducing mutations into the Fads2 gene in the genome of the target senegalsol using conventional methods.
The method for introducing the mutation can be carried out, for example, by genome editing technology using homologous recombination, ZFN, TALEN, CRISPR-CAS9, etc. The method for introducing the mutation may also be carried out by a mutagenesis method such as site-directed mutagenesis. Alternatively, the method for introducing the mutation may also be carried out by a random mutagenesis method. Examples of random mutagenesis methods include irradiation with alpha rays, beta rays, gamma rays, X-rays, etc., treatment with mutagenic agents such as ethyl methanesulfonate (EMS) and ethynylnitrosourea (ENU), and heavy ion beams. The above-mentioned methods for introducing mutations may also be carried out using commercially available kits, for example.

一実施形態において、本発明は、配列番号2で表されるアミノ酸配列の内、少なくとも281位~325位の配列を有するアミノ酸配列とアミノ酸番号281位、288位、298位、及び325位以外の部分において、80%以上の同一性を有するアミノ酸配列をコードするDNAと、その両端に相同性アームを有するドナーDNAを魚類の受精卵に注入し、ゲノム編集により相同組換えを行い、魚類の標的DNAに所定の変異を導入する、魚類の製造方法を提供する。 In one embodiment, the present invention provides a method for producing fish, which involves injecting a donor DNA having homology arms at both ends into a fish fertilized egg, and performing homologous recombination by genome editing to introduce a predetermined mutation into the target DNA of the fish. This DNA encodes an amino acid sequence having at least the sequence from positions 281 to 325 of the amino acid sequence represented by Sequence ID No. 2, with at least 80% identity in the portion other than amino acid positions 281, 288, 298, and 325.

一例として、N281I、T325I、S298A、及びM288Lの変異を含む、セネガルソールFads2遺伝子の改変型部分配列約300bpに、そのゲノム上の相同配列の上流と下流の約1 kbを相同性アームとして接続することにより、相同組み換え型修復によるノックインの際に鋳型となるドナーDNAを構築する。
次いで、ドナーDNA、Cas9タンパク質、及びガイドRNAをセネガルソールの受精卵の細胞質に注入する。ゲノム編集が行われた受精卵を培養し、孵化させた後、通常の養殖方法により飼育する。N281I、T325I、S298A、及びM288Lの遺伝子変異型のアレルをホモで有するセネガルソールは、遺伝子変異型のアレルをヘテロで有するセネガルソールを育成及び交配することにより、得ることができる。
As an example, a modified partial sequence of the Senegalsol Fads2 gene containing mutations N281I, T325I, S298A, and M288L, approximately 300 bp in length, is connected to approximately 1 kb upstream and downstream of its homologous sequence on the genome as homologous arms. This constructs a donor DNA template for knock-in via homologous recombination repair.
Next, donor DNA, Cas9 protein, and guide RNA are injected into the cytoplasm of senegalsol fertilized eggs. The genome-edited fertilized eggs are cultured and hatched, and then reared using conventional aquaculture methods. Senegalsol homozygous for the N281I, T325I, S298A, and M288L gene mutation alleles can be obtained by breeding and mating senegalsol heterozygous for the gene mutation alleles.

以下に実施例を挙げて本発明を更に詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 The present invention will be further described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

[実施例1]
多くの海産魚の不飽和化酵素は、Δ6活性のみを有しており、Δ5不飽和化以降の反応が進行しないため、DHAを合成することができない。
発明者は、元々海に起源をもつカレイの仲間のうち、淡水域に生息するカレイ(淡水カレイともいう)の不飽和化酵素が、全ての不飽和化反応を触媒できる、三機能性の酵素であることを発見した。
この酵素をコードする遺伝子は、他の海産魚のものとオーソログにあたり、この特別な機能は、海に比べてDHAが非常に乏しい淡水環境へ適応するにあたって、淡水カレイに獲得されたものであると考えられる。
[Example 1]
Many marine fish have desaturase enzymes that only possess Δ6 activity, and the reaction beyond Δ5 desaturation does not proceed, making it impossible to synthesize DHA.
The inventor discovered that the desaturase enzyme of flounder (also known as freshwater flounder), a species of flounder originally from the sea that inhabits freshwater areas, is a triplicate enzyme capable of catalyzing all desaturation reactions.
The gene encoding this enzyme is orthologized to those of other marine fish, and this special function is thought to have been acquired by freshwater flounder as an adaptation to the freshwater environment, where DHA is much scarcer than in the ocean.

ヨーロッパで養殖されているセネガルソール(S.senegalensis)というシタビラメも属している。セネガルソールの不飽和化酵素は、多くの海産魚と異なり、主にΔ4不飽和化を触媒する機能を有するが、Δ6不飽和化反応をほとんど触媒できないことが明らかになっている。 The sole species *Senegalensis*, which is farmed in Europe, also belongs to this group. Unlike many marine fish, the desaturase enzyme in *Senegalensis* primarily catalyzes Δ4 desaturation, but it has been shown to be largely incapable of catalyzing Δ6 desaturation.

セネガルソール及び淡水カレイの不飽和化酵素の酵素活性を測定した。詳細には、各不飽和化酵素の遺伝子を導入した出芽酵母を、基質脂肪酸の存在下で培養した。そして、培養後の酵母の脂肪酸組成をガスクロマトグラフィーにより分析して、酵母がとりこんだ基質と、酵母内で代謝された産物のピーク面積から、各酵素の転換効率、どのくらい反応を触媒したかという効率を、下記式を用いることにより算出した。
転換効率(%)=100×産物面積/(基質面積+産物面積)
The enzymatic activity of senegal sole and freshwater flounder desaturates was measured. Specifically, budding yeast into which the genes for each desaturate were introduced was cultured in the presence of substrate fatty acids. The fatty acid composition of the cultured yeast was then analyzed by gas chromatography, and the conversion efficiency of each enzyme, or the efficiency of how much of the reaction it catalyzed, was calculated using the following formula from the peak areas of the substrate taken up by the yeast and the products metabolized within the yeast.
Conversion efficiency (%) = 100 × product area / (substrate area + product area)

酵素活性の結果について、表1に示す。 The results of the enzyme activity test are shown in Table 1.

表1に示す様に、セネガルソールおよび淡水カレイのΔ4Δ6及びΔ5の不飽和化活性を比較した。これらの酵素のアミノ酸配列の同一性は90%近くであり、酵素間で異なる10%のアミノ酸残基にΔ6責任部位が存在すると考えられた。 As shown in Table 1, the desaturation activities of Δ4, Δ6, and Δ5 in senegal sole and freshwater flounder were compared. The amino acid sequences of these enzymes were nearly 90% identical, suggesting that the Δ6 responsible site was located in the 10% of amino acid residues that differed between the enzymes.

そこで、このΔ6責任部位を特定するため、キメラ酵素の作製を始めた。淡水カレイとセネガルソール(以下、SENともいう)のアミノ酸配列の一部を交換し、もし活性が転換した場合、その領域をΔ6任部位と考えることができる。
はじめに、淡水カレイだけでみられる特異的なアミノ酸が集中する領域と、先行研究により不飽和化酵素の機能を制御すると示唆されていた膜貫通領域2(以下、TM2ともいう。淡水カレイの266~337番目のアミノ酸配列に相当する。)について、図1(A)に示す様に、キメラ酵素を作製した。淡水カレイ型のアミノ酸領域を上段に示し、セネガルソール野生型のアミノ酸領域を下段に示し、その間にキメラ酵素を模式的に表す。これらを酵母へ導入し、Δ4とΔ6基質を用いて機能解析を行った。結果を図1(B)に示す。TM2を交換したことによる活性の転換が確認された。セネガルソールの酵素に淡水カレイのTM2を導入したキメラ4、6は、Δ6活性が大きく増強した。このことから、TM2にΔ6責任部位があることが明らかになった。
Therefore, in order to identify the Δ6 responsible site, we began creating chimeric enzymes. By exchanging parts of the amino acid sequences of freshwater flounder and senegalsol (hereinafter also referred to as SEN), if the activity is converted, that region can be considered the Δ6 responsible site.
First, we created chimeric enzymes as shown in Figure 1(A), focusing on a region with a concentration of specific amino acids found only in freshwater flounder and transmembrane region 2 (hereinafter also referred to as TM2, corresponding to amino acid sequences 266-337 in freshwater flounder), which previous studies had suggested controls the function of desaturates. The freshwater flounder-type amino acid region is shown in the upper panel, the senegalsol wild-type amino acid region is shown in the lower panel, and the chimeric enzyme is schematically represented between them. These were introduced into yeast, and functional analysis was performed using Δ4 and Δ6 substrates. The results are shown in Figure 1(B). A change in activity due to the exchange of TM2 was confirmed. Chimeras 4 and 6, in which freshwater flounder TM2 was introduced into the senegalsol enzyme, showed a significant increase in Δ6 activity. From this, it became clear that TM2 has a site responsible for Δ6.

[実施例2]
TM2の中に存在するアミノ酸置換のうち、どのアミノ酸がΔ6活性に重要なものなのか明らかにするため、セネガルソールの酵素のTM2の中に存在するアミノ酸を淡水カレイ型のアミノ酸へ置換した。各酵素の変異箇所と転換効率を図2に示す。SEN-mt9、SEN-mt11、SEN-mt17は、TM2をまるごと交換したSEN-淡水カレイTM2(図1のキメラ4)に匹敵する10%以上のΔ6転換効率を得ることができた。特に、mt17では、Δ6、Δ4転換効率ともに10%以上という高い活性を示した。
更に、Δ5酵素活性を比較した。結果を表2に示す。
[Example 2]
To identify which amino acids in TM2 are important for Δ6 activity, the amino acids in the TM2 of the senegalsol enzyme were replaced with those of the freshwater flounder. The mutation sites and conversion efficiencies of each enzyme are shown in Figure 2. SEN-mt9, SEN-mt11, and SEN-mt17 were able to achieve Δ6 conversion efficiencies of over 10%, comparable to SEN-freshwater flounder TM2 (chimera 4 in Figure 1), in which the entire TM2 molecule was replaced. In particular, mt17 showed high activity, with both Δ6 and Δ4 conversion efficiencies exceeding 10%.
Furthermore, the Δ5 enzyme activity was compared. The results are shown in Table 2.

表2に示す様に、mt17は、全不飽和化反応で10%以上の転換効率を示した。 As shown in Table 2, mt17 exhibited a conversion efficiency of over 10% in the total desaturation reaction.

本発明によれば、Δ4/Δ5/Δ6不飽和化酵素活性全てを有する魚類を効率よく作出する技術を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a technique for efficiently producing fish that possess all Δ4/Δ5/Δ6 desaturates activity.

Claims (8)

以下の(a)~(c)のいずれか一つのアミノ酸配列を含む配列からなり、且つ、Δ4、Δ5及びΔ6脂肪酸不飽和活性を有する、タンパク質。
(a)配列番号で表されるアミノ酸配
(b)前記(a)で表されるアミノ酸配列のアミノ酸番号281位、288位、298位、及び325位以外の部分において、1~数個のアミノ酸が欠失、挿入、置換若しくは付加されたアミノ酸配列であって、前記(a)で表されるアミノ酸配列のアミノ酸番号281位、288位、298位、及び325位を有するアミノ酸配列
(c)前記(a)で表されるアミノ酸配列のアミノ酸番号281位、288位、298位、及び325位以外の部分において、90%以上の同一性を有するアミノ酸配列であって、前記(a)で表されるアミノ酸配列のアミノ酸番号281位、288位、298位、及び325位を有するアミノ酸配列
A protein comprising a sequence containing any one of the following amino acid sequences (a) to (c), and having Δ4, Δ5, and Δ6 fatty acid unsaturation activity.
(a) Amino acid sequence represented by Sequence ID No. 2
(b) an amino acid sequence in which one to several amino acids are deleted, inserted, substituted, or added in the portion of the amino acid sequence represented in (a) other than amino acid positions 281, 288, 298, and 325, and which has amino acid positions 281, 288, 298, and 325 of the amino acid sequence represented in (a).
(c) An amino acid sequence having 90 % or more identity in the portion of the amino acid sequence represented in ( a) other than amino acid positions 281, 288, 298, and 325, and having amino acid positions 281, 288, 298, and 325 of the amino acid sequence represented in (a).
以下の(e)~(g)のいずれか一つのアミノ酸配列を含む配列からなり、且つ、Δ4、Δ5及びΔ6脂肪酸不飽和活性を有する、タンパク質。
(e)配列番号3で表されるアミノ酸配列
(f)前記(e)で表されるアミノ酸配列のアミノ酸番号281位、288位、298位、及び325位以外の部分において、1~数個のアミノ酸が欠失、挿入、置換若しくは付加されたアミノ酸配列であって、前記(e)で表されるアミノ酸配列のアミノ酸番号281位、288位、298位、及び325位を有するアミノ酸配列
(g)前記(e)で表されるアミノ酸配列のアミノ酸番号281位、288位、298位、及び325位以外の部分において、90%以上の同一性を有するアミノ酸配列あって、前記(e)で表されるアミノ酸配列のアミノ酸番号281位、288位、298位、及び325位を有するアミノ酸配列
A protein comprising a sequence containing one of the following amino acid sequences (e) to (g), and having Δ4, Δ5, and Δ6 fatty acid unsaturation activity.
(e) The amino acid sequence represented by Sequence ID No. 3 (f) An amino acid sequence in which one to several amino acids are deleted, inserted, substituted, or added in the portion of the amino acid sequence represented by (e) other than amino acid positions 281, 288, 298, and 325, and which has amino acid positions 281, 288, 298, and 325 of the amino acid sequence represented by (e)
(g) an amino acid sequence having 90 % or more identity in the portion of the amino acid sequence represented in ( e) other than amino acid positions 281, 288, 298, and 325, and which has amino acid positions 281, 288, 298, and 325 of the amino acid sequence represented in (e)
請求項1又は2に記載のタンパク質をコードする、遺伝子。 A gene encoding the protein described in claim 1 or 2 . 請求項に記載の遺伝子を含む、ベクター。 A vector comprising the gene described in claim 3 . 請求項1又は2に記載のタンパク質、請求項に記載の遺伝子若しくは転写産物、又は請求項に記載のベクターを含む、魚類。 A fish comprising the protein according to claim 1 or 2 , the gene or transcript according to claim 3 , or the vector according to claim 4 . 請求項に記載の魚類を脂肪酸基質に作用させて、Δ4、Δ5及びΔ6部位が不飽和化された脂肪酸を製造する、不飽和脂肪酸の製造方法。 A method for producing unsaturated fatty acids, comprising reacting the fish described in claim 5 with a fatty acid substrate to produce fatty acids in which the Δ4, Δ5, and Δ6 sites are unsaturated. 前記脂肪酸基質が、α-リノレン酸、ドコサペンタエン酸、エイコサテトラエン酸、又はエイコサトリエン酸である、請求項に記載の不飽和脂肪酸の製造方法。 The method for producing an unsaturated fatty acid according to claim 6 , wherein the fatty acid substrate is α-linolenic acid, docosapentaenoic acid, eicosatetraenoic acid, or eicosatrienoic acid. 配列番号2で表されるアミノ酸配列の内、少なくとも281位~325位の配列を有するアミノ酸配列とアミノ酸番号281位、288位、298位、及び325位以外の部分において、90%以上の同一性を有するアミノ酸配列であって、前記配列番号2で表されるアミノ酸配列のアミノ酸番号281位、288位、298位、及び325位を有するアミノ酸配列をコードするDNAと、その両端に相同性アームを有するドナーDNAを魚類の受精卵に注入し、ゲノム編集により相同組換えを行い、魚類の標的DNAに所定の変異を導入する、魚類の製造方法。 A method for producing fish, comprising injecting DNA encoding an amino acid sequence having at least the sequence from position 281 to 325 of the amino acid sequence represented by Sequence ID No. 2, and an amino acid sequence having 90 % or more identity in the portion other than amino acid positions 281, 288, 298, and 325 of the amino acid sequence represented by Sequence ID No. 2, and donor DNA having homology arms at both ends thereof, into a fertilized egg of a fish, performing homologous recombination by genome editing, and introducing a predetermined mutation into the target DNA of the fish.
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