JP2002519035A - HMP-P kinase and TMP-PPase from Arabidopsis and their use in herbicide screening - Google Patents
HMP-P kinase and TMP-PPase from Arabidopsis and their use in herbicide screeningInfo
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Abstract
(57)【要約】 本発明は、HMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有する、組換え的に産生される酵素を用いた除草剤活性に関する化学物質のスクリーニング方法、ならびに望ましくない植生の成長を抑制するための除草剤化学物質の同定のためのそれらの使用を開示する。さらに本発明は、HMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子を用いた、植物、植物組織、植物種子および植物細胞における除草剤耐容性の開発のための方法、ならびに作物畑中に成長する雑草を選択的に抑制するためのこのようなトランスジェニック植物の使用方法を提供する。 (57) [Summary] The present invention relates to a method for screening chemicals for herbicidal activity using recombinantly produced enzymes having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity, and for inhibiting unwanted vegetation growth. Disclosed are their use for the identification of herbicide chemicals. Further, the present invention provides a method for developing herbicide tolerance in plants, plant tissues, plant seeds and plant cells using a gene encoding an enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity, and Methods of using such transgenic plants to selectively control weeds growing in crop fields are provided.
Description
【0001】 本発明は、2−メチル−4−アミノ−5−ヒドロキシメチルピリミジンモノホ
スフェートキナーゼ(HMP−Pキナーゼ)またはチアミンモノホスフェートピ
ロホスホリラーゼ(2−メチル−4−アミノ−5−(ヒドロキシメチル)ピリミ
ジンジホスフェート:4−メチル−5−(2−ホスホエチル)チアゾール2−メ
チル−4−アミノピリミジン−5−メチルトランスフェラーゼ)またはTMP−
PPアーゼの酵素活性(これらはいずれもde novoチアミン生合成に関与する酵
素活性である)を阻害する除草剤化合物のスクリーニング方法に関する。本発明
は、それにより同定される除草剤化合物の、望ましくない植生の成長を制御する
ための使用に関する。本発明は、除草剤耐容性植物、植物組織、植物種子および
植物細胞の開発にも適用され得る。The present invention relates to 2-methyl-4-amino-5-hydroxymethylpyrimidine monophosphate kinase (HMP-P kinase) or thiamine monophosphate pyrophosphorylase (2-methyl-4-amino-5- (hydroxymethyl) Pyrimidine diphosphate: 4-methyl-5- (2-phosphoethyl) thiazole 2-methyl-4-aminopyrimidine-5-methyltransferase) or TMP-
The present invention relates to a method for screening a herbicide compound that inhibits the enzyme activity of PPase (all of these are enzyme activities involved in de novo thiamine biosynthesis). The present invention relates to the use of the herbicide compounds identified thereby for controlling unwanted vegetation growth. The invention can also be applied to the development of herbicide-tolerant plants, plant tissues, plant seeds and plant cells.
【0002】 望ましくない植生、例えば穀物畑の雑草を制御するための除草剤の使用は、ほ
とんど普遍的に実施されるようになってきた。除草剤市場は、年間150億ドルを
超える。この広範な使用にもかかわらず、雑草制御は依然として、農業経営者に
とって有意な且つ経費の掛かる問題である。[0002] The use of herbicides to control undesirable vegetation, such as weeds in cereal fields, has become almost universally practiced. The herbicide market exceeds $ 15 billion annually. Despite this widespread use, weed control remains a significant and costly problem for farmers.
【0003】 除草剤の有効使用は、健全な管理を要する。例えば、適用の時期および方法な
らびに雑草植物発育段階は、除草剤による良好な雑草制御をなし得るために重要
である。種々の雑草種が除草剤に耐性であるために、有効な新規の除草剤の生産
が漸増的に重要になっている。ところで、新規の除草剤は、組換えDNA技術を
実行する高スループットスクリーンを用いて発見し得る。植物の成長および発育
に不可欠であることが分かっている代謝酵素は、組換え的に産生され、酵素活性
の新規の阻害剤に関するスクリーンにおける除草剤標的として利用され得る。こ
のようなスクリーンにより発見される新規の阻害剤は、次に、望ましくない植生
を制御するための除草剤として用いられ得る。[0003] Effective use of herbicides requires sound management. For example, the timing and method of application and the stage of weed plant development are important for good weed control with herbicides. Due to the resistance of various weed species to herbicides, the production of effective new herbicides is of increasing importance. By the way, new herbicides can be discovered using high-throughput screens implementing recombinant DNA technology. Metabolic enzymes that have been found to be essential for plant growth and development can be produced recombinantly and utilized as herbicide targets in screens for novel inhibitors of enzyme activity. The novel inhibitors discovered by such screens can then be used as herbicides to control unwanted vegetation.
【0004】 より大きい効力、広範な雑草範囲およびより迅速な土壌中での分解を示す除草
剤は、残念ながら、より大きい作物植物毒性も有し得る。この問題に適用される
一解決法は、除草剤に耐性または耐容性である作物を開発することであった。除
草剤に耐容性である作物雑種または変種は、作物に対する損害という付随する危
険性を伴わずに、雑草を枯らすための除草剤の使用を可能にする。耐用性の開発
は、除草剤に対する作物の感受性のためにその使用が従来は排除されるかまたは
制限されていた(例えば、出芽前使用に)作物への除草剤の適用を可能にする。
例えば、米国特許第4,761,373号(Anderson等)は、種々のイミダゾリノンまた
はスルホンアミド除草剤に耐性の植物に向けられる。耐性は、変更化アセトヒド
ロキシ酸シンターゼ(AHAS)酵素により付与される。米国特許第4,975,374
号(Goodman等)は、グルタミンシンターゼ(GS)、例えばホスフィノトリシ
ンおよびメチオニンスルホキシミンを阻害することが知られていた除草剤による
阻害に耐性である突然変異体グルタミンシンターゼ(GS)をコードする遺伝子
を含有する植物細胞および植物に関する。米国特許第5,013,659号(Bedbrook等
)は、スルホニル尿素除草剤による阻害に対して植物を耐性にさせる突然変異体
アセトラクテートシンターゼを発現する植物に向けられる。米国特許第5,162,60
2号(Somers等)は、クロロヘキサンジオンおよびアリールオキシフェノキシプ
ロパン酸除草剤による阻害に耐容性である植物を開示する。耐容性は、変化した
アセチル補酵素カルボキシラーゼ(ACCアーゼ)により付与される。[0004] Herbicides that exhibit greater potency, a broader weed range and more rapid degradation in soil can, unfortunately, also have greater crop phytotoxicity. One solution applied to this problem has been to develop crops that are tolerant or tolerant to herbicides. Crop hybrids or varieties that are tolerant to herbicides allow the use of herbicides to kill weeds without the associated risk of damage to the crop. The development of tolerability allows the application of herbicides to crops whose use has previously been eliminated or restricted due to the sensitivity of the crop to herbicides (eg, for pre-emergence use).
For example, US Pat. No. 4,761,373 (Anderson et al.) Is directed to plants that are resistant to various imidazolinone or sulfonamide herbicides. Resistance is conferred by the modified acetohydroxy acid synthase (AHAS) enzyme. US Patent 4,975,374
No. (Goodman et al.) Encodes glutamine synthase (GS), for example a mutant glutamine synthase (GS) that is resistant to inhibition by herbicides known to inhibit phosphinothricin and methionine sulfoximine. It relates to plant cells and plants containing the gene. U.S. Patent No. 5,013,659 (Bedbrook et al.) Is directed to plants that express a mutant acetolactate synthase that renders the plant resistant to inhibition by sulfonylurea herbicides. US Patent 5,162,60
No. 2 (Somers et al.) Discloses plants that are tolerant to inhibition by chlorohexanedione and aryloxyphenoxypropanoic acid herbicides. Tolerability is conferred by altered acetyl coenzyme carboxylase (ACCase).
【0005】 定義 分かり易くするために、本明細書中で用いられるある種の用語を以下のように
定義し且つ提示する: 活性化可能DNA配列:ゲノム中の、望ましくは植物のゲノム中の遺伝子の発
現を調節するDNA配列。活性化可能DNA配列は、ゲノムに内因性の標的遺伝
子と相補的である。活性化可能DNA配列が細胞中に導入され、発現されると、
それは標的遺伝子の発現を抑制する。本発明に関連して有用な活性化可能DNA
配列としては、主な阻害剤をコードするかまたは阻害剤として作用するもの、例
えば植物の正常な成長および開発に不可欠な1つ又はそれ以上の遺伝子を明確に
同定するために安定形質転換植物中の遺伝子機能を中断し得る翻訳可能または非
翻訳可能センス配列が挙げられる。標的遺伝子は、好ましくは植物の成長または
開発に不可欠なタンパク質、例えば生合成酵素、受容体、信号伝達タンパク質、
構造遺伝子生成物または輸送タンパク質をコードする。特に好ましい実施態様で
は、標的遺伝子は、HMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有
する酵素をコードする。アンチセンス配列および標的遺伝子の相互作用は、植物
を殺し、または正常植物の成長または開発を少なくとも抑制するよう、標的遺伝
子の発現の実質的阻害を引き起こす。Definitions For clarity, certain terms used herein are defined and presented as follows: activatable DNA sequence : a gene in the genome, preferably in the genome of a plant DNA sequence that regulates the expression of The activatable DNA sequence is complementary to a target gene endogenous to the genome. When the activatable DNA sequence is introduced into the cell and expressed,
It suppresses the expression of the target gene. Activable DNA useful in connection with the present invention
Sequences include those that encode or act as inhibitors of major inhibitors, such as those in a stably transformed plant to unambiguously identify one or more genes that are essential for the normal growth and development of the plant. Translatable or non-translatable sense sequences capable of interrupting the gene function of the gene. Target genes are preferably proteins essential for plant growth or development, such as biosynthetic enzymes, receptors, signaling proteins,
Encodes a structural gene product or transport protein. In a particularly preferred embodiment, the target gene encodes an enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity. The interaction of the antisense sequence and the target gene causes a substantial inhibition of the expression of the target gene so as to kill the plant or at least suppress normal plant growth or development.
【0006】 活性化可能DNA構築物: 活性化可能DNA配列と操作可能的に連結された
合成プロモーターを包含する組換えDNA構築物は、細胞、望ましくは植物に導
入された場合、合成プロモーターと結合し、それを活性化し得る完全ハイブリッ
ド転写因子が存在しない限り、発現されず、即ち非表現性(silent)である。活
性化可能DNA構築物は、細胞、組織または植物中に導入されて、活性化可能D
NA配列を発現し得る安定トランスジェニック系統を形成する。Activable DNA constructs : A recombinant DNA construct comprising a synthetic promoter operably linked to an activatable DNA sequence, when introduced into a cell, preferably a plant, binds to the synthetic promoter, It is not expressed, i.e., silent, unless a complete hybrid transcription factor capable of activating it is present. The activatable DNA construct is introduced into a cell, tissue or plant to form the activatable DNA.
Form stable transgenic lines capable of expressing the NA sequence.
【0007】 補因子:酵素触媒化反応に必要な天然反応体、例えば有機分子または金属イオ
ン。補因子は、例えばNAD(P)、リボフラビン(FADおよびFMNを含む
)、葉酸塩、モリブドプテリン、チアミン、ビオチン、リポ酸、パントテン酸お
よび補酵素A、S−アデノシルメチオニン、ピリドキサルホスフェート、ウビキ
ノン、メナキノンである。任意に、補因子は調節され、再使用され得る。 Cofactor : A natural reactant required for an enzyme-catalyzed reaction, such as an organic molecule or metal ion. Cofactors include, for example, NAD (P), riboflavin (including FAD and FMN), folate, molybdopterin, thiamine, biotin, lipoic acid, pantothenic acid and coenzyme A, S-adenosylmethionine, pyridoxal phosphate, ubiquinone , Menaquinone. Optionally, cofactors can be adjusted and reused.
【0008】 共役合成(Coupled Synthesis):最終生成物が2つまたはそれ以上の連続酵
素工程により合成される酵素的生合成であって、この場合、生化学的経路の1つ
又はそれ以上の分枝経路における最初の酵素工程のための基質が反応混合物に補
足され、そして一次酵素により中間生成物に転換され、これが、中間生成物の付
加を伴わずに、単数または複数の二次酵素により最終生成物に転換される。[0008] conjugate synthesis (Coupled Synthesis): the final product is a two or more enzymatic biosynthesis synthesized by sequential enzymatic steps, in this case, one or more partial biochemical pathways The substrate for the first enzymatic step in the branch pathway is captured in the reaction mixture and converted to an intermediate by the primary enzyme, which is finalized by one or more secondary enzymes without the addition of the intermediate. Converted to product.
【0009】 「キメラ」とは、DNA配列、例えばベクターまたは遺伝子が、組換えDNA
技術により一緒に融合される異なる起源の1つより多いDNA配列で構成されて
、天然には起きない、そして形質転換される植物には特に起きないDNA配列を
生じることを示すために用いられる。 DNAシャッフリング:DNAシャッフリングは、DNA分子中に、好ましく
は無作為に突然変異または再配列を導入するための、あるいは2つまたはそれ以
上のDNA分子間に、好ましくは無作為に、DNA配列の交換を生じるための方
法である。DNAシャッフリングに起因するDNA分子は、少なくとも1つの鋳
型DNA分子に由来する非天然DNA分子であるシャッフル化DNA分子である
。シャッフル化DNAは、鋳型DNAによりコードされた酵素に関して修飾され
る酵素をコードし、鋳型DNAによりコードされる酵素に関して変化した生物学
的活性を有する。A “chimera” is a DNA sequence, such as a vector or gene, that is a recombinant DNA
It is composed of more than one DNA sequence of different origin fused together by a technique and is used to indicate that it produces a DNA sequence that does not occur naturally and does not specifically occur in transformed plants. DNA shuffling : DNA shuffling is the exchange of DNA sequences, preferably at random, to introduce mutations or rearrangements into DNA molecules, or between two or more DNA molecules, preferably at random. Is a method for generating A DNA molecule resulting from DNA shuffling is a shuffled DNA molecule that is a non-natural DNA molecule derived from at least one template DNA molecule. Shuffled DNA encodes an enzyme that is modified with respect to the enzyme encoded by the template DNA, and has altered biological activity with respect to the enzyme encoded by the template DNA.
【0010】 酵素活性:本明細書中では、基質の生成物への転換を触媒する酵素の能力を意
味する。酵素に対する基質は、酵素の天然基質を包含するが、しかし酵素により
生成物または生成物の類似体に転換され得る天然基質の類似体も包含する。酵素
の活性は、例えば、ある期間後の反応における生成物の量を確定することにより
、またはある期間後の反応混合物中に残留する基質の量を確定することにより測
定される。酵素の活性は、ある期間後の反応混合物中に残留する反応の未使用補
因子の量を確定することにより、またはある期間後の反応混合物中の使用済補因
子の量を確定することによっても測定される。酵素の活性は、ある期間後の反応
混合物中に残留する遊離エネルギーまたは高エネルギー分子(例えばATP、ホ
スホエノールピルベート、アセチルホスフェートまたはホスホクレアチン)の供
与体の量を確定することにより、あるいはある期間後の反応混合物中の遊離エネ
ルギーまたは高エネルギー分子(例えばADP、ピルベート、アセテートまたは
クレアチン)の使用済供与体の量を確定することによっても測定される。[0010] Enzyme activity : As used herein, means the ability of an enzyme to catalyze the conversion of a substrate to a product. Substrates for an enzyme include the natural substrate of the enzyme, but also include analogs of the natural substrate that can be converted into a product or an analog of the product by the enzyme. The activity of the enzyme is measured, for example, by determining the amount of product in the reaction after a period of time or by determining the amount of substrate remaining in the reaction mixture after a period of time. The activity of the enzyme can also be determined by determining the amount of unused cofactor in the reaction remaining in the reaction mixture after a period of time, or by determining the amount of spent cofactor in the reaction mixture after a period of time. Measured. The activity of the enzyme may be determined by determining the amount of free energy or donor of high energy molecules (eg, ATP, phosphoenolpyruvate, acetyl phosphate or phosphocreatine) remaining in the reaction mixture after a period of time, or It is also determined by determining the amount of free energy or spent donor of high energy molecules (eg, ADP, pyruvate, acetate or creatine) in the reaction mixture.
【0011】 発現とは、植物における内因性遺伝子または導入遺伝子の転写および/または
翻訳を指す。例えばアンチセンス構築物の場合、発現はアンチセンスDNAの転
写だけを示し得る。 遺伝子とは、コード配列、ならびにコード配列がRNA、例えばmRNA、r
RNA、tRNA、snRNA、センスRNAまたはアンチセンスRNAに転写
される場合の関連調節配列を指す。調節配列の例は、プロモーター配列、5’お
よび3’非翻訳配列、ならびに終止配列である。存在し得るさらなる素子は、例
えばイントロンである。 Expression refers to the transcription and / or translation of an endogenous or transgene in a plant. For example, in the case of an antisense construct, expression may indicate only transcription of the antisense DNA. A gene is defined as a coding sequence, as well as when the coding sequence is RNA, eg, mRNA, r
Refers to related regulatory sequences when transcribed into RNA, tRNA, snRNA, sense RNA or antisense RNA. Examples of regulatory sequences are promoter sequences, 5 'and 3' untranslated sequences, and termination sequences. Further elements that can be present are, for example, introns.
【0012】 除草剤:植物、植物細胞、植物種子または植物組織を殺害または抑制するため
に用いられる化学物質。 異種DNA配列:それが導入される宿主細胞と天然には関連しないDNA配列
、例えば、天然DNA配列の非天然多重コピー。 同種DNA配列:それが導入される宿主細胞と天然に関連するDNA配列。 Herbicides : Chemicals used to kill or control plants, plant cells, plant seeds or plant tissues. Heterologous DNA sequence : A DNA sequence that is not naturally associated with the host cell into which it is introduced, eg, a non-naturally occurring multiple copy of a native DNA sequence. Homologous DNA sequence : A DNA sequence that is naturally associated with the host cell into which it is introduced.
【0013】 阻害剤:植物の生長または生存に不可欠なタンパク質、例えば生合成酵素、受
容体、信号伝達タンパク質構造遺伝子生成物または輸送タンパク質の酵素的活性
を不活性化する化学物質。本発明の情況では、阻害剤は、植物からのHMP−P
キナーゼ/TMP−PPアーゼを不活性化する化学物質である。「除草剤」とい
う用語は、植物、植物細胞、植物種子または植物組織に適用される場合の阻害剤
を明示するために本明細書中で用いられる。 Inhibitors : Chemicals that inactivate the enzymatic activity of proteins essential for plant growth or survival, such as biosynthetic enzymes, receptors, signaling gene structural gene products or transport proteins. In the context of the present invention, the inhibitor is HMP-P from a plant.
It is a chemical that inactivates kinase / TMP-PPase. The term "herbicide" is used herein to indicate an inhibitor when applied to a plant, plant cell, plant seed or plant tissue.
【0014】 同遺伝子系:遺伝子的に同一であるが、但し導入遺伝子の存否によって異なり
得る植物。 単離される:本発明の情況では、単離DNA分子または単離酵素は、人の手に
より、その天然環境から離れて存在し、したがって天然の物質ではないDNA分
子または酵素である。単離DNA分子または酵素は精製形態で存在し得るし、あ
るいは非天然環境で、例えばトランスジェニック宿主細胞中に存在し得る。[0014] The same gene system: is a genetically identical, but may differ by the presence or absence of the transgene plant. Isolated : In the context of the present invention, an isolated DNA molecule or enzyme is a DNA molecule or enzyme that exists, by human hand, away from its natural environment and is therefore not a natural substance. An isolated DNA molecule or enzyme can exist in a purified form, or can exist in a non-natural environment, eg, in a transgenic host cell.
【0015】 成熟タンパク質:普通では、細胞小器官、例えば葉緑体に標的化され、そこか
らトランシットペプチドが除去されているタンパク質。 最小プロモーター:上流活性の非存在下で、不活性であるか、または大きく低
減されたプロモーター活性を有するプロモーター素子、特にTATA素子。適切
な転写因子の存在下では、最小プロモーターは転写を可能にするよう機能する。 Mature protein : A protein that is normally targeted to an organelle, such as the chloroplast, from which the transit peptide has been removed. Minimal promoter : A promoter element, particularly a TATA element, that is inactive or has greatly reduced promoter activity in the absence of upstream activity. In the presence of an appropriate transcription factor, the minimal promoter functions to allow transcription.
【0016】 修飾酵素活性:天然酵素活性を阻害する阻害剤に対して耐用性である、植物中
に天然に生じるもの(即ち、ヒトによるこのような活性の直接または間接的操作
の非存在下で起こる酵素活性)とは異なる酵素活性。 操作可能的に連結されるとは、調節DNA配列がコードDNA配列の発現に影
響を及ぼすよう2つの配列が適合される場合に、調節DNA配列が、RNAまた
はタンパク質をコードするDNA配列と「操作可能的に連結される」かまたは「
会合される」といわれることを指す。 Modified enzyme activity : One that occurs naturally in plants that is tolerable to inhibitors that inhibit the natural enzyme activity (ie, in the absence of direct or indirect manipulation of such activity by humans). Enzyme activity). Operatively linked means that a regulatory DNA sequence is " operably linked " to a DNA sequence encoding an RNA or protein when the two sequences are adapted to affect the expression of the coding DNA sequence. "Possibly linked" or "
Will be met. "
【0017】 植物とは、あらゆる植物、特に種子植物を指す。 植物細胞とは、原形質体および細胞壁を包含する、植物の構造的および生理学
的単位を指す。植物細胞は、単離単一細胞または培養細胞の形態であるか、ある
いは例えば植物組織または植物器官のような高度組織化単位の一部として存在し
得る。[0017] The plant refers to any plant, particularly a seed plant. Plant cells refer to the structural and physiological units of a plant, including protoplasts and cell walls. Plant cells can be in the form of isolated single cells or cultured cells, or can be present as part of a highly organized unit, such as a plant tissue or plant organ.
【0018】 植物物質とは、葉、茎、根、花または花部分、果実、花粉、花粉管、胚珠、胚
嚢、卵細胞、接合子、胚、種子、挿し木、細胞または組織培養、あるいは植物の
あらゆるその他の部分または生成物を指す。 プレタンパク質:普通では細胞小器官、例えば葉緑体に対して標的化され、そ
してなおそのトランシットペプチドを包含するタンパク質。 Plant materials include leaves, stems, roots, flowers or flower parts, fruits, pollen, pollen tubes, ovules, embryo sac, egg cells, zygotes, embryos, seeds, cuttings, cell or tissue cultures, or plant Refers to any other parts or products. Preprotein : A protein normally targeted to an organelle, such as a chloroplast, and still encompasses its transit peptide.
【0019】 組換えDNAとは、組換えDNA技術を用いて一緒にされるDNA配列の組合
せを指す。 組換えDNA技術とは、例えばSambrook et al., 1989, Cold Spring Harbor,
NY: Cold Spring Harbor Laboratory Pressに記載されているようなDNA配列
を一緒に接合するために用いられる手法を指す。[0019] Recombinant DNA refers to a combination of DNA sequences that are brought together using recombinant DNA technology. Recombinant DNA technology includes, for example, Sambrook et al., 1989, Cold Spring Harbor,
NY: refers to the technique used to join DNA sequences together as described in the Cold Spring Harbor Laboratory Press.
【0020】 有意の増大:測定技術に固有の誤差の限界より大きい酵素活性の増大、好まし
くは阻害剤の存在下で野生型酵素の活性より約2倍大きい増大、さらに好ましく
は約5倍以上の増大、最も好ましくは約10倍以上の増大。 有意に低い:とは、酵素反応の生成物の量が測定技術に固有の誤差の限界より
大きい量を、好ましくは、阻害剤の非存在下で野生型酵素の活性の約2倍以上の
低減、さらに好ましくは約5倍以上の低減、最も好ましくは約10倍以上の低減
を意味する。 Significant increase : An increase in enzyme activity that is greater than the error limits inherent in the assay technique, preferably about 2 times greater than the activity of the wild-type enzyme in the presence of the inhibitor, more preferably about 5 times or more. Increase, most preferably about 10-fold or more. Significantly lower : means that the amount of product of the enzymatic reaction is greater than the error limit inherent in the measurement technique, preferably by a factor of about 2 or more in the absence of the inhibitor from the activity of the wild-type enzyme. More preferably a reduction of about 5 times or more, most preferably a reduction of about 10 times or more.
【0021】 広義では、「実質的に同様の」という用語は、ヌクレオチド配列に関して本明
細書中で用いる場合、対応配列が参照ヌクレオチド配列によりコードされるポリ
ペプチドと実質的に同一構造を有するポリペプチドをコードする参照ヌクレオチ
ド配列に対応するヌクレオチド配列を意味し、例えばこの場合、ポリペプチド機
能に影響を及ぼさないアミノ酸の変化だけが起こる。望ましくは、実質的に同様
のヌクレオチド配列は、参照ヌクレオチド配列によりコードされるポリペプチド
をコードする。実質的に同様のヌクレオチド配列と参照ヌクレオチド配列との間
の同一性のパーセンテージは、望ましくは少なくとも85%、さらに望ましくは少
なくとも90%、好ましくは少なくとも92%、さらに好ましくは少なくとも95%、
さらに好ましくは少なくとも97%、さらに好ましくは少なくとも99%である。配
列比較は、Smith-Waterman配列アラインメント算法を用いて実施される(例えば
、Waterman, M.S. Introduction to Computational Biology; Maps, sequences
and genomes. Chapman & Hall. London; 1995, ISBN 0-412-99391-0,またはhttp
://www-hto.usc.edu/software/seqaln/index.html参照)。ローカルSプログラ
ム(バージョン1.16)は、以下のパラメーターとともに用いられる:マッチ:1
、ミスマッチペナルティ:0.33、オープンギャップペナルティ:2、拡張ギャプ
ペナルティ:2。参照ヌクレオチド配列と「実質的に同様の」ヌクレオチド配列
は、50℃の7%ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、0.5 MNaPO4、1 mMED
TA中で、65℃の1 xSSC、0.1%SDS中で洗浄しながら、さらに望ましくは
50℃の7%ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、0.5 MNaPO4、1 mMEDTA
中で、65℃で0.5 xSSC、0.1%SDS中で洗浄しながら、さらに望ましくは、
50℃の7%ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、0.5 MNaPO4、1 mMEDTA
中で、65℃で0.2 xSSC、0.1%SDS中で洗浄しながら、好ましくは50℃の7
%ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、0.5 MNaPO4、1 mMEDTA中で、65
℃で0.1 xSSC、0.1%SDS中で洗浄しながら、参照ヌクレオチド配列とハイ
ブリダイズする。In a broad sense, the term “substantially similar,” as used herein in reference to a nucleotide sequence, a polypeptide whose corresponding sequence has substantially the same structure as the polypeptide encoded by the reference nucleotide sequence Means, for example, only amino acid changes that do not affect polypeptide function. Desirably, a substantially similar nucleotide sequence encodes the polypeptide encoded by the reference nucleotide sequence. The percentage of identity between substantially similar nucleotide sequences and the reference nucleotide sequence is desirably at least 85%, more desirably at least 90%, preferably at least 92%, more preferably at least 95%,
More preferably at least 97%, more preferably at least 99%. Sequence comparisons are performed using the Smith-Waterman sequence alignment algorithm (eg, Waterman, MS Introduction to Computational Biology; Maps, sequences).
and genomes. Chapman &Hall.London; 1995, ISBN 0-412-99391-0, or http
: //www-hto.usc.edu/software/seqaln/index.html). The local S program (version 1.16) is used with the following parameters: Match: 1
, Mismatch penalty: 0.33, open gap penalty: 2, extended gap penalty: 2. To a reference nucleotide sequence "substantially similar" nucleotide sequence in 7% sodium dodecyl sulfate 50 ℃ (SDS), 0.5 MNaPO 4, 1 mMED
Washing in 1 × SSC, 0.1% SDS at 65 ° C. in TA, more preferably
7% sodium dodecyl sulfate (SDS) at 50 ° C., 0.5 M NaPO 4 , 1 mM EDTA
In 0.5 x SSC, 0.1% SDS at 65 ° C.
7% sodium dodecyl sulfate (SDS) at 50 ° C., 0.5 M NaPO 4 , 1 mM EDTA
Washing at 65 ° C. in 0.2 × SSC, 0.1% SDS, preferably at 50 ° C.
% Sodium dodecyl sulfate (SDS), 0.5 M NaPO 4 , 1 mM EDTA.
Hybridize with the reference nucleotide sequence while washing in 0.1 x SSC, 0.1% SDS at ° C.
【0022】 「実質的に同様の」という用語は、タンパク質に関して本明細書中で用いる場
合、参照タンパク質に対応するタンパク質を意味するが、この場合、たはは参照
タンパク質と実質的に同一の構造および機能を有し、例えば、ポリペプチド機能
に影響を及ぼさないアミノ酸配列の変化だけが起こる。タンパク質またはアミノ
酸配列に関して用いる場合、実質的に同様のタンパク質またはアミノ酸配列と参
照タンパク質またはアミノ酸配列との間の同一性のパーセンテージは、望ましく
は少なくとも65%、さらに望ましくは少なくとも75%、好ましくは少なくとも85
%、さらに好ましくは少なくとも90%、さらに好ましくは少なくとも95%、さら
に好ましくは少なくとも99%である。The term “substantially similar” as used herein in reference to a protein means a protein corresponding to the reference protein, but in this case or having substantially the same structure as the reference protein. For example, only amino acid sequence changes that have a function and do not affect polypeptide function occur. When used with respect to a protein or amino acid sequence, the percentage of identity between substantially similar protein or amino acid sequence and the reference protein or amino acid sequence is desirably at least 65%, more desirably at least 75%, preferably at least 85%.
%, More preferably at least 90%, more preferably at least 95%, more preferably at least 99%.
【0023】 基質:基質は、酵素が天然に認識する、そしてその機能で酵素が天然に実行す
る生化学的経路中の物質に転換する分子であるか、あるいは酵素により認識され
、酵素により天然反応と同様の酵素反応中の物質に酵素によって転換される分子
の修飾バージョンである。 合成とは、天然配列中には存在しない構造特徴を包含するヌクレオチド配列を
指す。例えば、双子葉および/または単子葉遺伝子のG+C含量および正常コド
ン分布が非常によく似ている人工配列は合成配列であるといわれる。 Substrate : A substrate is a molecule that an enzyme naturally recognizes and whose function converts into a substance in a biochemical pathway that the enzyme naturally performs, or a substrate that is recognized by the enzyme and reacts naturally with the enzyme. A modified version of a molecule that is converted by an enzyme into a substance undergoing an enzymatic reaction similar to. Synthetic refers to nucleotide sequences that include structural features not present in the native sequence. For example, artificial sequences in which the G + C content and normal codon distribution of dicotyledonous and / or monocotyledonous genes are very similar are said to be synthetic sequences.
【0024】 耐容性:阻害剤または除草剤に曝露された場合に、正常成長または機能を継続
する能力。 形質転換:細胞、組織または植物中への異種DNAの導入方法。形質転換化細
胞、組織または植物は、形質転換工程の最終生成物だけでなく、そのトランスジ
ェニック子孫も包含すると理解される。 Tolerability : The ability to continue normal growth or function when exposed to inhibitors or herbicides. Transformation : A method for introducing heterologous DNA into cells, tissues or plants. A transformed cell, tissue or plant is understood to encompass not only the final product of the transformation process, but also its transgenic progeny.
【0025】 トランスジェニック:好ましくは当該DNA配列に操作可能的に連結される適
切なプロモーターを包含する組換えDNA分子で安定的に形質転換されたことを
意味する。 本発明の一目的は、新規のまたは改良型除草剤を同定するための方法を提供す
ることである。本発明の別の目的は、雑草のような植物の生長を抑制するために
このような新規のまたは改良型除草剤を用いるための方法を提供することである
。本発明のさらに別の目的は、このような新規のまたは改良型除草剤に対して耐
容性である改良型作物植物を提供することである。 Transgenic : Preferably, it has been stably transformed with a recombinant DNA molecule containing a suitable promoter operably linked to the DNA sequence. One object of the present invention is to provide a method for identifying new or improved herbicides. Another object of the present invention is to provide a method for using such new or improved herbicides to inhibit the growth of plants such as weeds. Yet another object of the present invention is to provide improved crop plants that are tolerant to such new or improved herbicides.
【0026】 本発明は、最初は、シロイヌナズナ(Arabidopsis)HMP−Pキナーゼ/T
MP−PPアーゼ遺伝子の正確なヌクレオチド配列を開示する。プレタンパク質
をコードするヌクレオチド配列は配列番号1で記述され、推定成熟タンパク質を
コードするヌクレオチド配列は、配列番号3で記述される。シロイヌナズナHM
P−PキナーゼおよびTMP−PPアーゼプレタンパク質の正確なアミノ酸配列
は配列番号2で、そして推定成熟シロイヌナズナHMP−PキナーゼおよびTM
P−PPアーゼの正確なアミノ酸配列は配列番号4で記述される。したがって、
本発明は、HMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有する酵素
をコードする植物から得られるヌクレオチド配列を包含する。好ましい実施態様
では、このようなヌクレオチド配列は、シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana
)から得られ、さらに好ましい実施態様では、このようなヌクレオチド配列は、
配列番号1または配列番号3で記述されるヌクレオチド配列と同一であるか実質
的に同様であり、そのアミノ酸配列が配列番号2または配列番号4で記述される
アミノ酸配列と同一であるかまたは実質的に同様であるHMP−Pキナーゼ活性
またはTMP−PP活性を有する酵素をコードする。The present invention relates initially to Arabidopsis HMP-P kinase / T
Discloses the exact nucleotide sequence of the MP-PPase gene. The nucleotide sequence encoding the preprotein is set forth in SEQ ID NO: 1, and the nucleotide sequence encoding the putative mature protein is set forth in SEQ ID NO: 3. Arabidopsis HM
The exact amino acid sequences of PP kinase and TMP-PPase preprotein are SEQ ID NO: 2, and putative mature Arabidopsis HMP-P kinase and TM
The exact amino acid sequence of P-PPase is set forth in SEQ ID NO: 4. Therefore,
The present invention encompasses nucleotide sequences obtained from plants that encode enzymes having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity. In a preferred embodiment, such a nucleotide sequence is Arabidopsis thaliana
), And in a further preferred embodiment such a nucleotide sequence is
Is identical or substantially similar to the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 3, and its amino acid sequence is identical or substantially identical to the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4 And an enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PP activity.
【0027】 HMP−PキナーゼおよびTMP−PPアーゼは、de novoチアミン生合成経
路における酵素工程に存在する(下記参照)。de novoチアミン生合成は、最後
に、いくつかの酵素中に見出されるこの補因子の形態であるチアミンピロホスフ
ェート(チアミンジホスフェートまたはビタミンB1としても知られている)の
生成をもたらす(Schellenberger et al.(1997)Meth. Enz. 279, 131-146)。
このde novo生合成経路は、細菌、酵母菌および植物で起きるが、ヒトにはない
(Begley, T.P.(1996) Natl. Prod. Rep. 13, 177-186)。HMP−Pキナー
ゼ酵素活性は、2−メチル−4−アミノ−5−ヒドロキシメチルピリミジンモノ
ホスフェート(HMP−P)のピロホスホリル化を触媒して、2−メチル−4−
アミノ−5−ヒドロキシメチルピリミジンピロホスフェート(HMP−PP)を
生成する。大腸菌では、この工程はthiD遺伝子によりコードされるタンパク質に
より実行される。TMP−PPアーゼ酵素活性は、チアミンピロホスフェートの
de novo生合成におけるほとんど最後の工程に対応し、4−メチル−5−(β−
ヒドロキシエチル)チアゾールモノホスフェート(THZ−P)とHMP−PP
のカップリングを触媒して、チアミンモノホスフェート(TMP)を生成する。
大腸菌では、この工程はthiE遺伝子によりコードされるタンパク質により実行さ
れる。HMP-P kinase and TMP-PPase are present at enzymatic steps in the de novo thiamine biosynthetic pathway (see below). De novo thiamine biosynthesis finally results in the production of thiamine pyrophosphate, also known as thiamine diphosphate or vitamin B1, a form of this cofactor found in some enzymes (Schellenberger et al. (1997) Meth. Enz. 279, 131-146).
This de novo biosynthetic pathway occurs in bacteria, yeast and plants, but not in humans (Begley, TP (1996) Natl. Prod. Rep. 13, 177-186). HMP-P kinase enzyme activity catalyzes the pyrophosphorylation of 2-methyl-4-amino-5-hydroxymethylpyrimidine monophosphate (HMP-P) to produce 2-methyl-4-
Produces amino-5-hydroxymethylpyrimidine pyrophosphate (HMP-PP). In E. coli, this step is performed by the protein encoded by the thiD gene. TMP-PPase enzyme activity is determined by thiamine pyrophosphate.
Corresponds to almost the last step in de novo biosynthesis, 4-methyl-5- (β-
(Hydroxyethyl) thiazole monophosphate (THZ-P) and HMP-PP
Catalyzes the formation of thiamine monophosphate (TMP).
In E. coli, this step is performed by the protein encoded by the thiE gene.
【0028】 HMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子の正確なヌクレオチド配列に
ついての知識を用いて、本発明人等は、増殖を可能にするために外因性チアミン
を補足される必要があるチアミン栄養要求株がそれらのHMP−Pキナーゼ/T
MP−PPアーゼ遺伝子のコード配列に突然変異を有する、ということを示した
。これは、分子レベルでの植物中のこの遺伝子の必須性を確実に実証する。この
ような知識を用いて、HMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を
抑制し得る化学物質のためのスクリーンを開発し得る。HMP−Pキナーゼ/T
MP−PPアーゼ遺伝子によりコードされる酵素活性の必須性のために、このよ
うな化学物質は植物の成長または生存能力を抑制し、したがって良好な除草剤で
ある可能性があるとも予測される。したがって、精製HMP−Pキナーゼまたは
TMP−PPアーゼを用いてそれらの阻害剤を同定し、次にそれを除草剤として
用いて、例えば作物が、特に農学的に重要な作物、例えばトウモロコシおよびそ
の他の穀類作物、例えばコムギ、カラスムギ、ライムギ、モロコシ、イネ、オオ
ムギ、キビ、芝およびまぐさ用イネ科植物等、ならびにワタ、サトウキビ、テン
サイ、ナタネおよびダイズが栽培される領域における望ましくない植生の成長を
抑制し得る方法を提供することが、本発明の目的である。With knowledge of the exact nucleotide sequence of the HMP-P kinase / TMP-PPase gene, the inventors have determined that thiamin nutrition needs to be supplemented with exogenous thiamine to allow growth. Requirement strains are those HMP-P kinase / T
The coding sequence of the MP-PPase gene was shown to have a mutation. This certainly demonstrates the essentiality of this gene in plants at the molecular level. Such knowledge can be used to develop screens for chemicals that can inhibit HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity. HMP-P kinase / T
Because of the essentiality of the enzymatic activity encoded by the MP-PPase gene, it is also anticipated that such chemicals will inhibit plant growth or viability and may therefore be good herbicides. Thus, purified HMP-P kinases or TMP-PPases are used to identify their inhibitors, which are then used as herbicides, e.g. for crops, especially for agriculturally important crops such as corn and other crops. Unwanted vegetation growth in cereal crops such as wheat, oats, rye, sorghum, rice, barley, millet, turf and forage grasses, and in areas where cotton, sugar cane, sugar beet, rapeseed and soybean are grown. It is an object of the present invention to provide a method that can be suppressed.
【0029】 本発明に包含されるのは、本発明のHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−P
Pアーゼ活性を有する酵素をコードするヌクレオチド配列に操作可能的に連結さ
れるプロモーターを包含するキメラ遺伝子である。本発明の前記のキメラ遺伝子
を含む組換えベクターも包含され、この場合、前記のベクターは宿主細胞中に安
定的に形質転換され得る。本発明のベクターを含有する宿主細胞も包含され、こ
の場合、前記のヌクレオチド配列は前記の細胞中で発現可能である。好ましいの
は、真核細胞である本発明の宿主細胞である。さらに好ましいのは、昆虫細胞、
酵母菌細胞および植物細胞からなる群から選択される本発明の宿主細胞である。
原核細胞である宿主細胞も好ましい。さらに好ましいのは、細菌細胞である本発
明の宿主細胞である。チアミン生合成に関与する単離植物タンパク質も包含され
、この場合、前記のタンパク質はHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPア
ーゼ活性を有する。好ましいのは、単離タンパク質であって、この場合、前記の
植物はシロイヌナズナArabidopsis thalianaである。さらに好ましいのは、HM
P−Pキナーゼ活性を有する本発明のタンパク質である。特に好ましいのは、配
列番号2で記述されるアミノ酸配列と同一のまたは実質的に同様のアミノ酸配列
を包含する本発明のタンパク質である。特に好ましいのは、配列番号2で記述さ
れるアミノ酸配列を包含するタンパク質である。Included in the present invention is the HMP-P kinase activity or TMP-P of the present invention.
A chimeric gene comprising a promoter operably linked to a nucleotide sequence encoding an enzyme having Pase activity. Also encompassed is a recombinant vector comprising the chimeric gene of the present invention, in which case the vector can be stably transformed into a host cell. Also encompassed are host cells containing the vectors of the invention, wherein the nucleotide sequence is expressible in the cells. Preferred is a host cell of the invention that is a eukaryotic cell. Even more preferred are insect cells,
The host cell of the present invention is selected from the group consisting of yeast cells and plant cells.
Host cells that are prokaryotic are also preferred. Even more preferred are host cells of the present invention which are bacterial cells. Also included are isolated plant proteins involved in thiamine biosynthesis, wherein said proteins have HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity. Preferred is an isolated protein, wherein the plant is Arabidopsis thaliana. More preferred is HM
It is a protein of the present invention having PP kinase activity. Particularly preferred is a protein of the invention comprising an amino acid sequence identical or substantially similar to the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2. Particularly preferred is a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2.
【0030】 好ましいのは、TMP−PPアーゼ活性を有する本発明のタンパク質である。
さらに好ましいのは、配列番号2で記述されるアミノ酸配列と実質的に同様のア
ミノ酸配列を包含する本発明のタンパク質である。さらに好ましいのは、配列番
号2で記述されるアミノ酸配列を包含する本発明のタンパク質である。 好ましい実施態様では、本発明は、植物の成長または生存能力を抑制する能力
に関して検査される化学物質の同定方法であって、以下の:(a)酵素がその生
成物の合成を触媒し得る条件下で、一次反応混合物中のHMP−Pキナーゼ活性
またはTMP−PPアーゼ活性を有する酵素をHMP−Pキナーゼの基質または
TMP−PPアーゼの基質と併合し、(b)一次反応混合物の場合と同一条件下
で、同一時間、二次反応混合物中の試験される化学物質および酵素を一次反応混
合物中で用いられた基質と併合し、(c)一次および二次反応混合物中の酵素の
活性を確定し、そして(d)二次反応混合物中の酵素の活性が一次反応混合物中
の酵素の活性より低く、望ましくは有意に低い場合に、植物成長または生存能力
を抑制する能力に関して検査される化学物質を選択する工程から成る方法を記載
する。好ましい実施態様では、HMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアー
ゼ活性を有する酵素は、植物、好ましくはシロイヌナズナArabidopsis thaliana
から得られる。別の好ましい実施態様では、HMP−Pキナーゼ活性またはTM
P−PPアーゼ活性を有する酵素は、配列番号1で記述されるヌクレオチド配列
と同一のまたは実質的に同様のヌクレオチド配列によりコードされるか、あるい
は配列番号2で記述されるアミノ酸配列と同一であるかまたは実質的に同様のア
ミノ酸配列を有する。別の好ましい実施態様では、HMP−Pキナーゼの基質は
、2−メチル−4−アミノ−5−ヒドロキシメチルピリミジンホスフェート(H
MP−P)であり、別の好ましい実施態様では、TMP−PPアーゼの基質は、
4−メチル−5−(β−ヒドロキシエチル)チアゾールホスフェート(THZ−
P)である。さらに別の実施態様では、TMP−PPアーゼの基質は、2−メチ
ル−4−アミノ−5−ヒドロキシメチルピリミジンピロホスフェート(HMP−
PP)である。さらに別の好ましい実施態様では、酵素の活性は、反応混合物中
に生成されるTMPを測定することにより確定される。別の好ましい実施態様で
は、酵素の活性は、反応混合物中のATPから得られるADPを測定することに
より確定される。本発明はさらに、以下の:(a)酵素がその生成物の合成を触
媒し得る条件下で、一次反応混合物中のHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−
PPアーゼ活性を有する酵素をHMP−Pキナーゼの基質またはTMP−PPア
ーゼの基質と併合し、(b)一次反応混合物の場合と同一条件下で、同一時間、
二次反応混合物中の化学物質および酵素を基質と併合し、(c)一次および二次
反応混合物中の酵素の活性を確定するが、ここで、二次反応混合物中の結合酵素
の活性が一次反応混合物中の酵素の活性より有意に低い場合に、化学物質は酵素
の活性を抑制し得る工程から成る検定を記載する。Preferred are those proteins of the invention that have TMP-PPase activity.
Even more preferred is a protein of the present invention that includes an amino acid sequence substantially similar to the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2. Even more preferred is a protein of the invention comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2. In a preferred embodiment, the present invention is a method of identifying a chemical to be tested for its ability to inhibit plant growth or viability, comprising: (a) conditions in which an enzyme can catalyze the synthesis of its product. Below, an enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity in the primary reaction mixture is combined with a substrate for HMP-P kinase or a substrate for TMP-PPase, and (b) the same as in the primary reaction mixture Under the same conditions, for the same time, combine the tested chemical and enzyme in the secondary reaction mixture with the substrate used in the primary reaction mixture, and (c) determine the activity of the enzyme in the primary and secondary reaction mixture And (d) the ability to inhibit plant growth or viability when the activity of the enzyme in the secondary reaction mixture is lower than the activity of the enzyme in the primary reaction mixture, and desirably significantly lower. It describes a method comprising the step of selecting the chemicals to be tested. In a preferred embodiment, the enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity is a plant, preferably Arabidopsis thaliana.
Obtained from In another preferred embodiment, HMP-P kinase activity or TM
The enzyme having P-PPase activity is encoded by a nucleotide sequence identical or substantially similar to the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1, or is identical to the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2 Have or substantially similar amino acid sequences. In another preferred embodiment, the substrate for HMP-P kinase is 2-methyl-4-amino-5-hydroxymethylpyrimidine phosphate (H
MP-P), and in another preferred embodiment, the substrate for TMP-PPase is
4-methyl-5- (β-hydroxyethyl) thiazole phosphate (THZ-
P). In yet another embodiment, the substrate for TMP-PPase is 2-methyl-4-amino-5-hydroxymethylpyrimidine pyrophosphate (HMP-PPase).
PP). In yet another preferred embodiment, the activity of the enzyme is determined by measuring the TMP produced in the reaction mixture. In another preferred embodiment, the activity of the enzyme is determined by measuring the ADP obtained from ATP in the reaction mixture. The invention further provides the following: (a) HMP-P kinase activity or TMP-
Combining an enzyme having PPase activity with a substrate for HMP-P kinase or a substrate for TMP-PPase, and (b) under the same conditions and for the same time as in the primary reaction mixture,
The chemicals and enzymes in the secondary reaction mixture are combined with the substrate to determine (c) the activity of the enzymes in the primary and secondary reaction mixtures, where the activity of the conjugated enzyme in the secondary reaction mixture is An assay is described which comprises a step in which a chemical can inhibit the activity of an enzyme if it is significantly lower than the activity of the enzyme in the reaction mixture.
【0031】 本発明はさらに、植物の成長および生存能力を抑制する能力に関して試験され
る化学物質の同定方法であって、以下の:(a)酵素がTMPの結合合成を触媒
し得る条件下で、一次反応混合物中のHMPキナーゼ活性を有する酵素およびH
MP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有する酵素をHMPキナ
ーゼの基質およびTMP−PPアーゼの基質と併合し、(b)一次反応混合物の
場合と同一条件下で、同一時間、二次反応混合物中の化学物質および酵素を基質
と併合し、(b)一次および二次反応混合物中のHMP−Pキナーゼ活性または
TMP−PPアーゼ活性を有する酵素の活性を確定し、そして(c)二次反応混
合物中のHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有する酵素の
活性が一次反応混合物中のHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活
性を有する酵素の活性より有意に低い場合に、植物の成長または生存能力を抑制
する能力に関して検査される化学物質を選択する工程からなる方法を記載する。
好ましい実施態様では、HMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性
を有する酵素は、植物、好ましくはシロイヌナズナArabidopsis thalianaから得
られる。別の好ましい実施態様では、HMP−Pキナーゼ活性またはTMP−P
Pアーゼ活性を有する酵素は、配列番号1で記述されるヌクレオチド配列と同一
であるかまたは実質的に同様のヌクレオチド配列によりコードされるか、あるい
は配列番号2で記述されるアミノ酸配列と同一であるかまたは実質的に同様であ
るアミノ酸配列を有する。別の好ましい実施態様では、HMPキナーゼの基質は
HMPであり、さらに別の好ましい実施態様では、TMP−PPアーゼの基質は
THZ−Pである。さらに好ましい実施態様では、酵素の活性は、反応混合物中
に生成されるTMPを確定することにより測定される。本発明はさらに、以下の
:(a)酵素がTMPの共役合成を触媒し得る条件下で、一次反応混合物中のH
MPキナーゼ活性を有する酵素およびHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−P
Pアーゼ活性を有する酵素をHMPキナーゼの基質およびTMP−PPアーゼの
基質と併合し、(b)一次反応混合物の場合と同一条件下で、同一時間、二次反
応混合物中の化学物質および酵素を基質と併合し、(c)一次および二次反応混
合物中のHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有する酵素の
活性を確定するが、ここで、二次反応混合物中のHMP−Pキナーゼ活性または
TMP−PPアーゼ活性を有する酵素の活性が一次反応混合物中のHMP−Pキ
ナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有する酵素の活性より有意に低い場
合に、化学物質はHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有す
る酵素の活性を抑制し得る工程から成る検定も記載する。The present invention further provides a method of identifying a chemical to be tested for its ability to inhibit plant growth and viability, comprising: (a) under conditions where the enzyme may catalyze the binding synthesis of TMP. , An enzyme having HMP kinase activity in the primary reaction mixture and H
An enzyme having MP-P kinase activity or TMP-PPase activity is combined with a substrate for HMP kinase and a substrate for TMP-PPase, and (b) secondary reaction under the same conditions and for the same time as in the case of the primary reaction mixture. Combining the chemicals and enzymes in the mixture with the substrate; (b) determining the activity of the enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity in the primary and secondary reaction mixtures; and (c) If the activity of the enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity in the reaction mixture is significantly lower than the activity of the enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity in the primary reaction mixture, A method is described that comprises selecting a chemical to be tested for its ability to inhibit growth or viability.
In a preferred embodiment, the enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity is obtained from a plant, preferably Arabidopsis thaliana. In another preferred embodiment, the HMP-P kinase activity or TMP-P
The enzyme having Pase activity is identical to or substantially identical to the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1, or is identical to the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2 Has an amino acid sequence that is or is substantially similar. In another preferred embodiment, the substrate for HMP kinase is HMP, and in yet another preferred embodiment, the substrate for TMP-PPase is THZ-P. In a further preferred embodiment, the activity of the enzyme is measured by determining the TMP produced in the reaction mixture. The present invention further provides:
Enzyme having MP kinase activity and HMP-P kinase activity or TMP-P
An enzyme having Pase activity is combined with a substrate for HMP kinase and a substrate for TMP-PPase, and (C) determine the activity of the enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity in the primary and secondary reaction mixtures, wherein the HMP-P kinase in the secondary reaction mixture is determined. If the activity or activity of the enzyme having TMP-PPase activity is significantly lower than the activity of the enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity in the primary reaction mixture, the chemical is HMP-P kinase activity or Also described is an assay comprising a step capable of inhibiting the activity of an enzyme having TMP-PPase activity.
【0032】 本発明はさらに、植物の成長および生存能力を抑制する能力に関して試験され
る化学物質の同定方法であって、以下の:(a)酵素がTMPの共役合成を触媒
し得る条件下で、一次反応混合物中のTHZキナーゼ活性を有する酵素およびH
MP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有する酵素をHMP−P
キナーゼの基質およびTHZキナーゼの基質と併合し、(b)一次反応混合物の
場合と同一条件下で、同一時間、二次反応混合物中の化学物質および酵素を基質
と併合し、(c)一次および二次反応混合物中のHMP−Pキナーゼ活性または
TMP−PPアーゼ活性を有する酵素の活性を確定し、そして(d)二次反応混
合物中のHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有する酵素の
活性が一次反応混合物中のHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活
性を有する酵素の活性より有意に低い場合に、植物の成長または生存能力を抑制
する能力に関して検査される化学物質を選択する工程からなる方法を記載する。
好ましい実施態様では、HMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性
を有する酵素は、植物、好ましくはシロイヌナズナArabidopsis thalianaから得
られる。別の好ましい実施態様では、HMP−Pキナーゼ活性またはTMP−P
Pアーゼ活性を有する酵素は、配列番号1で記述されるヌクレオチド配列と同一
であるかまたは実質的に同様のヌクレオチド配列によりコードされるか、あるい
は配列番号2で記述されるアミノ酸配列と同一であるかまたは実質的に同様であ
るアミノ酸配列を有する。別の好ましい実施態様では、HMP−Pキナーゼの基
質はHMP−Pであり、さらに別の好ましい実施態様では、THZキナーゼの基
質はTHZある。別の好ましい実施態様では、HMP−Pキナーゼ活性またはT
MP−PPアーゼ活性を有する酵素の活性は、反応混合物中に生成されるTMP
を確定することにより測定される。本発明はさらに、以下の:(a)酵素がTM
Pの結合合成を触媒し得る条件下で、一次反応混合物中のTHZキナーゼ活性を
有する酵素およびHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有す
る酵素をTHZキナーゼの基質およびHMP−Pキナーゼの基質と併合し、(b
)一次反応混合物の場合と同一条件下で、同一時間、二次反応混合物中の化学物
質および酵素を基質と併合し、(c)一次および二次反応混合物中のHMP−P
キナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有する酵素の活性を確定するが、
ここで、二次反応混合物中のHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ
活性を有する酵素の活性が一次反応混合物中のHMP−Pキナーゼ活性またはT
MP−PPアーゼ活性を有する酵素の活性より有意に低い場合に、化学物質はH
MP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有する酵素の活性を抑制
し得る工程から成る検定を記載する。The present invention is further directed to a method of identifying a chemical to be tested for its ability to inhibit plant growth and viability, comprising the steps of: (a) under conditions where the enzyme may catalyze the coupled synthesis of TMP. , An enzyme having THZ kinase activity in the primary reaction mixture and H
An enzyme having MP-P kinase activity or TMP-PPase activity is identified as HMP-P
(B) combining the chemicals and enzymes in the secondary reaction mixture with the substrate under the same conditions and for the same time as in the primary reaction mixture, and (c) combining the primary and Determining the activity of an enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity in the secondary reaction mixture, and (d) an enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity in the secondary reaction mixture If the activity of the enzyme is significantly lower than the activity of the enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity in the primary reaction mixture, select a chemical to be tested for the ability to inhibit plant growth or viability. A method consisting of steps is described.
In a preferred embodiment, the enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity is obtained from a plant, preferably Arabidopsis thaliana. In another preferred embodiment, the HMP-P kinase activity or TMP-P
The enzyme having Pase activity is identical to or substantially identical to the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1, or is identical to the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2 Has an amino acid sequence that is or is substantially similar. In another preferred embodiment, the substrate for HMP-P kinase is HMP-P, and in yet another preferred embodiment, the substrate for THZ kinase is THZ. In another preferred embodiment, HMP-P kinase activity or T
The activity of the enzyme having MP-PPase activity is determined by the TMP produced in the reaction mixture.
Is determined by determining The present invention further provides the following:
An enzyme having THZ kinase activity and an enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity in the primary reaction mixture under conditions capable of catalyzing P bond synthesis. And (b)
C) combining the chemicals and enzymes in the secondary reaction mixture with the substrate under the same conditions and for the same time as in the primary reaction mixture, and (c) HMP-P in the primary and secondary reaction mixtures.
To determine the activity of an enzyme having kinase activity or TMP-PPase activity,
Here, the activity of the enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity in the secondary reaction mixture is determined by the HMP-P kinase activity or TMP activity in the primary reaction mixture.
If the activity of the enzyme with MP-PPase activity is significantly lower than the activity of
An assay comprising a step capable of inhibiting the activity of an enzyme having MP-P kinase activity or TMP-PPase activity is described.
【0033】 別の好ましい実施態様では、本発明は、植物中のHMP−PキナーゼまたはT
MP−PPアーゼ活性を抑制する能力を有する化学物質の同定方法であって、好
ましくは、以下の:a)HMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性
を有する酵素をコードし、酵素的に活性なHMP−PキナーゼまたはTMP−P
Pアーゼを過剰発現し得る非天然ヌクレオチド配列を包含する、好ましくは安定
的に形質転換されたトランスジェニック植物、植物組織、植物種子または植物細
胞を得て、b)トランスジェニック植物、植物細胞、組織または部分に、そして
同遺伝子系非形質転換化植物、植物細胞、組織または部分に化学物質を適用し、
c)化学物質の適用後のトランスジェニックおよび非形質転換化植物、植物細胞
、組織の成長または生存能力を確定し、d)化学物質の適用後のトランスジェニ
ックおよび非形質転換化植物、植物細胞、組織の成長または生存能力を比較する
工程から成る方法を記載する。望ましくは、化学物質は、同遺伝子系トランスジ
ェニック植物、植物細胞、組織または部分の生存能力または成長を有意に抑制す
ることなく、非トランスジェニック植物、植物細胞、組織または部分の生存能力
または成長を抑制する。好ましい実施態様では、HMP−Pキナーゼ活性または
TMP−PPアーゼ活性を有する酵素は、望ましくは、配列番号1または配列番
号3で記述されるヌクレオチド配列と同一であるかまたは実質的に同様である、
植物、好ましくはシロイヌナズナArabidopsis thalianaから得られるヌクレオチ
ド配列によりコードされる。別の実施態様では、HMP−Pキナーゼ活性または
TMP−PPアーゼ活性を有する酵素は、配列番号2または配列番号4のアミノ
酸配列をコードし得るヌクレオチド配列によりコードされる。さらに別の実施態
様では、HMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有する酵素は
、配列番号2または配列番号4で記述されるアミノ酸配列と同一であるかまたは
実質的に同様であるアミノ酸配列を有する。[0033] In another preferred embodiment, the present invention relates to HMP-P kinase or T
A method for identifying a chemical having the ability to inhibit MP-PPase activity, preferably comprising the steps of: a) encoding an enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity, HMP-P kinase or TMP-P
Obtaining a preferably stably transformed transgenic plant, plant tissue, plant seed or plant cell comprising a non-natural nucleotide sequence capable of overexpressing Pase, b) transgenic plant, plant cell, tissue Or applying the chemical to the part and to the isogenic non-transformed plant, plant cell, tissue or part,
c) determining the growth or viability of transgenic and non-transformed plants, plant cells, tissues after application of the chemical; d) transgenic and non-transformed plants, plant cells, after application of the chemical; A method comprising comparing the growth or viability of a tissue is described. Desirably, the chemical enhances the viability or growth of a non-transgenic plant, plant cell, tissue or part without significantly inhibiting the viability or growth of the isogenic transgenic plant, plant cell, tissue or part. Suppress. In a preferred embodiment, the enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity is desirably identical or substantially similar to the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 3.
Encoded by a nucleotide sequence obtained from a plant, preferably Arabidopsis thaliana. In another embodiment, the enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity is encoded by a nucleotide sequence capable of encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4. In yet another embodiment, the enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity has an amino acid sequence that is identical or substantially similar to the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4. Having.
【0034】 本発明はさらに、修飾化HMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活
性を有する、したがって、天然HMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアー
ゼ活性に対して普通は抑制的であるレベルでの除草剤による抑制に耐容性である
植物、植物組織、植物種子および植物細胞を具体化する。本発明に包含される除
草剤耐容性植物としては、そうでなければ、正常では除草剤を抑制するために考
え得る標的であるもの、特に前記の農学的に重要な作物が挙げられる。この実施
態様によれば、植物、植物組織、植物種子または植物細胞は、野生型、非修飾化
HMP−PキナーゼまたはTMP−PPアーゼの活性を普通は抑制する濃度での
除草剤による抑制に耐容性である修飾化HMP−PキナーゼまたはTMP−PP
アーゼをコードするヌクレオチドコード配列に操作可能的に連結される植物中で
機能的な適切なプロモーターを包含する組換えDNA分子で形質転換され、好ま
しくは安定的に形質転換される。修飾化HMP−Pキナーゼ活性またはTMP−
PPアーゼ活性は、植物に野生型HMP−PキナーゼまたはTMP−PPアーゼ
遺伝子の多重コピーを提供することにより野生型除草剤感受性HMP−Pキナー
ゼまたはTMP−PPアーゼの発現を増大することによって、あるいは野生が頼
り強いプロモーターの制御下での野生型HMP−PキナーゼまたはTMP−PP
アーゼ遺伝子の過剰発現によっても、植物に付与され得る。このようにして作製
されるトランスジェニック植物、植物組織、植物種子または植物細胞は、次に、
従来の選択方法により選択され、それにより除草剤耐容株が単離され、特性化さ
れて、開発される。あるいは、無作為または特定部位の突然変異誘発を用いて、
除草剤耐容性株を生成し得る。[0034] The present invention further provides for the use of a modified HMP-P kinase or TMP-PPase activity at a level that is normally inhibitory to native HMP-P kinase or TMP-PPase activity. Embodies plants, plant tissues, plant seeds and plant cells that are tolerable to suppression by herbicides. Herbicide-tolerant plants encompassed by the present invention include those that would otherwise be possible targets for normally controlling herbicides, especially the agriculturally important crops mentioned above. According to this embodiment, the plant, plant tissue, plant seed or plant cell is tolerant to suppression by a herbicide at a concentration that normally suppresses the activity of wild-type, unmodified HMP-P kinase or TMP-PPase. Modified HMP-P kinase or TMP-PP
It is transformed, preferably stably transformed, with a recombinant DNA molecule that includes a suitable promoter functional in plants operably linked to the nucleotide coding sequence encoding the enzyme. Modified HMP-P kinase activity or TMP-
PPase activity is increased by providing wild-type herbicide-sensitive HMP-P kinase or TMP-PPase expression by providing the plant with multiple copies of the wild-type HMP-P kinase or TMP-PPase gene; or Wild-type HMP-P kinase or TMP-PP under the control of a wild-reliable promoter
Plants can also be conferred by overexpression of the ase gene. The transgenic plant, plant tissue, plant seed or plant cell thus produced is then:
A herbicide-tolerant strain is selected, characterized and developed by conventional selection methods. Alternatively, using random or site-directed mutagenesis,
Herbicide-tolerant strains can be generated.
【0035】 したがって、本発明は、HMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活
性を有する酵素をコードする植物から単離されたヌクレオチドを包含するDNA
分子で形質転換される植物、植物細胞、植物種子または植物組織を提供するが、
ここで、酵素はHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有し、
DNA分子は、天然HMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を普
通では抑制する量で除草剤に対する耐容性を植物、植物細胞、植物種子または植
物組織に付与する。この実施態様の一例によれば、HMP−Pキナーゼ活性また
はTMP−PPアーゼ活性を有する酵素は、配列番号1または配列番号3で記述
されるヌクレオチド配列と同一であるかまたは実質的に同様のヌクレオチド配列
によりコードされ、あるいは配列番号2または配列番号4で記述されるアミノ酸
配列と同一であるかまたは実質的に同様のアミノ酸配列を有する。本発明は、植
物の成長を抑制するための方法であって、植物中の天然HMP−Pキナーゼ活性
またはTMP−PPアーゼ活性を抑制する化学物質を植物に適用する工程からな
る方法も提供する。関連局面において、本発明は、植付けた作物種子または植物
の作物を含有する畑の雑草の成長を選択的に抑制するための方法であって、以下
の:(a)天然HMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を阻害す
る除草剤に耐容性である植物または植物種子である除草剤耐容性作物または作物
種子を植付け、そして(b)天然HMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPア
ーゼ活性を阻害する量で除草剤を畑の作物または作物種子および雑草に適用し、
ここで除草剤は作物の生長を有意に抑制することなく雑草の生長を抑制する工程
から成る方法に向けられる。Thus, the present invention provides DNAs comprising nucleotides isolated from plants that encode enzymes having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity.
Providing a plant, plant cell, plant seed or plant tissue transformed with the molecule,
Here, the enzyme has HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity,
The DNA molecule confers tolerance to a herbicide on a plant, plant cell, plant seed or plant tissue in an amount that normally suppresses natural HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity. According to one example of this embodiment, the enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity has a nucleotide sequence identical or substantially similar to the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 3. It has an amino acid sequence that is identical to or substantially similar to the amino acid sequence encoded by the sequence or described in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4. The present invention also provides a method for inhibiting plant growth, comprising the step of applying to the plant a chemical that inhibits natural HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity in the plant. In a related aspect, the present invention is a method for selectively inhibiting the growth of weeds in planted crop seeds or fields containing plant crops, comprising: (a) native HMP-P kinase activity or Planting a herbicide-tolerant crop or crop seed that is a plant or plant seed that is tolerant to a herbicide that inhibits TMP-PPase activity, and (b) inhibits native HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity Applying herbicides to field crops or crop seeds and weeds
Here the herbicide is directed to a method comprising the step of inhibiting the growth of weeds without significantly inhibiting the growth of the crop.
【0036】 本発明のその他の目的および利点は、本発明の以下の説明および非限定的実施
例の試験から、当業者には明らかになる。 外因性チアミンまたはチアミン前駆体(即ち、4−メチル−5−(β−ヒドロ
キシエチル)チアゾール(THZ)および/または2−メチル−4−アミノ−5
−ヒドロキシメチルピリミジン(HMP))を必要とするいくつかの真正有機栄
養要求性突然変異体は、シロイヌナズナArabidopsis thalianaで同定されており
、4つの遺伝子座にマッピングされている(Li and Redei(1969)Biochemical
Genetics 3, 163-170)。一遺伝子座th1は、第一染色体にマッピングされている
(Koornneef and Hanhart(1981)Arab. Info. Service 18, 52-58)。th1突然
変異体中のピリミジンおよびチアゾール前駆体およびチアミンの間の遮断の正確
な位置はKoorneefとHanhartによっては突き止められなかったけれども、th1突然
変異体は後に、生化学的方法を用いて、TMP−PPアーゼ酵素活性を欠くこと
が示された(Komeda et al.(1988)Plant Physiol. 88, 248-250)。近年、第
一染色体のこの領域を網羅したBAC配列(BACF19G10)がGenBankに
付託された。このBACに関して、一遺伝子は、大腸菌からのthiDおよびthiEの
両方との有意のアミノ酸配列類似性を有した(BAC配列上のヌクレオチド位置
46133〜48657)。この情報に基づいて、本発明人等は、2つの機能性ドメインを
有する新規のタンパク質をコードするシロイヌナズナcDNAを単離した。N末
端ドメイン(配列番号1の約906までのヌクレオチドまたは配列番号2のアミノ
酸302まで)のアミノ酸配列はHMP−Pキナーゼ(thiD)との相同を有し、そ
してC末端ドメイン(配列番号1の約925のヌクレオチドまたは配列番号2のア
ミノ酸309から)のアミノ酸配列はTMP−PPアーゼ(thiE)との相同を有す
る。推定葉緑体トランジットペプチドは、配列番号1の最初の99ヌクレオチド(
配列番号2の最初の33アミノ酸)でも予測される。[0036] Other objects and advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art from the following description of the invention and testing of non-limiting examples. Exogenous thiamine or thiamine precursor (ie, 4-methyl-5- (β-hydroxyethyl) thiazole (THZ) and / or 2-methyl-4-amino-5
-Hydroxymethylpyrimidine (HMP)) have been identified in Arabidopsis thaliana and have been mapped to four loci (Li and Redei (1969)). Biochemical
Genetics 3, 163-170). One locus th1 has been mapped to the first chromosome (Koornneef and Hanhart (1981) Arab. Info. Service 18, 52-58). Although the exact location of the block between the pyrimidine and thiazole precursors and the thiamine in the th1 mutant was not located by Koorneef and Hanhart, the th1 mutant was later identified using TMP- It has been shown to lack PPase enzyme activity (Komeda et al. (1988) Plant Physiol. 88, 248-250). Recently, a BAC sequence (BACF19G10) covering this region of the first chromosome has been submitted to GenBank. For this BAC, one gene had significant amino acid sequence similarity to both thiD and thiE from E. coli (nucleotide positions on the BAC sequence).
46133-48657). Based on this information, the present inventors have isolated an Arabidopsis thaliana cDNA encoding a novel protein having two functional domains. The amino acid sequence of the N-terminal domain (up to about 906 of SEQ ID NO: 1 or amino acid 302 of SEQ ID NO: 2) has homology to HMP-P kinase (thiD) and The amino acid sequence (from 925 nucleotides or amino acid 309 of SEQ ID NO: 2) has homology to TMP-PPase (thiE). The putative chloroplast transit peptide is the first 99 nucleotides of SEQ ID NO: 1 (
(The first 33 amino acids of SEQ ID NO: 2).
【0037】 本発明人等は、2つの異なるth 1突然変異体CS79およびCS3530(Arabidop
sis Stock Center, Nottingham, UK)由来のHMP−Pキナーゼ/TMP−PP
アーゼ遺伝子の配列も得た。彼等は、両突然変異体において、突然変異はHMP
−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子に存在することを見出した。CS79は
、配列番号2のアミノ酸63をセリンからフェニルアラニンに変える配列番号1の
位置188でのCからTへの単一ヌクレオチド変化を有する。CS3530は、配列番
号2のアミノ酸87をイソロイシンからアスパラギンに変える配列番号1の位置25
9-265または位置260-266のいずれかからの7つのヌクレオチド欠失を有する。こ
の突然変異体では、アスパラギン87に関するコドンは13のアミノ酸に関するコド
ンと、その後の読み枠内のTGA停止コドンを従える。突然変異は、thiDと相同
のドメインの小部分だけを包含し、thiEと相同のドメインを欠く100個だけのア
ミノ酸のタンパク質の翻訳を生じる必要がある。これらの結果は、チアミン栄養
要求株表現型がHMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子における突然変
異によるものであることを示し、HMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝
子が植物において不可欠であり、除草剤に対する良好な標的を表し得ることを明
白に実証する。We have identified two different th1 mutants, CS79 and CS3530 (Arabidop
HMP-P kinase / TMP-PP from sis Stock Center, Nottingham, UK)
The sequence of the ase gene was also obtained. They found that in both mutants, the mutation was HMP
-P kinase / TMP-PPase gene was found to be present. CS79 has a single nucleotide change from C to T at position 188 of SEQ ID NO: 1 that changes amino acid 63 of SEQ ID NO: 2 from serine to phenylalanine. CS3530 converts position 87 of SEQ ID NO: 1 to amino acid 87 which changes isoleucine to asparagine
It has a seven nucleotide deletion from either 9-265 or positions 260-266. In this mutant, the codon for asparagine 87 is followed by a codon for 13 amino acids, followed by a TGA stop codon in the reading frame. Mutations need to include only a small portion of the domain homologous to thiD and result in the translation of a protein of only 100 amino acids lacking the domain homologous to thiE. These results indicate that the thiamine auxotroph phenotype is due to a mutation in the HMP-P kinase / TMP-PPase gene, and that the HMP-P kinase / TMP-PPase gene is essential in plants, It clearly demonstrates that it can represent a good target for herbicides.
【0038】 cDNA配列を基礎にして、本発明人等は、2つの不正確なスプライシング接
合部がBACクローン中で予測されていた、ということをさらに発見した。最初
に予測されたスプライシング接合部は、配列番号1の位置383でのイントロン配
列の24塩基の付加を不正確に生じ(図2)、そして二番目に予測されたスプライ
シング接合部は配列番号1の位置1066と1089との間の24塩基の欠失ならびに9つ
の不正塩基の付加を不正確に引き起こしていた(図2)。この予測に基づいて、
HMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子は、本発明の目的のために無効
であると考えられ、用いられ得なかった。Based on the cDNA sequence, we have further discovered that two incorrect splicing junctions were predicted in the BAC clone. The first predicted splice junction incorrectly resulted in the addition of 24 bases of the intron sequence at position 383 of SEQ ID NO: 1 (FIG. 2), and the second predicted splice junction was SEQ ID NO: 1. It incorrectly caused a deletion of 24 bases between positions 1066 and 1089 as well as the addition of 9 incorrect bases (FIG. 2). Based on this prediction,
The HMP-P kinase / TMP-PPase gene was considered ineffective for the purposes of the present invention and could not be used.
【0039】 HMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子はさらに、HMP−Pキナー
ゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有する酵素をコードすると言及される。
これによって、好ましくは、HMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子は
、HMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有する単一ポリペプ
チドをコードする、ということが意味される。別の好ましい実施態様では、HM
P−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子によりコードされる単一ポリペプチ
ドは、HMP−Pキナーゼ活性およびTMP−PPアーゼ活性を有する。The HMP-P kinase / TMP-PPase gene is further referred to as encoding an enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity.
This means that, preferably, the HMP-P kinase / TMP-PPase gene encodes a single polypeptide having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity. In another preferred embodiment, the HM
A single polypeptide encoded by the PP kinase / TMP-PPase gene has HMP-P kinase activity and TMP-PPase activity.
【0040】 配列番号3で記述されるような成熟HMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ
遺伝子をコードするヌクレオチド配列は、1998年7月8日に、クローン名aththiDE
-ctp、寄託番号NRRL B-30040で、International Recognition of the Deposit o
f Microorganisms for the Purposes of Patent Procedureに関するブダペスト
条約下で確立されたように、International Depositary AuthorityとしてのAgri
cultural Research Culture Collection(NRRL), 1815 N, University Street,
Peoria, Illinois 61604, USAに寄託された。The nucleotide sequence encoding the mature HMP-P kinase / TMP-PPase gene as described in SEQ ID NO: 3 was identified on July 8, 1998 by the clone name aththiDE
-ctp, deposit number NRRL B-30040, International Recognition of the Deposit o
f Agri as an International Depositary Authority, as established under the Budapest Treaty on Microorganisms for the Purposes of Patent Procedure
cultural Research Culture Collection (NRRL), 1815 N, University Street,
Deposited with Peoria, Illinois 61604, USA.
【0041】 宿主生物中でのHMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼの組換え体産生のた
めには、HMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有する酵素を
コードするヌクレオチド配列は、選定宿主に関して意図された発現カセット中に
挿入され、そしてそれが組換え的に産生される宿主中に導入される。選定宿主に
適した特定の調節配列、例えばプロモーター、シグナル配列、5’および3’非
翻訳化配列およびエンハンサーの選定は、当業者の技術レベル内である。その結
果生じる、適正読み枠中に連結される個々の素子を含有する分子は、宿主細胞中
で形質転換され得るベクター中に挿入され得る。適切な発現ベクターおよびタン
パク質の組換え体産生のための方法は、大腸菌、酵母菌および昆虫細胞のような
宿主生物に関して周知である(例えば、Luckow and Summers, Bio/Technol. 6:4
7(1988)参照)。特定の例としては、プラスミド、例えばpBluesctipt(Strata
gene, La Jolla, CA)、pFLAG(International Biotechnologies, Inc., New Ha
ven, CT)、pTrcHis(Invitrogen, La Jolla, CA)およびバキュウロウイルス発
現ベクター、例えばAutographica californica核ポリヘドロシスウイルス(AcMN
PV)のゲノムから得られるものが挙げられる。好ましいバキュウロウイルス/昆
虫系は、pVI1 1392/Sf21細胞(Invitrogen, La Jolla, CA)である。For recombinant production of HMP-P kinase / TMP-PPase in a host organism, the nucleotide sequence encoding the enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity is selected from the selected host. Inserted into an expression cassette intended for, and introduced into a recombinantly produced host. The selection of particular regulatory sequences suitable for the chosen host, such as promoters, signal sequences, 5 'and 3' untranslated sequences and enhancers, is within the level of ordinary skill in the art. The resulting molecule containing the individual elements linked in proper reading frame can be inserted into a vector that can be transformed in a host cell. Suitable expression vectors and methods for recombinant production of proteins are well known for host organisms such as E. coli, yeast and insect cells (see, eg, Luckow and Summers, Bio / Technol. 6: 4).
7 (1988)). Specific examples include plasmids such as pBluesctipt (Strata
gene, La Jolla, CA), pFLAG (International Biotechnologies, Inc., New Ha
ven, CT), pTrcHis (Invitrogen, La Jolla, CA) and baculovirus expression vectors such as Autographica californica nuclear polyhedrosis virus (AcMN
PV) genome. A preferred baculovirus / insect system is pVI1 1392 / Sf21 cells (Invitrogen, La Jolla, CA).
【0042】 好ましい実施態様では、HMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活
性を有する酵素をコードするヌクレオチド配列は、酵母菌のような真核生物から
得られるが、しかし好ましくは、植物から得られる。さらに好ましい実施態様で
は、ヌクレオチド配列は、、配列番号1または配列番号3で記述されるヌクレオ
チド配列と同一または実質的に同様であり、あるいは、そのアミノ酸配列が配列
番号2または配列番号4で記述されるアミノ酸配列と同一または実質的に同様で
ある、HMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有する酵素をコ
ードする。配列番号1で記述されるヌクレオチド配列は、そのアミノ酸配列が配
列番号2で記述される、シロイヌナズナHMP−Pキナーゼ/TMP−PPアー
ゼプレタンパク質をコードし、そして配列番号3で記述されるヌクレオチド配列
は、そのアミノ酸配列が配列番号4で記述されるシロイヌナズナ推定成熟HMP
−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼをコードする。別の好ましい実施態様では、
ヌクレオチド配列は、原核生物、好ましくは細菌、例えば大腸菌から得られる。
この場合、HMP−Pキナーゼ活性を有する酵素およびTMP−PPアーゼ活性
を有する酵素は、それぞれthiDおよびthiE遺伝子によりコードされる。In a preferred embodiment, the nucleotide sequence encoding an enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity is obtained from a eukaryote such as yeast, but is preferably obtained from a plant. . In a further preferred embodiment, the nucleotide sequence is identical or substantially similar to the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 3, or the amino acid sequence is set forth in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4. Encodes an enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity identical or substantially similar to the amino acid sequence of The nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 encodes an Arabidopsis thaliana HMP-P kinase / TMP-PPase preprotein whose amino acid sequence is set forth in SEQ ID NO: 2, and the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 3 is Arabidopsis deduced mature HMP whose amino acid sequence is described in SEQ ID NO: 4
Encoding P-kinase / TMP-PPase; In another preferred embodiment,
The nucleotide sequence is obtained from a prokaryote, preferably a bacterium, such as E. coli.
In this case, the enzyme having HMP-P kinase activity and the enzyme having TMP-PPase activity are encoded by the thiD and thiE genes, respectively.
【0043】 組換え的に産生されたHMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼは、種々の標
準技法を用いて単離され、精製される。用いられ得る実際的技法は、用いられる
宿主生物に、酵素が分泌のために意図されているか否かに、そして当業者によく
知られたその他のこのような因子によって変わる(例えば、Ausubel, F. et al.
,"Current Protocols in Molecular Biology", pub. by John Wiley & Sons, In
c.(1994)の第16章参照)。[0043] Recombinantly produced HMP-P kinase / TMP-PPase is isolated and purified using various standard techniques. The practical techniques that can be used will depend on the host organism used, whether the enzyme is intended for secretion, and other such factors well known to those skilled in the art (eg, Ausubel, F. . et al.
, "Current Protocols in Molecular Biology", pub. By John Wiley & Sons, In
c. (See Chapter 16 of (1994)).
【0044】 組換え的に産生されるHMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼは、種々の目
的に有用である。例えば、それは、それらがHMP−Pキナーゼ活性またはTM
P−PPアーゼ活性を抑制するか否かを確定するためにその標的が同定されてい
ない既知の除草化学物質をスクリーニングするためのin vitro検定に用いられ得
る。このようなin vitro検定は、このような酵素活性を抑制する、したがって新
規の除草剤候補である化学物質を同定するためのより一般的なスクリーンとして
も用いられ得る。あるいは、組換え的に産生されるHMP−Pキナーゼ/TMP
−PPアーゼは、新規の阻害性除草剤ならびに除草剤耐容形態の酵素を合理的に
設計するために、これらの分子の複雑な構造を解明し、既知の阻害剤とのそれら
の関連をさらに特性化するために用いられ得る。[0044] Recombinantly produced HMP-P kinase / TMP-PPase is useful for various purposes. For example, it indicates that they have HMP-P kinase activity or TM
It can be used in in vitro assays to screen for known herbicide chemicals whose targets have not been identified to determine if they inhibit P-PPase activity. Such in vitro assays can also be used as a more general screen to identify chemicals that suppress such enzymatic activity and are therefore novel candidate herbicides. Alternatively, recombinantly produced HMP-P kinase / TMP
-PPases elucidate the complex structure of these molecules and further characterize their association with known inhibitors in order to rationally design novel inhibitory herbicides and enzymes in herbicide-tolerant forms Can be used to transform
【0045】 HMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼのような必須植物遺伝子によりコー
ドされる酵素の阻害剤を同定するために有用なin vitro検定は、以下の:a)H
MP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有する酵素およびその基
質を酵素の機能の推測阻害剤の存在下で反応させ、b)推測阻害剤の存在下での
酵素活性の速度を推測阻害剤の非存在下で同一条件下での酵素活性の速度と比較
し、そしてc)推測阻害剤がHMP−Pキナーゼ酵素活性またはTMP−PPア
ーゼ酵素活性を抑制するか否かを確定する工程を包含する。HMP−Pキナーゼ
活性またはTMP−PPアーゼ活性に及ぼす抑制作用は、検定におけるTMP合
成の低減または完全抑制により確定される。好ましい実施態様では、このような
確定は、候補阻害剤の存在下および非存在下で、蛍光検定を用いるin vitro検定
で合成されるTMPの量を比較することによりなされる。別の好ましい実施態様
では、このような確定は、候補阻害剤の存在下および非存在下で、吸光度検出を
用いるin vitro検定において生成されるADPの量を比較することによりなされ
る。HMP−Pキナーゼのための好ましい基質は、2−メチル−4−アミノ−5
−ヒドロキシメチルピリミジンホスフェート(HMP−P)である。TMP−P
Pアーゼのための好ましい基質は、2−メチル−4−アミノ−5−ヒドロキシメ
チルピリミジンピロホスフェート(HMP−PP)および4−メチル−5−(β
−ヒドロキシエチル)チアゾールホスフェート(THZ−P)である。In vitro assays useful for identifying inhibitors of enzymes encoded by essential plant genes such as HMP-P kinase / TMP-PPase include: a) H
Reacting an enzyme having MP-P kinase activity or TMP-PPase activity and its substrate in the presence of a putative inhibitor of the function of the enzyme; b) determining the rate of enzyme activity in the presence of the putative inhibitor Comparing the rate of enzymatic activity under the same conditions in the absence of, and c) determining whether the putative inhibitor inhibits HMP-P kinase or TMP-PPase enzyme activity. I do. The inhibitory effect on HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity is determined by a reduction or complete inhibition of TMP synthesis in the assay. In a preferred embodiment, such a determination is made by comparing the amount of TMP synthesized in an in vitro assay using a fluorescence assay in the presence and absence of the candidate inhibitor. In another preferred embodiment, such a determination is made by comparing the amount of ADP produced in an in vitro assay using absorbance detection in the presence and absence of a candidate inhibitor. A preferred substrate for HMP-P kinase is 2-methyl-4-amino-5
-Hydroxymethylpyrimidine phosphate (HMP-P). TMP-P
Preferred substrates for Pase are 2-methyl-4-amino-5-hydroxymethylpyrimidine pyrophosphate (HMP-PP) and 4-methyl-5- (β
-Hydroxyethyl) thiazole phosphate (THZ-P).
【0046】 HMP−Pキナーゼに利用可能なHMP−Pの量は、結合HMPキナーゼ/H
MP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ検定を用いて増大されて、それにより検
定の検出限界が増大され、HMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活
性を抑制する化学物質に関する改良型スクリーニング手法がもたらされる。この
ようなカップリング検定は、以下の:(a)酵素がTMPの共役合成を触媒し得
る条件下で、一次反応混合物中のHMPキナーゼ活性を有する酵素およびHMP
−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有する酵素をHMPキナーゼ
の基質およびTMP−PPアーゼの基質と併合し、(b)一次反応混合物の場合
と同一条件下で、同一時間、二次反応混合物中の化学物質および酵素を基質と併
合し、(b)一次および二次反応混合物中のHMP−Pキナーゼ活性またはTM
P−PPアーゼ活性を有する酵素の活性を確定し、そして(c)二次反応混合物
中のHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有する酵素の活性
が一次反応混合物中のHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を
有する酵素の活性より有意に低い場合に、植物の成長または生存能力を抑制する
能力に関して検査される化学物質を選択する工程からなる。好ましい実施態様で
は、HMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有する酵素は、植
物から得られる。別の好ましい実施態様では、HMP−Pキナーゼ活性またはT
MP−PPアーゼ活性を有する酵素は、配列番号1または配列番号3で記述され
るヌクレオチド配列と同一であるかまたは実質的に同様のヌクレオチド配列によ
りコードされるか、あるいは配列番号2または配列番号4で記述されるアミノ酸
配列と同一であるかまたは実質的に同様であるアミノ酸配列を有する。別の好ま
しい実施態様では、HMPキナーゼの基質はHMPであり、さらに別の好ましい
実施態様では、TMP−PPアーゼの基質はTHZ−Pである。さらに好ましい
実施態様では、酵素の活性は、反応混合物中に生成されるTMPを確定すること
により測定される。The amount of HMP-P available for HMP-P kinase depends on the amount of bound HMP kinase / H
Augmented using the MP-P kinase / TMP-PPase assay, thereby increasing the detection limit of the assay and providing an improved screening procedure for chemicals that inhibit HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity. It is. Such coupling assays include the following: (a) an enzyme having HMP kinase activity and HMP in the primary reaction mixture under conditions in which the enzyme can catalyze the conjugated synthesis of TMP.
Combining an enzyme having -P kinase activity or TMP-PPase activity with a substrate for HMP kinase and a substrate for TMP-PPase, and Combining the chemicals and enzymes in the substrate with (b) HMP-P kinase activity or TM in the primary and secondary reaction mixtures.
Determining the activity of the enzyme having P-PPase activity, and (c) determining the activity of the HMP-P kinase activity in the secondary reaction mixture or the activity of the enzyme having TMP-PPase activity in the primary reaction mixture. Selecting a chemical to be tested for its ability to inhibit plant growth or viability if the activity or activity of the enzyme having TMP-PPase activity is significantly lower. In a preferred embodiment, the enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity is obtained from a plant. In another preferred embodiment, HMP-P kinase activity or T
The enzyme having MP-PPase activity is encoded by a nucleotide sequence that is identical or substantially similar to the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 3, or is encoded by SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4. Has an amino acid sequence that is identical or substantially similar to the amino acid sequence described in In another preferred embodiment, the substrate for HMP kinase is HMP, and in yet another preferred embodiment, the substrate for TMP-PPase is THZ-P. In a further preferred embodiment, the activity of the enzyme is measured by determining the TMP produced in the reaction mixture.
【0047】 あるいは、TMP−PPアーゼに利用可能なTHZ−Pの量は、結合THZキ
ナーゼ/HMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ検定を用いて増大されて、そ
れにより検定の検出限界が増大され、HMP−Pキナーゼ活性またはTMP−P
Pアーゼ活性を抑制する化学物質に関する改良型スクリーニング手法がもたらさ
れる。このようなカップリング検定は、以下の:(a)酵素がTMPの共役合成
を触媒し得る条件下で、一次反応混合物中のTHZキナーゼ活性を有する酵素お
よびHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有する酵素をHM
P−Pキナーゼの基質およびTHZキナーゼの基質と併合し、(b)一次反応混
合物の場合と同一条件下で、同一時間、二次反応混合物中の化学物質および酵素
を基質と併合し、(c)一次および二次反応混合物中のHMP−Pキナーゼ活性
またはTMP−PPアーゼ活性を有する酵素の活性を確定し、そして(d)二次
反応混合物中のHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有する
酵素の活性が一次反応混合物中のHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPア
ーゼ活性を有する酵素の活性より有意に低い場合に植物の成長または生存能力を
抑制する能力に関して検査される化学物質を選択する工程から成る。好ましい実
施態様では、HMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有する酵
素は、植物から得られる。別の好ましい実施態様では、HMP−Pキナーゼ活性
またはTMP−PPアーゼ活性を有する酵素は、配列番号1または配列番号3で
記述されるヌクレオチド配列と同一または実質的に同様であるヌクレオチド配列
によりコードされるか、あるいは配列番号2または配列番号4で記述されるアミ
ノ酸配列と同一または実質的に同様であるアミノ酸配列を有する。別の好ましい
実施態様では、HMP−Pキナーゼの基質はHMP−Pであり、さらに別の実施
態様では、THZキナーゼの基質はTHZである。別の好ましい実施態様では、
HMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有する酵素の活性は、
反応混合物中に生成されるTMPを確定することにより測定される。Alternatively, the amount of THZ-P available for TMP-PPase is increased using a bound THZ kinase / HMP-P kinase / TMP-PPase assay, thereby increasing the detection limit of the assay. , HMP-P kinase activity or TMP-P
An improved screening approach is provided for chemicals that inhibit Pase activity. Such coupling assays include the following: (a) an enzyme with THZ kinase activity and HMP-P kinase activity or TMP-PPase in the primary reaction mixture under conditions where the enzyme can catalyze the coupled synthesis of TMP. HM enzyme
(B) combining the chemicals and enzymes in the secondary reaction mixture with the substrate under the same conditions and for the same time as for the primary reaction mixture, with the substrate for PP kinase and the substrate for THZ kinase; ) Determining the activity of the enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity in the primary and secondary reaction mixture, and (d) HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity in the secondary reaction mixture A chemical tested for its ability to inhibit plant growth or viability when the activity of an enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity in the primary reaction mixture is significantly lower than the activity of the enzyme having the activity. And selecting. In a preferred embodiment, the enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity is obtained from a plant. In another preferred embodiment, the enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity is encoded by a nucleotide sequence that is identical or substantially similar to the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 3. Or has an amino acid sequence that is identical or substantially similar to the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4. In another preferred embodiment, the substrate for HMP-P kinase is HMP-P, and in yet another embodiment, the substrate for THZ kinase is THZ. In another preferred embodiment,
The activity of an enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity
It is determined by determining the TMP formed in the reaction mixture.
【0048】 一実施態様では、例えばin vitroスクリーニングにより同定される推測除草剤
は、種々の濃度で植物に適用される。推測除草剤は、好ましくは、植物上に噴霧
される。推測除草剤の適用後、植物に及ぼすその作用、例えば枯死または成長抑
制が記録される。 別の実施態様では、HMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性の
阻害剤に関するin vivoスクリーニング検定は、HMP−Pキナーゼ活性または
TMP−PPアーゼ活性を有するヌクレオチド配列を過剰発現し得るトランスジ
ェニック植物、植物組織、植物種子または植物細胞を用いるが、ここで、HMP
−PキナーゼおよびTMP−PPアーゼは、トランスジェニック植物、植物組織
、植物種子または植物細胞中で酵素的に活性である。ヌクレオチド配列は、好ま
しくは、真核生物、例えば酵母菌から得られるが、しかし、好ましくは植物から
得られる。さらに好ましい実施態様では、ヌクレオチド配列は、配列番号1また
は配列番号3で記述されるヌクレオチド配列と同一または実質的に同様であるか
、あるいはそのアミノ酸配列が配列番号2または配列番号4で記述されるアミノ
酸配列と同一または実質的に同様であるHMP−PキナーゼまたはTMP−PP
アーゼ活性を有する酵素をコードする。別の好ましい実施態様では、ヌクレオチ
ド配列は、原核生物、好ましくは細菌、例えば大腸菌から得られる。この場合、
HMP−PキナーゼおよびTMP−PPアーゼ活性を有する酵素は、それぞれth
iDおよびthiE遺伝子によりコードされる。In one embodiment, putative herbicides identified, for example, by in vitro screening, are applied to plants at various concentrations. The putative herbicide is preferably sprayed on the plant. After application of the putative herbicide, its effect on the plant, such as death or growth inhibition, is recorded. In another embodiment, an in vivo screening assay for an inhibitor of HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity comprises transgenic plants capable of overexpressing a nucleotide sequence having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity. Using plant tissue, plant seeds or plant cells, wherein HMP
-P kinase and TMP-PPase are enzymatically active in transgenic plants, plant tissues, plant seeds or plant cells. The nucleotide sequence is preferably obtained from a eukaryote, such as a yeast, but is preferably obtained from a plant. In a further preferred embodiment, the nucleotide sequence is identical or substantially similar to the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 3, or the amino acid sequence is set forth in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4. HMP-P kinase or TMP-PP identical or substantially similar to the amino acid sequence
Encodes an enzyme having ase activity. In another preferred embodiment, the nucleotide sequence is obtained from a prokaryote, preferably a bacterium, such as E. coli. in this case,
The enzymes having HMP-P kinase and TMP-PPase activities are respectively
It is encoded by the iD and thiE genes.
【0049】 次に、化学物質がトランスジェニック植物、植物組織、植物種子または植物細
胞に、そして同一遺伝子系非形質転換化植物、植物組織、植物種子または植物細
胞に適用され、そしてトランスジェニックおよび非形質転換化植物、植物組織、
植物種子または植物細胞の成長または生存能力が、化学物質の適用後に確定され
、比較される。Next, the chemical is applied to the transgenic plant, plant tissue, plant seed or plant cell, and to the same transgenic non-transformed plant, plant tissue, plant seed or plant cell, and the transgenic and non-transgenic Transformed plants, plant tissues,
The growth or viability of the plant seeds or plant cells is determined and compared after application of the chemical.
【0050】 本発明はさらに、これらの植物中の天然HMP−Pキナーゼ活性またはTMP
−PPアーゼ活性を抑制する除草剤に耐容性の植物、植物組織、植物種子および
植物細胞に向けられるが、この場合、耐容性は変更化HMP−Pキナーゼ活性ま
たはTMP−PPアーゼ活性により付与される。変更化HMP−Pキナーゼ活性
またはTMP−PPアーゼ活性は、植物に野生型HMP−Pキナーゼ/TMP−
PPアーゼ遺伝子を提供することにより、修飾化除草剤耐容性HMP−Pキナー
ゼ/TMP−PPアーゼを植物中で発現することにより、あるいはこれらの技法
の組合せによって、野生型除草剤感受性HMP−Pキナーゼ/TMP−PPアー
ゼの発現を増大すること委より、本発明の植物に付与され得る。代表的植物とし
ては、それらの普通に意図される目的のためにこれらの除草剤が適用されるあら
ゆる植物が挙げられる。好ましいのは、農学的に重要な作物、例えばワタ、ダイ
ズ、ナタネ、テンサイ、トウモロコシ、イネ、コムギ、オオムギ、カラスムギ、
ライムギ、サトウモロコシ、キビ、芝、まぐさ、ターフグラス等である。The present invention further relates to the activity of native HMP-P kinase or TMP in these plants.
-Directed to plants, plant tissues, plant seeds and plant cells that are tolerant to herbicides that inhibit PPase activity, where tolerance is imparted by modified HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity You. Modified HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity is indicated in plants by wild-type HMP-P kinase / TMP-
By providing a modified herbicide-tolerant HMP-P kinase / TMP-PPase in plants by providing a PPase gene, or by a combination of these techniques, the wild-type herbicide-sensitive HMP-P kinase / TMP-PPase expression can be added to the plant of the present invention by increasing the expression. Representative plants include any plant to which these herbicides are applied for their commonly intended purpose. Preferred are agriculturally important crops such as cotton, soybean, rapeseed, sugar beet, corn, rice, wheat, barley, oats,
Rye, sugar corn, millet, turf, lintel, turfgrass and the like.
【0051】 発現増大によりHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性の変更
を成し遂げると、除草剤により引き起こされる成長抑制を克服するのに少なくと
も十分な植物中のHMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼのレベルがもたらさ
れる。発現化酵素のレベルは一般に、元の発現量の少なくとも2倍、好ましくは
少なくとも5倍、さらに好ましくは少なくとも10倍である。発現増大は、野生型
HMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子の多重コピー、遺伝子内のコー
ド配列の多重発生(即ち遺伝子増幅)、または植物細胞における内因性遺伝子の
非コード化調節配列における突然変異のためであり得る。このような遺伝子活性
の変化を有する植物は、当業界で既知の方法による植物における直接選択によっ
て得られる(例えば、米国特許第5,162,602号および米国特許第4,761,373号なら
びにそこで引用された参考文献参照)。これらの植物は、当業界で既知の遺伝子
工学技法によっても得られる。除草剤感受性HMP−Pキナーゼ/TMP−PP
アーゼ遺伝子の発現増大は、HMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼをコード
する同種または異種構造遺伝子に操作可能的に連結される植物細胞中の関連構造
遺伝子の発現を駆動し得るプロモーターを包含する組換えまたはキメラDNA分
子を用いて植物細胞を形質転換することにより成し遂げられる。好ましくは、形
質転換は安定であり、それにより遺伝性トランスジェニック特性が提供される。Upon achieving altered HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity by increasing expression, at least enough HMP-P kinase / TMP-PPase in the plant to overcome the growth inhibition caused by the herbicide Levels. The level of the expressing enzyme is generally at least two times, preferably at least five times, more preferably at least ten times the original expression level. Increased expression can be due to multiple copies of the wild-type HMP-P kinase / TMP-PPase gene, multiple occurrences of coding sequences within the gene (ie, gene amplification), or mutations in non-coding regulatory sequences of endogenous genes in plant cells. For. Plants having such alterations in gene activity can be obtained by direct selection in plants by methods known in the art (see, for example, US Pat. Nos. 5,162,602 and 4,761,373 and references cited therein). These plants can also be obtained by genetic engineering techniques known in the art. Herbicide-sensitive HMP-P kinase / TMP-PP
Increased expression of the ase gene is achieved by a set including a promoter capable of driving the expression of a related structural gene in a plant cell operably linked to a homologous or heterologous structural gene encoding HMP-P kinase / TMP-PPase. This is accomplished by transforming plant cells with the recombinant or chimeric DNA molecule. Preferably, the transformation is stable, thereby providing a hereditary transgenic property.
【0052】 B.修飾除草剤耐容性HMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼの発現 本実施態様によれば、植物、植物組織、植物種子または植物細胞は、除草剤耐
容性形態のHMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼをコードするコード配列に
操作可能的に連結される植物中で機能性である適切なプロモーターを包含する組
換えDNA分子を用いて安定的に形質転換される。除草剤耐容性形態の酵素は、
非修飾天然形態の酵素を阻害する除草剤に対する耐容性を付与する少なくとも1
つのアミノ酸置換、付加または欠失を有する。このようにして作製されるトラン
スジェニック植物、植物組織、植物種子または植物細胞は次に、従来の選択技法
により選択され、それにより除草剤耐容性株が単離され、特性化され、そして開
発される。除草剤耐容性形態のHMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼをコー
ドする遺伝子の生成方法を以下に記載する: 一般的一戦略は、微生物に関する直接または間接的突然変異誘発手法を包含す
る。例えば、遺伝子操作可能な微生物、例えば大腸菌またはビール酵母菌に、紫
外線あるいはエチルまたはメチルメタンスルホネートのような突然変異誘発物質
を用いて、in vivoで無作為突然変異誘発を施し得る。突然変異誘発手法は、例
えばMiller, Experiments in Molecular Genetics, Cold Spring Harbor Labora
tory, Cold Spring Harbor, NY(1972); Davis et al., Advanced Bacterial G
enetics, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY(1980);
Sherman et al., Methods in Yeast Genetics, Cold Spring Harbor Laboratory
, Cold Spring Harbor, NY(1983);および米国特許第4,975,374号に記載されて
いる。突然変異誘発のために選択される微生物は、正常阻害剤感受性HMP−P
キナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子を含有し、そしてこの遺伝子により付与さ
れる活性によっている。突然変異化細胞は、非修飾遺伝子を阻害する濃度での阻
害剤の存在下で増殖される。阻害剤の存在下で非突然変異化微生物より良好に増
殖する(即ち、阻害剤に対する耐性を示す)突然変異誘発化微生物のコロニーが
、さらなる分析のために選択される。これらのコロニーからのHMP−Pキナー
ゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子を、クローニングまたはPCR増幅により単離し
、それらの配列を解明する。変更化遺伝子生成物をコードする配列を次に微生物
中にクローン化し戻して、阻害剤耐容性を付与するそれらの能力を確証する。B. Expression of Modified Herbicide-Tolerant HMP-P Kinase / TMP-PPase According to this embodiment, the plant, plant tissue, plant seed or plant cell is a herbicide-tolerant form of HMP-P kinase / TMP-PPase. Is stably transformed with a recombinant DNA molecule that includes a suitable promoter that is functional in plants operably linked to the coding sequence that encodes. Herbicide-tolerant forms of the enzyme are:
At least one that confers tolerance to a herbicide that inhibits the enzyme in its unmodified natural form
It has one amino acid substitution, addition or deletion. The transgenic plant, plant tissue, plant seed or plant cell thus produced is then selected by conventional selection techniques, whereby a herbicide-tolerant strain is isolated, characterized and developed. You. A method for generating a gene encoding a herbicide-tolerant form of HMP-P kinase / TMP-PPase is described below: One general strategy involves direct or indirect mutagenesis techniques on microorganisms. For example, genetically engineered microorganisms, such as E. coli or brewer's yeast, may be subjected to random mutagenesis in vivo using ultraviolet light or a mutagen such as ethyl or methyl methanesulfonate. Mutagenesis techniques include, for example, Miller, Experiments in Molecular Genetics, Cold Spring Harbor Labora
tory, Cold Spring Harbor, NY (1972); Davis et al., Advanced Bacterial G
enetics, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY (1980);
Sherman et al., Methods in Yeast Genetics, Cold Spring Harbor Laboratory
, Cold Spring Harbor, NY (1983); and U.S. Patent No. 4,975,374. The microorganism selected for mutagenesis is a normal inhibitor sensitive HMP-P
Contains the kinase / TMP-PPase gene and depends on the activity conferred by this gene. Mutant cells are grown in the presence of the inhibitor at a concentration that inhibits the unmodified gene. Colonies of mutagenized microorganisms that grow better in the presence of the inhibitor than non-mutated microorganisms (ie, exhibit resistance to the inhibitor) are selected for further analysis. The HMP-P kinase / TMP-PPase gene from these colonies is isolated by cloning or PCR amplification and their sequence elucidated. The sequences encoding the altered gene products are then cloned back into the microorganism, confirming their ability to confer inhibitor tolerance.
【0053】 植物HMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼの突然変異体除草剤耐容性対立
遺伝子を得る方法は、植物における直接選択を包含する。例えば、漸増濃度の阻
害剤を含有する単純最小塩培地上のプレート上に当業界で既知の方法により滅菌
された種子をプレート化することにより、シロイヌナズナ、ダイズまたはトウモ
ロコシのような植物の成長抑制に及ぼす突然変異誘発化HMP−Pキナーゼ/T
MP−PPアーゼ遺伝子の作用を確定する。このような濃度は、0.001、0.003、
0.01、0.03、0.1、0.3、1、3、10、30、110、300、1000および3000部/百万(pp
m)の範囲である。その後の実験のために、有意の成長阻害が再現可能的に検出
され得る最低用量が用いられる。最低用量の確定は、当業界ではルーチンである
。Methods for obtaining mutant herbicide-tolerant alleles of plant HMP-P kinase / TMP-PPase include direct selection in plants. For example, by plating sterilized seeds by methods known in the art on plates on simple minimal salt media containing increasing concentrations of inhibitors, the growth of plants such as Arabidopsis, soybean or corn can be inhibited. Effect of mutagenized HMP-P kinase / T
Determine the effect of the MP-PPase gene. Such concentrations are 0.001, 0.003,
0.01, 0.03, 0.1, 0.3, 1, 3, 10, 30, 110, 300, 1000 and 3000 parts / million (pp
m). For subsequent experiments, the lowest dose at which significant growth inhibition can be reproducibly detected will be used. Determining the minimum dose is routine in the art.
【0054】 植物材料の突然変異誘発を利用して、耐性対立遺伝子が選定集団中に生じる頻
度を増大する。突然変異誘発化種子材料は種々の供給源、例えば、種子の化学的
または物理的突然変異誘発、あるいは花粉の化学的または物理的突然変異誘発か
ら得られ(Neuffer, In Maize for Biological Research Sheridan, ed. Univ.
Press, Grand Forks, ND., pp.61-64(1982))、次にこれを用いて植物を受粉
させて、その結果生じるM1突然変異体種子を収集する。典型的には、シロイヌ
ナズナに関して、エチルメタンスルホネートのような化学物質を用いて、あるい
はガンマ線または高速中性子のような物理的作因を用いて突然変異化した種子か
ら成長させた植物の子孫種子であるM2種子(Lehle Seeds, Tucson,AZ)を、適
切な濃度の阻害剤を含有する最小塩培地上で10,000種子/プレート(直径10 cm
)までの密度でプレート化して、耐容性に関して選択する。プレート化後成長し
続け、7〜21日緑色を保持する苗を土壌に移植し、成熟して種子が発育するまで
成長させる。これらの種子の子孫を、除草剤に対する耐容性に関して検査する。
耐容特性が優性である場合、その種子が3:1/耐性:感受性に分離する植物は
、M2世代での耐性に関してヘテロ接合性であったと推定される。全耐性種子を
生じる植物は、M2世代での耐性に関してホモ接合性であったと推定される。無
傷種子におけるこのような突然変異誘発およびそれらのM2子孫種子のスクリー
ニングは、他の種、例えばダイズでも実行され得る(例えば、米国特許第5,084,
082号参照)。あるいは、除草剤耐容性に関してスクリーニングされる突然変異
体種子は、化学的または物理的手段により突然変異誘発化された花粉による受粉
の結果として得られる。[0054] The mutagenesis of plant material is used to increase the frequency of occurrence of resistance alleles in selected populations. Mutagenized seed material can be obtained from a variety of sources, for example, chemical or physical mutagenesis of seeds, or chemical or physical mutagenesis of pollen (Neuffer, In Maize for Biological Research Sheridan, ed. . Univ.
Press, Grand Forks, ND., Pp.61-64 (1982)), then pollinated plants and used to collect the resulting M 1 mutant seeds. Typically, for Arabidopsis thaliana, the progeny seed of a plant grown from a seed mutated using a chemical such as ethyl methanesulfonate or using physical agents such as gamma rays or fast neutrons M 2 seeds (Lehle seeds, Tucson, AZ) and 10,000 on minimal salts medium containing an inhibitor of appropriate concentration seeds / plate (10 cm in diameter
) And plate for tolerability. Seedlings that continue to grow after plating and retain the green color for 7-21 days are transplanted into soil and grown to maturity and seed development. The progeny of these seeds are tested for tolerance to herbicides.
If tolerated characteristic is dominant, the seeds 3: 1 / resistance: Plant for separating the sensitivity is estimated to have been heterozygous for resistance in M 2 generation. Plants resulting total resistance seed is estimated to have been homozygous for resistance in M 2 generation. Such mutagenesis and screening of their M 2 progeny seeds in intact seeds, other species, which can be run on soybean example (e.g., U.S. Patent No. 5,084,
082). Alternatively, mutant seeds screened for herbicide tolerance are obtained as a result of pollination with pollen that has been mutagenized by chemical or physical means.
【0055】 除草剤耐容性の遺伝的基礎が修飾HMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺
伝子であるという確証は、下記で実証されるようにして確認される。先ず、阻害
剤に対する耐性を示す植物からのHMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝
子の対立遺伝子を、配列番号?で示されるシロイヌナズナcDNAコード配列を
基礎にした、さらに好ましくは、耐容性対立遺伝子を生成するために用いられる
植物からの非変更HMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子配列を基礎に
したプライマーによるPCRを用いて単離する。コード配列中の突然変異の存在
を確定するための対立遺伝子のシーケンシング後、推定耐容性付与対立遺伝子が
形質転換されていた植物に阻害剤に対する耐容性を付与するそれらの能力に関し
て、対立遺伝子を検査する。これらの植物は、シロイヌナズナ植物であるか、ま
たはその成長がHMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ阻害剤に感受性である
あらゆるその他の植物であり得る。二番目に、挿入HMP−Pキナーゼ/TMP
−PPアーゼ遺伝子を、既知の制限断片長多型性(RFLP)と比較してマッピ
ングする(例えば、Chang et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85:6856-6860(
1988); Nam et al., Plant Cell 1:699-705(1989)参照)。HMP−Pキナー
ゼ/TMP−PPアーゼ阻害剤耐容特性は、同一マーカーを用いて別々にマッピ
ングする。耐容性がそのHMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子におけ
る突然変異による場合には、耐容特性は、HMP−Pキナーゼ/TMP−PPア
ーゼ遺伝子の位置と区別できない位置に認められる。Confirmation that the genetic basis of herbicide tolerance is the modified HMP-P kinase / TMP-PPase gene is confirmed as demonstrated below. First, alleles of the HMP-P kinase / TMP-PPase gene from plants showing resistance to the inhibitor were identified by SEQ ID NO :? PCR based on the unaltered HMP-P kinase / TMP-PPase gene sequence from plants used to generate tolerable alleles, based on the Arabidopsis thaliana cDNA coding sequence shown in To isolate. After sequencing of the alleles to determine the presence of the mutation in the coding sequence, the putative tolerating alleles were evaluated for their ability to tolerate the inhibitor in the plant that had been transformed with the inhibitor. inspect. These plants can be Arabidopsis plants or any other plant whose growth is sensitive to HMP-P kinase / TMP-PPase inhibitors. Second, inserted HMP-P kinase / TMP
-Mapping the PPase gene relative to known restriction fragment length polymorphisms (RFLP) (eg Chang et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85: 6856-6860 (
1988); Nam et al., Plant Cell 1: 699-705 (1989)). HMP-P kinase / TMP-PPase inhibitor tolerability characteristics are separately mapped using the same marker. If tolerability is due to a mutation in the HMP-P kinase / TMP-PPase gene, the tolerability profile is found at a position indistinguishable from that of the HMP-P kinase / TMP-PPase gene.
【0056】 HMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子の除草剤耐容性対立遺伝子を
得るための別の方法は、植物細胞培養中での選択によるものである。植物組織、
例えば胚、葉盤等、あるいは当該植物の活発に成長中のカルスまたは懸濁培養の
組織片を、実験室環境で用いるのに適した漸増濃度の阻害性除草剤または類似除
草剤の存在下で、培地上で増殖させる。種々の程度の成長が、異なる培養中で記
録される。ある培養では、普通では阻害濃度の阻害剤の存在下でも増殖し続ける
高速成長変異体コロニーが生じる。このような高速成長変異体が生じる頻度は、
組織または細胞を阻害剤に曝露する前に化学的または物理的突然変異原で処理す
ることにより増大され得る。HMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子の
推定耐容性付与対立遺伝子を単離し、前記段落に記載されたように検査する。除
草剤耐容性を付与すると同定された対立遺伝子を次に、最適発現のために工学処
理し、植物中で形質転換し得る。あるいは、これらの対立遺伝子を含有する組織
または細胞培養から、植物を再生し得る。Another method for obtaining the herbicide-tolerant allele of the HMP-P kinase / TMP-PPase gene is by selection in plant cell culture. Plant tissue,
For example, embryos, leaf discs, or the like, or actively growing callus or a piece of suspension culture of the plant, in the presence of increasing concentrations of inhibitory or similar herbicides suitable for use in a laboratory environment. , Grow on medium. Various degrees of growth are recorded in different cultures. Some cultures result in fast growing mutant colonies that usually continue to grow in the presence of inhibitory concentrations of the inhibitor. The frequency of such fast growing mutants is
It can be increased by treating the tissue or cell with a chemical or physical mutagen prior to exposure to the inhibitor. The putative tolerating allele of the HMP-P kinase / TMP-PPase gene is isolated and tested as described in the preceding paragraph. Alleles identified as conferring herbicide tolerance can then be engineered for optimal expression and transformed in plants. Alternatively, plants can be regenerated from tissue or cell cultures containing these alleles.
【0057】 さらに別の方法は、細菌または酵母菌における野生型除草剤感受性植物HMP
−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子の突然変異誘発と、その後の、阻害濃
度の阻害剤を含有する培地上での微生物の培養、その後の阻害剤の存在下で成長
するコロニーの選択を包含する。特に、HMP−Pキナーゼ/TMP−PPアー
ゼをコードするシロイヌナズナcDNAのような植物cDNAを、そうでなけれ
ば選定遺伝子活性を欠く微生物中でクローン化する。次に、当業界で既知のいく
つかの化学的または酵素的方法、例えば重亜硫酸ナトリウム(Shortle et al.,
Methods Enzymol. 100:457-468(1983))、メトキシルアミン(Kadonaga et al
., Nucleic Acids Res. 13:1733-1745(1985))、オリゴヌクレオチド特異的
飽和突然変異誘発(Hutchinson et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 83:710-
714(1986))または種々のポリメラーゼ不適正混入戦略(例えば、Shortle et
al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 79:1588-1592(1982);Shiraishi et al.,
Gene 64:313-319(1988);およびLeung et al., Technique 1:11-15(1989)参
照)のうちのいずれかにより、形質転換微生物にin vivo突然変異誘発またはin
vitro突然変異誘発を施す。通常阻害濃度の阻害剤の存在下で増殖するコロニー
を採取し、反復再画線により精製する。それらのプラスミドを精製し、HMP−
Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子活性を欠く微生物中でそれらを再形質転
換することにより阻害剤に対する耐容性を付与する能力に関して試験する。この
検査をパスしたcDNA挿入物のDNA配列を次に確定する。Yet another method is to use a wild type herbicide sensitive plant HMP in bacteria or yeast.
Mutagenesis of the -P kinase / TMP-PPase gene, followed by culturing the microorganism on a medium containing an inhibitory concentration of the inhibitor, followed by selection of colonies that grow in the presence of the inhibitor. . In particular, a plant cDNA, such as an Arabidopsis thaliana cDNA encoding HMP-P kinase / TMP-PPase, is cloned in a microorganism that would otherwise lack selected gene activity. Next, several chemical or enzymatic methods known in the art, such as sodium bisulfite (Shortle et al.,
Methods Enzymol. 100: 457-468 (1983)), methoxylamine (Kadonaga et al.)
., Nucleic Acids Res. 13: 1733-1745 (1985)), oligonucleotide-specific saturation mutagenesis (Hutchinson et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 83: 710-
714 (1986)) or various polymerase miscontamination strategies (eg, Shortle et al.).
Natl. Acad. Sci. USA, 79: 1588-1592 (1982); Shiraishi et al.,
Gene 64: 313-319 (1988); and see Leung et al., Technique 1: 11-15 (1989)) for in vivo mutagenesis or in vivo transformation of transformed microorganisms.
Perform in vitro mutagenesis. Colonies that grow in the presence of inhibitor, usually at inhibitory concentrations, are picked and purified by repeated re-streaking. The plasmids were purified and HMP-
Tested for their ability to confer tolerance to inhibitors by retransforming them in microorganisms lacking P-kinase / TMP-PPase gene activity. The DNA sequence of the cDNA insert that passes this test is then determined.
【0058】 除草剤耐性HMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ酵素は、DNAシャッフ
リングとも呼ばれるin vitro組換えを含めた方法を用いても得られる。DNAシ
ャッフリングにより、突然変異、好ましくは無作為突然変異がHMP−Pキナー
ゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子に導入される。DNAシャッフリングは、HMP
−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子内の配列の組換えおよび再配列を、あ
るいは2つまたはそれ以上の異なるHMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺
伝子間の配列の組換えおよび交換をもたらす。これらの方法は、無数の突然変異
化HMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子の産生を可能にする。突然変
異化遺伝子またはシャッフル化遺伝子を、所望の特性、例えば除草剤に対する改
良された耐容性に関して、そして異なる種類の阻害剤化学に対する広範囲の耐容
性を提供する突然変異に関してスクリーニングする。このようなスクリーニング
は、十分に当業者の技術内である。[0058] Herbicide-resistant HMP-P kinase / TMP-PPase enzymes can also be obtained using methods involving in vitro recombination, also called DNA shuffling. DNA shuffling introduces mutations, preferably random mutations, into the HMP-P kinase / TMP-PPase gene. DNA shuffling is HMP
-Recombination and rearrangement of sequences within the P-kinase / TMP-PPase gene or sequence recombination and exchange between two or more different HMP-P kinase / TMP-PPase genes. These methods allow for the production of countless mutated HMP-P kinase / TMP-PPase genes. The mutated or shuffled gene is screened for a desired property, such as improved tolerance to herbicides, and for mutations that provide broad tolerance to different types of inhibitor chemistry. Such screening is well within the skill of the artisan.
【0059】 本発明に包含されるのは、シャッフル化DNA分子が得られる鋳型DNA分子
によりコードされるHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を阻
害する除草剤に対する耐容性増強を示すHMP−PキナーゼまたはTMP−PP
アーゼ酵素をコードするシャッフル化DNA分子である。さらに、HMP−Pキ
ナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有する酵素をコードする鋳型DNA
分子をシャッフリングすることにより得られる突然変異誘発化DNA分子であっ
て、前記の鋳型DNA分子によりコードされるHMP−Pキナーゼ活性またはT
MP−PPアーゼ活性を抑制する除草剤に対する耐容性増強を示すHMP−Pキ
ナーゼまたはTMP−PPアーゼ酵素をコードする突然変異誘発化DNA分子も
包含される。Included in the present invention is an HMP-P which exhibits enhanced tolerance to a herbicide that inhibits HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity encoded by the template DNA molecule from which the shuffled DNA molecule is obtained. P kinase or TMP-PP
A shuffled DNA molecule that encodes an ase enzyme. Furthermore, a template DNA encoding an enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity
A mutagenized DNA molecule obtained by shuffling the molecule, wherein the HMP-P kinase activity or TMP encoded by the template DNA molecule is
Also included are mutagenized DNA molecules that encode HMP-P kinase or TMP-PPase enzymes that exhibit enhanced tolerance to herbicides that inhibit MP-PPase activity.
【0060】 好ましい実施態様では、突然変異誘発化HMP−Pキナーゼ/TMP−PPア
ーゼ遺伝子は、少なくとも1つの鋳型HMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ
遺伝子から生成されるが、この場合、鋳型HMP−Pキナーゼ/TMP−PPア
ーゼ遺伝子は所望のサイズの二本鎖無作為断片に開裂されており、そしてその結
果生じる二本鎖無作為断片の集団に、1つ又はそれ以上の一本または二本鎖オリ
ゴヌクレオチドであって、二本鎖無作為断片に対して同一の領域と異種構造の領
域を包含するオリゴヌクレオチドを付加し;二本鎖無作為断片およびオリゴヌク
レオチドのその結果生じる混合物を一本鎖断片に変性し;前記の同一性領域で前
記の一本鎖断片をアニーリングしてアニール化断片の対を生成し、前記の同一性
領域は対の一成員が他方の複製をプライムするのに十分である条件下で、その結
果生じる一本鎖断片の集団をポリメラーゼとともにインキュベートして、それに
より突然変異誘発化二本鎖ポリヌクレオチドを生成し;そして第二および第三工
程を少なくともさらに2回反復するが、この場合、2回目の第二工程工程で生じ
る混合物は前回の第三工程からの突然変異誘発化二本鎖ポリヌクレオチドを含み
、もう1回実施すると、さらなる突然変異誘発化二本鎖ポリヌクレオチドを生じ
、ここで、突然変異誘発化ポリヌクレオチドは、天然HMP−Pキナーゼ活性ま
たはTMP−PPアーゼ活性を阻害する除草剤に対する耐容性の増強を示す突然
変異化HMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼである工程を包含する。In a preferred embodiment, the mutagenized HMP-P kinase / TMP-PPase gene is generated from at least one template HMP-P kinase / TMP-PPase gene, wherein the template HMP-P kinase / TMP-PPase gene is used. The P-kinase / TMP-PPase gene has been cleaved into double-stranded random fragments of the desired size, and the resulting population of double-stranded random fragments has one or more single or double stranded fragments. Adding a oligonucleotide comprising the same region and a heterologous region to the double-stranded random fragment; combining the resulting mixture of double-stranded random fragment and oligonucleotide into one Denaturing into single-stranded fragments; annealing said single-stranded fragments with said regions of identity to produce pairs of annealed fragments, wherein said regions of identity are paired Incubating the resulting population of single-stranded fragments with a polymerase under conditions in which one member is sufficient to prime the other replication, thereby producing a mutagenized double-stranded polynucleotide; The second and third steps are then repeated at least two more times, wherein the mixture resulting from the second second step contains the mutagenized double stranded polynucleotide from the previous third step, and Performed once, yields an additional mutagenized double-stranded polynucleotide, wherein the mutagenized polynucleotide is tolerant to a herbicide that inhibits native HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity. Being a mutated HMP-P kinase / TMP-PPase exhibiting enhancement.
【0061】 さらに好ましい実施態様では、HMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPア
ーゼ活性を有する酵素をコードする突然変異誘発化DNA分子は、HMP−Pキ
ナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有する酵素をコードする少なくとも
2つの非同一鋳型DNA分子から生成され、鋳型DNA分子の各々に対して同一
の領域を包含する少なくとも1つのオリゴヌクレオチドを鋳型DNA分子に付加
し;その結果生じた混合物を一本鎖分子に変性し;その結果生じる一本鎖分子の
集団を、オリゴヌクレオチドの鋳型DNA分子とのアニーリングを生じる条件下
で、ポリメラーゼとともにインキュベートするが、この場合、ポリメラーゼによ
る重合のための条件は、鋳型DNA分子の一部に対応する重合生成物が得られる
ということであり; そして第二および第三工程を少なくともさらに2回反復す
るが、この場合、第三工程で得られる延長生成物は次の回での重合のための鋳型
DNA分子に切り換え可能であり、それにより異なる鋳型DNA分子から得られ
る配列を包含する突然変異誘発化二本鎖ポリヌクレオチドを生成するが、ここで
、突然変異誘発化二本鎖ポリヌクレオチドは、鋳型DNA分子によりコードされ
るHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を阻害する除草剤に対
する耐容性増強を示すHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ酵素を
コードする工程を包含する。In a further preferred embodiment, the mutagenized DNA molecule encoding an enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity encodes an enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity. Adding at least one oligonucleotide generated from at least two non-identical template DNA molecules and including the same region for each of the template DNA molecules to the template DNA molecule; The resulting population of single-stranded molecules is incubated with the polymerase under conditions that cause the oligonucleotide to anneal to the template DNA molecule, in which case the conditions for polymerization by the polymerase are That a polymerization product corresponding to a part of the molecule is obtained. And repeating the second and third steps at least two more times, wherein the extension product obtained in the third step is switchable to a template DNA molecule for the next round of polymerization. Thereby producing a mutagenized double-stranded polynucleotide comprising sequences obtained from different template DNA molecules, wherein the mutagenized double-stranded polynucleotide comprises a HMP encoded by the template DNA molecule. Encoding HMP-P kinase activity or TMP-PPase enzyme that exhibits enhanced tolerance to herbicides that inhibit P-kinase activity or TMP-PPase activity.
【0062】 好ましい実施態様では、二本鎖無作為断片の集団中の単一種の二本鎖無作為断
片の濃度は、全DNAの1重量%未満である。さらに好ましい実施態様では、鋳
型二本鎖ポリヌクレオチドは、少なくとも約100種のポリヌクレオチドを包含す
る。別の好ましい実施態様では、二本鎖無作為断片のサイズは、約5 bp〜5kbで
ある。さらに好ましい実施態様では、方法の第4工程は、第2および第3工程を
少なくとも10回反復することを包含する。このような方法は、例えばStemmer et
al.(1994)Nature 370:389-391に、米国特許第5,605,793号およびCramert et
al.(1998)Nature 391:288-291に、ならびにWO 97/20078に記載されている(こ
れらの記載内容は、参照により本明細書中に含まれる)。In a preferred embodiment, the concentration of a single double-stranded random fragment in the population of double-stranded random fragments is less than 1% by weight of total DNA. In a further preferred embodiment, the template double-stranded polynucleotide comprises at least about 100 polynucleotides. In another preferred embodiment, the size of the double-stranded random fragment is between about 5 bp and 5 kb. In a further preferred embodiment, the fourth step of the method comprises repeating the second and third steps at least 10 times. Such methods are described, for example, by Stemmer et.
al. (1994) Nature 370: 389-391, US Pat. No. 5,605,793 and Cramert et.
al. (1998) Nature 391: 288-291 and WO 97/20078, the contents of which are incorporated herein by reference.
【0063】 別の好ましい実施態様では、例えばZhao et al.(1998)Nature Biotechnolog
y 16:258-261に記載されているような付着延長法(StEP)によりin vitroで
2つまたはそれ以上の異なるHMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子の
あらゆる組合せが突然変異化される。2つまたはそれ以上のHMP−Pキナーゼ
/TMP−PPアーゼ遺伝子はPCR増幅のための鋳型として用いられ、PCR
反応の延長サイクルは、好ましくは、ポリメラーゼの最適重合温度より低い温度
で実施される。例えば、約72℃の最適温度を有する熱安定性ポリメラーゼを用い
る場合には、延長反応のための温度は、望ましくは72℃、さらに望ましくは65℃
以下、好ましくは60℃以下、さらに好ましくは、延長反応のための温度は55℃で
ある。さらに、PCRサイクルの延長反応の継続時間は、望ましくは当業界で通
常実行されるよりも短く、さらに望ましくは30秒未満であり、好ましくは15秒未
満であり、さらに好ましくは、延長反応の継続時間は5秒である。各延長反応で
は短いDNA断片だけが重合されて、変性およびアニーリングの各サイクル後の
出発DNA分子間の延長生成物の鋳型スイッチを可能にし、それにより延長生成
物間の構造分散性を生じる。PCR反応の最適回数は、突然変異化されるHMP
−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼコード領域の長さによるが、望ましくは40回
以上、さらに望ましくは60回以上、好ましくは80回以上が用いられる。HMP−
Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子のすべての組合せに関する最適延長条件
および最適PCR回数は、当業界で周知の手法を用いて記載されているようにし
て確定される。PCR反応に関するその他のパラメーターは、当業界で一般に用
いられるものと本質的に同一である。増幅反応のためのプライマーは、好ましく
は、HMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子のコード配列の外側に位置
するDNA配列と、例えばHMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子を包
含するベクターのDNA配列とアニーリングするよう設計され、それによりPC
R反応に用いられる異なるHMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子は、
好ましくは別々のベクター中に含まれる。プライマーは、望ましくは、HMP−
Pキナーゼ/TMP−PPアーゼコード配列から500 bp未満離れて、好ましくは
HMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼコード配列から200 bp未満離れて、さ
らに好ましくはHMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼコード配列から120 bp
未満離れて位置する配列とアニーリングする。好ましくは、HMP−Pキナーゼ
/TMP−PPアーゼコード配列は、PCR反応中に増幅されるDNA配列中に
含まれる制限部位に取り囲まれ、それにより適切なベクター中での増幅生成物の
クローニングを促す。In another preferred embodiment, for example, Zhao et al. (1998) Nature Biotechnolog
In vitro, any combination of two or more different HMP-P kinase / TMP-PPase genes is mutated by the adhesion extension method (StEP) as described in y 16: 258-261. Two or more HMP-P kinase / TMP-PPase genes are used as templates for PCR amplification,
The extension cycle of the reaction is preferably performed at a temperature below the optimal polymerization temperature of the polymerase. For example, when using a thermostable polymerase having an optimum temperature of about 72 ° C, the temperature for the extension reaction is desirably 72 ° C, more desirably 65 ° C.
Below, preferably 60 ° C. or lower, more preferably the temperature for the extension reaction is 55 ° C. Further, the duration of the extension reaction of the PCR cycle is desirably shorter than normally performed in the art, more desirably less than 30 seconds, preferably less than 15 seconds, more preferably the duration of the extension reaction. The time is 5 seconds. In each extension reaction, only short DNA fragments are polymerized, allowing template switching of extension products between starting DNA molecules after each cycle of denaturation and annealing, thereby resulting in structural dispersity between extension products. The optimal number of PCR reactions depends on the HMP to be mutated.
Depending on the length of the -P kinase / TMP-PPase coding region, it is preferably used 40 times or more, more preferably 60 times or more, preferably 80 times or more. HMP-
Optimal extension conditions and optimal PCR times for all combinations of P-kinase / TMP-PPase genes are determined as described using procedures well known in the art. Other parameters for the PCR reaction are essentially the same as those commonly used in the art. Primers for the amplification reaction are preferably a DNA sequence located outside the coding sequence of the HMP-P kinase / TMP-PPase gene and a DNA of a vector containing, for example, the HMP-P kinase / TMP-PPase gene. Designed to anneal with the sequence, thereby
The different HMP-P kinase / TMP-PPase genes used for the R reaction
Preferably they are contained in separate vectors. The primer is desirably HMP-
Less than 500 bp from the P-kinase / TMP-PPase coding sequence, preferably less than 200 bp from the HMP-P kinase / TMP-PPase coding sequence, more preferably the HMP-P kinase / TMP-PPase coding sequence. From 120 bp
Anneal with sequences located less than one distant apart. Preferably, the HMP-P kinase / TMP-PPase coding sequence is surrounded by restriction sites contained in the DNA sequence that is amplified during the PCR reaction, thereby facilitating cloning of the amplification product in a suitable vector. .
【0064】 別の好ましい実施態様では、付着末端を有するHMP−Pキナーゼ/TMP−
PPアーゼ遺伝子の断片は、WO 98/05765に記載されているように生成される。
付着末端は、HMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子の一部に対応する
第一オリゴヌクレオチドを、遺伝子中に存在しないかまたは第一オリゴヌクレオ
チドに対応する遺伝子の一部に隣接しない遺伝子の一部に対応する第二オリゴヌ
クレオチドに結紮することにより生成されるが、この場合、第二オリゴヌクレオ
チドは少なくとも1つのリボヌクレオチドを含有する。二本鎖DNAは、鋳型と
しての第一オリゴヌクレオチドおよびプライマーとしての第二オリゴヌクレオチ
ドを用いて生成される。リボヌクレオチドは、開裂され、除去される。リボヌク
レオチドに対して5’に位置する単数または複数のヌクレオチドも除去されて、
付着末端を有する二本鎖断片を生じる。このような断片は、結紮により無作為再
アッセンブリー化されて、遺伝子配列の新規の組合せが得られる。In another preferred embodiment, HMP-P kinase / TMP-
Fragments of the PPase gene are generated as described in WO 98/05765.
The cohesive end is used to replace the first oligonucleotide corresponding to a portion of the HMP-P kinase / TMP-PPase gene with a gene that is not present in the gene or that is not adjacent to the portion of the gene corresponding to the first oligonucleotide. Produced by ligating to a second oligonucleotide corresponding to the part, wherein the second oligonucleotide contains at least one ribonucleotide. Double-stranded DNA is generated using a first oligonucleotide as a template and a second oligonucleotide as a primer. The ribonucleotide is cleaved and removed. One or more nucleotides located 5 ′ to the ribonucleotide are also removed,
This produces a double-stranded fragment with cohesive ends. Such fragments are randomly reassembled by ligation to yield new combinations of gene sequences.
【0065】 本発明の情況でのin vitro組換えのために、あらゆるHMP−Pキナーゼ/T
MP−PPアーゼ遺伝子またはHMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子
のあらゆる組合せが用いられる。例えば、HMP−Pキナーゼ/TMP−PPア
ーゼ遺伝子は、植物、例えばシロイヌナズナArabidopsis thalianaから得られ、
例えばHMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子は配列番号1または配列
番号3で記述されるような遺伝子である。in vitro組換えに適したその他の遺伝
子は、例えば細菌から得られる、例えば大腸菌thiDまたはthiE遺伝子(Vander H
orn et al.(1993)J. Bacteriol. 175, 982-992; Backstrom et al.(1995)J.
Am. Chem. Soc. 117, 2351-2352)、ネズミチフス菌Salmonella typhimurium t
hiD遺伝子(Petersen and Downs(1997)J. Bacteriol. 179, 4894-4900)、ア
カパンカビ属のNeurospora crassa thiD遺伝子(Akiyama and Nakashima(1996
)Curr. Genet. 30, 62-67; Ouzonis and Kyrpides(1997)J. Mol. Evol. 45,
708-711)またはビール酵母菌thiE遺伝子(Nosaka et al.19940)J. Biol. Chem
. 269, 30510-30516から得られる(これらの記載内容は、参照により本明細書中
に含まれる)。全HMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子またはその部
分は、本発明の情況で用いられる。前記の方法により得られる突然変異化HMP
−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子のライブラリーを適切な発現ベクター
中でクローン化し、その結果生じるベクターを適切な宿主、例えばクラミドモナ
スのような藻類、酵母菌または細菌中で形質転換させる。適切な宿主は、好まし
くは、そうでなければHMP−Pキナーゼ活性を欠く宿主、例えば大腸菌NI500
菌株(Genetic Stock Center, New Haven, USA)、またはTMP−PPアーゼ活
性を欠く宿主、例えば大腸菌NI400(Nakayama and Hayashi(1972)J. Bacterio
logy 112:1118-1126)である。突然変異化HMP−Pキナーゼ/TMP−PPア
ーゼ遺伝子のライブラリーを包含するベクターにより形質転換された宿主細胞を
、阻害濃度の阻害剤を含有する培地上で培養し、阻害剤の存在下で増殖するコロ
ニーを選択する。通常阻害濃度の阻害剤の存在下で増殖するコロニーを採取し、
反復再画線により精製する。それらのプラスミドを精製し、次にこの検査をパス
したプラスミドからのcDNA挿入物のDNA配列を確定する。For in vitro recombination in the context of the present invention, any HMP-P kinase / T
Any combination of MP-PPase gene or HMP-P kinase / TMP-PPase gene may be used. For example, the HMP-P kinase / TMP-PPase gene is obtained from a plant, such as Arabidopsis thaliana,
For example, the HMP-P kinase / TMP-PPase gene is a gene as described in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 3. Other genes suitable for in vitro recombination are, for example, those obtained from bacteria, such as the E. coli thiD or thiE gene (Vander H.
orn et al. (1993) J. Bacteriol. 175, 982-992; Backstrom et al. (1995) J.
Am. Chem. Soc. 117, 2351-2352), Salmonella typhimurium t
hiD gene (Petersen and Downs (1997) J. Bacteriol. 179, 4894-4900), Neurospora crassa thiD gene of Neurospora crassa (Akiyama and Nakashima (1996)
) Curr. Genet. 30, 62-67; Ouzonis and Kyrpides (1997) J. Mol. Evol. 45,
708-711) or brewer's yeast thiE gene (Nosaka et al. 19940) J. Biol. Chem.
269, 30510-30516 (the contents of which are incorporated herein by reference). The entire HMP-P kinase / TMP-PPase gene or a portion thereof is used in the context of the present invention. Mutated HMP obtained by the above method
The library of -P kinase / TMP-PPase genes is cloned in a suitable expression vector and the resulting vector is transformed in a suitable host, for example, algae such as Chlamydomonas, yeast or bacteria. A suitable host is preferably a host that otherwise lacks HMP-P kinase activity, such as E. coli NI500
Strains (Genetic Stock Center, New Haven, USA) or hosts lacking TMP-PPase activity, such as E. coli NI400 (Nakayama and Hayashi (1972) J. Bacterio
logy 112: 1118-1126). Host cells transformed with a vector comprising a library of mutated HMP-P kinase / TMP-PPase genes are cultured on media containing inhibitory concentrations of the inhibitor and grown in the presence of the inhibitor. Select a colony to clone. Collect colonies that grow in the presence of inhibitor, usually at inhibitory concentrations,
Purify by repeated re-streaking. The plasmids are purified and then the DNA sequence of the cDNA insert from the plasmid that passed this test is determined.
【0066】 阻害剤に耐容性である修飾HMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子を
同定するための検定は、HMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性
の阻害剤を同定するための検定(前記の阻害剤検定)と同一方法で、以下の修正
を加えて実施し得る:第一に、突然変異体HMP−Pキナーゼ/TMP−PPア
ーゼを、反応混合物の1つにおいて、阻害剤検定の野生型HMP−Pキナーゼ/
TMP−PPアーゼの代わりに用いる。第二に、野生型酵素の阻害剤は両反応混
合物中に存在する。第三に、突然変異化活性(阻害剤および突然変異化酵素の存
在下での活性)および非突然変異化活性(阻害剤および野生型酵素の存在下での
活性)を比較して、非突然変異化活性と比較した場合に突然変異化活性に酵素活
性の有意の増大が観察されるか否かを確定する。突然変異化活性は、適切な基質
および阻害剤の存在下での、突然変異化酵素の活性のあらゆる測定値である。非
突然変異化活性は、適切な基質および阻害剤の存在下での、野生型酵素の活性の
あらゆる測定値である。有意の増大は、測定法に固有の誤差の限界より大きい酵
素活性の増大と定義され、好ましくは阻害剤の存在下での野生型酵素の活性の約
2倍以上の増大、さらに好ましくは約5倍以上の増大、最も好ましくは約10倍以
上の増大であると定義される。Assays to identify modified HMP-P kinase / TMP-PPase genes that are tolerant to inhibitors can be performed by assays to identify inhibitors of HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity ( In the same manner as in the above inhibitor assay), the mutant HMP-P kinase / TMP-PPase can be used in one of the reaction mixtures, with the following modifications. Wild type HMP-P kinase /
Used in place of TMP-PPase. Second, inhibitors of the wild-type enzyme are present in both reaction mixtures. Third, comparing mutagenic activity (activity in the presence of inhibitors and mutating enzymes) and non-mutating activity (activity in the presence of inhibitors and wild-type enzymes), It is determined whether a significant increase in enzyme activity is observed in the mutating activity when compared to the mutating activity. Mutagenic activity is any measure of the activity of a mutated enzyme in the presence of a suitable substrate and inhibitor. Non-mutagenic activity is any measure of the activity of the wild-type enzyme in the presence of the appropriate substrate and inhibitor. A significant increase is defined as an increase in enzyme activity that is greater than the error limit inherent in the assay, preferably about a two-fold or more increase in the activity of the wild-type enzyme in the presence of the inhibitor, more preferably about 5 times. It is defined as more than a two-fold increase, most preferably about a ten-fold or more increase.
【0067】 除草剤耐容性植物を作製するために用いられる他に、除草剤耐容性HMP−P
キナーゼ/TMP−PPアーゼをコードする遺伝子は、植物細胞形質転換法にお
ける選択マーカーとしても用いられる。例えば、導入遺伝子で形質転換される植
物、植物組織、植物種子または植物細胞は、植物により発現され得る変更化HM
P−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼをコードする遺伝子でも形質転換され得る
。形質転換細胞は、修飾化遺伝子を発現しない植物細胞の生存能力を阻害するの
に十分な量で酵素の阻害剤を含有する培地に移され、そこでは、形質転換細胞だ
けが生き残る。本方法は、修飾HMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼコード
遺伝子で形質転換され得るあらゆる植物細胞に適用可能であり、あらゆる当該導
入遺伝子とともに用いられ得る。導入遺伝子および修飾化遺伝子の発現は、植物
細胞中で機能性の同一プロモーターにより、または別個のプロモーターにより駆
動され得る。In addition to being used to produce herbicide-tolerant plants, herbicide-tolerant HMP-P
The gene encoding the kinase / TMP-PPase is also used as a selection marker in a plant cell transformation method. For example, a plant, plant tissue, plant seed or plant cell transformed with the transgene is a modified HM that can be expressed by the plant.
Genes encoding PP kinase / TMP-PPase can also be transformed. The transformed cells are transferred to a medium containing an inhibitor of the enzyme in an amount sufficient to inhibit the viability of plant cells that do not express the modified gene, where only the transformed cells survive. The method is applicable to any plant cell that can be transformed with a modified HMP-P kinase / TMP-PPase encoding gene and can be used with any such transgene. Expression of the transgene and the modified gene can be driven by the same promoter, which is functional in plant cells, or by separate promoters.
【0068】 好ましいのは、本発明の突然変異誘発化HMP−Pキナーゼ/TMP−PPア
ーゼ遺伝子の生成方法である。 さらに好ましいのは、前記の突然変異誘発化HMP−Pキナーゼ/TMP−P
Pアーゼ遺伝子の生成方法である。 さらに好ましいのは、本発明の突然変異誘発化DNA分子の生成方法であって
、1つの鋳型DNA分子が真核生物から得られる方法である。特に好ましいのは
、前記の真核生物が植物である本発明の方法である。Preferred is a method for producing the mutagenized HMP-P kinase / TMP-PPase gene of the present invention. Even more preferred is the aforementioned mutagenized HMP-P kinase / TMP-P
This is a method for producing a Pase gene. Even more preferred is a method for producing a mutagenized DNA molecule of the present invention, wherein one template DNA molecule is obtained from a eukaryote. Particularly preferred is the method according to the invention, wherein said eukaryote is a plant.
【0069】 さらに好ましいのは、前記の種の鋳型DNA分子が配列番号1で記述されるヌ
クレオチド配列と同一または実質的に同様である本発明の方法である。 さらに好ましいのは、本発明の方法により得られるHMP−Pキナーゼ活性ま
たはTMP−PPアーゼ活性を有する酵素をコードする突然変異誘発化DNA分
子であって、前記の鋳型DNA分子によりコードされるHMP−Pキナーゼ活性
またはTMP−PPアーゼ活性を阻害する除草剤に対する耐容性増強を示すHM
P−PキナーゼまたはTMP−PPアーゼ酵素をコードする突然変異誘発化DN
A分子である。Further preferred is a method according to the present invention, wherein the template DNA molecule of said species is identical or substantially similar to the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1. More preferred is a mutagenized DNA molecule encoding an enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity obtained by the method of the present invention, wherein the HMP-P is encoded by the template DNA molecule. HM showing enhanced tolerance to herbicides that inhibit P-kinase activity or TMP-PPase activity
Mutagenized DN encoding PP kinase or TMP-PPase enzyme
A molecule.
【0070】 野生型または除草剤耐容性形態のHMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺
伝子は、従来の組換えDNA技法を用いて植物または細菌細胞中に組み入れられ
得る。一般に、これは、当業界で既知の標準クローニング手法を用いて、DNA
分子が異種である(即ち、普通では存在しない)発現系に、HMP−Pキナーゼ
/TMP−PPアーゼをコードするDNA分子を挿入することを包含する。ベク
ターは、ベクターを含有する宿主細胞中での挿入タンパク質コード配列の転写お
よび翻訳に必要な素子を含有する。当業界で既知の多数のベクター系、例えばプ
ラスミド、バクテリオファージウイルスおよびその他の修飾ウイルスが用いられ
得る。発現系の構成成分は、発現を増大するようにも修飾され得る。例えば、切
頭化配列、ヌクレオチド置換またはその他の修飾が用いられ得る。当業界で既知
の発現系を用いて、適切な条件下でほとんどすべての作物植物細胞を形質転換し
得る。野生型または除草剤耐容性形態のHMP−Pキナーゼ/TMP−PPアー
ゼ遺伝子を包含する導入遺伝子は、好ましくは安定的に形質転換され、宿主細胞
のゲノム中に組み込まれる。別の好ましい実施態様では、野生型または除草剤耐
容性形態のHMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子を包含する導入遺伝
子は、自己複製ベクター上に位置する。自己複製ベクターの例は、ウイルス、特
にジェミニウイルスである。形質転換細胞は、選択形態のHMP−Pキナーゼ/
TMP−PPアーゼがトランスジェニック植物において除草剤耐容性を付与する
ように、全植物中で再生され得る。[0070] The wild-type or herbicide-tolerant form of the HMP-P kinase / TMP-PPase gene can be incorporated into plant or bacterial cells using conventional recombinant DNA techniques. In general, this is accomplished using standard cloning techniques known in the art,
This involves inserting a DNA molecule encoding HMP-P kinase / TMP-PPase into an expression system in which the molecule is heterologous (ie, not normally present). Vectors contain the necessary elements for the transcription and translation of the inserted protein coding sequence in host cells containing the vector. Many vector systems known in the art can be used, such as plasmids, bacteriophage viruses and other modified viruses. Components of the expression system can also be modified to increase expression. For example, truncated sequences, nucleotide substitutions or other modifications may be used. Almost any crop plant cell can be transformed under appropriate conditions using expression systems known in the art. The transgene, including the wild-type or herbicide-tolerant form of the HMP-P kinase / TMP-PPase gene, is preferably stably transformed and integrated into the genome of the host cell. In another preferred embodiment, the transgene, including the wild-type or herbicide-tolerant form of the HMP-P kinase / TMP-PPase gene, is located on a self-replicating vector. An example of a self-replicating vector is a virus, especially a geminivirus. The transformed cells contain selected forms of HMP-P kinase /
TMP-PPase can be regenerated in whole plants such that it confers herbicide tolerance in transgenic plants.
【0071】 A.植物発現カセットの構築のための要件 トランスジェニック植物中での発現のために意図された遺伝子配列は、先ず、
植物中で発現可能な適切なプロモーターの後の発現カセット中にアッセンブルさ
れる。発現カセットは、導入遺伝子の発現に必要とされるかまたは選択されるさ
らなる任意の配列も包含する。このような配列としては、転写ターミネーター、
イントロンのような発現を増強するための外来配列、生命に関与する配列、およ
び特定の細胞小器官および細胞区画に遺伝子生成物をターゲッティングするよう
意図された配列が挙げられるが、これらに限定されない。これらの発現カセット
は次に、下記の植物形質転換ベクターに容易に移され得る。以下は、典型的発現
カセットの種々の構成成分の説明である。A. Requirements for Construction of Plant Expression Cassettes The gene sequences intended for expression in transgenic plants
It is assembled into an expression cassette after a suitable promoter that can be expressed in plants. The expression cassette also includes any additional sequences required or selected for expression of the transgene. Such sequences include transcription terminators,
These include, but are not limited to, intronic sequences for enhancing expression, life-threatening sequences, and sequences intended to target gene products to specific organelles and cell compartments. These expression cassettes can then be easily transferred to the plant transformation vectors described below. The following is a description of the various components of a typical expression cassette.
【0072】 1.プロモーター 発現カセットに用いられるプロモーターの選択は、トランスジェニック植物中
の導入遺伝子の空間的および時間的発現パターンを確定する。選択プロモーター
は、特定の細胞型(例えば、葉の上皮細胞、葉肉細胞、根の皮層細胞)中で、ま
たは特定の組織または器官(例えば根、葉、花)中で導入遺伝子を発現し、そし
て選択は遺伝子生成物の蓄積の望ましい位置を反映する。あるいは、選択プロモ
ーターは、種々の誘導条件下で遺伝子の発現を駆動し得る。プロモーターは、そ
れらの強度、即ち転写を促す能力が変化する。用いられる宿主系によって、当業
界で既知の多数の適切なプロモーターのうちのいずれかが用いられ得る。例えば
、構成性発現のためには、CaMV 35Sプロモーター、イネアクチンプロモーターま
たはユビキチンプロモーターが用いられ得る。調節性発現のためには、タバコま
たはシロイヌナズナからの化学的誘導性PR-1プロモーターが用いられ得る(例え
ば、米国特許第5,689,044号参照)。1. Promoter The choice of promoter used for the expression cassette will determine the spatial and temporal expression pattern of the transgene in the transgenic plant. The selection promoter expresses the transgene in a particular cell type (eg, leaf epithelial cells, mesophyll cells, root cortical cells) or in a particular tissue or organ (eg, root, leaf, flower), and The choice reflects the desired location of accumulation of the gene product. Alternatively, the selection promoter can drive expression of the gene under various inducing conditions. Promoters vary in their strength, ie, their ability to promote transcription. Depending on the host system used, any of a number of suitable promoters known in the art may be used. For example, for constitutive expression, the CaMV 35S promoter, rice actin promoter or ubiquitin promoter can be used. For regulated expression, a chemically inducible PR-1 promoter from tobacco or Arabidopsis thaliana may be used (see, eg, US Pat. No. 5,689,044).
【0073】 2.転写ターミネーター 種々の転写ターミネーターは、発現カセットで用いるために利用可能である。
これらは、導入遺伝子およびその正確なポリアデニル化を越えた転写の終結に関
与する。適切な転写ターミネーターは植物中で機能することが知られているもの
であり、その例としてはCaMV 35Sターミネーター、tmlターミネーター、ノパリ
ンシンターゼターミネーターおよびエンドウrbcS E9ターミネーターが挙げられ
る。これらは、単子葉および双子葉植物の両方で用いられ得る。2. Transcription Terminators A variety of transcription terminators are available for use in expression cassettes.
These are involved in the termination of transcription beyond the transgene and its correct polyadenylation. Suitable transcription terminators are those known to function in plants, examples of which include the CaMV 35S terminator, the tml terminator, the nopaline synthase terminator and the pea rbcS E9 terminator. These can be used in both monocotyledonous and dicotyledonous plants.
【0074】 3.発現の増強または調節のための配列 多数の配列が転写単位内からの遺伝子発現を増強することが見出されており、
これらの配列は、トランスジェニック植物中でのそれらの発現を増大するために
本発明の遺伝子とともに用いられ得る。例えば、種々のイントロン配列、例えば
トウモロコシAdhI遺伝子のイントロンは、特に単子葉細胞中で、発現を増強する
ことが示されている。さらに、ウイルス由来の多数の非翻訳化リーダー配列も発
現を増強することが知られており、これらは特に双子葉細胞中で有用である。[0074] 3. Sequences for enhancing or regulating expression A number of sequences have been found to enhance gene expression from within a transcription unit,
These sequences can be used with the genes of the present invention to increase their expression in transgenic plants. For example, various intron sequences, such as those in the maize AdhI gene, have been shown to enhance expression, especially in monocot cells. In addition, a number of untranslated leader sequences from the virus are also known to enhance expression, and are particularly useful in dicot cells.
【0075】 4.コード配列最適化 選択遺伝子のコード配列は、当該作物種中での最適発現のためにコード配列を
変えることにより、遺伝子工学処理され得る。特定の作物種中での最適発現を成
し遂げるためのコード配列の修飾方法は、周知である(例えば、Perlak et al.,
Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88:3324(1991)およびKoziel et al., Bio/tech
nol. 11:194(1993)参照)。[0075] 4. Coding Sequence Optimization The coding sequence of the selected gene can be genetically engineered by altering the coding sequence for optimal expression in the crop species. Methods for modifying coding sequences to achieve optimal expression in particular crop species are well known (eg, Perlak et al.,
Natl. Acad. Sci. USA 88: 3324 (1991) and Koziel et al., Bio / tech.
nol. 11: 194 (1993)).
【0076】 5.細胞内の遺伝子生成物のターゲッティング 遺伝子生成物をターゲッティングするための種々のメカニズムが植物中に存在
することが知られており、これらのメカニズムの働きを制御する配列は、かなり
詳細に特性化されている。例えば、葉緑体に対する遺伝子生成物のターゲッティ
ングは、成熟タンパク質を産生するための葉緑体輸入中に開裂される種々のタン
パク質のアミノ末端に見出されるシグナル配列により制御される(例えば、Coma
i et al. J. Biol. Chem. 263:15104-15109(1988))。その他の遺伝子生成物
は、ミトコンドリアおよびペルオキシソームのようなその他の細胞小器官に局限
される(例えば、Unger et al. Plant Molec. Biol. 13:411-418(1989))。こ
れらの生成物をコードするcDNAも、これらの細胞小器官に対する異種遺伝子
生成物のターゲッティングを実行するために操作され得る。さらに、多の細胞区
画に対する遺伝子生成物のターゲッティングを引き起こす配列が特性化された。
アミノ末端配列は、ER、アポプラストおよびアリューロン細胞からの細胞外分
泌に対するターゲッティングに関与する(Koehler & Ho, Plant Cell 2:769-783
(1990))。さらに、アミノ末端配列は、カルボキシ末端配列と一緒に、遺伝子
生成物の液胞ターゲッティングに関与する(Shinshi et al. Plant Molec. Biol
. 14:357-368(1990))。前記の適切なターゲッティング配列の、当該導入遺伝
子配列との融合により、導入遺伝子生成物を任意の細胞小器官または細胞区画に
向けることができる。[0076] 5. Targeting gene products in cells Various mechanisms for targeting gene products are known to exist in plants, and the sequences that control the operation of these mechanisms have been characterized in considerable detail. I have. For example, targeting of gene products to chloroplasts is controlled by signal sequences found at the amino terminus of various proteins that are cleaved during chloroplast import to produce mature proteins (eg, Coma).
i et al. J. Biol. Chem. 263: 15104-15109 (1988)). Other gene products are localized to other organelles such as mitochondria and peroxisomes (eg, Unger et al. Plant Molec. Biol. 13: 411-418 (1989)). The cDNAs encoding these products can also be manipulated to perform targeting of heterologous gene products to these organelles. In addition, sequences that cause targeting of the gene product to multiple cell compartments have been characterized.
The amino-terminal sequence is involved in targeting ER, extracellular secretion from apoplasts and aleurone cells (Koehler & Ho, Plant Cell 2: 769-783).
(1990)). In addition, the amino terminal sequence, together with the carboxy terminal sequence, is involved in vacuolar targeting of the gene product (Shinshi et al. Plant Molec. Biol.
14: 357-368 (1990)). The fusion of the appropriate targeting sequence with the transgene sequence can direct the transgene product to any organelle or cell compartment.
【0077】 B.植物形質転換ベクターの構築 植物形質転換に利用可能な多数の形質転換ベクターは植物形質転換業界の当業
者には既知であり、本発明に関連する遺伝子は、あらゆるこのようなベクターと
ともに用いられ得る。ベクターの選択は、好ましい形質転換技術および形質転換
のための標的種による。ある種の標的種に関しては、異なる抗生物質または除草
剤選択マーカーが選択され得る。形質転換にルーチンに用いられる選択マーカー
としては、カナマイシンおよび関連抗生物質に対する耐性を付与するnptII遺伝
子(Messing & Vierra, Gene 19:259-268(1982); Bevan et al., Nature 304:
184-187(1983))、除草剤ホスフィノトリシンに対する耐性を付与するbar遺伝
子(White et al., Nucl. Acids Res 18:1062(1990), Spencer et al. Theor.
Appl. Genet 79:625-631(1990))、抗生物質ハイグロマイシンに対する耐性
を付与するhph遺伝子(Blochinger & Diggelmann, Mol Cell Biol 4:2929-2931
)およびメタトレキセートに対する耐性を付与するdhfr遺伝子(Bourouis et al
., EMBO J. 2(7):1099-1104(1983))、ならびにグリフォセートに対する耐
性を付与するEPSPS遺伝子(米国特許第4,940,935号および第5,188,642号)が挙
げられる。B. Construction of Plant Transformation Vectors Numerous transformation vectors available for plant transformation are known to those skilled in the art of plant transformation, and the genes related to the present invention can be used with any such vector. The choice of vector will depend on the preferred transformation technique and the target species for transformation. For certain target species, different antibiotic or herbicide selection markers may be selected. Selectable markers routinely used for transformation include the nptII gene that confers resistance to kanamycin and related antibiotics (Messing & Vierra, Gene 19: 259-268 (1982); Bevan et al., Nature 304:
184-187 (1983)), bar gene that confers resistance to the herbicide phosphinothricin (White et al., Nucl. Acids Res 18: 1062 (1990), Spencer et al. Theor.
Appl. Genet 79: 625-631 (1990)), hph gene that confers resistance to the antibiotic hygromycin (Blochinger & Diggelmann, Mol Cell Biol 4: 2929-2931)
) And the dhfr gene (Bourouis et al.) Conferring resistance to metatrexate
., EMBO J. 2 (7): 1099-1104 (1983)), and the EPSPS gene that confers resistance to glyphosate (US Pat. Nos. 4,940,935 and 5,188,642).
【0078】 1.根頭癌腫菌Agrobacterium形質転換に適したベクター 多数のベクターが、根頭癌腫菌のアグロバクテリウムツメファシエンスAgroba
cterium tumefaciensを用いる形質転換に利用可能である。これらは、典型的に
は、少なくとも1つのT−DNAボーダー配列を保有し、pBIN19(Bevan, Nucl.
Acids Res.(1984))およびpXYZのようなベクターを含む。根頭癌腫菌形質転
換に適した典型的ベクターとしては、バイナリーベクターpCIB200およびpCIB200
1、ならびにバイナリーベクターpCIB10およびそのハイグロマイシン選択誘導体
が挙げられる(例えば、米国特許第5,639,949号参照)。1. Vectors Suitable for Transformation of Agrobacterium Root Carcinoma A number of vectors are available from the Agrobacterium tumefaciens Agroba
It can be used for transformation using cterium tumefaciens. These typically carry at least one T-DNA border sequence and contain pBIN19 (Bevan, Nucl.
Acids Res. (1984)) and vectors such as pXYZ. Typical vectors suitable for apical carcinoma transformation include the binary vectors pCIB200 and pCIB200.
1, and the binary vector pCIB10 and its selective derivatives of hygromycin (see, eg, US Pat. No. 5,639,949).
【0079】 2.非根頭癌腫菌形質転換に適したベクター アグロバクテリウムツメファシエンスの使用を伴わない形質転換は、選定形質
転換ベクター中のT−DNA配列に関する要件を阻止し、したがって、T−DN
A配列を含有する前記のもののようなベクターの他に、これらの配列を欠くベク
ターが用いられ得る。根頭癌腫菌によらない形質転換技法としては、粒子衝撃、
プロトプラスト取込み(例えばPEGおよびエレクトロポレーション)およびマ
イクロインジェクションによる形質転換が挙げられる。ベクターの選定は、形質
転換されている種に対する優先選択に大いによっている。非根頭癌腫菌形質転換
に適した典型的ベクターとしては、pCIB3064、pSOG19およびpSOG35が挙げられる
(例えば米国特許第5,639,949号参照)。2. Vectors Suitable for Non-Root Apex Carcinoma Transformation Transformation without the use of Agrobacterium tumefaciens blocks the requirement for a T-DNA sequence in the selected transformation vector, and therefore T-DN
In addition to vectors such as those containing the A sequence, vectors lacking these sequences may be used. Transformation techniques that do not rely on apical carcinoma include particle bombardment,
Protoplast uptake (eg, PEG and electroporation) and transformation by microinjection. The choice of vector is largely dependent on the preference for the species being transformed. Exemplary vectors suitable for non-apical carcinoma transformation include pCIB3064, pSOG19 and pSOG35 (see, eg, US Pat. No. 5,639,949).
【0080】 C.形質転換技法 当該コード配列が発現系中でクローン化されると、それは植物細胞中で形質転
換される。植物の形質転換および再生の方法は、当業界で周知である。例えば、
Tiプラスミドベクターは、外来DNAの送達、ならびに直接DNA取込み、リポ
ソーム、エレクトロポレーション、マイクロインジェクションおよびマイクロプ
ロジェクタイルに利用されてきた。さらに、癌腫菌属からの細菌は、植物細胞を
形質転換するために利用され得る。C. Transformation techniques Once the coding sequence has been cloned in an expression system, it is transformed in plant cells. Methods for plant transformation and regeneration are well known in the art. For example,
Ti plasmid vectors have been used for delivery of foreign DNA, as well as for direct DNA uptake, liposomes, electroporation, microinjection and microprojectiles. In addition, bacteria from the genus Carcinoma can be utilized to transform plant cells.
【0081】 双子葉類に関する形質転換技法は当業界で周知であり、癌腫菌ベースの技法お
よび癌腫菌を必要としない技法が挙げられる。非癌腫菌技法は、プロトプラスト
または細胞による直接的な外因性遺伝物質の取込みを包含する。これは、PEG
またはエレクトロポレーション媒介性取込み、粒子衝撃媒介性デリバリー、ある
いはマイクロインジェクションにより成し遂げられる。各々の場合、形質転換化
細胞は、当業界で既知の標準技法を用いて全植物体に再生される。[0081] Transformation techniques for dicots are well known in the art and include carcinoma based techniques and techniques that do not require carcinoma. Non-carcinoma techniques involve the direct uptake of exogenous genetic material by protoplasts or cells. This is PEG
Alternatively, it can be achieved by electroporation-mediated uptake, particle impact-mediated delivery, or microinjection. In each case, the transformed cells are regenerated into whole plants using standard techniques known in the art.
【0082】 ほとんどの単子葉植物種の形質転換も、現在、ルーチンになっている。好まし
い技法としては、PEGまたはエレクトロポレーション技法を用いたプロトプラ
スト中への直接遺伝子転移、カルス組織中への粒子衝撃、ならびに癌腫菌形質転
換が挙げられる。 本発明の野生型または変更形態のHMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺
伝子を用いて、広範な種々の植物細胞、例えば裸子植物、単子葉植物および双子
葉植物に除草剤耐容性を付与し得る。遺伝子はこれらの広範な種類内のあらゆる
植物細胞中に挿入され得るが、しかしそれは作物植物細胞、例えばイネ、コムギ
、オオムギ、ライムギ、トウモロコシ、ジャガイモ、ニンジン、サツマイモ、テ
ンサイ、ソラマメ、エンドウ、チコリ、レタス、キャベツ、カリフラワー、ブロ
ッコリー、カブ、ラディッシュ、ホウレンソウ、アスパラガス、タマネギ、ニン
ニク、ナス、コショウ、セロリ、ニンジン、トウナス、カボチャ、ズッキーニ、
キュウリ、リンゴ、ナシ、マルメロ、メロン、スモモ、サクランボ、モモ、ネク
タリン、アンズ、イチゴ、ブドウ、ラズベリー、ブラックベリー、パイナップル
、アボカド、パパイヤ、マンゴー、バナナ、ダイズ、タバコ、トマト、サトウモ
ロコシおよびサトウキビで特に有用である。[0082] Transformation of most monocot species is also routine. Preferred techniques include direct gene transfer into protoplasts using PEG or electroporation techniques, particle bombardment into callus tissue, and carcinoma transformation. The wild-type or modified forms of the HMP-P kinase / TMP-PPase gene of the present invention can be used to confer herbicide tolerance on a wide variety of plant cells, such as gymnosperms, monocots and dicots. . The gene can be inserted into any plant cell within these wide variety, but it is not a plant cell such as rice, wheat, barley, rye, corn, potato, carrot, sweet potato, sugar beet, fava bean, pea, chicory, Lettuce, cabbage, cauliflower, broccoli, turnip, radish, spinach, asparagus, onion, garlic, eggplant, pepper, celery, carrot, tounas, pumpkin, zucchini,
Cucumber, apple, pear, quince, melon, plum, cherry, peach, nectarine, apricot, strawberry, grape, raspberry, blackberry, pineapple, avocado, papaya, mango, banana, soybean, tobacco, tomato, sugar corn and sugar cane Particularly useful.
【0083】 植物中での野生型HMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子の高レベル
発現および/または除草剤耐容性を付与する除草剤耐容形態のHMP−Pキナー
ゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子の発現は、生産および品質に重要なその他の特性
と組合せて、当業界で既知の育種アプローチおよび技法により植物株中に組み入
れられ得る。High level expression of wild-type HMP-P kinase / TMP-PPase gene and / or expression of herbicide-tolerant form of HMP-P kinase / TMP-PPase gene that confers herbicide tolerance in plants Can be incorporated into plant strains by breeding approaches and techniques known in the art, in combination with other properties important for production and quality.
【0084】 除草剤耐容性HMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子の対立遺伝子が
、作物植物または作物植物が再生され得る植物細胞培養における直接選択により
得られる場合、それは、対立遺伝子を遺伝子工学処理し、それを植物中で形質転
換する必要性を伴わずに、除草剤耐容性作物を開発するために伝統的育種技法を
用いて商業的変種中に移される。If the allele of the herbicide-tolerant HMP-P kinase / TMP-PPase gene is obtained by direct selection in a crop plant or plant cell culture in which the crop plant can be regenerated, it is possible to engineer the allele. And transferred into commercial varieties using traditional breeding techniques to develop herbicide-tolerant crops without the need to transform them in plants.
【0085】 配列表中の配列の簡単な説明 配列番号1:シロイヌナズナHMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼプレタ
ンパク質のDNA配列。 配列番号2:シロイヌナズナHMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼプレタ
ンパク質のアミノ酸配列。Brief Description of Sequences in Sequence Listing SEQ ID NO: 1: DNA sequence of Arabidopsis HMP-P kinase / TMP-PPase preprotein. SEQ ID NO: 2: Amino acid sequence of Arabidopsis HMP-P kinase / TMP-PPase preprotein.
【0086】 配列番号3:推定成熟シロイヌナズナHMP−Pキナーゼ/TMP−PPアー
ゼのDNA配列。 配列番号4:推定成熟シロイヌナズナHMP−Pキナーゼ/TMP−PPアー
ゼのアミノ酸配列。 配列番号5:オリゴヌクレオチドaththiDEfor 配列番号6:オリゴヌクレオチドaththiDErev 配列番号7:オリゴヌクレオチドaththiDEfor-ctp 寄託 クローン: aththiDE-ctp 寄託番号:NRRL B-30040 寄託日時:1998年7月8日 以下の詳細な実施例を参照しながら、本発明をさらに説明する。これらの実施
例は説明のためだけのものであって、別記しない限り、本発明はこれらに限定さ
れない。SEQ ID NO: 3: DNA sequence of putative mature Arabidopsis HMP-P kinase / TMP-PPase. SEQ ID NO: 4: Amino acid sequence of putative mature Arabidopsis HMP-P kinase / TMP-PPase. SEQ ID NO: 5: oligonucleotide aththiDEfor SEQ ID NO: 6: oligonucleotide aththiDErev SEQ ID NO: deposited oligonucleotide: aththiDEfor-ctp Deposited clone : aththiDE-ctp Deposit number : NRRL B-30040 Date of deposit : July 8, 1998 The invention will be further described with reference to examples. These examples are for illustrative purposes only and the invention is not limited thereto unless otherwise specified.
【0087】 実施例 ここで用いられる標準組換えDNAおよび分子クローニング技法は当業界で周
知であり、Sambrook等(Molecular Cloning, eds., Cold Spring Harbor Labora
tory Press, Cold Spring Harbor, NY(1989))により、T. J. Silhavy、M.L.
BermanおよびL.W. Enquist(Experiments with Gene Fusions, Cold Spring Har
bor Laboratory , Cold Spring Harbor, NY(1984))により、そしてAusubel,
F.M.等(Current Protocols in Molecular Biology, pub. by Greene Publishin
g Assoc. and Wiley-Interscience(1987))により記載されている。EXAMPLES Standard recombinant DNA and molecular cloning techniques used herein are well known in the art and are described in Sambrook et al. ( Molecular Cloning , eds., Cold Spring Harbor Labora
tory Press, Cold Spring Harbor, NY (1989)), TJ Silhavy, ML
Berman and LW Enquist ( Experiments with Gene Fusions , Cold Spring Har
bor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY (1984)) and Ausubel,
FM etc. ( Current Protocols in Molecular Biology , pub. By Greene Publishin
g Assoc. and Wiley-Interscience (1987)).
【0088】 実施例1:大腸菌中での組換え植物HMP−PキナーゼおよびTMP−PPア
ーゼの発現 プラスミドベクターpFL61中のシロイヌナズナArabidopsis thalianaのLandsbe
rg生態型cDNAライブラリーを生成し、増幅させる。シロイヌナズナHMP−
PキナーゼおよびTMP−PPアーゼに対するタンパク質コード配列を増幅する
ためのPCRプライマーを配列番号?から設計し、それを用いて、PfuDNAポ
リメラーゼ(Stratagene)によりプラスミドライブラリーからHMP−Pキナー
ゼおよびTMP−PPアーゼコード配列を増幅する。HMP−Pキナーゼおよび
TMP−PPアーゼプレタンパク質のコード領域を含む構築物に関しては、プラ
イマーaththiDEfor(5' ggt att gag ggt cgc atg aat agc tta gga gga at 3'
、配列番号5)およびaththiDErev(5' aga gga gag tta gag cct caa att ccc
ctt ttg ctc tct tta a 3'、配列番号6)を用い、推定成熟HMP−Pキナーゼ
およびTMP−PPアーゼの構築物に関しては、プライマーaththiDErevおよびa
ththiDEfor-ctp(5' ggt att gag ggt cgc tta aca gtg gcg gga tca gat 3'、
配列番号7)を用いる。プレタンパク質および推定成熟タンパク質のコード領域
を発現ベクターpET35b(+)Xa/LIC(Novagen)中でサブクローニングし、メーカ
ーのプロトコールを用いて、化学的形質転換により、両方とも大腸菌BL21(DE3
)(Novagen)中で形質転換する。Example 1 Expression of Recombinant Plant HMP-P Kinase and TMP-PPase in E. coli Landsbe of Arabidopsis thaliana in Plasmid Vector pFL61
Generate and amplify an rg ecotype cDNA library. Arabidopsis HMP-
PCR primers for amplifying the protein coding sequence for P-kinase and TMP-PPase are shown in SEQ ID NO: And uses it to amplify HMP-P kinase and TMP-PPase coding sequences from a plasmid library with Pfu DNA polymerase (Stratagene). For constructs containing coding regions for HMP-P kinase and TMP-PPase preprotein, the primer aththiDEfor (5 'ggt att gag ggt cgc atg aat agc tta gga gga at 3'
AththiDErev (5 ′ aga gga gag tta gag cct caa att ccc)
Using ctt ttg ctc tct tta a 3 ′, SEQ ID NO: 6), for constructs of putative mature HMP-P kinase and TMP-PPase, primers atiththiDErev and a
ththiDEfor-ctp (5 'ggt att gag ggt cgc tta aca gtg gcg gga tca gat 3'
SEQ ID NO: 7) is used. The coding regions for the pre-protein and the putative mature protein were subcloned in the expression vector pET35b (+) Xa / LIC (Novagen) and both were transformed into E. coli BL21 (DE3) by chemical transformation using the manufacturer's protocol.
) (Novagen).
【0089】 実施例2:HMP−PキナーゼおよびTMP−PPアーゼ活性検定 HMP−PキナーゼおよびTMP−PPアーゼ活性検定は、本質的には、Kome
da et al.(1988)Plant Physiol. 88, 248-250に由来する。反応容量は、好ま
しくは下記のものであるが、しかし、実験要件によって変わり得る。0.01〜1.0
x 10-3単位のHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有する酵
素(活性の一単位は1 mmol/分の生成物を生成するのに必要な酵素の量と定義さ
れる)および10-3〜10-5 M、しかし好ましくは10-4 Mの2−メチル−4−アミノ
−5−ヒドロキシメチルピリミジンホスフェート(HMP−P)および10-3〜10 -5 M、しかし好ましくは10-4 Mの4−メチル−5−(β−ヒドロキシエチル)チ
アゾールホスフェート(THZ−P)を、最終容量100 mLの50 mMトリス−HC
l(pH7.0〜8.0、好ましくは7.4)、1〜20 mM、好ましくは10 mMのMgCl2
および0.1〜10 mM、好ましくは1 mMのATP中で混合する。好ましくはKawasaki
et al.(1990)J. Bacteriol. 172, 6145-6147にしたがって、50 mLの10%(w/
v)メタリン酸または20%(w/v)トリクロロ酢酸(pH1.4)を付加することに
より、チアミンモノホスフェート(TMP)の産生を確定する。次に、混合物を
遠心分離して、沈降タンパク質を除去する。上清の100 mLアリコートを取り出し
て、50 mLの0.3 M臭化シアンを付加し、混合した後、100 mLの1 MNaOHを付
加する。360±10 nmの励起波長および430±10 nmの発光波長で、溶液に関して蛍
光強度を測定する。Example 2 HMP-P Kinase and TMP-PPase Activity Assay HMP-P Kinase and TMP-PPase Activity Assay
From da et al. (1988) Plant Physiol. 88, 248-250. Reaction volume is preferred
Or as follows, but may vary depending on experimental requirements. 0.01-1.0
x 10-3Having units of HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity
Element (one unit of activity is defined as the amount of enzyme required to produce 1 mmol / min product)
And 10-3~Ten-Five M, but preferably 10-Four 2-methyl-4-amino of M
-5-hydroxymethylpyrimidine phosphate (HMP-P) and 10-3~Ten -Five M, but preferably 10-Four M-methyl-5- (β-hydroxyethyl) thio
Azole phosphate (THZ-P) was added to a final volume of 100 mL of 50 mM Tris-HC.
1 (pH 7.0-8.0, preferably 7.4), 1-20 mM, preferably 10 mM MgClTwo
And 0.1 to 10 mM, preferably 1 mM ATP. Preferably Kawasaki
et al. (1990) J. Bacteriol. 172, 6145-6147, 50 mL of 10% (w /
v) Adding metaphosphoric acid or 20% (w / v) trichloroacetic acid (pH 1.4)
Thus, the production of thiamine monophosphate (TMP) is determined. Next, the mixture
Centrifuge to remove precipitated proteins. Remove 100 mL aliquot of supernatant
And add 50 mL of 0.3 M cyanogen bromide, mix and add 100 mL of 1 M NaOH.
Add. With an excitation wavelength of 360 ± 10 nm and an emission wavelength of 430 ± 10 nm,
Measure the light intensity.
【0090】 あるいは、結合反応法により、ADP生成を定量する。この場合、3.5単位の
ピルビン酸キナーゼ、4.7単位の乳酸デヒドロゲナーゼ、1.0 mMのホスフェノー
ルピルベートおよび0.2 mMのNADHを付加し、340 nmで吸光度を測定する。 実施例3:結合HMPキナーゼおよびHMP−PキナーゼおよびTMP−PP
アーゼ活性検定 HMPキナーゼ検定 HMPのHMP−Pへの転換後、ADPの付随生成を検出する。ADP生成を
、酵素ピルビン酸キナーゼおよび乳酸デヒドロゲナーゼ(試薬酵素)を用いて追
跡調査し、ホスフェノールピルベート(PEP)の存在下でNADHのNAD+
への転換を検出する。これは、340 nmでモニタリングする。ピルビン酸キナーゼ
およびPEPはADPからのATPの再生を促す。ATPは、HMPキナーゼお
よびHMP−Pキナーゼの両方に必要な基質である。検定緩衝液は、10 mMMg
Cl2の付加を伴う、50 mMのトリス−HCl、pH7.5(緩衝液A)である。Alternatively, ADP production is quantified by a binding reaction method. In this case, 3.5 units of pyruvate kinase, 4.7 units of lactate dehydrogenase, 1.0 mM of phosphenol pyruvate and 0.2 mM of NADH are added and the absorbance is measured at 340 nm. Example 3: Bound HMP kinase and HMP-P kinase and TMP-PP
Assay Activity Assay HMP Kinase Assay After conversion of HMP to HMP-P, the concomitant production of ADP is detected. ADP production was tracked using the enzymes pyruvate kinase and lactate dehydrogenase (reagent enzyme) and the NAD + of NADH in the presence of phosphenolpyruvate (PEP).
Detect conversion to This is monitored at 340 nm. Pyruvate kinase and PEP stimulate the regeneration of ATP from ADP. ATP is a required substrate for both HMP kinase and HMP-P kinase. Assay buffer was 10 mM Mg
Accompanied by the addition of Cl 2, 50 mM Tris-HCl, a pH 7.5 (buffer A).
【0091】 HMP−PキナーゼおよびTMP−PPアーゼ HMP−PキナーゼおよびTMP−PPアーゼを検定するためには、物質HM
P−PおよびTHZ−Pを提供することが必要である。HMP−Pは、同一反応
混合物中でのHMPのHMP−Pへの転換により提供される。NADHを付加す
る場合、HMPキナーゼ検定を用いて転換を追跡調査する。HMPからHMP−
Pへの転換が十分に進行したら(約50 mM)、次にHMP−Pキナーゼ、TMP
−PPアーゼおよびTHZ−Pを付加する。HMP−Pの生成後のHMP−Pキ
ナーゼ、TMP−PPアーゼおよびTHZ−Pの付加は、HMP−Pの初期濃度
が全反応ウエル中で一定であることを保証する。Kawasaki et al.(1990)J. Ba
cteriol. 172, 6145-6147の方法により、生成されるTMPの量を検定する。T
MP生成のための十分な時間(典型的には15分間)後、メタリン酸またはTCA
を用いて酵素反応を停止させる。アルカリ条件下でTMPを酸化する。360±10
nmの励起波長および430±10 nmの発光波長で、その結果生じたチアクロム誘導体
の蛍光を測定する。HMP-P Kinase and TMP-PPase To assay HMP-P kinase and TMP-PPase, the substance HM
It is necessary to provide PP and THZ-P. HMP-P is provided by the conversion of HMP to HMP-P in the same reaction mixture. If NADH is added, conversion is followed using the HMP kinase assay. HMP to HMP-
Once the conversion to P has proceeded sufficiently (about 50 mM), then HMP-P kinase, TMP
-Add PPase and THZ-P. The addition of HMP-P kinase, TMP-PPase and THZ-P after the production of HMP-P ensures that the initial concentration of HMP-P is constant in all reaction wells. Kawasaki et al. (1990) J. Ba
The amount of TMP produced is assayed by the method of cteriol. 172, 6145-6147. T
After a sufficient time for MP generation (typically 15 minutes), metaphosphate or TCA
Stop the enzymatic reaction using. TMP is oxidized under alkaline conditions. 360 ± 10
At an excitation wavelength of nm and an emission wavelength of 430 ± 10 nm, the fluorescence of the resulting thiachrome derivative is measured.
【0092】 検定プロトコール 酵素の元の供給源とは無関係に、同一方法で検定を実行する。検定は、300 mL
の96ウエル微量定量プレートで実施する。全検定反応容量は、100 mLである。基
質を、以下のような最終濃度(微量定量プレート中)となるような比率で混合す
る:HMP(100 mM)、ATP(1000 mM)、PEP(1000 mM)およびNADH
(200 mM)。10Xでの基質の混合物を10 mL/ウエルでピペッティングし得る。試
薬酵素およびHMPキナーゼは、同時に付加されるようにも混合し得る。示唆量
のADP検出/再生ミックスは1.0単位のピルビン酸キナーゼおよび1.0単位の乳
酸デヒドロゲナーゼ/反応である。これはガイドラインとして用いるべきで、酵
素の量は経験的に調整する。HMPキナーゼ反応を約5 mM/分の速度で進行させ
て完了させた(これは約10〜15分以内である)後、THZ−Pを付加して最終濃
度を50 mMとし、HMP−PキナーゼおよびTMP−PPアーゼを付加する。一
定間隔(HMP−PキナーゼおよびTMP−PPアーゼの活性により確定)後、
50 mLの10%(w/v)メタリン酸または20%(w/v)トリクロロ酢酸(pH1.4)の
付加により反応を停止させる。プレートを遠心分離で回転して、沈降タンパク質
をペレット化し、次に上清を別個の微量定量プレートに移す。50 mLの0.3 M臭化
シアンを付加し、混合した後、100 mLの1 MNaOHを付加する。360±10 nmの
励起波長および430±10 nmの発光波長で、蛍光定量的微量定量プレート読取機に
より、プレートを読み取る。チアミンモノホスフェートを標準として用いる。Assay Protocol The assay is performed in the same manner, independent of the original source of the enzyme. Assay is 300 mL
Performed in 96 well microtiter plates. The total assay reaction volume is 100 mL. The substrates are mixed in ratios to give the following final concentrations (in microtiter plates): HMP (100 mM), ATP (1000 mM), PEP (1000 mM) and NADH.
(200 mM). The mixture of substrates at 10X can be pipetted at 10 mL / well. The reagent enzyme and HMP kinase may be mixed so that they are added simultaneously. The suggested amount of ADP detection / regeneration mix is 1.0 units pyruvate kinase and 1.0 units lactate dehydrogenase / reaction. This should be used as a guideline, and the amount of enzyme adjusted empirically. After completion of the HMP kinase reaction at a rate of about 5 mM / min (which is within about 10-15 minutes), THZ-P was added to a final concentration of 50 mM and HMP-P kinase was added. And TMP-PPase. After a certain interval (determined by the activity of HMP-P kinase and TMP-PPase)
The reaction is stopped by adding 50 mL of 10% (w / v) metaphosphoric acid or 20% (w / v) trichloroacetic acid (pH 1.4). The plate is spun in a centrifuge to pellet the precipitated protein, and then the supernatant is transferred to a separate microtiter plate. Add 50 mL of 0.3 M cyanogen bromide and mix, then add 100 mL of 1 M NaOH. The plate is read on a fluorimetric microtiter plate reader at an excitation wavelength of 360 ± 10 nm and an emission wavelength of 430 ± 10 nm. Thiamine monophosphate is used as a standard.
【0093】 チアミンモノホスフェート、ATP、PEP、NADH、メタリン酸、トリク
ロロ酢酸、臭化シアンおよびNaOHは、Sigma Chemicalsから入手可能である
。HMPは、Schellenberger等(Hoppe-Seyler's Z. Physiol. Chem.(1967)34
8, 501-505)の方法により合成され、THZ−Pは、Leder等(1970,Meth. Enz
. 18A, 166-167)の方法により合成される。[0093] Thiamine monophosphate, ATP, PEP, NADH, metaphosphoric acid, trichloroacetic acid, cyanogen bromide and NaOH are available from Sigma Chemicals. HMP is described in Schellenberger et al. (Hoppe-Seyler's Z. Physiol. Chem. (1967) 34
8, 501-505), and THZ-P was prepared according to Leder et al. (1970, Meth. Enz.
18A, 166-167).
【0094】 実施例4:共役THZキナーゼおよびHMP−PキナーゼおよびTMP−PP
アーゼ活性検定 A.THZキナーゼ検定 ADPの同時生成を検出することにより、THZのTHZ−Pへの転換を追跡
調査する。ADP生成は、酵素ピルビン酸キナーゼおよび乳酸デヒドロゲナーゼ
(試薬酵素)を用いて、ホスフェノールピルベート(PEP)の存在下でのNA
DHのNAD+への転換を検出することにより追跡調査する。これは、340 nmで
モニタリングする。ピルビン酸キナーゼおよびPEPは、ADPからのATPの
再生を促す。ATPは、THZキナーゼおよびHMP−Pキナーゼの両方に必要
な基質である。検定緩衝液は緩衝液Aであり、10 mMMgCl2の付加を伴う。Example 4: Conjugated THZ kinase and HMP-P kinase and TMP-PP
Assay activity assay THZ Kinase Assay Follow up the conversion of THZ to THZ-P by detecting co-production of ADP. ADP production is performed using enzymes pyruvate kinase and lactate dehydrogenase (reagent enzyme) in the presence of phosphenol pyruvate (PEP).
Follow up by detecting conversion of DH to NAD + . This is monitored at 340 nm. Pyruvate kinase and PEP promote the regeneration of ATP from ADP. ATP is a required substrate for both THZ kinase and HMP-P kinase. Assay buffer was buffer A, involves the addition of 10 mMMgCl 2.
【0095】 B.HMP−PキナーゼおよびTMP−PPアーゼ HMP−PキナーゼおよびTMP−PPアーゼを検定するためには、物質HM
P−PおよびTHZ−Pを提供することが必要である。THZ−Pは、同一反応
混合物中でのTHZのTHZ−Pへの転換により提供される。NADHを付加す
る場合、THZキナーゼ検定を用いて転換を追跡調査する。THZからTHZ−
Pへの転換が十分に進行したら(約20 mM)、次にHMP−Pキナーゼ、TMP
−PPアーゼおよびHMP−Pを付加する。THZ−Pの生成後のTMP−PP
アーゼおよびHMP−Pの付加は、THZ−Pの初期濃度が全反応ウエル中で一
定であることを保証する。Kawasaki et al.(1990)J. Bacteriol. 172, 6145-6
147の方法により、生成されるTMPの量を検定する。TMP生成のための十分
な時間(典型的には15分間)後、メタリン酸またはTCAを用いて酵素反応を停
止させる。アルカリ条件下でTMPを酸化する。360±10 nmの励起波長および43
0±10 nmの発光波長で、その結果生じたチアクロム誘導体の蛍光を測定する。B. HMP-P kinase and TMP-PPase To assay HMP-P kinase and TMP-PPase, the substance HM
It is necessary to provide PP and THZ-P. THZ-P is provided by the conversion of THZ to THZ-P in the same reaction mixture. If NADH is added, conversion is followed using the THZ kinase assay. THZ to THZ-
Once the conversion to P has proceeded sufficiently (about 20 mM), then HMP-P kinase, TMP
-Add PPase and HMP-P. TMP-PP after generation of THZ-P
The addition of ase and HMP-P ensures that the initial concentration of THZ-P is constant in all reaction wells. Kawasaki et al. (1990) J. Bacteriol. 172, 6145-6
The amount of TMP produced is assayed by the method of 147. After a sufficient time for TMP production (typically 15 minutes), the enzymatic reaction is stopped with metaphosphate or TCA. TMP is oxidized under alkaline conditions. 360 ± 10 nm excitation wavelength and 43
At an emission wavelength of 0 ± 10 nm, the fluorescence of the resulting thiachrome derivative is measured.
【0096】 C.検定プロトコール 酵素の元の供給源とは無関係に、同一方法で検定を実行する。検定は、300 mL
の96ウエル微量定量プレートで実施する。全検定反応容量は、100 mLである。基
質を、以下のような最終濃度(微量定量プレート中)となるような比率で混合す
る:THZ(50 mM)、ATP(5 mM)、PEP(1000 mM)およびNADH(20
0 mM)。10Xでの基質の混合物を10 mL/ウエルでピペット分取し得る。試薬酵素
およびHMPキナーゼは、同時に付加されるようにも混合し得る。示唆量のAD
P検出/再生ミックスは1.0単位のピルビン酸キナーゼおよび1.0単位の乳酸デヒ
ドロゲナーゼ/反応である。これはガイドラインとして用いるべきで、酵素の量
は経験的に調整する。THZキナーゼ反応を約5 mM/分の速度で進行させて完了
させた(これは約10〜15分以内である)後、HMP−Pを付加して最終濃度を10
0 mMとし、HMP−PキナーゼおよびTMP−PPアーゼを付加する。一定間隔
(HMP−PキナーゼおよびTMP−PPアーゼの活性により確定)後、50 mL
の10%(w/v)メタリン酸または20%(w/v)トリクロロ酢酸(pH1.4)の付加
により反応を停止させる。プレートを遠心分離で回転して、沈降タンパク質をペ
レット化し、次に上清を別個の微量定量プレートに移す。50 mLの0.3 M臭化シア
ンを付加し、混合した後、100 mLの1 MNaOHを付加する。360±10 nmの励起
波長および430±10 nmの発光波長で、蛍光定量的微量定量プレート読取機により
、プレートを読み取る。チアミンモノホスフェートを標準として用いる。C. Assay Protocol The assay is performed in the same manner, independent of the original source of the enzyme. Assay is 300 mL
Performed in 96 well microtiter plates. The total assay reaction volume is 100 mL. The substrates are mixed in ratios to give the following final concentrations (in microtiter plates): THZ (50 mM), ATP (5 mM), PEP (1000 mM) and NADH (20 mM).
0 mM). The mixture of substrates at 10X can be pipetted at 10 mL / well. The reagent enzyme and HMP kinase may be mixed so that they are added simultaneously. Suggestive AD
The P detection / regeneration mix is 1.0 units pyruvate kinase and 1.0 units lactate dehydrogenase / reaction. This should be used as a guideline, and the amount of enzyme adjusted empirically. After completion of the THZ kinase reaction at a rate of about 5 mM / min (which is within about 10-15 minutes), HMP-P was added to a final concentration of 10
Adjust to 0 mM and add HMP-P kinase and TMP-PPase. After a certain interval (determined by the activity of HMP-P kinase and TMP-PPase), 50 mL
The reaction is stopped by the addition of 10% (w / v) metaphosphoric acid or 20% (w / v) trichloroacetic acid (pH 1.4). The plate is spun in a centrifuge to pellet the precipitated protein, and then the supernatant is transferred to a separate microtiter plate. Add 50 mL of 0.3 M cyanogen bromide and mix, then add 100 mL of 1 M NaOH. The plate is read on a fluorimetric microtiter plate reader at an excitation wavelength of 360 ± 10 nm and an emission wavelength of 430 ± 10 nm. Thiamine monophosphate is used as a standard.
【0097】 チアミンモノホスフェート、ATP、PEP、NADH、メタリン酸、トリク
ロロ酢酸、臭化シアンおよびNaOHは、Sigma Chemicalsから入手可能である
。HMPは、Schellenberger等(Hoppe-Seyler's Z. Physiol. Chem.(1967)34
8, 501-505)の方法により合成され、THZ−Pは、Leder等(1970,Meth. Enz
. 18A, 166-167)の方法により合成される。[0097] Thiamine monophosphate, ATP, PEP, NADH, metaphosphoric acid, trichloroacetic acid, cyanogen bromide and NaOH are available from Sigma Chemicals. HMP is described in Schellenberger et al. (Hoppe-Seyler's Z. Physiol. Chem. (1967) 34
8, 501-505), and THZ-P was prepared according to Leder et al. (1970, Meth. Enz.
18A, 166-167).
【0098】 実施例5:結合HMPキナーゼ、THZキナーゼならびにHMP−Pキナーゼ
およびTMP−PPアーゼ活性検定 HMPキナーゼおよびTHZキナーゼ検定 ADPの同時生成を検出することにより、HMPのHMP−Pへの、そしてT
HZのTHZ−Pへの転換を追跡調査する。ADP生成は、酵素ピルビン酸キナ
ーゼおよび乳酸デヒドロゲナーゼ(試薬酵素)を用いて、ホスフェノールピルベ
ート(PEP)の存在下でのNADHのNAD+への転換を検出することにより
追跡調査する。これは、340 nmでモニタリングする。ピルビン酸キナーゼおよび
PEPは、ADPからのATPの再生を促す。ATPは、HMPキナーゼおよび
HMP−Pキナーゼの両方に必要な基質である。検定緩衝液は緩衝液Aであり、
10 mMMgCl2の付加を伴う。Example 5: Binding HMP Kinase, THZ Kinase and HMP-P Kinase and TMP-PPase Activity Assay HMP Kinase and THZ Kinase Assay HMP to HMP-P by detecting co-production of ADP, and T
Follow up conversion of HZ to THZ-P. ADP production is followed by detecting the conversion of NADH to NAD + in the presence of phosphenolpyruvate (PEP) using the enzymes pyruvate kinase and lactate dehydrogenase (reagent enzyme). This is monitored at 340 nm. Pyruvate kinase and PEP promote the regeneration of ATP from ADP. ATP is a required substrate for both HMP kinase and HMP-P kinase. The assay buffer is Buffer A,
Of 10 mMMgCl 2 with additional.
【0099】 HMP−PキナーゼおよびTMP−PPアーゼ HMP−PキナーゼおよびTMP−PPアーゼを検定するためには、物質HM
P−PおよびTHZ−Pを提供することが必要である。HMP−PおよびTHZ
−Pは、同一反応混合物中でのHMPのHMP−Pへの、そしてTHZのTHZ
−Pへの転換により提供される。NADHを付加する場合、HMPキナーゼおよ
びTHZキナーゼ検定を用いて転換を追跡調査する。HMPからHMP−Pへの
、そしてTHZからTHZ−Pへの転換が十分に進行したら(それぞれ約50およ
び20 mM)、次にHMP−PキナーゼおよびTMP−PPアーゼを付加する。H
MP−PおよびTHZ−Pの生成後のHMP−PキナーゼおよびTMP−PPア
ーゼの付加は、これらの物質の初期濃度が全反応ウエル中で一定であることを保
証する。Kawasaki et al.(1990)J. Bacteriol. 172, 6145-6147の方法により
、生成されるTMPの量を検定する。TMP生成のための十分な時間(典型的に
は15分間)後、メタリン酸またはTCAを用いて酵素反応を停止させる。アルカ
リ条件下でTMPを酸化する。360±10 nmの励起波長および430±10 nmの発光波
長で、その結果生じたチアクロム誘導体の蛍光を測定する。HMP-P kinase and TMP-PPase To assay for HMP-P kinase and TMP-PPase, the substance HM
It is necessary to provide PP and THZ-P. HMP-P and THZ
-P to HMP-P of HMP and THZ of THZ in the same reaction mixture
Provided by conversion to -P. If NADH is added, conversion is followed using the HMP kinase and THZ kinase assays. Once the conversion of HMP to HMP-P and from THZ to THZ-P has progressed sufficiently (approximately 50 and 20 mM, respectively), HMP-P kinase and TMP-PPase are then added. H
The addition of HMP-P kinase and TMP-PPase after production of MP-P and THZ-P ensures that the initial concentrations of these substances are constant in all reaction wells. The amount of TMP produced is assayed by the method of Kawasaki et al. (1990) J. Bacteriol. 172, 6145-6147. After a sufficient time for TMP production (typically 15 minutes), the enzymatic reaction is stopped with metaphosphate or TCA. TMP is oxidized under alkaline conditions. At an excitation wavelength of 360 ± 10 nm and an emission wavelength of 430 ± 10 nm, the fluorescence of the resulting thiachrome derivative is measured.
【0100】 検定プロトコール 酵素の元の供給源とは無関係に、同一方法で検定を実行する。検定は、300 mL
の96ウエル微量定量プレートで実施する。全検定反応容量は、100 mLである。基
質を、以下のような最終濃度(微量定量プレート中)となるような比率で混合す
る:HMP(100 mM)、THZ(50 mM)、ATP(5 mM)、PEP(1000 mM)
およびNADH(200 mM)。10Xでの基質の混合物を10 mL/ウエルでピペット分
取し得る。試薬酵素およびHMPキナーゼは、同時に付加されるようにも混合し
得る。示唆量のADP検出/再生ミックスは1.0単位のピルビン酸キナーゼおよ
び1.0単位の乳酸デヒドロゲナーゼ/反応である。これはガイドラインとして用
いるべきで、酵素の量は経験的に調整する。HMPキナーゼおよびTHZキナー
ゼ反応を約5 mM/分の速度で進行させて完了させた(これは約10〜15分以内であ
る)後、HMP−PキナーゼおよびTMP−PPアーゼを付加する。一定間隔(
HMP−PキナーゼおよびTMP−PPアーゼの活性により確定)後、50 mLの1
0%(w/v)メタリン酸または20%(w/v)トリクロロ酢酸(pH1.4)の付加によ
り反応を停止させる。プレートを遠心分離で回転して、沈降タンパク質をペレッ
ト化し、次に上清を別個の微量定量プレートに移す。50 mLの0.3 M臭化シアンを
付加し、混合した後、100 mLの1 MNaOHを付加する。360±10 nmの励起波長
および430±10 nmの発光波長で、蛍光定量的微量定量プレート読取機により、プ
レートを読み取る。チアミンモノホスフェートを標準として用いる。Assay Protocol The assay is performed in the same manner, independent of the original source of the enzyme. Assay is 300 mL
Performed in 96 well microtiter plates. The total assay reaction volume is 100 mL. The substrates are mixed in a ratio to give the following final concentrations (in microtiter plates): HMP (100 mM), THZ (50 mM), ATP (5 mM), PEP (1000 mM)
And NADH (200 mM). The mixture of substrates at 10X can be pipetted at 10 mL / well. The reagent enzyme and HMP kinase may be mixed so that they are added simultaneously. The suggested amount of ADP detection / regeneration mix is 1.0 units pyruvate kinase and 1.0 units lactate dehydrogenase / reaction. This should be used as a guideline, and the amount of enzyme adjusted empirically. After the HMP kinase and THZ kinase reactions are allowed to proceed to completion at a rate of about 5 mM / min (which is within about 10-15 minutes), HMP-P kinase and TMP-PPase are added. At regular intervals (
After determination of the activity of HMP-P kinase and TMP-PPase), 50 mL of 1
The reaction is stopped by the addition of 0% (w / v) metaphosphoric acid or 20% (w / v) trichloroacetic acid (pH 1.4). The plate is spun in a centrifuge to pellet the precipitated protein, and then the supernatant is transferred to a separate microtiter plate. Add 50 mL of 0.3 M cyanogen bromide and mix, then add 100 mL of 1 M NaOH. The plate is read on a fluorimetric microtiter plate reader at an excitation wavelength of 360 ± 10 nm and an emission wavelength of 430 ± 10 nm. Thiamine monophosphate is used as a standard.
【0101】 チアミンモノホスフェート、ATP、PEP、NADH、メタリン酸、トリク
ロロ酢酸、臭化シアンおよびNaOHは、Sigma Chemicalsから入手可能である
。HMPは、Schellenberger等(Hoppe-Seyler's Z. Physiol. Chem.(1967)34
8, 501-505)の方法により合成され、THZ−Pは、Leder等(1970,Meth. Enz
. 18A, 166-167)の方法により合成される。[0101] Thiamine monophosphate, ATP, PEP, NADH, metaphosphoric acid, trichloroacetic acid, cyanogen bromide and NaOH are available from Sigma Chemicals. HMP is described in Schellenberger et al. (Hoppe-Seyler's Z. Physiol. Chem. (1967) 34
8, 501-505), and THZ-P was prepared according to Leder et al. (1970, Meth. Enz.
18A, 166-167).
【0102】 実施例6:DNAシャッフリングによるHMP−Pキナーゼ/TMP−PPア
ーゼ遺伝子のin vitro組換え プレタンパク質をコードするシロイヌナズナA. thalianaHMP−Pキナーゼ
/TMP−PPアーゼ遺伝子を、実施例6に記載したようなPCRにより増幅す
る。その結果生じるDNA断片を、本質的には前記(Stemmer et al.(1994)PN
AS 91:10747-10751)と同様のDNアーゼI処理により消化して、PCRプライ
マーを反応混合物から除去する。プライマーを用いずにPCR反応を実行し、そ
の後、PCRを用いたPCR反応を実施する(ともに、Stemmer et al.(1994)
PNAS 91:10747-10751に記載)。その結果生じたDNA断片をpTRC99a(Pharmaci
a、カタログ番号27-5007-01)中でクローン化し、Biorad Gene Pulserおよびメ
ーカーの条件を用いて、エレクトロポレーションにより、大腸菌NI500(Genetic
Stock Center, New Haven, USA)または大腸菌NI400(Nakayama and Hayashi(
1972)J. Bacteriology 112:1118-1126)中で形質転換させる。形質転換細菌を
、阻害濃度の阻害剤を含有する培地上で増殖させて、阻害剤の存在下で増殖する
コロニーを選択する。通常阻害濃度の阻害剤の存在下で増殖するコロニーを採取
し、反復再画線により精製する。それらのプラスミドを精製し、この検査をパス
したプラスミドからのcDNA挿入物のDNA配列を次に確定する。Example 6: In vitro recombination of the HMP-P kinase / TMP-PPase gene by DNA shuffling The Arabidopsis thaliana A. thaliana HMP-P kinase / TMP-PPase gene encoding the pre-protein is described in Example 6. Amplify by PCR as described above. The resulting DNA fragment is essentially synthesized as described above (Stemmer et al. (1994) PN
AS 91: 10747-10751), digested by DNase I treatment and the PCR primers are removed from the reaction mixture. A PCR reaction is performed without using primers, and then a PCR reaction using PCR is performed (both in Stemmer et al. (1994)).
PNAS 91: 10747-10751). The resulting DNA fragment was ligated with pTRC99a (Pharma
a, catalog number 27-5007-01), and electroporation using a Biorad Gene Pulser and manufacturer's conditions to E. coli NI500 (Genetic
Stock Center, New Haven, USA) or E. coli NI400 (Nakayama and Hayashi (
1972) in J. Bacteriology 112: 1118-1126). The transformed bacteria are grown on media containing an inhibitory concentration of the inhibitor to select for colonies that grow in the presence of the inhibitor. Colonies that grow in the presence of inhibitor, usually at inhibitory concentrations, are picked and purified by repeated re-streaking. The plasmids are purified and the DNA sequence of the cDNA insert from the plasmid that passed this test is then determined.
【0103】 実施例7:付着延長法によるHMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子
のin vitro組換え 成熟タンパク質をコードするシロイヌナズナA. thalianaHMP−Pキナーゼ
/TMP−PPアーゼ遺伝子および大腸菌thiDを、各々、pBluescriptベクター
のポリリンカー中でクローン化する。「逆プライマー」および「M13 20プライマ
ー」(Stratageneカタログ)を用いて、本質的には前記(Zhao et al.(1998)N
ature Biotechnology 16:258-261)と同様に、PCR反応を実行する。増幅PC
R断片を適切な制限酵素で消化し、pTRC99a中でクローン化して、突然変異化H
MP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子を実施例6と同様にスクリーニン
グする。Example 7: In Vitro Recombination of HMP-P Kinase / TMP-PPase Gene by Adhesion Prolongation Method Arabidopsis thaliana A. thaliana HMP-P kinase / TMP-PPase gene encoding mature protein and E. coli thiD were each isolated Cloning in the polylinker of the pBluescript vector. Using "reverse primers" and "M1320 primers" (Stratagene catalog), essentially use the method described in (Zhao et al. (1998) N
The PCR reaction is carried out in the same manner as in the case of Nature Biotechnology 16: 258-261). Amplified PC
The R fragment is digested with the appropriate restriction enzymes, cloned in pTRC99a, and
The MP-P kinase / TMP-PPase gene is screened as in Example 6.
【0104】 B.成熟タンパク質をコードするシロイヌナズナA. thalianaHMP−Pキナ
ーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子および大腸菌thiEを、各々、pBluescriptベク
ターのポリリンカー中でクローン化する。「逆プライマー」および「M13 20プラ
イマー」(Stratageneカタログ)を用いて、本質的には前記(Zhao et al.(199
8)Nature Biotechnology 16:258-261)と同様に、PCR反応を実行する。増幅
PCR断片を適切な制限酵素で消化し、pTRC99a中でクローン化して、突然変異
化HMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子を実施例6と同様にスクリー
ニングする。B. The Arabidopsis thaliana HMP-P kinase / TMP-PPase gene encoding the mature protein and E. coli thiE are each cloned in the polylinker of the pBluescript vector. Using “reverse primers” and “M1320 primers” (Stratagene catalog) essentially as described above (Zhao et al. (199
8) Perform a PCR reaction as in Nature Biotechnology 16: 258-261). The amplified PCR fragment is digested with appropriate restriction enzymes, cloned in pTRC99a, and the mutated HMP-P kinase / TMP-PPase gene is screened as in Example 6.
【0105】 C.成熟タンパク質をコードするシロイヌナズナA. thalianaHMP−Pキナ
ーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子ならびに大腸菌thiDおよびthiEを、各々、pBlu
escriptベクターのポリリンカー中でクローン化する。「逆プライマー」および
「M13 20プライマー」(Stratageneカタログ)を用いて、本質的には前記(Zhao
et al.(1998)Nature Biotechnology 16:258-261)と同様に、PCR反応を実
行する。増幅PCR断片を適切な制限酵素で消化し、pTRC99a中でクローン化し
て、突然変異化HMP−Pキナーゼ/TMP−PPアーゼ遺伝子を実施例6と同
様にスクリーニングする。C. The Arabidopsis thaliana HMP-P kinase / TMP-PPase gene encoding the mature protein and E. coli thiD and thiE were isolated from pBlu
Clone in polylinker of escript vector. Using the “reverse primer” and the “M1320 primer” (Stratagene catalog), essentially as described above (Zhao
The PCR reaction is performed as in et al. (1998) Nature Biotechnology 16: 258-261). The amplified PCR fragment is digested with appropriate restriction enzymes, cloned in pTRC99a, and the mutated HMP-P kinase / TMP-PPase gene is screened as in Example 6.
【0106】 実施例8:イネ胚形成細胞懸濁液の開始および保持 ジャポニカ種イネの「台北(Taipei)309」変種の乳様内乳を有する未熟小穂を
籾すりし、70%(v/v)エタノールで1時間、塩化カルシウムで20分間表面滅菌
し、その後、滅菌蒸留水で3回洗浄する。単離未熟胚を、3%スクロース、2 mg/
lの2,4−ジクロロフェノキシ酢酸(2,4−D)、pH5.8を含有する0.35%
アガロース固化MS培地(Murashige and Skoog, 1962)上で28℃で培養する。
1週間後、胚盤から生じたカルス物質を分割し、毎週新鮮な培地に移して培養す
る。開始後4週目に、3〜4カルスを、20 mlのR2培地(R2塩およびビタミ
ン(Ohira等、1973)、1 mg/lの2,4−D、500 mg/lの2−モルホリノエタン
スルホン酸(MES)、3%スクロース、pH5.8)を含有する50 ml培養容器に
移す。220 rpmでの回転振盪器上で28℃で薄暗い光の中で培養を保持し、培地を
、毎週、等量の新鮮な培地と取り替える。迅速に分割し、脆いカルスを選択して
、20 mlのR2培地中に2 mlの微細カルス懸濁液を移すことにより、新鮮な容器
中でサブクローニングする。Example 8: Initiation and Retention of Rice Embryogenic Cell Suspension Immature spikelets with milky endosperm of Japonica rice "Taipei 309" varieties were smashed to 70% (v / v) Surface sterilize with ethanol for 1 hour and calcium chloride for 20 minutes, then wash 3 times with sterile distilled water. Isolate immature embryos with 3% sucrose, 2 mg /
l of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D), 0.35% containing pH 5.8
Culture at 28 ° C. on agarose-solidified MS medium (Murashige and Skoog, 1962).
One week later, the callus material generated from the scutellum is divided, transferred to a fresh medium every week and cultured. Four weeks after initiation, 3-4 calli were added to 20 ml of R2 medium (R2 salts and vitamins (Ohira et al., 1973), 1 mg / l 2,4-D, 500 mg / l 2-morpholinoethane. Transfer to a 50 ml culture vessel containing sulfonic acid (MES), 3% sucrose, pH 5.8). The culture is kept in dim light at 28 ° C. on a rotary shaker at 220 rpm, and the medium is replaced weekly with an equal volume of fresh medium. Quickly split, select fragile calli and subclon in a fresh container by transferring 2 ml of fine callus suspension into 20 ml of R2 medium.
【0107】 実施例9:マイクロプロジェクタイル衝撃 予め3〜4日間サブクローニングしておいた2〜3ヶ月齢懸濁液培地を、衝撃
用の標的細胞として供する。粒子衝撃の4時間前に、約500 mgの細胞を、5.5 cm
ペトリ皿に入れた0.35%アガロース固化原形質分離培地(R2塩およびビタミン
、1 mg/lの2,4-D、3%スクロース、0.5 Mスクロース、pH5.8)上で、直径2 c
mの単一層として拡げる。粒子流入銃(Finer等、1992)を用いて、胚形成懸濁細
胞中にDNA被覆金粒子(Aldrichカタログ番号#32,658-5,球状金粉末1.5〜3.0
μm)を送達する。粒子コーティングは、本質的にはVain等(1993)と同様に実
施する:プラスミド溶液の5μlアリコートを0.5 ml反応管中に分配し、氷上に置
く。粒子を100 mg/mlで96%エタノール中に懸濁し、2分間撹拌する。エタノール
を等容積の滅菌蒸留水と置き換えて、懸濁液を1分間撹拌する。この洗浄工程を
もう一度繰り返す。粒子は、最終的には100 mg/mlで滅菌蒸留水中に再懸濁され
る。25μlの粒子懸濁液をDNAアリコートの各々に付加し、管を1分間撹拌し
た後、すぐに25μlの滅菌氷冷CaCl2(蒸留水中に2.5 M)を付加し、さらに
1分間撹拌する。10μlの滅菌スペルミジン(蒸留水中に0.1 M)を付加し、懸濁
液を再度撹拌して、氷上に5分間載せると、この間に粒子が沈澱する。50μlの
粒子無含有上清を除去し、残りの懸濁液(15μl)を5回の衝撃用に用いた。各
衝撃の前に、粒子を激しくピペッティングして、再懸濁する必要がある。Example 9: Microprojectile bombardment A 2-3 month old suspension medium, previously subcloned for 3-4 days, serves as target cells for bombardment. Four hours before particle bombardment, approximately 500 mg of cells were
On a 0.35% agarose solidified protoplast separation medium (R2 salts and vitamins, 1 mg / l 2,4-D, 3% sucrose, 0.5 M sucrose, pH 5.8) in a Petri dish, 2 c diameter
Spread as a single layer of m. DNA-coated gold particles (Aldrich Cat # 32,658-5, spherical gold powder 1.5-3.0) were used in embryogenic suspension cells using a particle inflow gun (Finer et al., 1992).
μm). Particle coating is performed essentially as in Vain et al. (1993): Dispense a 5 μl aliquot of the plasmid solution into a 0.5 ml reaction tube and place on ice. The particles are suspended at 100 mg / ml in 96% ethanol and stirred for 2 minutes. Replace the ethanol with an equal volume of sterile distilled water and stir the suspension for 1 minute. This washing step is repeated once. The particles are finally resuspended in sterile distilled water at 100 mg / ml. Add 25 μl of the particle suspension to each of the DNA aliquots and stir the tube for 1 minute, then immediately add 25 μl of sterile ice-cold CaCl 2 (2.5 M in distilled water) and stir for an additional minute. 10 μl of sterile spermidine (0.1 M in distilled water) is added, the suspension is stirred again and placed on ice for 5 minutes, during which the particles precipitate. 50 μl of the particle-free supernatant was removed and the remaining suspension (15 μl) was used for 5 shocks. Prior to each impact, the particles need to be vigorously pipetted and resuspended.
【0108】 細胞を500μmメッシュバフルで覆い、粒子を含有するフィルターユニットの14
cm下に置く。部分真空(2 x 104 Pa)中での50 msecの単一8気圧パルスにより
粒子を放出する。 実施例10:コムギの形質転換 コムギ形質転換のための好ましい技法は、未熟コムギ胚の粒子衝撃を包含し、遺
伝子デリバリー前に高スクロースまたは高マルトース工程を含む。衝撃の前に、
任意の数の胚(長さ0.75〜1 mm)を、体細胞胚の誘導のために3%スクロース(M
urashige and Skoog, 1962)および3 mg/lの2,4−Dを含有するMS培地上に
置くが、これは暗所で続行する。衝撃選定日に、胚を誘導培地から取り出して、
浸透培地(即ち、所望濃度で、典型的には15%で付加したスクロースまたはマル
トースを含有する誘導培地)上に載せる。胚を2〜3時間、原形質分離させた後
、衝撃を施す。標的プレート当たり24胚が典型的であるが、重要ではない。標準
手法を用いて、適切な遺伝子保有プラスミドをμmサイズの金粒子上に沈降させ
る。胚の各プレートを、〜1000 psiの厖大圧力を用いて、そして標準80メッシュ
スクリーンを用いて、DuPont Biolisticsのヘリウム装置で撃つ。衝撃後、胚を
暗所に戻して、約24時間回収する(依然として浸透培地上)。24時間後、胚を浸
透培地から取り出して、誘導培地上に戻し、そこにそれらを約1ヶ月間留めた後
、再生させる。約1ヶ月後、発達中の胚形成カルスを有する胚外植片を、さらに
適切な選択作因を含有する再生培地(MS+1 mg/リットルのNAA、5 mg/リッ
トルのGA)に移す。約1ヶ月後、半濃度のMS、2%スクロースおよび同一濃度
の選択作因を含有する、GA7sとして知られているさらに大きい滅菌容器に発
育した新芽を移す。コムギの安定形質転換は、欧州特許第0 674 715号に詳細に
記載されている。The cells were covered with a 500 μm mesh baffle and the filter unit containing particles 14
cm below. The particles are released by a single 8 atm pulse of 50 msec in a partial vacuum (2 x 10 4 Pa). Example 10: Transformation of wheat A preferred technique for wheat transformation involves particle bombardment of immature wheat embryos and involves a high sucrose or high maltose step prior to gene delivery. Before the shock,
Any number of embryos (0.75-1 mm in length) can be transferred to 3% sucrose (M
urashige and Skoog, 1962) and placed on MS medium containing 3 mg / l 2,4-D, which continues in the dark. On the day of impact selection, remove the embryos from the induction medium,
Place on infiltration medium (ie, induction medium containing sucrose or maltose added at the desired concentration, typically 15%). Embryos are subjected to protoplasmic separation for 2-3 hours and then subjected to bombardment. 24 embryos per target plate are typical, but not critical. The appropriate gene-bearing plasmid is precipitated on μm-sized gold particles using standard techniques. Each plate of embryos is shot on a DuPont Biolistics helium device using a huge pressure of ~ 1000 psi and using a standard 80 mesh screen. After bombardment, the embryos are returned to the dark and collected for about 24 hours (still on the permeation medium). After 24 hours, the embryos are removed from the infiltration medium and put back on the induction medium, where they remain for about one month before being regenerated. After about one month, the embryo explants with developing embryogenic callus are transferred to regeneration medium (MS + 1 mg / L NAA, 5 mg / L GA) further containing the appropriate selection agent. After about one month, the developed shoots are transferred to a larger sterile container known as GA7s containing half concentration of MS, 2% sucrose and the same concentration of selection agent. Stable transformation of wheat is described in detail in EP 0 674 715.
【0109】 実施例11:トウモロコシZea maysの優良同系交配系統Funk 2717の特殊型カ
ルスの調製 同系交配系統Funk 2717のトウモロコシZea mays植物体を温室で成長、開花さ
せて、自家受粉させた。長さ約2〜2.5 mmの胚を含有する未熟穂を植物体から取
り出し、10%クロロックス溶液中で20分間滅菌する。胚を穀粒から無菌的に取り
出して、胚軸を下に向けて、0.24%ゲルライト(Gelrite)(初期培地)で固化し
た0.1 mg/lの2,4−D、6%スクロースおよび25 mML−プロリンを含有するO
MS培地上にプレート化する。暗所で27℃で2週間培養後、胚盤上に発達したカ
ルスを胚から取り出して、0.5 mg/lの2,4−Dを含有し、0.24%ゲルライトで
固化されたB5培地上に載せる。カルスを2週間毎に新鮮な培地に継代培養する
。初期培地上に胚を置いた後、全体で8週間目に、その特徴的形態により特殊型
のカルスを同定する。このカルスを同一培地上でさらに継代培養する。sらに2
ヶ月後、2 mg/lの2,4−Dを含有し、ゲルライトで固化させたN6培地にカル
スを移して、順次、その上で継代培養する。Example 11: Preparation of special callus of excellent inbred line Funk 2717 of maize Zea mays [0109] Maize Zea mays plants of inbred line Funk 2717 were grown, flowered, and self-pollinated in a greenhouse. Immature ears containing embryos of about 2-2.5 mm in length are removed from the plants and sterilized in a 10% Chlorox solution for 20 minutes. Embryos were aseptically removed from the kernels, with hypocotyls down and 0.1 mg / l 2,4-D, 6% sucrose and 25 mM L-solidified in 0.24% Gelrite (initial medium). O containing proline
Plate on MS medium. After culturing at 27 ° C. in the dark for 2 weeks, the callus that has developed on the scutellum is removed from the embryo and placed on B5 medium containing 0.5 mg / l of 2,4-D and solidified with 0.24% gellite. . The calli are subcultured every two weeks to fresh medium. A total of eight weeks after placing the embryos on the initial medium, a distinctive form of callus is identified by its characteristic morphology. This callus is further subcultured on the same medium. 2
After a month, the calli are transferred to N6 medium containing 2 mg / l of 2,4-D and solidified with gelrite, and subcultured sequentially thereon.
【0110】 実施例12:トウモロコシZea maysの優良同系交配系統Funk 2717の懸濁培養
の調製 前記のカルスを全部で少なくとも6ヶ月間、継代培養する。継代培養のために
選択されるカルスの型は、比較的に非粘液質、粒状且つ非常に脆く、したがって
、それは、液体培地に入れると、別々の小細胞集合体に分離する。大型拡張細胞
を有する集合体を含有する培養は、保持されない。トウモロコシZea maysの優良
同系交配系統Funk 2717の特殊カルスの約500 mgのアリコートを、125 mlデロン
グDelongフラスコ中の2 mg/lの2,4−Dを含有するN6培地30 ml中に入れる
。旋回振盪器(130 rpm,2.5 cm行程)上で暗所で26℃で1週間培養後、培地を新
鮮な培地と取り換える。懸濁液をこの方法で再び、さらにもう1週間継代培養す
る。その時点で、培養を検査して、多数の拡張細胞を示さないものを残す。大型
拡張細胞を有する集合体を含有する懸濁培養を捨てる。好ましい組織は、通常型
の細胞集合体より特徴的に平滑な表面を有する高密度細胞質分割細胞集合体から
なる。保持される培養は、これらの小集合体中に再懸濁される少なくとも50%の
細胞を有する。これは望ましい形態である。この懸濁液は、迅速成長率も示し、
2倍化時間は1週間未満である。懸濁培養を、25 mlの新鮮な培地中に0.5 mlP
CVを移すことにより、毎週継代培養する。この方式での2〜6週間の継代培養後
、培養は毎週継代培養当たり2〜3倍に増大する。75%より多い細胞が望ましい
形態である培養を、さらなる継代培養のために保持する。継代培養のためにその
内容物が最良の形態を示すフラスコを通常は選択することにより、系統を保持す
る。630μmの孔サイズのステンレス篩に通して2週間毎に定期的に濾過すると、
いくつかの場合には、培養の分散が増大するが、しかし必ずしも必要というわけ
ではない。Example 12 Preparation of Suspension Culture of Maize Zea mays Inbred Line Funk 2717 The calli are subcultured for a total of at least 6 months. The type of callus selected for subculture is relatively non-mucous, granular and very fragile, so that when placed in liquid media, it separates into discrete small cell aggregates. Cultures containing aggregates with large expanded cells are not maintained. An approximately 500 mg aliquot of the special callus of the maize Zea mays inbred inbred line Funk 2717 is placed in a 125 ml Delong Delong flask in 30 ml N6 medium containing 2 mg / l 2,4-D. After culturing at 26 ° C. for 1 week in the dark on a rotary shaker (130 rpm, 2.5 cm stroke), the medium is replaced with fresh medium. The suspension is again subcultured in this way for another week. At that point, the culture is examined, leaving those that do not show large numbers of expanded cells. Discard the suspension culture containing the aggregate with large expanded cells. Preferred tissues consist of dense cytoplasmic split cell aggregates that have a characteristically smoother surface than conventional cell aggregates. The culture maintained has at least 50% of the cells resuspended in these subassemblies. This is the preferred form. This suspension also shows a rapid growth rate,
The doubling time is less than one week. Suspension culture is grown in 0.5 ml P
Weekly subcultures by transferring CVs. After 2-6 weeks of subculture in this manner, the culture grows 2-3 fold per week subculture. Cultures in which more than 75% of the cells are in the desired form are retained for further subculture. Lines are retained by usually selecting the flask whose contents show the best form for subculture. Periodically filtered every two weeks through a stainless steel sieve with a pore size of 630 μm,
In some cases, the dispersion of the culture is increased, but is not always necessary.
【0111】 実施例13:トウモロコシZea maysの懸濁培養からのプロトプラストの調製 前記からの懸濁培養細胞の1〜1.5 mlのPCVを、4%セルラーゼRSから成り
、KMC(8.65 g/lのKCl、16.47 g/lのMgCl2x6H2Oおよび12.5 g/l
のCaClx2H2O、5 g/lのMES、pH5.6)塩溶液中の1%Rhozymeを含有
する10〜15 mlのフィルター滅菌混合物中でインキュベートする。緩徐揺動台上
で、30℃で3〜4時間、消化を実行する。プロトプラスト放出に関して倒立顕微鏡
下で、調製物をモニタリングする。放出されるプロトプラストを、以下の様に収
集する:調製物を100μmメッシュ篩に、その後50μmメッシュ篩に通して濾過す
る。元の容量の酵素溶液と等しい容量のKMC塩溶液を用いて、篩に通してプロ
トプラストを洗浄する。10 mlのプロトプラスト調製物をいくつかの使い捨てプ
ラスチック遠心管の各々に入れて、1.5〜2 mlの0.6 Mスクロース溶液(0.1%M
ESおよびKOHでpH5.6に緩衝)をその下に層となるように入れる。管を60
〜100 x gで10分間遠心分離し、界面で帯を成すプロトプラストをピペットを用
いて収集し、新しい管に入れる。プロトプラスト調製物を10 mlの新鮮なKMC
塩溶液中に再懸濁し、60〜100 x gで5分間、遠心分離する。上清を取り出して捨
て、プロトプラストを滴下残留物中に静かに再懸濁させて、10 mlの13/14濃度の
KMC溶液を漸次付加する。再び5分間遠心分離後、再び上清を除去し、プロト
プラストを6/7濃度のKMC溶液中に再懸濁させる。計数用にアリコートを採取
し、遠心分離によりプロトプラストを再び沈澱させる。プロトプラストを107/m
lでKM−8p中に、または6 mMMgCl2を含有する0.5 Mマンニトール、ある
いは下記の実施例において前記のような形質転換に用いるためのその他の適切な
培地中に再懸濁する。このプロトプラスト懸濁液を形質転換に用い、下記のよう
に培養する。Example 13 Preparation of Protoplasts from Suspension Culture of Maize Zea mays 1-1.5 ml of PCV of suspension culture cells from the above consisted of 4% cellulase RS, KMC (8.65 g / l KCl , 16.47 g / l MgCl 2 x6H 2 O and 12.5 g / l
Incubate the MES of CaClx2H 2 O, 5 g / l , pH5.6) salt 10 to 15 ml of filter-sterilized mixture containing 1% Rhozyme in solution. Perform digestion on a slowly rocking table at 30 ° C. for 3-4 hours. The preparation is monitored under an inverted microscope for protoplast release. The released protoplasts are collected as follows: the preparation is filtered through a 100 μm mesh screen and then through a 50 μm mesh screen. Wash the protoplasts through a sieve using a volume of KMC salt solution equal to the original volume of enzyme solution. Place 10 ml of the protoplast preparation in each of several disposable plastic centrifuge tubes and add 1.5-2 ml of 0.6 M sucrose solution (0.1% M
Buffer to pH 5.6 with ES and KOH) to layer underneath. 60 tubes
Centrifuge at 100100 × g for 10 minutes, collect protoplasts banding at the interface using a pipette and place in a new tube. Protoplast preparation is added to 10 ml of fresh KMC
Resuspend in salt solution and centrifuge at 60-100 xg for 5 minutes. The supernatant is removed and discarded, the protoplasts are gently resuspended in the dripping residue and 10 ml of a 13/14 KMC solution are added gradually. After centrifugation again for 5 minutes, the supernatant is removed again and the protoplasts are resuspended in a 6/7 KMC solution. Aliquots are taken for counting and the protoplasts are re-precipitated by centrifugation. 107 / m protoplast
Resuspend in KM-8p or in 0.5 M mannitol containing 6 mM MgCl 2 or other suitable medium for use in transformation as described above in the Examples below. This protoplast suspension is used for transformation and cultured as described below.
【0112】 実施例14:エレクトロポレーションによるトウモロコシZea maysの形質転換 A.加熱ショック以外の全工程を、室温(22〜28℃)で実施する。プロトプラ
ストを、前記の最終工程で、0.1%MESおよび6 mMMgCl2を含有する0.5 M
マンニトール中に再懸濁する。この懸濁液の耐性を、Dialog Electroporatorの
小室中で測定し、300 mMMgCl2溶液を用いて1〜1.2 kに調整する。45℃で5分
間、水浴中に標本を含入する試験管を浸漬し、その後、氷上で室温に冷却するこ
とにより、プロトプラストに熱ショックを施す。Rothstein等(1987)が記載し
たような植物選択性ハイグロマイシン耐性遺伝子、または前記のようなキメラ遺
伝子構築物、および20μgの仔ウシ胸腺キャリアDNAを含有する4μgの線状化
プラスミドを、この懸濁液の0.25 mlアリコートに付加する。30 mMMgCl2を
含有する0.5 Mマンニトール中の0.125 mlの24%PEG溶液(分子量8000)を、
プロトプラストに付加する。混合物を十分に、しかし静かに混合し、10分間イン
キュベートする。標本をエレクトロポレーターの小室に移して、標本を、1500、
1800、2300または2800 Vcm-1の初期電圧で、10 msecの指数崩壊時間で、10秒間
隔で3回、パルス処理する。Example 14 Transformation of Maize Zea mays by Electroporation All steps except the heat shock are performed at room temperature (22-28 ° C). The protoplasts were, in the last step, 0.5 M containing 0.1% MES and 6 mM MgCl 2.
Resuspend in mannitol. Resistance of this suspension is measured in chamber of Dialog Electroporator, adjusted to 1 to 1.2 k with 300 mMMgCl 2 solution. The protoplasts are heat shocked by immersing the test tubes containing the specimens in a water bath at 45 ° C. for 5 minutes and then cooling to room temperature on ice. A plant-selective hygromycin resistance gene, as described by Rothstein et al. (1987), or a chimeric gene construct as described above, and 4 μg of the linearized plasmid containing 20 μg of calf thymus carrier DNA were added to this suspension. Add to a 0.25 ml aliquot of. 0.125 ml of a 24% PEG solution (molecular weight 8000) in 0.5 M mannitol containing 30 mM MgCl 2 was
Add to protoplasts. Mix the mixture thoroughly but gently and incubate for 10 minutes. Transfer the sample to the electroporator chamber and transfer the sample to 1500,
Pulse three times at 10 second intervals with an initial voltage of 1800, 2300 or 2800 Vcm -1 and an exponential decay time of 10 msec.
【0113】 プロトプラストを以下のように培養する:標本を、室温で6 cmペトリ皿中に入
れる。さらに5〜15分後、1.2%SeaPlaqueアガロースおよび1 mg/lの2,4−D
を含有する3 mlのKM−8p培地を付加する。アガロースおよびプロトプラスト
を十分に混合し、培地をゲル化させる。 B.これを、1つ又はそれ以上の以下の修正を加えて、反復する: (1)プロトプラスト調製物の耐性を0.5〜0.7 kに調整する。Incubate the protoplasts as follows: Place the specimen in a 6 cm Petri dish at room temperature. After an additional 5-15 minutes, 1.2% SeaPlaque agarose and 1 mg / l 2,4-D
Add 3 ml of KM-8p medium containing Mix the agarose and protoplasts thoroughly and allow the medium to gel. B. This is repeated with one or more of the following modifications: (1) Adjust the resistance of the protoplast preparation to 0.5-0.7 k.
【0114】 (2)使用するPEGは分子量4000のPEGである。 (3)PEGを付加しないか、あるいは半容量の12%PEGを付加する。 (4)3秒間隔でパルスを適用する。 (5)16℃の室温に冷却したプレート上に載せた皿中でのエレクトロポレーシ
ョン後に、プロトプラストを試験管に入れる。(2) The PEG used is a PEG having a molecular weight of 4000. (3) No PEG is added, or a half volume of 12% PEG is added. (4) Apply pulses at 3 second intervals. (5) Place the protoplasts into test tubes after electroporation in a dish placed on a plate cooled to room temperature of 16 ° C.
【0115】 (6)エレクトロポレーション工程後にプロトプラストを試験管に入れ、10 m
lの6/7濃度KMC溶液で、またはW5溶液(380 mg/lのKCl、18.375 g/lのC
aCl2x2H2O、9 g/lのNaCl;9 g/lのグルコース、pH6.0から成る)
で洗浄し、次に、60 x gで10分間の遠心分離により収集し、0.3 mlのKM培地中
に再懸濁して、Aと同様にプレート化する。(6) After the electroporation step, put protoplasts into a test tube,
with 6/7 concentrated KMC solution or with W5 solution (380 mg / l KCl, 18.375 g / l C
aCl 2 × 2H 2 O, 9 g / l NaCl; 9 g / l glucose, pH 6.0)
And then collected by centrifugation at 60 xg for 10 minutes, resuspended in 0.3 ml of KM medium and plated as in A.
【0116】 (7)仔ウシ胸腺キャリアDNAは付加しない。 実施例15:PEGを用いた処理によるトウモロコシZea maysプロトプラスト
の形質転換 A.プロトプラストを、前記の最終工程で、12〜30 mMMgCl2を含有する0.
5 Mマンニトール中に再懸濁する。45℃で5分間の熱ショックを、前記と同様に実
施する。プロトプラストを、0.3 mlの懸濁プロトプラスト/管で、遠心分離管中
での形質転換のために、アリコート中に分配する。次の10分間に、以下のものを
付加する:最終濃度を20%PEGとするためのDNAおよびPEG溶液(分子量
6000,0.1 MCa(NO3)2および0.4 Mマンニトールを含有する40%。KOHで
pHを8〜9とする)。時折静かに振盪しながら、アリコートを30分間インキュベ
ートし、その後、プロトプラストをペトリ皿(0.3 mlの元のプロトプラスト懸濁
液/直径6 cm皿)に入れて、前記と同様に培養する。(7) No calf thymus carrier DNA is added. Example 15: Transformation of maize Zea mays protoplasts by treatment with PEG The protoplasts with the final step, 0 containing 12~30 mMMgCl 2.
Resuspend in 5 M mannitol. A heat shock at 45 ° C. for 5 minutes is performed as above. The protoplasts are dispensed in 0.3 ml suspension protoplasts / tube into aliquots for transformation in centrifuge tubes. In the next 10 minutes, add: DNA and PEG solution (molecular weight) to a final concentration of 20% PEG
40% containing 6000, 0.1 M Ca (NO 3 ) 2 and 0.4 M mannitol. PH is adjusted to 8-9 with KOH). Aliquots are incubated for 30 minutes with occasional gentle shaking, after which the protoplasts are placed in Petri dishes (0.3 ml of the original protoplast suspension / 6 cm diameter dish) and cultured as before.
【0117】 B.これを反復し、前記のPEG溶液中で30分間インキュベート後に、0.3 ml
のW5溶液を2〜3分間隔で5回付加することにより洗浄する。プロトプラスト懸
濁液を遠心分離し、上清を除去して、プロトプラストを前記と同様に培養する。 C.修正を加えながら前記を反復して、PEGの最終濃度を13〜25%とする。 実施例16:プロトプラストからのカルスの再生 アガロース中のプロトプラストを含有するプレートを26℃の暗所に置く。14日
後、プロトプラストからコロニーが生じる。コロニーを含有するアガロースを、
2 mg/lの2,4−Dを含有し、0.24%ゲルライトで固化させた30 mlのN6培地
を含入する直径9 cmのペトリ皿の表面に移す。この培地は2N6と呼ばれる。カ
ルスを26℃の暗所でさらに培養し、カルス片を2週間毎に新しい固体2N6培地
上で継代培養する。B. This was repeated, and after incubating for 30 minutes in the PEG solution, 0.3 ml
Of W5 by adding 5 times at 2-3 minute intervals. The protoplast suspension is centrifuged, the supernatant is removed and the protoplasts are cultured as described above. C. The above is repeated with modifications to a final PEG concentration of 13-25%. Example 16: Callus regeneration from protoplasts Plates containing protoplasts in agarose are placed in the dark at 26 ° C. After 14 days, protoplasts give rise to colonies. Agarose containing colonies,
Transfer to the surface of a 9 cm diameter petri dish containing 2 mg / l 2,4-D and containing 30 ml N6 medium solidified with 0.24% gellite. This medium is called 2N6. Calli are further cultured in the dark at 26 ° C. and callus pieces are subcultured every two weeks on fresh solid 2N6 medium.
【0118】 実施例17:トウモロコシZea maysの形質転換カルスの選択 形質転換細胞に関して選択するために、100 mg/lまたは200 mg/lのハイグロマ
イシンBを2N6培地に付加するという修正を加えて、前記の実施例を反復する
。 実施例18:トウモロコシ植物体の再生 A.カルスを、保持のために2N6培地上に、そして再生を介しするためにO
N6(2,4−Dを欠くN6培地からなる)およびN61培地(0.25 mg/lの2
,4−Dおよび10 mg/lのカイネチンを含有するN6培地からなる)上に置く。
ON6およびN61培地上で増殖するカルスを、明所(白色蛍光灯からの840〜8
400 lxの光を16時間/日)で増殖させる。N61培地上に長時間おくと有害であ
るので、N61培地上で増殖したカルスを、2週間後にON6培地に移す。同一
培地処方物上に再びカルスが移される場合でも、カルスを2週間毎に継代培養す
る。苗が少なくとも2 cmの高さになれば、それらをGA7容器中のON6培地に
移す。根が2〜4週間で生じ、根が成長を支持するのに十分によく生じたように見
えたときに、最初の4〜7日間は遮光下で、苗を泥炭鉢中の土壌に移す。上部にす
るために、2〜3日間、移植植物に透明プラスチックキャップを被せて逆さにする
のも、しばしば有用である。植物が定着すれば、それらを普通のトウモロコシ植
物体として処理し、温室中で成長させて、成熟させる。子孫を得るために、植物
を自家受粉させるかまたは野生型と交配する。Example 17 Selection of Transformed Callus of Maize Zea mays To select for transformed cells, with the addition of adding 100 mg / l or 200 mg / l hygromycin B to 2N6 medium, The above embodiment is repeated. Example 18: Regeneration of corn plant A. The calli are placed on 2N6 medium for retention and O.
N6 (consisting of N6 medium lacking 2,4-D) and N61 medium (0.25 mg / l of 2
, 4-D and N6 medium containing 10 mg / l kinetin).
Calli growing on ON6 and N61 media were harvested in the light (840-8% from white fluorescent light).
Grow at 400 lx light for 16 hours / day). Callus grown on the N61 medium is transferred to the ON6 medium after two weeks because it is harmful if placed on the N61 medium for a long time. The callus is subcultured every two weeks, even if the callus is transferred again on the same medium formulation. When the seedlings are at least 2 cm high, transfer them to the ON6 medium in a GA7 container. Seedlings are transferred to soil in peat pots, protected from light for the first 4-7 days, when the roots form in 2-4 weeks and appear to have grown well enough to support growth. It is often useful to invert the transplanted plant with a clear plastic cap for 2-3 days to make it on top. Once the plants have settled, they are treated as ordinary corn plants, grown in a greenhouse and matured. Plants are self-pollinated or crossed with wild type to obtain progeny.
【0119】 B.カルスを保持するために100 mg/lまたは200 mg/lのハイグロマイシンBを
2N6培地に付加するという修正を加えて、前記の実施例を反復する。 実施例19:サトウモロコシSorghum bicolorのプロトプラスト中へのDNA
の導入 サトウモロコシ懸濁液FS 562のプロトプラストを、前記のトウモロコシZea ma
ysの場合と本質的には同様に調製し、以下の溶液中に107/mlの密度で、最終洗浄
後に再懸濁する:0.2 Mマンニトール、0.1%MES、72 mMNaCl、70 mMC
aCl2、2.5 mMKCl、2.5 mMグルコース。KOHでpH5.8に調整。密度1.6
〜2 x 106/ml。プロトプラスト懸濁液を、1 mlアリコートとしてプラスチック使
い捨て浅鉢中に分配し、10μgのDNAを前記と同様に付加する。この時点での
溶液の耐性は、下記の471電極組のエレクトロポレーション装置の電極間で測定
した場合、6の範囲である。形質転換のために、Paszkowski等(1984)が記載し
たように滅菌した10μlの滅菌蒸留水中にDNAを付加する。溶液を静かに混合
した後、471電極アッセンブリを用いて、BTX-Transfector 300エレクトロポレー
ション装置から、10 msの指数崩壊定数で、室温で400 Vcm-1のパルスを施す。B. The above example is repeated with the modification that 100 mg / l or 200 mg / l hygromycin B is added to the 2N6 medium to retain callus. Example 19: DNA into protoplasts of Sorghum Sorghum bicolor
Introduction of the corn suspension FS 562 protoplasts with the corn Zea ma
Prepared essentially as for ys, resuspend after final wash at a density of 10 7 / ml in the following solution: 0.2 M mannitol, 0.1% MES, 72 mM NaCl, 70 mM C
aCl 2 , 2.5 mM KCl, 2.5 mM glucose. Adjust to pH 5.8 with KOH. Density 1.6
~ 2 x 10 6 / ml. The protoplast suspension is dispensed as 1 ml aliquots into plastic disposable shallow bowls and 10 μg of DNA is added as before. The resistance of the solution at this point is in the range of 6, as measured between the electrodes of an electroporation device of the following 471 electrode set. For transformation, the DNA is added to 10 μl of sterile distilled water that has been sterilized as described by Paszkowski et al. (1984). After gently mixing the solution, a pulse of 400 Vcm -1 at room temperature with an exponential decay constant of 10 ms is applied from a BTX-Transfector 300 electroporation device using a 471 electrode assembly.
【0120】 B.以下の1つ又はそれ以上の修正を加えながら、前記を反復する: (1)使用する電圧は、200 Vcm-1、または100 Vcm-1〜800 Vcm-1である。 (2)指数崩壊定数は、5 ms、15 msまたは20 msである。 (3)25μl滅菌水中の50μgの剪断仔ウシ胸腺DNAを、プラスミドDNAと
一緒に付加する。B. Repeat the above with one or more of the following modifications: (1) The voltage used is 200 Vcm -1 , or 100 Vcm -1 to 800 Vcm -1 . (2) The exponential decay constant is 5 ms, 15 ms or 20 ms. (3) Add 50 μg sheared calf thymus DNA in 25 μl sterile water along with plasmid DNA.
【0121】 (4)適切な制限酵素(例えば、BamHI)で処理することにより、使用前に、
プラスミドDNAを線状化する。 固化剤を付加しないKM−8p培地中で2 X 106/mlの密度で、形質転換後に、
プロトプラストを培養する。 実施例20:ダイズGlycine maxのプロトプラスト中へのDNAの導入 Tricoil等(1986)またはChowhuryとWidholm(1985)、またはKlein等(1981
)が記載したのと同様の方法により、ダイズGlycine maxのプロトプラストを調
製する。前記と本質的には同様に、DNAをこれらのプロトプラスト中に導入す
る。培地を固化するためのアルジネートの付加を用いずに、Klein等(1981)、C
howhuryとWidholm(1985)、または Tricoil等(1986)が記載したのと同様に、
プロトプラストを培養する。(4) By treating with an appropriate restriction enzyme (eg, BamHI),
The plasmid DNA is linearized. After transformation at a density of 2 × 10 6 / ml in KM-8p medium without added solidifying agent,
Incubate protoplasts. Example 20: Introduction of DNA into protoplasts of soybean Glycine max Tricoil et al. (1986), Chowhury and Widholm (1985), or Klein et al. (1981)
The protoplasts of soybean Glycine max are prepared by a method similar to that described in (1). Essentially as before, DNA is introduced into these protoplasts. Without the addition of alginate to solidify the medium, Klein et al. (1981), C.
As described by howhury and Widholm (1985), or Tricoil et al. (1986),
Incubate protoplasts.
【0122】 前記の実施態様は説明のためのものである。本発明の開示は、本発明が多数の
変更を有し得ることを当業者に提起する。このような明白且つ予見可能な変更は
すべて、添付の特許請求の範囲に包含されるものとする。The above embodiments are illustrative. The disclosure of the present invention raises those skilled in the art that the present invention may have many variations. All such obvious and foreseeable modifications are intended to be covered by the appended claims.
【配列表】 [Sequence list]
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C12N 5/10 C12N 9/12 4B065 9/10 C12Q 1/48 Z 9/12 G01N 33/15 Z C12Q 1/48 33/50 Z G01N 33/15 C12N 15/00 ZNAA 33/50 5/00 A C (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,UG,ZW),E A(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ,BA ,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CU, CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB,GD,G E,GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS ,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK, LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,M N,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU ,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM, TR,TT,UA,UG,US,UZ,VN,YU,Z A,ZW (72)発明者 バウアー,マイケル ウィリアム アメリカ合衆国,ノースカロライナ 27540,ホリー スプリングス,セント ビンセント ドライブ 617 Fターム(参考) 2B030 AA02 AB03 AD05 CA06 CA17 CA19 CB02 CD03 CD07 CD09 CD13 CD17 2G045 AA31 AA40 CB20 DA12 DA13 DA36 FA11 FB01 GC15 4B024 AA08 AA11 BA10 CA04 DA01 EA04 GA12 GA14 GA21 4B050 CC03 DD13 LL03 LL10 4B063 QA01 QA18 QQ20 QR07 QR57 QS24 QS28 4B065 AA88X AA88Y AB01 AC14 BA03 BA04 BA10 CA29 CA46 CA53 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) C12N 5/10 C12N 9/12 4B065 9/10 C12Q 1/48 Z 9/12 G01N 33/15 Z C12Q 1 / 48 33/50 Z G01N 33/15 C12N 15/00 ZNAA 33/50 5/00 AC (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG) , AP (GH, GM, KE, LS, MW, SD, SL, SZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AL , AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CU, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR , HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZA, ZW (72 Inventor Bauer, Michael William United States, 27540 North Carolina, Holly Springs, St. Vincent Drive 617 F-term (reference) 2B030 AA02 AB03 AD05 CA06 CA17 CA19 CB02 CD03 CD07 CD09 CD13 CD17 2G045 AA31 AA40 CB20 DA12 DA13 DA36 FA11 FB AGC4 A08 AA11 BA10 CA04 DA01 EA04 GA12 GA14 GA21 4B050 CC03 DD13 LL03 LL10 4B063 QA01 QA18 QQ20 QR07 QR57 QS24 QS28 4B065 AA88X AA88Y AB01 AC14 BA03 BA04 BA10 CA29 CA46 CA53
Claims (58)
列であって、前記酵素がHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性
を有するヌクレオチド配列。1. A nucleotide sequence encoding an enzyme involved in thiamine biosynthesis, wherein the enzyme has HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity.
は実質的に同様のアミノ酸配列を包含する、請求項1記載のヌクレオチド配列。2. The nucleotide sequence of claim 1, wherein said enzyme comprises an amino acid sequence identical or substantially similar to the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2.
、請求項1記載のヌクレオチド配列。3. The nucleotide sequence of claim 1, wherein said enzyme comprises the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2.
ド配列と同一または実質的に同様である、請求項1記載のヌクレオチド配列。4. The nucleotide sequence of claim 1, wherein said nucleotide sequence is identical or substantially similar to the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1.
記載のヌクレオチド配列。5. The method of claim 1, wherein said nucleotide sequence is set forth in SEQ ID NO: 1.
The described nucleotide sequence.
モーターを包含するキメラ遺伝子。6. A chimeric gene comprising a promoter operably linked to the nucleotide sequence of claim 1.
、宿主細胞中で安定的に形質転換され得る、前記ベクター。7. A recombinant vector comprising the chimeric gene according to claim 7, which can be stably transformed in a host cell.
項14記載のベクターを包含する宿主細胞。8. A host cell comprising the vector of claim 14, wherein said nucleotide sequence is expressible in said cell.
−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有する、前記タンパク質。9. A plant protein involved in thiamine biosynthesis, comprising HMP
The above-mentioned protein, which has -P kinase activity or TMP-PPase activity;
たは実質的に同様のアミノ酸配列を包含する、請求項9記載のタンパク質。10. The protein of claim 9, wherein said enzyme comprises an amino acid sequence identical or substantially similar to the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2.
記載のタンパク質。11. The method according to claim 9, which includes the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2.
The described protein.
れる化学物質の同定方法であって、以下の: (a)酵素がその生成物の合成を触媒し得る条件下で、一次反応混合物中のH
MP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有する酵素をHMP−P
キナーゼの基質またはTMP−PPアーゼの基質と併合し、 (b)一次反応混合物の場合と同一条件下で、同一時間、二次反応混合物中の
試験される化学物質および酵素を一次反応混合物中で用いられた基質と併合し、 (c)一次および二次反応混合物中の酵素の活性を確定し、そして (d)二次反応混合物中の酵素の活性が一次反応混合物中の酵素の活性より有
意に低い場合に、植物の成長または生存能力を抑制する能力に関して検査される
化学物質を選択する 工程から成る方法。12. A method of identifying a chemical to be tested for its ability to inhibit the growth or viability of a plant, comprising the following steps: (a) Under conditions where the enzyme can catalyze the synthesis of its product, H in the reaction mixture
An enzyme having MP-P kinase activity or TMP-PPase activity is identified as HMP-P
(B) combining the chemical and enzyme to be tested in the secondary reaction mixture under the same conditions and for the same time as in the primary reaction mixture, in the primary reaction mixture (C) determine the activity of the enzyme in the primary and secondary reaction mixtures, and (d) the activity of the enzyme in the secondary reaction mixture is more significant than the activity of the enzyme in the primary reaction mixture Selecting a chemical to be tested for its ability to inhibit the growth or viability of the plant, if at all.
一であるかまたは実質的に同様であるヌクレオチド配列によりコードされるか、
あるいは配列番号2で記述されるアミノ酸配列と同一または実質的に同様のアミ
ノ酸配列を有する、請求項12記載の方法。13. The method according to claim 13, wherein said enzyme is encoded by a nucleotide sequence that is identical or substantially similar to the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1.
Alternatively, the method according to claim 12, which has the same or substantially the same amino acid sequence as the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2.
−5−ヒドロキシメチルピリミジンホスフェート(HMP−P)である、請求項
12記載の方法。14. The method of claim 12, wherein said substrate for HMP-P kinase is 2-methyl-4-amino-5-hydroxymethylpyrimidine phosphate (HMP-P).
ヒドロキシエチル)チアゾールホスフェート(THZ−P)である、請求項12
記載の方法。15. The method according to claim 15, wherein the substrate of TMP-PPase is 4-methyl-5- (β-
13. Hydroxyethyl) thiazole phosphate (THZ-P).
The described method.
−5−ヒドロキシメチルピリミジンピロホスフェート(HMP−PP)である、
請求項12記載の方法。16. The TMP-PPase substrate is 2-methyl-4-amino-5-hydroxymethylpyrimidine pyrophosphate (HMP-PP).
The method according to claim 12.
することにより計測される、請求項12記載の方法。17. The method of claim 12, wherein the activity of the enzyme is measured by measuring TMP produced in the reaction mixture.
記載の方法により同定される化学物質を望ましくない植生に適用する工程を包含
する方法。18. A method for controlling unwanted vegetation growth, comprising the steps of:
Applying a chemical identified by the described method to the undesired vegetation.
オチド配列を包含する植物、植物細胞、植物種子または植物組織であって、上記
ヌクレオチド配列が、野生型植物中のHMP−Pキナーゼ活性を普通では阻害す
る量で請求項12記載の方法により同定される化学物質に対する耐容性を前記植
物、植物細胞、植物種子または植物組織に付与する植物、植物細胞、植物種子ま
たは植物組織。19. A plant, plant cell, plant seed or plant tissue comprising a nucleotide sequence encoding an enzyme having HMP-P kinase activity, wherein the nucleotide sequence is HMP-P kinase activity in a wild-type plant. A plant, plant cell, plant seed or plant tissue that renders the plant, plant cell, plant seed or plant tissue tolerant to a chemical identified by the method of claim 12 in an amount that normally inhibits the following.
オチド配列を包含し、そして請求項12記載の方法により同定される化学物質に
対して植物を耐容性にさせるように、植物中でヌクレオチド配列を発現し得る単
離DNA分子で植物または植物の親を形質転換する工程を包含する方法により得
られ得る植物。20. A method according to claim 12, comprising a nucleotide sequence encoding an enzyme having HMP-P kinase activity, and wherein the plant is tolerant to a chemical identified by the method of claim 12. A plant obtainable by a method comprising the step of transforming a plant or plant parent with an isolated DNA molecule capable of expressing a nucleotide sequence.
MP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有する酵素をHMP−P
キナーゼの基質またはTMP−PPアーゼの基質と併合し、 (b)一次反応混合物の場合と同一条件下で、同一時間、二次反応混合物中の
化学物質および酵素を基質と併合し、 (c)一次および二次反応混合物中の酵素の活性を確定するが、ここで、二次
反応混合物中の結合酵素の活性が一次反応混合物中の酵素の活性より有意に低い
場合に、化学物質は酵素の活性を抑制し得る 工程から成る検定。21. The method according to claim 19, wherein (a) H is present in the primary reaction mixture under conditions where the enzyme can catalyze the synthesis of the product
An enzyme having MP-P kinase activity or TMP-PPase activity is identified as HMP-P
(B) combining the chemicals and enzymes in the secondary reaction mixture with the substrate under the same conditions and for the same time as in the primary reaction mixture, with the substrate for the kinase or the substrate for TMP-PPase; The activity of the enzyme in the primary and secondary reaction mixture is determined, where the chemical is an enzyme if the activity of the bound enzyme in the secondary reaction mixture is significantly lower than the activity of the enzyme in the primary reaction mixture. Assay consisting of steps that can suppress activity.
れる化学物質の同定方法であって、以下の: (a)酵素がTMPの結合合成を触媒し得る条件下で、一次反応混合物中のH
MPキナーゼ活性を有する酵素およびHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−P
Pアーゼ活性を有する酵素をHMPキナーゼの基質およびTMP−PPアーゼの
基質と併合し、 (b)一次反応混合物の場合と同一条件下で、同一時間、二次反応混合物中の
化学物質および酵素を基質と併合し、 (c)一次および二次反応混合物中のHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−
PPアーゼ活性を有する酵素の活性を確定し、そして (d)二次反応混合物中のHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ
活性を有する酵素の活性が一次反応混合物中のHMP−Pキナーゼ活性またはT
MP−PPアーゼ活性を有する酵素の活性より有意に低い場合に、植物の成長ま
たは生存能力を抑制する能力に関して検査される化学物質を選択する 工程からなる方法。22. A method of identifying a chemical to be tested for its ability to inhibit plant growth and viability, comprising: (a) a primary reaction under conditions in which an enzyme can catalyze the binding synthesis of TMP. H in the mixture
Enzyme having MP kinase activity and HMP-P kinase activity or TMP-P
Combining an enzyme with Pase activity with a substrate for HMP kinase and a substrate for TMP-PPase; (C) HMP-P kinase activity or TMP- in primary and secondary reaction mixtures
Determining the activity of the enzyme having PPase activity, and (d) determining the activity of the HMP-P kinase activity or the enzyme having TMP-PPase activity in the secondary reaction mixture as the HMP-P kinase activity or T
Selecting a chemical to be tested for its ability to inhibit plant growth or viability if the activity is significantly lower than the enzyme having MP-PPase activity.
有する酵素が植物から得られる、請求項22記載の方法。23. The method according to claim 22, wherein the enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity is obtained from a plant.
有する酵素が、配列番号1で記述されるヌクレオチド配列と同一であるかまたは
実質的に同様のヌクレオチド配列によりコードされるか、あるいは配列番号2で
記述されるアミノ酸配列と同一であるかまたは実質的に同様であるアミノ酸配列
を有する、請求項22記載の方法。24. The enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity is encoded by a nucleotide sequence identical or substantially similar to the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1, or 23. The method of claim 22, having an amino acid sequence that is identical or substantially similar to the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2.
載の方法。25. The method of claim 22, wherein said substrate for HMP kinase is HMP.
項22記載の方法。26. The method of claim 22, wherein said substrate for TMP-PPase is THZ-P.
有する酵素の活性が反応混合物中に生成されるTMPを測定することにより計測
される、請求項22記載の方法。27. The method of claim 22, wherein the activity of an enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity is measured by measuring TMP produced in the reaction mixture.
有する酵素をコードするヌクレオチド配列を包含する単離DNA分子であって、
植物中のHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を普通では阻害
する量での、請求項22記載の方法により同定される化学物質に対する耐容性を
前記植物、植物細胞、植物種子または植物組織に付与するDNA分子で形質転換
される植物、植物細胞、植物種子または植物組織。28. An isolated DNA molecule comprising a nucleotide sequence encoding an enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity,
23. A plant, plant cell, plant seed or plant tissue that is tolerant to a chemical identified by the method of claim 22 in an amount that normally inhibits HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity in the plant. A plant, a plant cell, a plant seed or a plant tissue transformed with the DNA molecule imparted to the plant.
オチド配列を包含し、そして請求項22記載の方法により同定される化学物質に
対して植物を耐容性にさせるように、植物中でヌクレオチド配列を発現し得る単
離DNA分子で植物または植物の親を形質転換する工程を包含する方法により得
られる植物。29. A plant comprising a nucleotide sequence which encodes an enzyme having HMP-P kinase activity and which renders the plant tolerant to a chemical identified by the method of claim 22. A plant obtained by a method comprising the step of transforming a plant or plant parent with an isolated DNA molecule capable of expressing a nucleotide sequence.
MPキナーゼ活性を有する酵素およびHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−P
Pアーゼ活性を有する酵素をHMPキナーゼの基質およびTMP−PPアーゼの
基質と併合し、 (b)一次反応混合物の場合と同一条件下で、同一時間、二次反応混合物中の
化学物質および酵素を基質と併合し、 (c)一次および二次反応混合物中のHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−
PPアーゼ活性を有する酵素の活性を確定する 工程からなる検定であって、二次反応混合物中のHMP−Pキナーゼ活性または
TMP−PPアーゼ活性を有する酵素の活性が一次反応混合物中のHMP−Pキ
ナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有する酵素の活性より有意に低い場
合に、化学物質がHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有す
る酵素の活性を抑制し得る検定。30. The following: (a) H in the primary reaction mixture under conditions where the enzyme can catalyze the conjugated synthesis of TMP.
Enzyme having MP kinase activity and HMP-P kinase activity or TMP-P
Combining an enzyme with Pase activity with a substrate for HMP kinase and a substrate for TMP-PPase; (b) removing the chemicals and enzymes in the secondary reaction mixture under the same conditions and for the same time as in the primary reaction mixture; (C) HMP-P kinase activity or TMP- in primary and secondary reaction mixtures
Determining the activity of an enzyme having PPase activity, wherein the activity of the enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity in the secondary reaction mixture is determined by determining the activity of HMP-P in the primary reaction mixture. An assay in which a chemical can inhibit the activity of an enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity when the activity is significantly lower than the activity of the enzyme having kinase activity or TMP-PPase activity.
れる化学物質の同定方法であって、以下の: (a)酵素がTMPの結合合成を触媒し得る条件下で、一次反応混合物中のT
HZキナーゼ活性を有する酵素およびHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−P
Pアーゼ活性を有する酵素をHMP−Pキナーゼの基質およびTHZキナーゼの
基質と併合し、 (b)一次反応混合物の場合と同一条件下で、同一時間、二次反応混合物中の
化学物質および酵素を基質と併合し、 (c)一次および二次反応混合物中のHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−
PPアーゼ活性を有する酵素の活性を確定し、そして (d)二次反応混合物中のHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ
活性を有する酵素の活性が一次反応混合物中のHMP−Pキナーゼ活性またはT
MP−PPアーゼ活性を有する酵素の活性より有意に低い場合に、植物の成長ま
たは生存能力を抑制する能力に関して検査される化学物質を選択する 工程からなる方法。31. A method for identifying a chemical substance to be tested for its ability to inhibit plant growth or viability, comprising: (a) a primary reaction under conditions in which an enzyme can catalyze the binding synthesis of TMP. T in the mixture
Enzyme having HZ kinase activity and HMP-P kinase activity or TMP-P
Combining an enzyme with Pase activity with a substrate for HMP-P kinase and a substrate for THZ kinase; (C) HMP-P kinase activity or TMP- in primary and secondary reaction mixtures
Determining the activity of the enzyme having PPase activity, and (d) determining the activity of the HMP-P kinase activity or the enzyme having TMP-PPase activity in the secondary reaction mixture as the HMP-P kinase activity or T
Selecting a chemical to be tested for its ability to inhibit plant growth or viability if the activity is significantly lower than the activity of an enzyme having MP-PPase activity.
有する酵素が植物から得られる、請求項31記載の方法。32. The method according to claim 31, wherein the enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity is obtained from a plant.
有する酵素が、配列番号1で記述されるヌクレオチド配列と同一であるかまたは
実質的に同様のヌクレオチド配列によりコードされるか、あるいは配列番号2で
記述されるアミノ酸配列と同一であるかまたは実質的に同様であるアミノ酸配列
を有する、請求項31記載の方法。33. The enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity is encoded by a nucleotide sequence that is identical or substantially similar to the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1, or 32. The method of claim 31, having an amino acid sequence that is identical or substantially similar to the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2.
1記載の方法。34. The method of claim 3, wherein the substrate for HMP-P kinase is HMP-P.
The method of claim 1.
法。35. The method of claim 31, wherein the THZ kinase substrate is THZ.
有する酵素の活性が、反応混合物中に生成されるTMPを確定することにより測
定される、請求項31記載の方法。36. The method of claim 31, wherein the activity of the enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity is determined by determining the TMP produced in the reaction mixture.
記載の方法により同定される化学物質を望ましくない植生に適用する工程を包含
する方法。37. A method of controlling unwanted vegetation growth, comprising:
Applying a chemical identified by the described method to the undesired vegetation.
ゼ活性を有する酵素をコードするヌクレオチド配列を包含する単離DNA分子で
あって、植物中のHMP−Pキナーゼ活性および/またはTMP−PPアーゼ活
性を普通では阻害する量での請求項31記載の方法により同定される化学物質に
対する耐容性を前記植物、植物細胞、植物種子または植物組織に付与するDNA
分子で形質転換される植物、植物細胞、植物種子または植物組織。38. An isolated DNA molecule comprising a nucleotide sequence encoding an enzyme having HMP-P kinase activity and / or TMP-PPase activity, wherein the isolated DNA molecule comprises HMP-P kinase activity and / or TMP- DNA that confers to a plant, plant cell, plant seed or plant tissue tolerance to a chemical identified by the method of claim 31 in an amount that normally inhibits PPase activity.
Plant, plant cell, plant seed or plant tissue transformed with the molecule.
ゼ活性を有する酵素をコードするヌクレオチド配列を包含し、そして請求項31
記載の方法により同定される化学物質に対して植物を耐容性にさせるように、植
物中でヌクレオチド配列を発現し得る単離DNA分子で植物または植物の親を形
質転換する工程を包含する方法により得られる植物。39. Includes a nucleotide sequence encoding an enzyme having HMP-P kinase activity and / or TMP-PPase activity, and
A method comprising transforming a plant or plant parent with an isolated DNA molecule capable of expressing a nucleotide sequence in a plant so as to render the plant tolerant to a chemical identified by the described method. The resulting plant.
HZキナーゼ活性を有する酵素およびHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−P
Pアーゼ活性を有する酵素をTHZキナーゼの基質およびHMP−Pキナーゼの
基質と併合し、 (b)一次反応混合物の場合と同一条件下で、同一時間、二次反応混合物中の
化学物質および酵素を基質と併合し、 (c)一次および二次反応混合物中のHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−
PPアーゼ活性を有する酵素の活性を確定する 工程から成る検定であって、二次反応混合物中のHMP−Pキナーゼ活性または
TMP−PPアーゼ活性を有する酵素の活性が一次反応混合物中のHMP−Pキ
ナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有する酵素の活性より有意に低い場
合に、化学物質がHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有す
る酵素の活性を抑制し得る検定。40. The following: (a) T conditions in the primary reaction mixture under conditions where the enzyme can catalyze the binding synthesis of TMP.
Enzyme having HZ kinase activity and HMP-P kinase activity or TMP-P
Combining an enzyme having Pase activity with a THZ kinase substrate and a HMP-P kinase substrate, and (b) removing the chemicals and enzymes in the secondary reaction mixture under the same conditions and for the same time as in the primary reaction mixture. (C) HMP-P kinase activity or TMP- in primary and secondary reaction mixtures
Determining the activity of an enzyme having PPase activity, wherein the activity of the enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity in the secondary reaction mixture is determined by determining the activity of HMP-P in the primary reaction mixture. An assay in which a chemical can inhibit the activity of an enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity when the activity is significantly lower than the activity of the enzyme having kinase activity or TMP-PPase activity.
−PPアーゼ活性を抑制する能力を阻害する除草剤活性を有する化学物質の同定
方法であって、以下の: (a)HMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有する酵素を
コードし、酵素的に活性なHMP−PキナーゼまたはTMP−PPアーゼを過剰
発現し得る単離ヌクレオチド配列を包含するトランスジェニック植物、植物組織
、植物種子または植物細胞を得て、 (b)トランスジェニック植物、植物細胞、組織または部分に、そして同遺伝
子系非形質転換化植物、植物細胞、組織または部分に化学物質を適用し、 (c)化学物質の適用後のトランスジェニックおよび非形質転換化植物、植物
細胞、組織の成長または生存能力を確定し、 (d)化学物質の適用後のトランスジェニックおよび非形質転換化植物、植物
細胞、組織の成長または生存能力を比較する 工程から成る方法であって、化学物質が、同遺伝子系非トランスジェニック植物
、植物細胞、組織または部分の生存能力または成長を有意に抑制することなく、
トランスジェニック植物、植物細胞、組織または部分の生存能力または成長を抑
制する方法。41. The method according to claim 41, wherein the chemical is HMP-P kinase activity or TMP
A method for identifying a chemical having herbicide activity that inhibits the ability to inhibit PPase activity, comprising: (a) encoding an enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity; Obtaining a transgenic plant, plant tissue, plant seed or plant cell comprising an isolated nucleotide sequence capable of over-expressing a highly active HMP-P kinase or TMP-PPase; (b) a transgenic plant, plant cell Applying the chemical to the transgenic and non-transformed plant, plant cell, plant cell, tissue or part, and to the isogenic transgenic and non-transformed plant, plant cell, Determining the growth or viability of the tissue; (d) transgenic and non-transformed plants, plant cells, groups after application of the chemical. Comparing the growth or viability of the tissue, wherein the chemical agent does not significantly inhibit the viability or growth of the isogenic non-transgenic plant, plant cell, tissue or part.
A method for inhibiting the viability or growth of a transgenic plant, plant cell, tissue or part.
有する酵素が、配列番号1で記述されるヌクレオチド配列と同一であるかまたは
実質的に同様であるヌクレオチド配列によりコードされるか、あるいは配列番号
2で記述されるアミノ酸配列と同一または実質的に同様の前記酵素のアミノ酸配
列を有する、請求項41記載の方法。42. The enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity is encoded by a nucleotide sequence that is identical or substantially similar to the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1. 42. The method of claim 41, wherein the method has an amino acid sequence identical or substantially similar to the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2.
または41のいずれかに記載の方法により同定される化学物質を望ましくない植
生に適用する工程を包含する方法。43. A method of controlling undesirable vegetation growth, comprising:
Or applying the chemical identified by the method of any of 41 to undesired vegetation.
有する酵素をコードするヌクレオチド配列を包含する単離DNA分子であって、
植物中のHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を普通では阻害
する量での請求項41記載の方法により同定される化学物質に対する耐容性を前
記植物、植物細胞、植物種子または植物組織に付与するDNA分子で形質転換さ
れる植物、植物細胞、植物種子または植物組織。44. An isolated DNA molecule comprising a nucleotide sequence encoding an enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity,
43. Tolerating the plant, plant cell, plant seed or plant tissue to a chemical identified by the method of claim 41 in an amount that normally inhibits HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity in the plant. A plant, plant cell, plant seed or plant tissue transformed with the DNA molecule to be imparted.
有する酵素をコードするヌクレオチド配列を包含し、そして請求項41記載の方
法により同定される化学物質に対して植物を耐容性にさせるように、植物中でヌ
クレオチド配列を発現し得る単離DNA分子で植物または植物の親を形質転換す
る工程を包含する方法により得られる植物。45. A method comprising a nucleotide sequence encoding an enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity and rendering a plant tolerant to a chemical identified by the method of claim 41. Thus, a plant obtained by a method comprising the step of transforming a plant or plant parent with an isolated DNA molecule capable of expressing a nucleotide sequence in the plant.
長を選択的に抑制するための方法であって、以下の: (a)HMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有するヌクレ
オチド配列を包含する単離DNA分子で形質転換される植物または植物種子であ
る除草剤耐容性作物または作物種子を植え付け、この場合前記ヌクレオチド配列
が前記植物または植物種子中で発現可能であって、そして (b)天然HMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を阻害する
量で除草剤を圃場の作物または作物種子および雑草に適用する 工程からなる方法であって、除草剤が作物の成長を有意に抑制することなく雑草
の生長を抑制する方法。46. A method for selectively inhibiting the growth of weeds in a field containing planted crop seeds or plant crops, comprising: (a) HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity. Planting a herbicide-tolerant crop or crop seed which is a plant or plant seed transformed with an isolated DNA molecule comprising the nucleotide sequence having the nucleotide sequence having the nucleotide sequence capable of being expressed in the plant or plant seed. And (b) applying a herbicide to the field crop or crop seeds and weeds in an amount that inhibits native HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity, wherein the herbicide is applied to the crop. A method for inhibiting weed growth without significantly inhibiting growth.
A分子が得られる鋳型DNA分子によりコードされるHMP−Pキナーゼ活性ま
たはTMP−PPアーゼ活性を阻害する除草剤に対する耐容性の増強を示すHM
P−PキナーゼまたはTMP−PPアーゼ酵素をコードするシャッフル化DNA
。47. A shuffled DNA molecule, wherein said shuffled DN is
HM showing enhanced tolerance to herbicides that inhibit HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity encoded by the template DNA molecule from which the A molecule is obtained
Shuffled DNA encoding PP kinase or TMP-PPase enzyme
.
有する酵素をコードする鋳型DNA分子をシャッフリングすることにより得られ
る突然変異誘発化DNA分子であって、前記鋳型DNA分子によりコードされる
HMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を阻害する除草剤に対す
る耐容性増強を示すHMP−PキナーゼまたはTMP−PPアーゼ酵素をコード
する突然変異誘発化DNA分子。48. A mutagenized DNA molecule obtained by shuffling a template DNA molecule encoding an enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity, wherein the mutagenized DNA molecule is encoded by the template DNA molecule. A mutagenized DNA molecule encoding an HMP-P kinase or TMP-PPase enzyme that exhibits enhanced tolerance to a herbicide that inhibits HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity.
有する酵素をコードする鋳型DNA分子からのHMP−Pキナーゼ活性またはT
MP−PPアーゼ活性を有する酵素をコードする突然変異誘発化DNA分子の生
成方法であって、以下の: (a)二本鎖無作為断片のその結果生じる集団に少なくとも1つの一本鎖また
は二本鎖オリゴヌクレオチドを付加し、この場合前記オリゴヌクレオチドは鋳型
DNA分子と同一の領域または異種構造の領域を包含し、 (b)その結果生じる二本鎖無作為断片とオリゴヌクレオチドの混合物を一本
鎖分子に変性し、 (c)前記の同一性領域で前記の一本鎖断片をアニーリングしてアニール化断
片の対を生成し、前記の同一性領域は対の一成員が他方の複製をプライムするの
に十分である条件下で、その結果生じる一本鎖断片の集団をポリメラーゼととも
にインキュベートして、それにより突然変異誘発化二本鎖ポリヌクレオチドを生
成し、 (d)第二および第三工程を少なくともさらに2回反復するが、この場合、2
回目の第二工程工程で生じる混合物は前回の第三工程からの突然変異誘発化二本
鎖ポリヌクレオチドを含み、もう1回実施すると、さらなる突然変異誘発化二本
鎖ポリヌクレオチドを生じる 工程からなる方法であって、突然変異誘発化二本鎖ポリヌクレオチドが、天然H
MP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を阻害する除草剤に対する
耐容性の増強を示す突然変異化HMP−PキナーゼまたはTMP−PPアーゼを
コードする方法。49. HMP-P kinase activity or T from a template DNA molecule encoding an enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity.
A method for producing a mutagenized DNA molecule encoding an enzyme having MP-PPase activity, comprising: (a) adding at least one single-stranded or double-stranded DNA to a resulting population of double-stranded random fragments; Adding a single-stranded oligonucleotide, wherein said oligonucleotide comprises a region identical to or heterologous to the template DNA molecule; (b) a single mixture of the resulting double-stranded random fragment and oligonucleotide (C) annealing the single-stranded fragment at the identity region to form a pair of annealed fragments, wherein the identity region is a member of one of the pairs that primes the other copy. The resulting population of single-stranded fragments is incubated with a polymerase under conditions sufficient to produce a mutagenized double-stranded polynucleotide. Is repeated at least two more times (d) is the second and third steps, but in this case, 2
The mixture resulting from the second round of the second step contains the mutagenized double-stranded polynucleotide from the previous third step and, when performed again, comprises a step that yields a further mutagenized double-stranded polynucleotide. The method, wherein the mutagenized double-stranded polynucleotide comprises a native H
A method encoding a mutated HMP-P kinase or TMP-PPase that exhibits enhanced tolerance to a herbicide that inhibits MP-P kinase activity or TMP-PPase activity.
記載の方法。50. The method of claim 49, wherein the one template DNA molecule is obtained from a eukaryote.
The described method.
オチド配列と同一であるかまたは実質的に同様である、請求項49記載の方法。52. The method of claim 49, wherein said species of the template DNA molecule is identical or substantially similar to the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1.
りコードされるHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を阻害す
る除草剤に対する耐容性増強を示すHMP−PキナーゼまたはTMP−PPアー
ゼ酵素をコードする、請求項49記載の方法により得られるHMP−Pキナーゼ
活性またはTMP−PPアーゼ活性を有する酵素をコードする突然変異誘発化D
NA分子。53. The HMP-P kinase or TMP-protein, wherein the mutagenized DNA molecule exhibits enhanced tolerance to a herbicide that inhibits HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity encoded by the template DNA molecule. 50. Mutagenized D encoding an enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity obtained by the method of claim 49, which encodes a PPase enzyme.
NA molecule.
有する酵素をコードする少なくとも2つの非同一鋳型DNA分子からのHMP−
Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を有する酵素をコードする突然変
異誘発化DNA分子の生成方法であって、以下の: (a)鋳型DNA分子の各々に対して同一の領域を包含する少なくとも1つの
オリゴヌクレオチドを鋳型DNA分子に付加し、 (b)その結果生じた混合物を一本鎖分子に変性し、 (c)その結果生じる一本鎖分子の集団を、オリゴヌクレオチドの鋳型DNA
分子とのアニーリングを生じる条件下で、ポリメラーゼとともにインキュベート
するが、この場合、ポリメラーゼによる重合のための条件は、鋳型DNA分子の
一部に対応する重合生成物が得られるということであり、そして (d)第二および第三工程を少なくともさらに2回反復するが、ここで、第三
工程で得られる延長生成物は次の回での重合のための鋳型DNA分子に切り換え
可能であり、それにより異なる鋳型DNA分子から得られる配列を包含する突然
変異誘発化二本鎖ポリヌクレオチドを生成する 工程から成る方法であって、突然変異誘発化二本鎖ポリヌクレオチドが、鋳型D
NA分子によりコードされるHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ
活性を阻害する除草剤に対する耐容性増強を示すHMP−Pキナーゼ活性または
TMP−PPアーゼ酵素をコードする方法。54. HMP-derived from at least two non-identical template DNA molecules encoding an enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity.
A method for producing a mutagenized DNA molecule encoding an enzyme having P-kinase or TMP-PPase activity, comprising: (a) at least one of the template DNA molecules comprising at least one region containing the same region. Adding two oligonucleotides to the template DNA molecule; (b) denaturing the resulting mixture into single-stranded molecules; and (c) combining the resulting population of single-stranded molecules with the oligonucleotide template DNA.
Incubate with the polymerase under conditions that result in annealing to the molecule, in which case the conditions for polymerization by the polymerase are that a polymerization product corresponding to a portion of the template DNA molecule is obtained, and ( d) repeating the second and third steps at least two more times, wherein the extension product obtained in the third step is switchable to a template DNA molecule for the next round of polymerization, Producing a mutagenized double-stranded polynucleotide comprising sequences derived from different template DNA molecules, wherein the mutagenized double-stranded polynucleotide comprises a template D
A method encoding an HMP-P kinase activity or a TMP-PPase enzyme that exhibits enhanced tolerance to a herbicide that inhibits the HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity encoded by the NA molecule.
載の方法。55. The method of claim 54, wherein the one template DNA molecule is obtained from a eukaryote.
オチド配列と同一であるかまたは実質的に同様である、請求項54記載の方法。57. The method of claim 54, wherein said species of the template DNA molecule is identical or substantially similar to the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1.
りコードされるHMP−Pキナーゼ活性またはTMP−PPアーゼ活性を阻害す
る除草剤に対する耐容性増強を示すHMP−PキナーゼまたはTMP−PPアー
ゼ酵素をコードする請求項54記載の方法により得られるHMP−Pキナーゼ活
性またはTMP−PPアーゼ活性を有する酵素をコードする突然変異誘発化DN
A分子。58. The HMP-P kinase or TMP-protein, wherein the mutagenized DNA molecule exhibits enhanced tolerance to a herbicide that inhibits HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity encoded by the template DNA molecule. 55. A mutagenized DN encoding an enzyme having HMP-P kinase activity or TMP-PPase activity obtained by the method of claim 54, which encodes a PPase enzyme.
A molecule.
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