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JP2004121233A - Polynucleotide as a gene fragment involved in biosynthesis of isoquinoline alkaloid, cDNA library containing the polynucleotide, and full-length gene and protein involved in isoquinoline alkaloid biosynthesis isolated using the polynucleotide, isolation thereof Method and transformant thereof - Google Patents

Polynucleotide as a gene fragment involved in biosynthesis of isoquinoline alkaloid, cDNA library containing the polynucleotide, and full-length gene and protein involved in isoquinoline alkaloid biosynthesis isolated using the polynucleotide, isolation thereof Method and transformant thereof Download PDF

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JP2004121233A JP2003310660A JP2003310660A JP2004121233A JP 2004121233 A JP2004121233 A JP 2004121233A JP 2003310660 A JP2003310660 A JP 2003310660A JP 2003310660 A JP2003310660 A JP 2003310660A JP 2004121233 A JP2004121233 A JP 2004121233A
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Abstract

【課題】イソキノリンアルカロイド生合成関連遺伝子断片及びそれを高頻度に含むcDNAライブラリー、並びに、それを用いてイソキノリンアルカロイド生合成関連遺伝子を効率よく、包括的に単離できる方法を提供する。
【解決手段】ベルベリン生産性の高いオウレン培養細胞から得られたcDNAを、pDR196ベクターにサブクローニングした後、ランダムに選抜した2016クローンの5’側塩基を決定した。そのうち、100塩基以上配列決定できた1014クローンの配列を、NCBlデータベースでtBLASTxにより相同検索し、その遺伝子機能を推定した。その結果、特定の領域を構成する塩基配列からなるポリヌクレオチドが、アルカロイド生合成に関与する遺伝子断片であることが確認された。
【選択図】 なし
An object of the present invention is to provide an isoquinoline alkaloid biosynthesis-related gene fragment, a cDNA library containing the same at a high frequency, and a method for efficiently and comprehensively isolating an isoquinoline alkaloid biosynthesis-related gene using the same.
SOLUTION: After subcloning cDNA obtained from cultured ureber cells having high berberine productivity into a pDR196 vector, the 5 'base of 2016 randomly selected clones was determined. Of these, the sequence of 1014 clones for which 100 bases or more could be sequenced was subjected to homology search using tBLASTx in the NCBl database, and its gene function was estimated. As a result, it was confirmed that the polynucleotide consisting of the base sequence constituting the specific region was a gene fragment involved in alkaloid biosynthesis.
[Selection diagram] None

Description

 本発明は、植物の二次代謝産物の一つであり、医薬品として利用度の高いイソキノリンアルカロイドの生合成に関与する遺伝子断片としてのポリヌクレオチド、及びそのポリヌクレオチドを含むcDNAライブラリーに関するものあり、さらに、そのポリヌクレオチドを用いて単離されたイソキノリンアルカロイド生合成に関与する全長遺伝子とタンパク質、その単離方法、並びにそのポリヌクレオチドあるいはその全長遺伝子が導入された形質転換体に関するものである。 The present invention is one of the secondary metabolites of plants, a polynucleotide as a gene fragment involved in the biosynthesis of isoquinoline alkaloids having high utility as pharmaceuticals, and a cDNA library containing the polynucleotide, Further, the present invention relates to a full-length gene and protein involved in isoquinoline alkaloid biosynthesis isolated using the polynucleotide, a method for isolating the same, and a transformant into which the polynucleotide or the full-length gene has been introduced.

 植物細胞が生産する様々な二次代謝産物は、香辛料、染料として利用されるばかりでなく、有用医薬品としても利用されている。これらの植物は天然から採取されたり、栽培されたりしているが、多くの植物は生育が遅く、培養細胞など他の方法による生産方法が模索されている。 様 々 Various secondary metabolites produced by plant cells are used not only as spices and dyes but also as useful drugs. Although these plants are collected or cultivated from nature, many plants are growing slowly, and production methods using other methods such as cultured cells are being sought.

 このような植物の二次代謝産物の一つであるアルカロイドは、少量投与でヒト、動物などに顕著な生理活性を示すものが多い。アルカロイドの中でも、イソキノリン誘導体及び生合成的にこれに由来するイソキノリン系アルカロイドには、ベルベリン、モルフィン、パパベリンなど強い生理活性を有するものが多く、現在でも多くの有用医薬品に使用されている。このイソキノリンアルカロイドの生合成系の前半部分は、各種化合物で共通しているため、上記イソキノリンアルカロイドの生合成を効率よく行う方法として、その生合成に関わる遺伝子を利用する方法が挙げられる。これら遺伝子を利用してイソキノリンアルカロイドの生合成を行うためには、当該遺伝子の単離と同定が不可欠である。 Alkaloids, which are one of the secondary metabolites of such plants, often show remarkable physiological activities in humans and animals when administered in small amounts. Among the alkaloids, there are many isoquinoline derivatives and isoquinoline-based alkaloids derived biosynthetically having strong physiological activities such as berberine, morphine, and papaverine, and are still used in many useful medicines. Since the first half of this isoquinoline alkaloid biosynthesis system is common to various compounds, an efficient method for biosynthesis of the isoquinoline alkaloid includes a method using a gene involved in the biosynthesis. In order to utilize these genes for biosynthesis of isoquinoline alkaloids, isolation and identification of the genes are indispensable.

 ベンジルイソキノリンアルカロイドであるベルベリンは、図1に示すように、アミノ酸であるチロシン2分子から13段階の酵素反応によって生合成される。これまでに、ベルベリン生産性の高い細胞を材料として生合成酵素を精製し、それぞれの酵素に対する遺伝子が単離・同定されている。 As shown in FIG. 1, berberine, which is a benzylisoquinoline alkaloid, is biosynthesized from two molecules of tyrosine, an amino acid, by a 13-step enzymatic reaction. To date, biosynthetic enzymes have been purified from cells having high berberine productivity, and genes for each enzyme have been isolated and identified.

 具体的には、ベルベリンを高生産するオウレン培養細胞等を素材として、コクラウリン N−メチルトランスフェラーゼ(CNMT)(非特許文献1参照)、N−メチル−コクラウリン 3’−ヒドロキシラーゼ(非特許文献2参照)、ベルベリンブリッジエンザイム(BBE)(非特許文献3参照)、スコウレリン 9−O−メチルトランスフェラーゼ(SMT)(非特許文献4参照)などのcDNAが単離されている。 Specifically, coclaurin N-methyltransferase (CNMT) (see Non-Patent Document 1), N-methyl-coclaurin 3'-hydroxylase (see Non-Patent Document 2), using, for example, cultured cultured cells of berberine that produce high levels of berberine. ), Berberine bridge enzyme (BBE) (see Non-Patent Document 3), and cDNA such as scourelin 9-O-methyltransferase (SMT) (see Non-Patent Document 4).

 また、上記ベルベリン生合成関連遺伝子の一例として、特許文献1には、ノルコクラウリン 6−O−メチルトランスフェラーゼ(6OMT)をコードする遺伝子について、特許文献2には、(S)−3’−ヒドロキシ−N−メチルコクラウリン4’−O−メチルトランスフェラーゼ(4OMT)をコードする遺伝子について記載されている。 As an example of the berberine biosynthesis-related gene, Patent Document 1 discloses a gene encoding norcoclaurin 6-O-methyltransferase (6OMT), and Patent Document 2 discloses (S) -3′-hydroxyl. A gene encoding -N-methylcoclaurine 4'-O-methyltransferase (4OMT) has been described.

 また、イソキノリンアルカロイドの初発酵素であるnorcoclaurine synthaseは、例えば、図1に示すベルベリン生合成経路の初期反応である、ドーパミン(Dopamine)と4−ヒドロキシフェニルアセトアルデヒド(4-Hydroxyphenylacetaldehyde)との縮合反応を触媒する酵素であり、イソキノリンアルカロイドの生合成にとって非常に重要な酵素であるため、遺伝子の単離と同定は長く希求されていた。しかし、そのタンパク質精製の困難さから、研究が遅れており、近年になって、やっとその精製が報告されるに至っている(非特許文献6、7参照)。しかし、遺伝子の単離・同定には、至っていない。
特開平11−178577号公報(公開日:平成11年7月6日) 特開平11−178570号公報(公開日:平成11年7月6日) Choi, K.-B., Morishige, T., Shitan. N., Yazaki, K., and Sato, F., Molecular cloning and characterization of coclaurine N-methyltransferase from cultured cells of Coptis japonica. J. Biol. Chem., 277:830-835(2002) Pauli HH, Kutchan TM. 1998. Molecular cloning and functional heterologous expression of two alleles encoding (S)-N-methylcoclaurine 3’-hydroxylase (CYP80B1), a new methyl jasmonate-inducible cytochrome-p450-dependent mono-oxygenase of benzylisoquinoline alkaline biosynthesis. Plant J. 13, 793-801 Dittrich H, Kutchan TM.1991. Molecular cloning, expression, and induction of berberine bridge enzyme, an enzyme essential to the formation of benzophenantrhidine alkaloids in the response of plants to pathogen attack. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88:9969-9973 Takeshita, N., Fujiwara, H., Mimura, H., Fitchen, J.H., Yamada, Y. and Sato, F., 1995. Molecular cloning and characterization of S-adenosyl--methionine: scoulerine-9-O-methyltransferase from cultured cells of Coptis japonica. Plant Cell Physiol36 1, pp. 29-36 Lange, BM, Wildung MR, Stauber, EJ, Sanchez, C, Pouchnik, D, Croteau, R. 2000. Probing essential oil biosynthesis and secretion by functional evaluation of expressed sequence tags from mint glandular trichomes. Proc. Nat’l Acad Sci (USA) 97:2934-2939 Samanani N, Facchini PJ., Purification and Characterization of Norcoclaurine : The first committed enzyme in benzylisoquinoline alkaloid biosynthesis in plants. J. Biol. Chem., Vol. 277, 33878-33883, 2002 Samanani N, Facchini PJ., Isolation and partial characterization of norcoclaurine synthase, the first committed step in benzylisoquinoline alkaloid biosynthesis, from opium poppy. Planta. 2001 Oct;213(6):898-906.
Norcoclaurine synthase, the first isoquinoline alkaloid enzyme, catalyzes, for example, the condensation reaction between dopamine and 4-hydroxyphenylacetaldehyde, which is the initial reaction of the berberine biosynthesis pathway shown in FIG. The isolation and identification of the gene has long been desired because it is an important enzyme for the biosynthesis of isoquinoline alkaloids. However, research has been delayed due to the difficulty of protein purification, and in recent years, its purification has finally been reported (see Non-Patent Documents 6 and 7). However, the gene has not been isolated or identified.
JP-A-11-178577 (release date: July 6, 1999) JP-A-11-178570 (publication date: July 6, 1999) Choi, K.-B., Morishige, T., Shitan.N., Yazaki, K., and Sato, F., Molecular cloning and characterization of coclaurine N-methyltransferase from cultured cells of Coptis japonica. J. Biol. Chem. ., 277: 830-835 (2002) Pauli HH, Kutchan TM. 1998.Molecular cloning and functional heterologous expression of two alleles encoding (S) -N-methylcoclaurine 3'-hydroxylase (CYP80B1), a new methyl jasmonate-inducible cytochrome-p450-dependent mono-oxygenase of benzylisoquinoline alkaline biosynthesis. Plant J. 13, 793-801 Dittrich H, Kutchan TM. 1991.Molecular cloning, expression, and induction of berberine bridge enzyme, an enzyme essential to the formation of benzophenantrhidine alkaloids in the response of plants to pathogen attack.Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88: 9969 -9973 Takeshita, N., Fujiwara, H., Mimura, H., Fitchen, JH, Yamada, Y. and Sato, F., 1995.Molecular cloning and characterization of S-adenosyl--methionine: scoulerine-9-O-methyltransferase from cultured cells of Coptis japonica.Plant Cell Physiol36 1, pp. 29-36 Lange, BM, Wildung MR, Stauber, EJ, Sanchez, C, Pouchnik, D, Croteau, R. 2000.Probing essential oil biosynthesis and secretion by functional evaluation of expressed sequence tags from mint glandular trichomes.Proc. Nat'l Acad Sci (USA) 97: 2934-2939 Samanani N, Facchini PJ., Purification and Characterization of Norcoclaurine: The first committed enzyme in benzylisoquinoline alkaloid biosynthesis in plants.J. Biol. Chem., Vol. 277, 33878-33883, 2002 Samanani N, Facchini PJ., Isolation and partial characterization of norcoclaurine synthase, the first committed step in benzylisoquinoline alkaloid biosynthesis, from opium poppy.Planta.2001 Oct; 213 (6): 898-906.

 このように、従来においては、上述のアルカロイドのような有用物質生産に関連する遺伝子の単離には、まずその翻訳産物である酵素を精製した後、目的とする遺伝子を単離するという手法を採用していた。しかしながら、植物細胞における酵素の生産量は限られており、酵素の精製は極めて煩雑であり、時間と労力とを要するものであった。このため、例えば、norcoclaurine synthase遺伝子などは、未だ単離・同定されていない。 As described above, conventionally, in order to isolate a gene related to production of a useful substance such as the above-described alkaloid, a technique of first purifying an enzyme that is a translation product thereof and then isolating a target gene is used. Had adopted. However, the production amount of the enzyme in the plant cells is limited, and the purification of the enzyme is extremely complicated and requires time and labor. For this reason, for example, norcoclaurine synthase gene and the like have not been isolated and identified yet.

 その一つの解決策として、代謝産物を蓄積する細胞で発現している遺伝子の網羅的解析が考えられていたが、実際には多くの細胞における物質生産性は極めて低く、このような解析は困難であるというのが現状である。また、非特許文献5には、ペパーミントの精油腺のcDNAの解析から、これら細胞におけるESTの中に精油であるモノテルペンの生合成遺伝子が多く含まれていることが記載されている。しかしながら、どのような細胞であれば、このような手法が適用できるかは明らかとなっていない。 As one solution, exhaustive analysis of genes expressed in cells that accumulate metabolites was considered, but in reality, many cells have extremely low substance productivity, and such analysis is difficult. That is the current situation. Non-Patent Document 5 discloses that the ESTs in the essential oil glands of peppermint contain a large number of biosynthetic genes of monoterpene, an essential oil, in ESTs of these cells. However, it is not clear to what kind of cells such a technique can be applied.

 本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであって、イソキノリンアルカロイド生合成関連遺伝子断片及びそれを高頻度に含むcDNAライブラリー、並びに、それを用いてイソキノリンアルカロイド生合成関連遺伝子を効率よく、包括的に単離できる方法を提供し、さらに単離された遺伝子を用いて様々なイソキノリンアルカロイドの生合成を効率よく行うことを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and has a high efficiency of isoquinoline alkaloid biosynthesis-related gene fragments and cDNA libraries containing the same, and isoquinoline alkaloid biosynthesis-related genes using the same. It is an object of the present invention to provide a method capable of isolating the isoquinoline alkaloid efficiently using the isolated gene.

 本願発明者等は、上述のように、これまでに多くの労力を払いながら、イソキノリンアルカロイド生産性の高い細胞を確立し、この細胞を材料として生合成酵素を精製し、それぞれの酵素に対する遺伝子を単離・同定してきた。そして、単離した遺伝子を用いたアルカロイド高生産性細胞の解析から、選抜した高生産性細胞では、その生合成活性が極めて促進されていることが明確になり、従来困難であると考えられていたアルカロイド生産細胞において発現している遺伝子解析からの生合成関連遺伝子の単離が可能であることが示唆された。このような研究背景のもとで鋭意検討した結果、アルカロイド高生産性オウレン培養細胞から単離したEST(発現cDNAクローン)を利用することで、イソキノリンアルカロイド生合成関連遺伝子を単離することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。 As described above, the present inventors have established a cell with high isoquinoline alkaloid productivity while pursuing much effort so far, purified the biosynthetic enzyme using the cell as a material, and obtained a gene for each enzyme. We have been isolated and identified. Analysis of the high-alkaloid-producing cells using the isolated genes has revealed that the biosynthetic activity of the selected high-producing cells is extremely promoted, which has been considered difficult in the past. It was suggested that biosynthesis-related genes could be isolated from the analysis of the genes expressed in the alkaloid-producing cells. As a result of intensive studies based on such a research background, it has been found that isoquinoline alkaloid biosynthesis-related genes can be isolated by using ESTs (expressed cDNA clones) isolated from cultured alkaloid-producing spinach cells. And completed the present invention.

 即ち、本発明に係るポリヌクレオチドは、配列番号1ないし52に示す塩基配列のうちの何れか一つからなるポリヌクレオチドである。 That is, the polynucleotide according to the present invention is a polynucleotide consisting of any one of the nucleotide sequences shown in SEQ ID NOs: 1 to 52.

 上記配列番号1ないし52に示す塩基配列は、キンポウゲ科のセリバオウレン(Coptis japonica)の培養細胞から得られたcDNAライブラリーに含まれるEST(発現している遺伝子断片)として、本願発明者等によって配列決定されたものである。そして、これらの塩基配列を有するESTは、データベース上の配列情報に基づいた相同性の解析から、イソキノリンアルカロイドの生合成に関与する遺伝子断片であることが示唆された。それゆえ、本発明に係るポリヌクレオチドは、イソキノリンアルカロイドの生合成に関与する遺伝子断片であってもよく、また、オウレン培養細胞由来のものであってもよい。 The nucleotide sequences shown in SEQ ID NOS: 1 to 52 are sequenced by the present inventors as ESTs (expressed gene fragments) contained in a cDNA library obtained from a cultured cell of Coptis japonica in the family Ranunculaceae. It has been decided. Then, ESTs having these nucleotide sequences were suggested to be gene fragments involved in the biosynthesis of isoquinoline alkaloids from homology analysis based on the sequence information in the database. Therefore, the polynucleotide according to the present invention may be a gene fragment involved in the biosynthesis of an isoquinoline alkaloid, or may be derived from cultured spinach cells.

 上記ポリヌクレオチドは、上述のように、医薬品として有用であるベルベリン、モルフィンなどのイソキノリンアルカロイドの生合成に関与する遺伝子断片である。それゆえ、従来その単離が困難であったイソキノリンアルカロイド生合成系の酵素をコードする全長遺伝子(全長cDNA)を容易かつ効率的に単離するためのプローブとして利用することができる。なお、上記ポリヌクレオチドをプローブとして使用する場合には、上記配列番号1ないし52に示す各塩基配列中から、その配列の一部分の配列のみを使用してもよい。この場合、ポリアデニル酸(poly A)を除く配列を使用することが好ましい。 (4) The polynucleotide is a gene fragment involved in the biosynthesis of isoquinoline alkaloids such as berberine and morphine, which are useful as pharmaceuticals, as described above. Therefore, it can be used as a probe for easily and efficiently isolating a full-length gene (full-length cDNA) encoding an enzyme of the isoquinoline alkaloid biosynthesis system, which was conventionally difficult to isolate. When the polynucleotide is used as a probe, only a part of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NOS: 1 to 52 may be used. In this case, it is preferable to use a sequence excluding polyadenylic acid (polyΔA).

 本発明に係るcDNAライブラリーは、上述の配列番号1ないし52に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドのうちの少なくとも一つを含んでいることを特徴としている。上記cDNAライブラリーは、オウレン培養細胞由来であることが好ましく、さらに、オウレン培養細胞の中でもベルベリンを高生産するものであることが好ましい。これによれば、上記cDNAライブラリーにイソキノリンアルカロイド合成関連遺伝子のESTが多数含まれることが期待できる。 CDNA The cDNA library according to the present invention is characterized by containing at least one of the polynucleotides having the nucleotide sequences shown in SEQ ID NOS: 1 to 52. The above-mentioned cDNA library is preferably derived from cultured spinach cells, and is preferably one which produces berberine at a high level among cultured spinach cells. According to this, it can be expected that the cDNA library contains a large number of ESTs of isoquinoline alkaloid synthesis-related genes.

 上記cDNAライブラリーとして、具体的には、実施例にて説明するベルベリンを高生産するオウレン培養細胞156−1SMT株由来のものを挙げることができる。上記156−1SMT株由来のcDNAライブラリーは、アルカロイド生合成関連遺伝子を高い割合(約4%)で含むことが確認されており、未知のアルカロイド生合成関連遺伝子の同定に有効に利用することができる。なお、上記156−1SMT株由来のcDNAライブラリーには、配列番号1ないし52に示す各塩基配列からなるポリヌクレオチドが全て含まれている。 と し て Specific examples of the above-mentioned cDNA library include those derived from 156-1SMT cultured spinach cells that produce berberine as described in Examples. It has been confirmed that the above-mentioned cDNA library derived from the 156-1 SMT strain contains a high proportion (about 4%) of alkaloid biosynthesis-related genes, and can be effectively used for identification of unknown alkaloid biosynthesis-related genes. it can. The above-mentioned cDNA library derived from the 156-1 SMT strain contains all polynucleotides consisting of the nucleotide sequences shown in SEQ ID NOS: 1 to 52.

 しかしながら、本発明に係るcDNAライブラリーはこれに限定されることなく、好ましくは上記ポリヌクレオチドを複数、より好ましくは上記ポリヌクレオチドなどのイソキノリンアルカロイド生合成関連遺伝子を全遺伝子の1%以上含んでいればよい。これによれば、さらに未知のアルカロイド合成関連遺伝子を同定できる可能性がある。 However, the cDNA library according to the present invention is not limited thereto, and preferably contains a plurality of the above-mentioned polynucleotides, more preferably 1% or more of all the genes related to isoquinoline alkaloid biosynthesis such as the above-mentioned polynucleotides. Just fine. According to this, an unknown alkaloid synthesis-related gene may be further identified.

 また、本発明に係るポリヌクレオチド、あるいは、本発明に係るcDNAライブラリーに含まれる遺伝子(遺伝子断片)を用いて、イソキノリンアルカロイドの生合成に関与する全長遺伝子を単離することもできる。従って、本発明に係る遺伝子の単離方法は、上記ポリヌクレオチドをプローブとして用いて、イソキノリンアルカロイドの生合成に関与する全長遺伝子を単離する方法、あるいは、上記cDNAライブラリーに含まれる遺伝子(遺伝子断片)をプローブとして用いて、イソキノリンアルカロイドの生合成に関与する全長遺伝子を単離する方法である。なお、上記「全長遺伝子」とは、その遺伝子がコードしているタンパク質のアミノ酸配列に相当する塩基配列の全て(開始コドンから終止コドンまで)を含む遺伝子のことを意味する。 全長 In addition, a full-length gene involved in the biosynthesis of isoquinoline alkaloids can be isolated using the polynucleotide (gene fragment) contained in the polynucleotide or the cDNA library of the present invention. Therefore, the method for isolating a gene according to the present invention includes a method for isolating a full-length gene involved in biosynthesis of an isoquinoline alkaloid using the above-mentioned polynucleotide as a probe, or a method for isolating a gene (gene Fragment) as a probe to isolate a full-length gene involved in isoquinoline alkaloid biosynthesis. The “full-length gene” means a gene containing the entire nucleotide sequence (from the start codon to the stop codon) corresponding to the amino acid sequence of the protein encoded by the gene.

 上記の方法によれば、従来は、イソキノリンアルカロイド生合成系の酵素を植物などから精製した後、それをコードする遺伝子を単離するという煩雑な作業を行わずに、容易に遺伝子の単離を行うことができる。 According to the above method, conventionally, the isoquinoline alkaloid biosynthetic enzyme is easily purified without isolating the gene encoding the enzyme after purifying the enzyme from a plant or the like. It can be carried out.

 さらに、本発明には、配列番号1ないし52あるいは55に示す塩基は配列のうちの何れか一つを含んでおり、かつ、イソキノリンアルカロイドの生合成に関与する全長遺伝子も含まれる。上記全長遺伝子として具体的には、配列番号53または55に示す塩基配列からなるものを挙げることができる。この配列番号53に示す塩基配列は、後述するベルベリン生合成関与遺伝子CjEST64の全長cDNAであり、上記cDNAライブラリーに含まれるESTをプローブとして単離されたものである。上記CjEST64の全長cDNAは、コロンバミン7−O−メチルトランスフェラーゼ活性を有するタンパク質をコードする遺伝子であることが確認されている。また、配列番号55に示す塩基配列からなるものは、後述するように、ノルコクラウリン合成酵素(norcoclaurine synthase)としての活性を持つタンパク質をコードする遺伝子であることが確認されている。 Furthermore, the present invention also includes a full-length gene which has any one of the bases shown in SEQ ID NOs: 1 to 52 or 55 and is involved in isoquinoline alkaloid biosynthesis. Specific examples of the full-length gene include those having the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 53 or 55. The base sequence shown in SEQ ID NO: 53 is a full-length cDNA of berberine biosynthesis-related gene CjEST64 described below, and was isolated using EST contained in the above cDNA library as a probe. It has been confirmed that the full-length cDNA of CjEST64 is a gene encoding a protein having a columbamine 7-O-methyltransferase activity. In addition, it has been confirmed that the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 55 is a gene encoding a protein having an activity as norcoclaurine synthase, as described later.

 また、本発明に係る遺伝子は、以下の(a)又は(b)のタンパク質をコードする遺伝子である。 遺 伝 子 The gene according to the present invention is a gene encoding the following protein (a) or (b).

 (a)配列番号54に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質。 (A) a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 54;

 (b)配列番号54に示されるアミノ酸配列において、1またはそれ以上のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつコロンバミン7−O−メチルトランスフェラーゼとしての活性を持つタンパク質。なお、上述の配列番号53に示す塩基配列からなる遺伝子は、配列表に示すように、その配列中の第57番目〜1109番目の塩基配列をオープンリーディングフレームとして有し、その翻訳産物が上記(a)のタンパク質であることから、上記遺伝子の一つであると言える。 (B) an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 54, wherein one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, and / or added, and have an activity as a columbamine 7-O-methyltransferase. Protein to have. As shown in the sequence listing, the gene consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 53 has the nucleotide sequence at positions 57 to 1109 in the sequence as an open reading frame, and its translation product is as shown in ( Since the protein is a), it can be said that it is one of the above genes.

 また、本発明に係る遺伝子は、以下の(c)又は(d)のタンパク質をコードする遺伝子である。 遺 伝 子 The gene according to the present invention is a gene encoding the following protein (c) or (d).

 (c)配列番号56に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質。 (C) a protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 56.

 (d)配列番号56に示されるアミノ酸配列において、1またはそれ以上のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつノルコクラウリン合成酵素(norcoclaurine synthase)としての活性を持つタンパク質。なお、上述の配列番号55に示す塩基配列からなる遺伝子は、配列表に示すように、その配列中の第22番目〜1077番目の塩基配列をオープンリーディングフレームとして有し、その翻訳産物が上記(c)のタンパク質であることから、上記遺伝子の一つであると言える。 (D) In the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 56, one or more amino acids consist of an amino acid sequence in which substitution, deletion, insertion, and / or addition are performed, and the amino acid sequence as norcoclaurine synthase An active protein. The gene consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 55 has the 22nd to 1077th nucleotide sequences in the sequence as an open reading frame as shown in the sequence listing, and the translation product is as described in the above ( Since it is the protein of c), it can be said that it is one of the above genes.

 なお、上記遺伝子は、オウレン由来であることが好ましい。 In addition, the above-mentioned gene is preferably derived from spinach.

 また、本発明に係るタンパク質は、以下の(a)又は(b)のタンパク質である。 タ ン パ ク 質 The protein according to the present invention is the following protein (a) or (b).

 (a)配列番号54に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質。 (A) a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 54;

 (b)配列番号54に示されるアミノ酸配列において、1またはそれ以上のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつコロンバミン7−O−メチルトランスフェラーゼとしての活性を持つタンパク質。 (B) an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 54, wherein one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, and / or added, and have an activity as a columbamine 7-O-methyltransferase. Protein to have.

 また、本発明に係るタンパク質は、以下の(c)又は(d)のタンパク質である。 タ ン パ ク 質 The protein according to the present invention is the following protein (c) or (d).

 (c)配列番号56に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質。 (C) a protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 56.

 (d)配列番号56に示されるアミノ酸配列において、1またはそれ以上のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつノルコクラウリン合成酵素としての活性を持つタンパク質。 (D) a protein comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, and / or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 56, and which has an activity as a norcoclaurin synthase .

 なお、上記タンパク質は、オウレン由来であることが好ましい。 The protein is preferably derived from spinach.

 本発明に係るベクターは、上記ポリヌクレオチド、あるいは、上記全長遺伝子が組み込まれたものである。上記ベクターは、公知の形質転換方法によって植物や微生物などの宿主に発現可能に導入されることによって、当該宿主において組み込まれた遺伝子あるいは遺伝子断片を発現させることができる。 ベ ク タ ー The vector according to the present invention has the polynucleotide or the full-length gene integrated therein. The above-described vector can be expressed in a host such as a plant or a microorganism by a known transformation method so that the integrated gene or gene fragment can be expressed in the host.

 また、本発明に係る形質転換体は、上記ベクターが導入された形質転換体である。より具体的に言えば、本発明に係る形質転換体は、アルカロイド生合成関連遺伝子、あるいはその遺伝子断片が導入された形質転換体である。ここで、「バクターが導入された」とは、公知の遺伝子工学的手法(遺伝子操作技術)により、宿主内にベクター内に組み込まれた遺伝子が発現可能に導入されることを意味する。 形 質 The transformant according to the present invention is a transformant into which the above vector has been introduced. More specifically, the transformant according to the present invention is a transformant into which an alkaloid biosynthesis-related gene or a gene fragment thereof has been introduced. Here, the expression "introduced bacter" means that the gene integrated in the vector is introduced into the host so that it can be expressed by a known genetic engineering technique (gene manipulation technique).

 上記形質転換体は、自身の体内において、アルカロイド生合成関連遺伝子を発現させることができる。それゆえ、植物あるいは微生物などの適当な細胞を宿主として、大量発現するようなプロモーターを含む上記ベクターが導入された形質転換体を作製すれば、結果として、アルカロイド生合成系の酵素を大量生産することができる。 The transformant can express an alkaloid biosynthesis-related gene in its own body. Therefore, if an appropriate cell such as a plant or a microorganism is used as a host to produce a transformant into which the above-described vector containing a promoter capable of large-scale expression is introduced, as a result, a large amount of an alkaloid biosynthetic enzyme is produced. be able to.

 上記ベクターは、植物に分類されるイソキノリンアルカロイド生産細胞由来の遺伝子(又は遺伝子断片)であることから、上記形質転換体における宿主としては、植物であることが好ましく、また、イソキノリンアルカロイドを生産する植物であることがさらに好ましい。このイソキノリンアルカロイドを生産する植物としては、例えば、オウレン属植物、ケシ、ハナビシソウなどを挙げることができる。 Since the vector is a gene (or gene fragment) derived from an isoquinoline alkaloid-producing cell classified as a plant, the host in the transformant is preferably a plant, and a plant producing the isoquinoline alkaloid. Is more preferable. Plants producing this isoquinoline alkaloid include, for example, plants of the genus Ouren, poppy, and poppy.

 上記植物には、完全な植物のみならず、その一部、例えば、葉、種子、塊茎、挿木等も含まれるものとする。さらに、上記植物には、予め形質転換された遺伝子組み換え植物やその子孫を起源とする植物組織、プロトプラスト、細胞、カルス、器官、植物種子、胚芽、花粉、卵細胞、接合子などの増殖可能な植物材料;花、茎、実、葉、根などを含む植物の一部;等も含まれるものとする。 The above plants include not only complete plants but also some of them, for example, leaves, seeds, tubers, cuttings and the like. Further, the above-mentioned plants include plant tissues, protoplasts, cells, calli, organs, plant seeds, germs, pollen, egg cells, zygotes, and other proliferative plants, which are derived from pre-transformed transgenic plants and their progeny. Materials; parts of plants including flowers, stems, fruits, leaves, roots, and the like; and the like.

 また、本発明には、上記のタンパク質、および上記の形質転換体の少なくとも1つを用いて、イソキノリンアルカロイドを生産する方法も含まれる。上記の方法によれば、効率的かつ簡便に、イソキノリンアルカロイドを合成することができる。 本 The present invention also includes a method for producing an isoquinoline alkaloid using at least one of the above proteins and the above transformants. According to the above method, an isoquinoline alkaloid can be efficiently and conveniently synthesized.

 以上のように、本発明に係るポリヌクレオチドは、配列番号1ないし52に示す各塩基配列からなり、イソキノリンアルカロイドの生合成に関与する遺伝子断片である。また、本発明に係るcDNAライブラリーは、上記ポリヌクレオチドを高い割合で含むものである。従って、上記ポリヌクレオチドあるいは上記cDNAライブラリーに含まれる遺伝子断片は、オウレンあるいはその他の植物におけるイソキノリンアルカロイドの生合成系の全長遺伝子を単離するためのプローブとして有用であり、この全長遺伝子を包括的に単離することが期待できる。 As described above, the polynucleotide according to the present invention is a gene fragment consisting of each base sequence shown in SEQ ID NOS: 1 to 52 and involved in the biosynthesis of isoquinoline alkaloids. Further, the cDNA library according to the present invention contains the polynucleotide at a high ratio. Therefore, the polynucleotide or the gene fragment contained in the cDNA library is useful as a probe for isolating the full-length gene of the biosynthesis system of isoquinoline alkaloids in spinach or other plants, and this full-length gene is comprehensive. Can be expected.

 そして、植物の二次代謝産物であるイソキノリンアルカロイドの生合成遺伝子が包括的に単離されれば、医薬品原料として有用なイソキノリンアルカロイドを工業的に大量生産する手段が確保されることになり、医薬品産業へ大きく貢献できる可能性を有している。 If the biosynthetic genes of isoquinoline alkaloids, which are secondary metabolites of plants, are comprehensively isolated, means for industrially mass-producing isoquinoline alkaloids useful as pharmaceutical raw materials will be secured. It has the potential to make a significant contribution to industry.

 以下、発明の実施の形態として、本発明をより具体的に説明するが、本発明は特にこの記載に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically as an embodiment of the present invention, but the present invention is not particularly limited to this description.

 (1)本発明に係るポリヌクレオチドについて
 本発明に係るポリヌクレオチドは、配列番号1ないし52に示す52個の塩基配列のうちの何れか一つからなるポリヌクレオチドである。上記配列番号1ないし52に示す各塩基配列からなるポリヌクレオチドは、イソキノリンアルカロイドであるベルベリンを高生産するオウレン培養細胞から従来公知の方法によって調整したcDNAライブラリー(本発明に係るcDNAライブラリー)に含まれるものである。そして、上記ポリヌクレオチドは、上記cDNAライブラリー内のESTの中からランダムに配列決定した1014クローンの塩基配列を相同検索した結果、ベルベリン生合成系に関与する遺伝子と推測されたものである。
(1) Regarding the polynucleotide according to the present invention The polynucleotide according to the present invention is a polynucleotide consisting of any one of the 52 base sequences shown in SEQ ID NOS: 1 to 52. Polynucleotides comprising the nucleotide sequences shown in SEQ ID NOS: 1 to 52 can be used as a cDNA library (cDNA library according to the present invention) prepared by a conventionally known method from cultured spinach cells that highly produce berberine, an isoquinoline alkaloid. Included. The polynucleotide was estimated to be a gene involved in the berberine biosynthesis system as a result of a homologous search of the nucleotide sequence of 1014 clones randomly sequenced from ESTs in the cDNA library.

 なお、上記cDNAライブラリーは、病原菌感染誘導性タンパク質遺伝子が多く含まれる一方、これまでに同定されているアルカロイド生合成遺伝子が13クローン(約1%、関連する機能が推定される遺伝子を含めると45クローン(約4%))含まれることを認めた。この頻度は、これらの遺伝子をもとに生合成関連遺伝子の検索を行うに十分高いものであった。 The cDNA library contains a large number of pathogen-infected inducible protein genes, while 13 clones of the alkaloid biosynthesis genes identified so far (about 1%, including genes whose related functions are presumed to be included). 45 clones (about 4%). This frequency was high enough to search for biosynthesis-related genes based on these genes.

 続いて、配列番号1から52に示す各塩基配列からなるそれぞれのポリヌクレオチドについて、図2、図5、図6及び図8から図59を用いて順に説明する。なお、図5、6は、後述の実施例において配列決定されたEST(遺伝子断片)のうち、アルカロイド合成関連遺伝子と推定された遺伝子を示す表である。この表には、既に同定されているアルカロイド合成関連遺伝子も含まれている。また、図8から図59は、順に配列番号1から52に示す塩基配列と同じ塩基配列を示したものであり、また、各図の最上段には、各配列を識別するためのシークエンスID(SEQ.I.D.)を示している。また、図2は、後述の実施例において配列決定されたESTのうち、これまでに同定されているアルカロイド合成関連遺伝子と相同性を示した遺伝子を示す表である。 Next, the respective polynucleotides consisting of the nucleotide sequences shown in SEQ ID NOs: 1 to 52 will be described in order with reference to FIGS. 2, 5, 6, and 8 to 59. FIGS. 5 and 6 are tables showing genes estimated as alkaloid synthesis-related genes among ESTs (gene fragments) sequenced in Examples described later. The table also includes alkaloid synthesis-related genes that have already been identified. 8 to 59 show the same base sequence as the base sequences shown in SEQ ID NOS: 1 to 52 in order, and at the top of each figure, a sequence ID (ID) for identifying each sequence is shown. SEQ.ID). FIG. 2 is a table showing genes showing homology to previously identified alkaloid synthesis-related genes among the ESTs sequenced in the Examples described later.

 配列番号1に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図8に示すように、シークエンスIDが010425seq1a02であり、270bpの塩基配列である。また、上記010425seq1a02は、図5、6の表においてNo.16に示すESTに相当する。 As shown in FIG. 8, the polynucleotide comprising the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 has a sequence ID of 010425seq1a02 and a nucleotide sequence of 270 bp. The above-mentioned 010425seq1a02 corresponds to the EST shown in No. 16 in the tables of FIGS.

 配列番号2に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図9に示すように、シークエンスIDが010425seq1e07であり、828bpの塩基配列である。また、上記010425seq1e07は、図5、6の表においてNo.24に示すESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 9, the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 2 has a sequence ID of 010425seq1e07 and a 828 bp nucleotide sequence. The above-mentioned 010425seq1e07 corresponds to the EST shown in No. 24 in the tables of FIGS.

 配列番号3に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図10に示すように、シークエンスIDが010425seq1d03であり、106bpの塩基配列である。また、上記010425seq1d03は、図5、6の表においてNo.32に示すESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 10, the polynucleotide having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 has a sequence ID of 010425seq1d03 and has a nucleotide sequence of 106 bp. Further, 010425seq1d03 corresponds to the EST shown in No. 32 in the tables of FIGS.

 配列番号4に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図11に示すように、シークエンスIDが010512seq2e12であり、217bpの塩基配列である。また、上記010512seq2e12は、図5、6の表においてNo.35に示すESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 11, the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 4 has a sequence ID of 010512 seq2e12 and a 217 bp nucleotide sequence. The above 010512seq2e12 corresponds to the EST shown in No. 35 in the tables of FIGS.

 配列番号5に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図12に示すように、シークエンスIDが010512seq2f08であり、548bpの塩基配列である。また、上記010512seq2f08は、図5、6の表においてNo.41に示すESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 12, the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 5 has a sequence ID of 010512seq2f08 and a 548 bp nucleotide sequence. The above 010512seq2f08 corresponds to the EST shown in No. 41 in the tables of FIGS.

 配列番号6に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図13に示すように、シークエンスIDが010512seq2e10であり、549bpの塩基配列である。また、上記010512seq2e10は、図5、6の表においてNo.42に示すESTに相当する。 As shown in FIG. 13, the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 6 has a sequence ID of 010512seq2e10 and has a 549 bp nucleotide sequence. The above-mentioned 010512seq2e10 corresponds to the EST shown in No. 42 in the tables of FIGS.

 配列番号7に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図14に示すように、シークエンスIDが010512seq2b10であり、265bpの塩基配列である。また、上記010512seq2b10は、図5、6の表においてNo.11に示すESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 14, the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 7 has a sequence ID of 010512seq2b10 and a nucleotide sequence of 265 bp. The above 010512seq2b10 corresponds to the EST shown in No. 11 in the tables of FIGS.

 配列番号8に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図15に示すように、シークエンスIDが010511seq1c10であり、553bpの塩基配列である。また、上記010511seq1c10は、図5、6の表においてNo.1に示すESTに相当する。 As shown in FIG. 15, the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 8 has a sequence ID of 010511 seq1c10 and a nucleotide sequence of 553 bp. The above-mentioned 010511seq1c10 corresponds to the EST shown in No. 1 in the tables of FIGS.

 配列番号9に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図16に示すように、シークエンスIDが010511seq1h09であり、177bpの塩基配列である。また、上記010511seq1h09は、図5、6の表においてNo.6に示すESTに相当する。 As shown in FIG. 16, the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 9 has a sequence ID of 010511seq1h09 and has a 177 bp nucleotide sequence. The above-mentioned 010511seq1h09 corresponds to the EST shown in No. 6 in the tables of FIGS.

 配列番号10に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図17に示すように、シークエンスIDが010511seq1d11であり、151bpの塩基配列である。また、上記010511seq1d11は、図5、6の表においてNo.14に示すESTに相当する。 As shown in FIG. 17, the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 10 has a sequence ID of 010511seq1d11 and has a nucleotide sequence of 151 bp. Further, 010511seq1d11 corresponds to the EST shown in No. 14 in the tables of FIGS.

 配列番号10に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図17に示すように、シークエンスIDが010511seq1d11であり、151bpの塩基配列である。また、上記010511seq1d11は、図5、6の表においてNo.14に示すESTに相当する。 As shown in FIG. 17, the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 10 has a sequence ID of 010511seq1d11 and has a nucleotide sequence of 151 bp. Further, 010511seq1d11 corresponds to the EST shown in No. 14 in the tables of FIGS.

 配列番号11に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図18に示すように、シークエンスIDが010511seq1c07であり、211bpの塩基配列である。また、上記010511seq1c07は、図5、6の表においてNo.38に示すESTに相当する。 As shown in FIG. 18, the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 11 has a sequence ID of 010511seq1c07 and a nucleotide sequence of 211 bp. The above-mentioned 010511seq1c07 corresponds to the EST shown in No. 38 in the tables of FIGS.

 配列番号12に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図19に示すように、シークエンスIDが010516seq5g11であり、659bpの塩基配列である。また、上記010516seq5g11は、図5、6の表においてNo.4に示すESTに相当する。 As shown in FIG. 19, the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 12 has a sequence ID of 010516seq5g11 and has a nucleotide sequence of 659 bp. The above-mentioned 010516seq5g11 corresponds to the EST shown in No. 4 in the tables of FIGS.

 配列番号13に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図20に示すように、シークエンスIDが010516seq5h09であり、407bpの塩基配列である。また、上記010516seq5h09は、図5、6の表においてNo.8に示すESTに相当する。 As shown in FIG. 20, the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 13 has a sequence ID of 010516seq5h09 and a nucleotide sequence of 407 bp. The above-mentioned 010516seq5h09 corresponds to EST shown in No. 8 in the tables of FIGS.

 配列番号14に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図21に示すように、シークエンスIDが010516seq5g04であり、420bpの塩基配列である。また、上記010516seq5g04は、図5、6の表においてNo.17に示すESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 21, the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 14 has a sequence ID of 010516seq5g04 and a nucleotide sequence of 420 bp. The above 010516seq5g04 corresponds to the EST shown in No. 17 in the tables of FIGS.

 配列番号15に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図22に示すように、シークエンスIDが010516seq5d01であり、644bpの塩基配列である。また、上記010516seq5d01は、図5、6の表においてNo.21に示すESTに相当する。 As shown in FIG. 22, the polynucleotide having the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 15 has a sequence ID of 010516seq5d01 and has a 644 bp nucleotide sequence. The above-mentioned 010516seq5d01 corresponds to the EST shown in No. 21 in the tables of FIGS.

 配列番号16に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図23に示すように、シークエンスIDが010516seq5b04であり、114bpの塩基配列である。また、上記010516seq5b04は、図5、6の表においてNo.34に示すESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 23, the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 16 has a sequence ID of 010516seq5b04 and a nucleotide sequence of 114 bp. The above-mentioned 010516seq5b04 corresponds to the EST shown in No. 34 in the tables of FIGS.

 配列番号17に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図24に示すように、シークエンスIDが010516seq5d10であり、570bpの塩基配列である。また、上記010516seq5d10は、図5、6の表においてNo.37に示すESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 24, the polynucleotide having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 17 has a sequence ID of 010516seq5d10 and a nucleotide sequence of 570 bp. The above 010516seq5d10 corresponds to the EST shown in No. 37 in the tables of FIGS.

 配列番号18に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図25に示すように、シークエンスIDが010516seq5c09であり、239bpの塩基配列である。また、上記010516seq5c09は、図5、6の表においてNo.44に示すESTに相当する。 As shown in FIG. 25, the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 18 has a sequence ID of 010516seq5c09 and a 239 bp nucleotide sequence. In addition, the above-mentioned 010516seq5c09 corresponds to the EST shown in No. 44 in the tables of FIGS.

 配列番号19に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図26に示すように、シークエンスIDが010523seq2g11であり、458bpの塩基配列である。また、上記010523seq2g11は、図5、6の表においてNo.39に示すESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 26, the polynucleotide having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 19 has a sequence ID of 010523seq2g11 and a nucleotide sequence of 458 bp. The above-mentioned 010523seq2g11 corresponds to the EST shown in No. 39 in the tables of FIGS.

 配列番号20に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図27に示すように、シークエンスIDが010523seq2c09であり、128bpの塩基配列である。また、上記010523seq2c09は、図5、6の表においてNo.5に示すESTに相当する。 As shown in FIG. 27, the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 20 has a sequence ID of 010523seq2c09 and a nucleotide sequence of 128 bp. In addition, the above-mentioned 010523seq2c09 corresponds to the EST shown in No. 5 in the tables of FIGS.

 配列番号21に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図28に示すように、シークエンスIDが010523seq2b10であり、170bpの塩基配列である。また、上記010523seq2b10は、図5、6の表においてNo.9に示すESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 28, the polynucleotide having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 21 has a sequence ID of 010523seq2b10 and a nucleotide sequence of 170 bp. The above-mentioned 010523seq2b10 corresponds to the EST shown in No. 9 in the tables of FIGS.

 配列番号22に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図29に示すように、シークエンスIDが010523seq1c02であり、217bpの塩基配列である。また、上記010523seq1c02は、図5、6の表においてNo.13に示すESTに相当する。 As shown in FIG. 29, the polynucleotide having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 22 has a sequence ID of 010523seq1c02 and a nucleotide sequence of 217 bp. Further, 010523seq1c02 corresponds to the EST shown in No. 13 in the tables of FIGS.

 配列番号23に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図30に示すように、シークエンスIDが010523seq1g12であり、669bpの塩基配列である。また、上記010523seq1g12は、図5、6の表においてNo.2に示すESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 30, the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 23 has a sequence ID of 010523seq1g12 and a nucleotide sequence of 669 bp. The above-mentioned 010523seq1g12 corresponds to the EST shown in No. 2 in the tables of FIGS.

 配列番号24に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図31に示すように、シークエンスIDが010523seq1c08であり、553bpの塩基配列である。また、上記010523seq1c08は、図5、6の表においてNo.26に示すESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 31, the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 24 has a sequence ID of 010523seq1c08 and a nucleotide sequence of 553 bp. The above 010523seq1c08 corresponds to the EST shown in No. 26 in the tables of FIGS.

 配列番号25に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図32に示すように、シークエンスIDが010512seq2b07であり、123bpの塩基配列である。また、上記010512seq2b07は、図5、6の表においてNo.15に示すESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 32, the polynucleotide having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 25 has a sequence ID of 010512seq2b07 and a nucleotide sequence of 123 bp. The above 010512seq2b07 corresponds to the EST shown in No. 15 in the tables of FIGS.

 配列番号26に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図33に示すように、シークエンスIDが010525seq1d03であり、312bpの塩基配列である。また、上記010525seq1d03は、図5、6の表においてNo.10に示すESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 33, the polynucleotide having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 26 has a sequence ID of 010525seq1d03 and a nucleotide sequence of 312 bp. Further, 010525seq1d03 corresponds to the EST shown in No. 10 in the tables of FIGS.

 配列番号27に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図34に示すように、シークエンスIDが010502seq1e07であり、596bpの塩基配列である。また、上記010502seq1e07は、図5、6の表においてNo.3に示すESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 34, the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 27 has a sequence ID of 010502seq1e07 and a 596 bp nucleotide sequence. The above-mentioned 010502seq1e07 corresponds to the EST shown in No. 3 in the tables of FIGS.

 配列番号28に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図35に示すように、シークエンスIDが010501seq2f10であり、479bpの塩基配列である。また、上記010501seq2f10は、図5、6の表においてNo.20に示すESTに相当する。 As shown in FIG. 35, the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 28 has a sequence ID of 010501seq2f10 and a nucleotide sequence of 479 bp. The above-mentioned 010501seq2f10 corresponds to the EST shown in No. 20 in the tables of FIGS.

 配列番号29に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図36に示すように、シークエンスIDが010518seq4e10であり、578bpの塩基配列である。また、上記010518seq4e10は、図5、6の表においてNo.22に示すESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 36, the polynucleotide having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 29 has a sequence ID of 010518 seq4e10 and a nucleotide sequence of 578 bp. Further, 010518seq4e10 corresponds to the EST shown in No. 22 in the tables of FIGS.

 配列番号30に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図37に示すように、シークエンスIDが010518seq4c09であり、226bpの塩基配列である。また、上記010518seq4c09は、図5、6の表においてNo.23に示すESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 37, the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 30 has a sequence ID of 010518seq4c09 and has a 226 bp nucleotide sequence. The above 010518seq4c09 corresponds to the EST shown in No. 23 in the tables of FIGS.

 配列番号31に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図38に示すように、シークエンスIDが010518seq4d05であり、509bpの塩基配列である。また、上記010518seq4d05は、図5、6の表においてNo.25に示すESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 38, the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 31 has a sequence ID of 010518seq4d05 and has a 509 bp nucleotide sequence. The above 010518seq4d05 corresponds to the EST shown in No. 25 in the tables of FIGS.

 配列番号32に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図39に示すように、シークエンスIDが010518seq4d08であり、294bpの塩基配列である。また、上記010518seq4d08は、図5、6の表においてNo.30に示すESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 39, the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 32 has a sequence ID of 010518seq4d08 and a nucleotide sequence of 294 bp. The above 010518seq4d08 corresponds to the EST shown in No. 30 in the tables of FIGS.

 配列番号33に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図40に示すように、シークエンスIDが010501seq2h11であり、376bpの塩基配列である。また、上記010501seq2h11は、図5、6の表においてNo.27に示すESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 40, the polynucleotide having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 33 has a sequence ID of 010501seq2h11 and a nucleotide sequence of 376 bp. The above-mentioned 010501seq2h11 corresponds to the EST shown in No. 27 in the tables of FIGS.

 配列番号34及び図41に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、シークエンスIDが010511seq1g03(図41においては、CjEST731と示す)であり、596bpの塩基配列である。また、上記010511seq1g03は、図5、6の表においてNo.29に示すESTに相当し、図7の表においてEST番号が731のESTに相当する。 ポ リ The polynucleotide consisting of SEQ ID NO: 34 and the nucleotide sequence shown in FIG. 41 has a sequence ID of 010511seq1g03 (shown as CjEST731 in FIG. 41) and has a 596 bp nucleotide sequence. The 010511seq1g03 corresponds to the EST indicated by No. 29 in the tables of FIGS. 5 and 6, and corresponds to the EST having the EST number 731 in the table of FIG.

 配列番号35及び図42に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図42に示すように識別名がCjEST179であり、523bpの塩基配列である。また、上記CjEST179は、図7の表においてEST番号が179のESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 42, the polynucleotide consisting of SEQ ID NO: 35 and the nucleotide sequence shown in FIG. 42 has an identification name of CjEST179 and a 523 bp nucleotide sequence. Further, the CjEST 179 corresponds to the EST with the EST number of 179 in the table of FIG.

 配列番号36及び図43に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図43に示すように識別名がCjEST502であり、393bpの塩基配列である。また、上記CjEST502は、図7の表においてEST番号が502のESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 43, the polynucleotide consisting of SEQ ID NO: 36 and the base sequence shown in FIG. 43 has an identification name of CjEST502 and has a base sequence of 393 bp. Further, the CjEST 502 corresponds to the EST having the EST number 502 in the table of FIG.

 配列番号37及び図44に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図44に示すように識別名がCjEST558であり、553bpの塩基配列である。また、上記CjEST558は、図7の表においてEST番号が558のESTに相当する。 As shown in FIG. 44, the polynucleotide consisting of SEQ ID NO: 37 and the nucleotide sequence shown in FIG. 44 has an identification name of CjEST558 and has a 553 bp nucleotide sequence. Further, the CjEST558 corresponds to the EST having the EST number of 558 in the table of FIG.

 配列番号38及び図45に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図45に示すように識別名がCjEST1013であり、385bpの塩基配列である。また、上記CjEST1013は、図7の表においてEST番号が385のESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 45, the polynucleotide consisting of SEQ ID NO: 38 and the nucleotide sequence shown in FIG. 45 has an identification name of CjEST1013 and has a 385 bp nucleotide sequence. Further, the CjEST 1013 corresponds to the EST having the EST number of 385 in the table of FIG.

 配列番号39に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図46に示すように、シークエンスIDが010509seq2c01であり、665bpの塩基配列である。また、上記010509seq2c01は、図5、6の表においてNo.7に示すESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 46, the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 39 has a sequence ID of 010509seq2c01 and a nucleotide sequence of 665 bp. The above-mentioned 010509seq2c01 corresponds to the EST shown in No. 7 in the tables of FIGS.

 配列番号40に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図47に示すように、シークエンスIDが010501seq2e02であり、341bpの塩基配列である。また、上記010501seq2e02は、図5、6の表においてNo.19に示すESTに相当するが、これはまた、図2の表においてNo.10に示すESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 47, the polynucleotide having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 40 has a sequence ID of 010501seq2e02 and a nucleotide sequence of 341 bp. The above-mentioned 010501seq2e02 corresponds to the EST shown in No. 19 in the tables of FIGS. 5 and 6, and this also corresponds to the EST shown in No. 10 in the table of FIG.

 配列番号41に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図48に示すように、シークエンスIDが010516seq5h08であり、595bpの塩基配列である。また、上記010516seq5h08は、図5、6の表においてNo.28に示すESTに相当するが、これはまた、図2の表においてNo.3に示すESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 48, the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 41 has a sequence ID of 010516seq5h08 and a nucleotide sequence of 595 bp. In addition, the above-mentioned 010516seq5h08 corresponds to the EST shown in No. 28 in the tables of FIGS. 5 and 6, and this also corresponds to the EST shown in No. 3 in the table of FIG.

 配列番号42に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図49に示すように、シークエンスIDが010516seq6g12であり、642bpの塩基配列である。また、上記010516seq6g12は、図5、6の表においてNo.33に示すESTに相当するが、これはまた、図2の表においてNo.2に示すESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 49, the polynucleotide having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 42 has a sequence ID of 010516seq6g12 and a nucleotide sequence of 642 bp. The above-mentioned 010516seq6g12 corresponds to the EST shown in No. 33 in the tables of FIGS. 5 and 6, and this also corresponds to the EST shown in No. 2 in the table of FIG.

 配列番号43に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図50に示すように、シークエンスIDが010425〜27f09であり、788bpの塩基配列である。また、上記010425〜27f09は、図2の表においてNo.1に示すESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 50, the polynucleotide having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 43 has a sequence ID of 010425 to 27f09 and has a 788 bp nucleotide sequence. The above 010425 to 27f09 correspond to the ESTs shown in No. 1 in the table of FIG.

 配列番号44に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図51に示すように、シークエンスIDが010425〜27c07であり、596bpの塩基配列である。また、上記010425〜27c07は、図5、6の表においてNo.36に示すESTに相当するが、これはまた、図2の表においてNo.6に示すESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 51, the polynucleotide having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 44 has a sequence ID of 010425 to 27c07 and a 596 bp nucleotide sequence. Further, the above 010425 to 27c07 correspond to the EST shown in No. 36 in the tables of FIGS. 5 and 6, and this also corresponds to the EST shown in No. 6 in the table of FIG.

 配列番号45に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図52に示すように、シークエンスIDが010502seq1h06であり、252bpの塩基配列である。また、上記010502seq1h06は、図2の表においてNo.4に示すESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 52, the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 45 has a sequence ID of 010502seq1h06 and a nucleotide sequence of 252 bp. The above-mentioned 010502seq1h06 corresponds to the EST shown in No. 4 in the table of FIG.

 配列番号46に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図53に示すように、シークエンスIDが010511seq1b11であり、289bpの塩基配列である。また、上記010511seq1b11は、図2の表においてNo.4に示すESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 53, the polynucleotide having the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 46 has a sequence ID of 010511seq1b11 and a nucleotide sequence of 289 bp. The above-mentioned 010511seq1b11 corresponds to the EST shown in No. 4 in the table of FIG.

 配列番号47に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図54に示すように、シークエンスIDが010511seq1F03であり、159bpの塩基配列である。また、上記010511seq1F03は、図2の表においてNo.4に示すESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 54, the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 47 has a sequence ID of 010511seq1F03 and a nucleotide sequence of 159 bp. The above-mentioned 010511seq1F03 corresponds to the EST shown in No. 4 in the table of FIG.

 配列番号48に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図55に示すように、シークエンスIDが010525seq1F08であり、350bpの塩基配列である。また、上記010525seq1F08は、図2の表においてNo.4に示すESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 55, the polynucleotide having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 48 has a sequence ID of 010525 seq1F08 and a nucleotide sequence of 350 bp. The above-mentioned 010525seq1F08 corresponds to the EST shown in No. 4 in the table of FIG.

 配列番号49に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図56に示すように、シークエンスIDが010516seq5f03であり、314bpの塩基配列である。また、上記010516seq5f03は、図2の表においてNo.5に示すESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 56, the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 49 has a sequence ID of 010516seq5f03 and a nucleotide sequence of 314 bp. Further, the above 010516seq5f03 corresponds to the EST shown in No. 5 in the table of FIG.

 配列番号50に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図57に示すように、シークエンスIDが010518seq3A06であり、591bpの塩基配列である。また、上記010518seq3A06は、図2の表においてNo.7に示すESTに相当する。 As shown in FIG. 57, the polynucleotide having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 50 has a sequence ID of 010518seq3A06 and a nucleotide sequence of 591 bp. Further, 010518seq3A06 corresponds to the EST shown in No. 7 in the table of FIG.

 配列番号51に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図58に示すように、シークエンスIDが010501seq2f03であり、158bpの塩基配列である。また、上記010501seq2f03は、図2の表においてNo.9に示すESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 58, the polynucleotide having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 51 has a sequence ID of 010501seq2f03 and a nucleotide sequence of 158 bp. Further, 010501seq2f03 corresponds to the EST shown in No. 9 in the table of FIG.

 配列番号52に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図59に示すように、シークエンスIDが010516seq5c04であり、607bpの塩基配列である。また、上記010516seq5c04は、図2の表においてNo11に示すESTに相当する。 ポ リ As shown in FIG. 59, the polynucleotide having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 52 has a sequence ID of 010516seq5c04 and a nucleotide sequence of 607 bp. The above-mentioned 010516seq5c04 corresponds to the EST shown in No. 11 in the table of FIG.

 なお、上記配列番号34ないし38に示す塩基配列からなる各ポリヌクレオチドは、転写因子と考えられる遺伝子断片である。これら転写因子と考えられるもののうち、配列番号34に示すものだけが正の調節因子であり、それ以外は全て負の調節因子である。なお、上記配列番号34に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、Cj-ring-H2 フィンガータンパク質のホモログであると推測されるが、これは、これまでにアルカロイド生合成系の転写因子としては全く知られておらず、その利用によって、生合成系の遺伝子の包括的誘導が期待できるものである。 Each polynucleotide consisting of the nucleotide sequences shown in SEQ ID NOs: 34 to 38 is a gene fragment considered as a transcription factor. Of these transcription factors, only those shown in SEQ ID NO: 34 are positive regulators, and all others are negative regulators. The polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 34 is presumed to be a homologue of the Cj-ring-H2 finger protein, which has not been known as a transcription factor in alkaloid biosynthesis systems. However, its use is expected to lead to comprehensive induction of biosynthetic genes.

 上記ポリヌクレオチドを獲得する方法は特に限定されるものではなく、一般的な方法が採用される。例えば、当該ポリヌクレオチドを、それを有する生物のゲノムDNA、cDNAライブラリーなどから適切な制限酵素で切り出し、精製すればよい。なお、上記ポリヌクレオチドを有する生物としては、オウレン培養細胞を挙げることができる。そして、上記オウレン培養細胞の中でも特に、ベルベリン生産性の高い培養細胞を用いて精製を行えば、より確実に目的のポリヌクレオチドを単離することができる。また、適当なプライマーを用いて、上記生物のゲノムDNA、cDNAを鋳型として増幅反応を行うことで、上記ポリヌクレオチドを単離してもよい。 (4) The method for obtaining the polynucleotide is not particularly limited, and a general method is employed. For example, the polynucleotide may be cut out from a genomic DNA or cDNA library of an organism having the polynucleotide with an appropriate restriction enzyme and purified. In addition, as an organism having the above-mentioned polynucleotide, there can be mentioned, for example, a cultured cell of Ouren. In addition, if the purification is performed using cultured cells having high berberine productivity, among the above cultured spinach cells, the target polynucleotide can be more reliably isolated. Alternatively, the polynucleotide may be isolated by performing an amplification reaction using genomic DNA or cDNA of the organism as a template using appropriate primers.

 (2)イソキノリンアルカロイド生合成遺伝子の全長cDNAの単離方法
 続いて、即ち、本発明に係る遺伝子断片(EST)としてのポリヌクレオチドをプローブとして、その全長遺伝子(全長cDNA)を単離する方法について説明する。
(2) Method for isolating full-length cDNA of isoquinoline alkaloid biosynthesis gene Subsequently, a method for isolating the full-length gene (full-length cDNA) using a polynucleotide as a gene fragment (EST) according to the present invention as a probe explain.

 本発明に係るポリヌクレオチドは、オウレン培養細胞由来のイソキノリンアルカロイド生合成関連遺伝子のESTであるため、それを用いて、オウレン属植物(オウレン培養細胞を含む)、あるいはその他の植物から上記イソキノリンアルカロイド生合成関連遺伝子の全長cDNAをクローニングすることが可能である。この場合のクローニング方法としても、従来公知の方法を利用することが可能であり、特に限定されるものではない。 Since the polynucleotide according to the present invention is an EST of an isoquinoline alkaloid biosynthesis-related gene derived from cultured spinach cells, the polynucleotide is used to produce the isoquinoline alkaloid biosynthesis from spinach plants (including cultured spinach cells) or other plants. It is possible to clone a full-length cDNA of a synthesis-related gene. As the cloning method in this case, a conventionally known method can be used and is not particularly limited.

 具体的には、ゲノムの少なくとも一部がデータベース化されている植物の場合には、上記ポリヌクレオチドの塩基配列に基づいて相同性のある塩基配列をデータベース中から検索すればよい。例えば、汎用されている相同性検索アルゴリズムであるBLASTによる塩基配列の相同性検索を好適に用いることができる。 Specifically, in the case of a plant in which at least a part of the genome is stored in a database, a base sequence having homology may be searched from the database based on the base sequence of the polynucleotide. For example, a homology search of a base sequence by BLAST, which is a widely used homology search algorithm, can be suitably used.

 また、ゲノムがデータベース化されていない植物の場合には、例えば、従来公知のDNAライブラリーを用いたハイブリダイゼーション法を用いることもできる。具体的には、適切なクローニング・ベクターを使用して対象となる植物からゲノムライブラリー又はcDNAライブラリーを調製するステップと、上記ポリヌクレオチドの少なくとも一部をプローブとして用いてハイブリダイゼーションを行い、ライブラリーから上記プローブにポジティブの断片を検出するステップとを含む方法を用いることができる。このように、本発明に係るポリヌクレオチドはプローブとして有用である。プローブに用いる領域には、目的とする遺伝子に特異的な配列が含まれることが好ましい。また、プローブとして使用されるポリヌクレオチドの長さは、100bp以上が好ましい。 植物 Further, in the case of a plant whose genome is not stored in a database, for example, a hybridization method using a conventionally known DNA library can be used. Specifically, a step of preparing a genomic library or a cDNA library from a target plant using an appropriate cloning vector, and performing hybridization using at least a part of the polynucleotide as a probe, Detecting a positive fragment from the rally to the probe. Thus, the polynucleotide according to the present invention is useful as a probe. The region used for the probe preferably contains a sequence specific to the gene of interest. The length of the polynucleotide used as the probe is preferably 100 bp or more.

 上述の方法を用いれば、オウレンひいてはその他種々の植物(例えば、ケシやハナビシソウ、エンゴサクのようなケシ科植物、タマサキツヅラフジのようなツヅラフジ科植物、メギのようなメギ科植物など)から、ベルベリン、マグノフロリン、モルフィン、パパベリン、サングイナリン、コリダリン、セファランチンなどといったイソキノリン系のアルカロイド生合成に関わる全長遺伝子を容易に単離することができる。 By using the above-described method, berberine can be obtained from spinach and various other plants (for example, poppy and poppy plants such as poppy, Egosaku, Tsurugi-family plants such as Tamasakitsu-rafuji, and barberry-like barberry such as barberry). And full-length genes involved in isoquinoline-based alkaloid biosynthesis such as magnoflorin, morphine, papaverine, sanguinarine, coridaline, and cepharanthin can be easily isolated.

 (3)形質転換体の作製方法
 本発明に係る形質転換体は、上記ポリヌクレオチド、あるいは、上記ポリヌクレオチドをプローブとして使用して単離されたその全長遺伝子が組み込まれたベクターを宿主に導入したものである。上記宿主は、特に限定されるものではないが、例えば、酵母、大腸菌などの微生物、あるいは、植物、動物などを挙げることができる。しかしながら、上記ベクターに組み込まれた遺伝子(遺伝子断片)が、植物の一種であるオウレン培養細胞由来のものであることから、上記宿主ととしては、植物が好ましく、植物の中でもオウレン属植物、ケシやハナビシソウのようなイソキノリンアルカロイドを生産する植物が特に好ましい。なお、上記植物の範疇には、上述のように、個体としての植物のみならず、植物の器官、組織、細胞なども含まれる。
(3) Method for Producing Transformant The transformant according to the present invention was obtained by introducing the above-mentioned polynucleotide or a vector into which the full-length gene isolated by using the above-mentioned polynucleotide as a probe was incorporated into a host. Things. The host is not particularly limited, and examples thereof include microorganisms such as yeast and Escherichia coli, and plants and animals. However, since the gene (gene fragment) incorporated in the vector is derived from a cultured cell of spinach, which is a kind of plant, the host is preferably a plant. Plants that produce isoquinoline alkaloids, such as valerian, are particularly preferred. As described above, the category of the plant includes not only a plant as an individual but also an organ, a tissue, a cell, and the like of the plant.

 上記形質転換体を作製する方法としては、具体的には、例えば、マイクロインジェクション法、エレクトロポレーション法、弾道粒子加速法、プロトプラスト形質転換/再生法、アグロバクテリウムによる形質転換法などを挙げることができるが、特に限定されるものではない。また、上記形質転換方法は、宿主となる植物などの種類(例えば、単子葉植物・双子葉植物)に応じて適宜選択されることが好ましい。 Specific examples of the method for producing the above transformant include microinjection, electroporation, ballistic particle acceleration, protoplast transformation / regeneration, and Agrobacterium-mediated transformation. , But is not particularly limited. In addition, it is preferable that the above-mentioned transformation method is appropriately selected depending on the type of a host plant or the like (for example, monocotyledonous plants and dicotyledonous plants).

 本発明において使用することができるベクターとしては、従来から微生物や植物、植物細胞などの形質転換に使用されているベクターを挙げることができる。そして、上記ベクターは、上記ポリヌクレオチド、あるいは、上記全長遺伝子の他に、従来公知の遺伝子を発現させるための恒常発現型または発現制御型のプロモーター、形質転換体の選抜を容易にする薬剤耐性遺伝子、アグロバクテリウムのバイナリ−ベクター系を使用するためのバイナリ−ベクター系を使用するための複製開始点などを含んでいてもよい。 ベ ク タ ー Examples of vectors that can be used in the present invention include vectors that have been conventionally used for transformation of microorganisms, plants, plant cells, and the like. And, the above-mentioned vector is, in addition to the above-mentioned polynucleotide or the above-mentioned full-length gene, a constitutively-expressed or expression-regulated promoter for expressing a conventionally known gene, a drug-resistance gene which facilitates selection of transformants. , A replication origin for using the binary-vector system for using the Agrobacterium binary-vector system, and the like.

 より具体的には、大腸菌などの微生物へ導入される場合には、pBluescript Iiskベクターや、pETベクターなどを使用することができる。植物細胞へ導入される場合には、アグロバクテリウムによる導入に適したものとしてpBI101やpBI121などを挙げることができる。エレクトロポレーション法を用いて植物細胞への導入を図る場合には、ベクターに特に制限はない。また、上記薬剤耐性遺伝子としてはアンピシリン耐性遺伝子、カナマイシン耐性遺伝子、ハイグロマイシン耐性遺伝子などを挙げることができる。上記プロモーターとしては、カリフラワーモザイクウィルス由来の35Sプロモーター(恒常発現型)や熱ショック誘導タンパク質のプロモーター(発現制御型)を挙げることができる。複製開始点としては、Ti又はRiプラスミド由来の複製開始点などを挙げることができる。 More specifically, when introduced into a microorganism such as Escherichia coli, a pBluescript Iisk vector or a pET vector can be used. When introduced into plant cells, pBI101, pBI121, and the like can be mentioned as suitable for introduction by Agrobacterium. When introducing into a plant cell using the electroporation method, the vector is not particularly limited. Examples of the drug resistance gene include an ampicillin resistance gene, a kanamycin resistance gene, and a hygromycin resistance gene. Examples of the promoter include a cauliflower mosaic virus-derived 35S promoter (constant expression type) and a promoter of heat shock inducible protein (expression control type). Examples of the replication origin include a replication origin derived from Ti or Ri plasmid.

 (4)単離したアルカロイド生合成遺伝子を利用したアルカロイド生産
 本願発明者等は、本発明以前に単離・同定されたアルカロイド生合成関連遺伝子を用いて、ハナビシソウのアルカロイド生合成活性を分子変換できること、あるいは、オウレンの生合成活性を向上できること(Sato F, Hashimoto T, Hachiya A, Tamura K, Choi K-B, Morishige T, Fujimoto H, Yamada Y. 2001. Metabolic engineering of plant alkaloid biosynthesis. Proc Nat’l Acad Sci (USA) 98: 367-372)を示している。また、大腸菌での発現によりより人工的な基質である6,7−ジメトキシ−1,2,3,4−テトラヒドロイソキノリンのN−メチル化が可能であることを示している。
(4) Alkaloid production using an isolated alkaloid biosynthesis gene The present inventors can molecularly convert the alkaloid biosynthesis activity of Anopheles officinalis using an alkaloid biosynthesis-related gene isolated and identified before the present invention. Or the ability to increase the biosynthesis activity of spinach (Sato F, Hashimoto T, Hachiya A, Tamura K, Choi KB, Morishige T, Fujimoto H, Yamada Y. 2001. Metabolic engineering of plant alkaloid biosynthesis. Proc Nat'l Acad Sci (USA) 98: 367-372). It also shows that expression in E. coli allows N-methylation of 6,7-dimethoxy-1,2,3,4-tetrahydroisoquinoline, which is a more artificial substrate.

 このような結果から、上記ポリヌクレオチドをプローブとして用いてアルカロイド生合成に関与する全長遺伝子を単離し、単離されたこれらの遺伝子を用いて植物や微生物を宿主とした上述のような形質転換体を作製すれば、容易に植物の二次代謝機能を変換/向上できるとともに、微生物細胞系を用いた物質変換も可能となる。さらに、これらの遺伝子が過剰発現するようなプロモーター(例えば、カリフラワーモザイクウィルス由来の35Sプロモーターなど)を含むベクターに組み込んで、上記形質転換体を作製すれば、アルカロイド生合成系の酵素を大量生産することができる。 From these results, the full-length genes involved in alkaloid biosynthesis were isolated using the above-described polynucleotide as a probe, and the above-mentioned transformants using plants and microorganisms as hosts were isolated from these isolated genes. By preparing, it is possible to easily convert / improve the secondary metabolic function of a plant and to perform substance conversion using a microorganism cell system. Furthermore, if the transformant is prepared by incorporating the gene into a vector containing a promoter that overexpresses these genes (for example, a cauliflower mosaic virus-derived 35S promoter, etc.), an alkaloid biosynthetic enzyme is mass-produced. be able to.

 (5)本発明に係るタンパク質、それをコードする遺伝子およびその利用法
 本発明に係るタンパク質は、上述の(a)、(b)、(c)、(d)のタンパク質であればよい。ここで、(a)のタンパク質は、後述の実施例に示すように、コロンバミン 7−O−メチルトランスフェラーゼ活性を有するタンパク質であり、(b)は、その変異タンパク質であるといえる。
(5) The protein according to the present invention, the gene encoding the same, and its use The protein according to the present invention may be any of the above-mentioned proteins (a), (b), (c) and (d). Here, the protein (a) is a protein having a columbamine 7-O-methyltransferase activity, as shown in the examples described later, and the protein (b) is a mutant protein thereof.

 また、(c)のタンパク質は、後述する実施例に示すように、ノルコクラウリン合成活性(norcoclaurine synthase活性)を有するタンパク質であり、(d)は、その変異タンパク質であるといえる。 タ ン パ ク 質 Further, the protein of (c) is a protein having norcoclaurine synthase activity as shown in Examples described later, and (d) can be said to be a mutant protein thereof.

 ここで、「1またはそれ以上のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加」とは、部位特異的突然変異誘発法等の公知の変異タンパク質作製法により置換、欠失、挿入、及び/または付加できる程度の数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/または付加されることを意味する。また、ここにいう「変異」は、主として公知の変異タンパク質作製法により人為的に導入された変異を意味するが、天然に存在する同様の変異タンパク質を単離精製したものであってもよい。 Here, “one or more amino acid substitutions, deletions, insertions, and / or additions” refers to substitutions, deletions, insertions, and substitutions by known methods for producing mutant proteins such as site-directed mutagenesis. And / or means that substitutions, deletions, insertions, and / or additions are made to the extent that amino acids can be added. The term “mutation” as used herein mainly refers to a mutation artificially introduced by a known method for producing a mutant protein, but may also be a naturally occurring mutant protein isolated and purified.

 上記変異タンパク質には、野生型の活性に異常を持つ変異タンパク質(機能欠失型の変異タンパク質と称する)が含まれていてもよい。このような機能欠失型の変異タンパク質は、例えば、野生型タンパク質と構造を比較することにより、その構造の中で活性に必須な領域が明らかになるという、タンパク質の機能解析において有用である。また、本発明に係る遺伝子には、上記機能欠失型の変異タンパク質をコードする遺伝子が含まれても良い。このような遺伝子は、例えば、新たな形質転換体の作出に有用である。 The mutant protein may include a mutant protein having an abnormality in wild-type activity (referred to as a mutant protein having a loss of function). Such a loss-of-function mutant protein is useful in protein function analysis, for example, by comparing a structure with a wild-type protein to reveal a region essential for activity in the structure. In addition, the gene according to the present invention may include a gene encoding the above-described loss-of-function mutant protein. Such a gene is useful, for example, for producing a new transformant.

 また、本発明に係るタンパク質は、タンパク質の精製や検出等を容易に行うために、公知のHAやFlag等の付加配列を末端に含ませてもよいし、融合タンパク質であってもよい。また、N-glycosylationなどの各種修飾を受けていてもよいし、二量体以上の多量体を形成するものであってもよい。 タ ン パ ク 質 In addition, the protein according to the present invention may include a known additional sequence such as HA or Flag at the end thereof, or may be a fusion protein in order to easily purify or detect the protein. Further, it may be subjected to various modifications such as N-glycosylation, or may form a multimer of dimer or more.

 さらに、上記(a)〜(d)のタンパク質をコードする遺伝子も本発明に含まれる。本発明に係る遺伝子としては、例えば、配列番号53または配列番号55に示す塩基配列からなるものを挙げることができる。 Furthermore, genes encoding the above proteins (a) to (d) are also included in the present invention. Examples of the gene according to the present invention include a gene having the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 53 or SEQ ID NO: 55.

 これらのタンパク質および遺伝子は、イソキノリンアルカロイド生合成に関与するものであり、それ自体非常に有用なものである。さらに、これらのタンパク質およびこれらタンパク質をコードする遺伝子を用いて、アルカロイド生合成系の改変に利用することができる。また、本発明に係る形質転換体、または上記タンパク質を用いることで、in vivo、in vitroを問わず、イソキノリンアルカロイドを生産することもできる。すなわち、このイソキノリンアルカロイドの生産方法は、少なくとも上記タンパク質または形質転換体を用いていればよく、その他の具体的な方法、条件、材料(基質など)、酵素、緩衝液、pH、温度、反応時間などは、適宜設定可能であり、限定されるものではない。例えば、上記タンパク質以外の従来公知のイソキノリンアルカロイド生合成に関与する酵素、例えば、コクラウリン N−メチルトランスフェラーゼ(CNMT)(非特許文献1参照)、N−メチル−コクラウリン 3’−ヒドロキシラーゼ(非特許文献2参照)、ベルベリンブリッジエンザイム(BBE)(非特許文献3参照)、スコウレリン 9−O−メチルトランスフェラーゼ(SMT)(非特許文献4参照)、ノルコクラウリン 6−O−メチルトランスフェラーゼ(6OMT)(特許文献1参照)、(S)−3’−ヒドロキシ−N−メチルコクラウリン4’−O−メチルトランスフェラーゼ(4OMT)(特許文献2参照)などを用いてもよい。 These proteins and genes are involved in isoquinoline alkaloid biosynthesis and are very useful in themselves. Furthermore, these proteins and genes encoding these proteins can be used for modifying an alkaloid biosynthesis system. In addition, by using the transformant according to the present invention or the above protein, isoquinoline alkaloids can be produced regardless of in vivo or in vitro. That is, this method for producing an isoquinoline alkaloid may use at least the above protein or transformant, and includes other specific methods, conditions, materials (substrates and the like), enzymes, buffers, pH, temperature, and reaction time. And the like can be appropriately set, and are not limited. For example, conventionally known enzymes involved in the biosynthesis of isoquinoline alkaloids other than the above-mentioned proteins, for example, cokraurin N-methyltransferase (CNMT) (see Non-Patent Document 1), N-methyl-coclaurin 3'-hydroxylase (Non-Patent Document) 2), berberine bridge enzyme (BBE) (see Non-Patent Document 3), scourelin 9-O-methyltransferase (SMT) (see Non-Patent Document 4), norcoclaurin 6-O-methyltransferase (6OMT) (Patent Literature 1), (S) -3′-hydroxy-N-methylcoclaurine 4′-O-methyltransferase (4OMT) (see Patent Literature 2), and the like may be used.

 これにより、染料、香辛料、および有用医薬品に利用可能なイソキノリンアルカロイドを効率的に生産することができる。 This makes it possible to efficiently produce isoquinoline alkaloids that can be used for dyes, spices, and useful pharmaceuticals.

 以下、本発明を実施例によって詳細に説明する。なお、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. Note that the present invention is not limited to the following description.

 (1)ESTの単離と網羅的塩基配列決定
 京都大学大学院生命科学研究科全能性統御機構学研究室で確立され、長年維持培養されてきたオウレン(Coptis japonica)培養細胞のベルベリン高生産株156−1株(選抜株)から、上述の従来文献(Choi, et al., 2001)に記載の方法によってmRNAを抽出した。なお、上記オウレンのベルベリン高生産株156−1は、特開平11−178579号公報、特開平11−178579号公報、非特許文献:F. Sato, and Y. Tamada, (1984) High berberine-producing cultures of Coptis japonica cells. Phytochemistry, 23(2):281-385などに記載の方法によって作製・選抜することも可能である。そして、そのcDNAをpDR196ベクターにサブクローニングした後、ランダムに選抜した2016クローンの5’側塩基をMegabase system(Amersham Pharmacia)で決定した。
(1) Isolation of ESTs and comprehensive nucleotide sequencing 156 Berberine high-producing strains of cultured spinach (Coptis japonica) cells established in the Totipotent Control Mechanism Laboratory, Graduate School of Life Sciences, Kyoto University and maintained for many years From the -1 strain (selected strain), mRNA was extracted by the method described in the above-mentioned conventional literature (Choi, et al., 2001). In addition, the above-mentioned berberine high-producing strain 156-1 of spinach is disclosed in JP-A-11-178579, JP-A-11-178579, and non-patent literature: F. Sato, and Y. Tamada, (1984) High berberine-producing. Phytochemistry, 23 (2): 281-385, etc. can also be used to produce and select the cultures of Coptis japonica cells. Then, after subcloning the cDNA into the pDR196 vector, the 5 'base of the randomly selected 2016 clone was determined by Megabase system (Amersham Pharmacia).

 そのうち、100塩基以上配列決定できた1014クローンの配列を、NCBlデータベースでtBLASTxにより相同検索し、その遺伝子機能を推定した。その結果、図2の表に示すように、相同性の高さから、これまでに同定されている11個のアルカロイド生合成遺伝子と推定される遺伝子が含まれていることが確認された。図2の表では、左から順に、各遺伝子の識別番号(No.)、EST配列から推定される機能(推定された遺伝子の起源、EST番号)、推定される遺伝子との相同性、EST配列長、単離されたESTの数を示す。このように、本実験において得られたオウレン培養細胞のcDNAライブラリーには、配列決定できた1014ESTのうちの約1%に相当する13クローンが、既に同定されているアルカロイド生合成関連遺伝子であると推定された。また、同定はされていないが、関連する機能が推定される遺伝子を含めると、上記1014ESTのうちの約4%に相当する45クローンがアルカロイド生合成関連遺伝子であると推定された。 Among them, the sequence of 1014 clones for which 100 bases or more could be sequenced was subjected to homology search using tBLASTx in the NCBl database to estimate the gene function. As a result, as shown in the table of FIG. 2, it was confirmed from the high degree of homology that 11 putative alkaloid biosynthesis genes identified so far were included. In the table of FIG. 2, in order from the left, the identification number (No.) of each gene, the function deduced from the EST sequence (origin of the deduced gene, EST number), the homology with the deduced gene, and the EST sequence The length indicates the number of ESTs isolated. Thus, in the cDNA library of cultured spinach cells obtained in this experiment, 13 clones corresponding to about 1% of 1014 ESTs that could be sequenced are alkaloid biosynthesis-related genes that have already been identified. It was estimated. In addition, when genes that have not been identified but whose related functions are presumed were included, 45 clones corresponding to about 4% of the 1014 ESTs were presumed to be alkaloid biosynthesis-related genes.

 このように、上記選抜株においては、アルカロイド生合成関連遺伝子の発現が、非選抜株及びオウレン個体おけるアルカロイド生合成部位である根をはるかに上回って発現しているという結果が得られた。 Thus, in the above-mentioned selected strain, the result was obtained that the expression of the alkaloid biosynthesis-related gene was expressed far more than the root, which is the alkaloid biosynthesis site, in the non-selected strain and in the individual of our spinach.

 また、上記1014ESTのうち、相同検索の結果、機能未知、未同定とされたESTは、約40%を占めており、これらの中に、アルカロイド生合成関連遺伝子が含まれることが期待できた。 In addition, among the 1014 ESTs, ESTs whose functions were unknown or unidentified as a result of the homology search accounted for about 40%, and it was expected that alkaloid biosynthesis-related genes would be included in these ESTs.

 (2)ESTマクロアレーをもとにしたベルベリン生合成関連遺伝子の選択
 EST解析に用いたクローンをPCR増幅した後、Biomek 2000ロボットを用いて0.38mm間隔で、Biodyne ATM(Pall)膜にブロットしたものをマクロアレーとした。マクロアレーに対して、異なるアルカロイド生産性を有するオウレン培養細胞株(高生産株として156−1SMT、低生産株としてCJY及びCJ8)から抽出したmRNAをSuperscript II reverse transcriptase(Gibco BRL)によって、逆転写し、32P標識したものをプローブとしてそれぞれの細胞における遺伝子発現量を定量化した。
(2) Selection of Berberine Biosynthesis-Related Genes Based on EST Macro Array After PCR-amplification of the clones used for EST analysis, Biodyne A (Pall) membrane was used at 0.38 mm intervals using a Biomek 2000 robot. The blot was used as a macro array. MRNAs extracted from cultured spinach cell lines having different alkaloid productivity (156-1SMT as a high-producing strain, CJY and CJ8 as low-producing strains) were reverse-transcribed to the macroarray using Superscript II reverse transcriptase (Gibco BRL). , 32P label was used as a probe to quantify the gene expression level in each cell.

 マクロアレーにおける検出では、先ず、室温で0.5%SDS処理を5分間行い、弱く結合したDNAを除き、milliQ水で洗浄した。その後、100μg/ml ssDNAを含むExpressHyb(Clontech)溶液にて60℃、5−6時間プレハイブリダイゼーションを行った後、プローブを添加し、60℃で最低16時間ハイブリダイゼーションした。その後、60℃、30分間の2×SSC、1%SDS処理を4回、60℃。30分間の0.1×SSC、0.5%SDSと室温で2×SSC処理を一度づつ行い、Phosphor imaging plates(Fujix BAS2000)を用いて定量化した。データは、ArrayVisionTM(Imaging Research Inc.、Canada)で解析した。 For detection in the macroarray, first, 0.5% SDS treatment was performed at room temperature for 5 minutes to remove weakly bound DNA, and the cells were washed with milliQ water. Then, after prehybridization was performed at 60 ° C. for 5 to 6 hours using an ExpressHyb (Clontech) solution containing 100 μg / ml ssDNA, a probe was added, and hybridization was performed at 60 ° C. for at least 16 hours. Thereafter, 2 × SSC, 1% SDS treatment at 60 ° C. for 30 minutes was performed four times at 60 ° C. 0.1 × SSC and 0.5% SDS for 30 minutes and 2 × SSC treatment at room temperature were performed once and quantified using Phosphor imaging plates (Fujix BAS2000). Data was analyzed with ArrayVision (Imaging Research Inc., Canada).

 マクロアレー解析の結果、図3のグラフに示すように、明らかにベルベリン生産性の低いCJYと生産性の高い156−SMTでは、生合成遺伝子発現に大きな違いがあることが見出された。即ち、各遺伝子によって、ベルベリンの生産性が異なる2つの株における発現比が異なり、これまでに同定されているアルカロイド関連遺伝子(SMT、4’OMT、SAMsynthetase、6OMTなど)は、ベルベリン高生産株においてより多く発現していることが図3のグラフから確認された。なお、図3は、ベルベリン低生産性CJY細胞株(横軸)に対するベルベリン高生産性156−1SMT細胞株(縦軸)遺伝子発現量を示すグラフである。 (3) As a result of the macroarray analysis, as shown in the graph of FIG. 3, it was found that there was a large difference in biosynthetic gene expression between CJY with clearly low berberine productivity and 156-SMT with high productivity. That is, the expression ratio in two strains having different berberine productivity differs depending on each gene, and the alkaloid-related genes (SMT, 4'OMT, SAMsynthetase, 6OMT, etc.) identified so far are higher in berberine-high producing strains. The higher expression was confirmed from the graph of FIG. FIG. 3 is a graph showing the gene expression level of the berberine-high-producing 156-1SMT cell line (vertical axis) relative to the berberine-low-producing CJY cell line (horizontal axis).

 この結果は、細胞選抜によってアルカロイド生合成関連遺伝子の発現の高い細胞が選抜され、それが、156−1SMTの発現につながっていることを示唆していた。即ち、CJYに対する156−1SMTの発現比が大きい遺伝子は、ベルベリンの生合成に関与している可能性が高いことが推測された。 These results suggested that cells with high expression of alkaloid biosynthesis-related genes were selected by cell selection, and this led to the expression of 156-1SMT. That is, it was presumed that a gene having a high expression ratio of 156-1SMT to CJY is highly likely to be involved in berberine biosynthesis.

 また、図4には、ベルベリン低生産性CJ8細胞株(横軸)に対するベルベリン高生産性156−1SMT細胞株(縦軸)遺伝子の発現量を調査した結果を示す。図4に示すように、興味深いことに、ベルベリン生合成関連遺伝子の発現は、ベルベリン生産性の低いCJ8においても高いことが確認された。このことは、CJ8の選抜履歴からみて次のように考えられた。即ち、CJ8は156−1SMTと同様に、細胞選抜によってベルベリン生産性の高い株として生産されてきたが、その維持管理が不十分であったために生産性が低下した株である。従って、多くのアルカロイド生合成遺伝子は高い発現をしているが、特定の遺伝子の発現が低下したために、全体の生産性が低下していると推定された。このことは、生合成系の4’OMTやSAM合成酵素の発現が156−1SMTに比べて低いことから妥当な推測と考えられる。なお、図3及び図4の各グラフ内には、これまでに同定されているアルカロイド生合成遺伝子(SMT、4’OMT、SAMsynthetase、6OMT)と機能未知の遺伝子(unknown)の各発現比を矢印で示している。また、括弧内の数値は発現比である。 In addition, FIG. 4 shows the results of investigating the expression level of the berberine high-producing 156-1SMT cell line (vertical axis) gene relative to the berberine low-producing CJ8 cell line (horizontal axis). Interestingly, as shown in FIG. 4, it was confirmed that the expression of the berberine biosynthesis-related gene was high even in CJ8 having low berberine productivity. This was considered as follows from the selection history of CJ8. That is, CJ8, like 156-1SMT, has been produced as a strain having high berberine productivity by cell selection, but its productivity has been reduced due to insufficient maintenance. Therefore, although many alkaloid biosynthesis genes are highly expressed, it was presumed that the overall productivity was reduced due to the reduced expression of specific genes. This is considered to be a reasonable guess because the expression of 4'OMT and SAM synthase in the biosynthetic system is lower than that of 156-1SMT. In each of the graphs of FIGS. 3 and 4, the expression ratios of alkaloid biosynthesis genes (SMT, 4′OMT, SAMsynthetase, 6OMT) and genes of unknown function (unknown) are indicated by arrows. Indicated by. Numerical values in parentheses are expression ratios.

 以上のような推論をもとに、156−1SMT及びCJ8において高い発現を示し、CJYにおいて発現の低い遺伝子がベルベリン生合成関連遺伝子としての可能性が高いと判断された。図5および図6には、上記ベルベリン生合成候補遺伝子の一覧を示す。図5及び図6の表では、左から順に、ESTを識別するための番号(No.)、各ベルベリン生産株間の発現比(左から順に、SMT(156−1SMT)/CJY、SMT(156−1SMT)/CJ8、CJ8/CJY)、シークエンスID(sequence i. d.)、EST配列長(bp)、相同遺伝子のジーンバンクアクセション番号(GenBank Acc)、推定される機能(Notes)を示している。 Based on the above inference, it was determined that a gene with high expression in 156-1SMT and CJ8 and a low expression in CJY was likely to be a berberine biosynthesis-related gene. FIGS. 5 and 6 show a list of the berberine biosynthesis candidate genes. 5 and 6, the numbers (No.) for identifying the ESTs and the expression ratio between the berberine-producing strains (SMT (156-1SMT) / CJY, SMT (156- 1SMT) / CJ8, CJ8 / CJY), sequence ID (sequence id), EST sequence length (bp), gene bank accession number of homologous gene (GenBank Acc), and estimated function (Notes).

 図5及び図6に示すように、各株間の発現比の結果から、No.1〜3のEST(順に配列番号8、23、27に示す塩基配列からなるESTに相当する)は、アルカロイド生合成を抑制する候補遺伝子と考えられ、それ以外のものについては、アルカロイド生合成を促進する候補遺伝子と考えられた。また、No.12、18、28、33、36、40、43、45、46に示すESTは、同定されている既知遺伝子のものであるが、これらは何れもSMT/CJY及びCJ8/CJYが高い値を示した。また、No.19に示すESTは、O−メチルトランスフェラーゼと相同性を示したものであるが、これについても、SMT/CJY及びCJ8/CJYが高い値を示し、イソキノリンアルカロイドの生合成に関与していることが考えられた。なお、このNo.19のESTについては、後述するように、当該ESTをプローブとして用いて、その全長cDNAを単離している。 よ う As shown in FIG. 5 and FIG. ESTs 1 to 3 (corresponding to ESTs consisting of the nucleotide sequences shown in SEQ ID NOs: 8, 23 and 27 in order) are considered as candidate genes that suppress alkaloid biosynthesis. It was considered a candidate gene to promote. No. The ESTs shown in 12, 18, 28, 33, 36, 40, 43, 45, and 46 are of known genes that have been identified, and all of them show high values in SMT / CJY and CJ8 / CJY. Was. No. The EST shown in FIG. 19 showed homology to O-methyltransferase, but it was also found that SMT / CJY and CJ8 / CJY showed high values and were involved in the biosynthesis of isoquinoline alkaloids. it was thought. Note that this No. As for 19 ESTs, the full-length cDNA was isolated using the ESTs as a probe, as described later.

 また、図7には、配列決定された上述の1014ESTのうちで、転写因子としての機能を果たすと推定されたものを示す。これは、各ベルベリン生産株156−1SMT、CJ8、CJYにおける発現を調べた結果、各株間で発現の有無に相違が確認されたことから、二次代謝関連遺伝子発現の調節因子と考えられたものである。図7の表では、左から順に、EST番号、推定された遺伝機能とその起源、相同性、EST配列長、そして、各株(156−1SMT/CJ8/CJY)における発現の有無(+:発現あり、−:発現なし)の結果を示す。この各株間における発現の有無の観察結果より、EST番号731の遺伝子のみが、正の調節因子であり、図7に示すそれ以外の遺伝子は負の調節因子と考えられた。なお、この正の調節因子と見られるEST番号731の遺伝子は、図5のN0.29の遺伝子(Ring-H2 finger protein RHC1a homolog)に相当し、転写因子としてアルカロイド生合成の制御に関わっていることが期待される。そして、このN0.29に示す遺伝子は、配列番号34及び図41に示す塩基配列からなる遺伝子である。また、図7に示す負の調節因子と考えられる遺伝子のうちで、EST番号179の遺伝子は配列番号35及び図42に示す塩基配列からなり、EST番号502の遺伝子は配列番号36及び図43に示す塩基配列からなり、EST番号558の遺伝子は配列番号37及び図44に示す塩基配列からなり、EST番号1013の遺伝子は配列番号38及び図45に示す塩基配列からなる。 In addition, FIG. 7 shows one of the 1014 ESTs whose sequence was determined, which was presumed to function as a transcription factor. This was considered to be a regulator of secondary metabolism-related gene expression, as a result of examining the expression in each berberine-producing strain 156-1SMT, CJ8, and CJY. It is. In the table of FIG. 7, in order from the left, the EST number, the estimated genetic function and its origin, the homology, the EST sequence length, and the presence / absence of expression in each strain (156-1 SMT / CJ8 / CJY) (+: expression) Yes,-: no expression). From the results of observation of the presence or absence of expression between the strains, it was considered that only the gene of EST No. 731 was a positive regulator, and the other genes shown in FIG. 7 were negative regulators. The EST number 731 gene, which is regarded as a positive regulator, corresponds to the N0.29 gene (Ring-H2 finger protein RHC1a homolog) in FIG. 5 and is involved in the control of alkaloid biosynthesis as a transcription factor. It is expected. The gene represented by N0.29 is a gene having the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 34 and FIG. In addition, among the genes considered to be negative regulators shown in FIG. 7, the gene of EST No. 179 is composed of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 35 and FIG. 42, and the gene of EST No. 502 is shown in SEQ ID NO: 36 and FIG. The EST No. 558 gene has the base sequence shown in SEQ ID NO: 37 and FIG. 44, and the EST No. 1013 gene has the base sequence shown in SEQ ID NO: 38 and FIG.

 (3)ノザン解析によるベルベリン関連遺伝子の選別
 生産性の異なる培養細胞株の1週間目の細胞より抽出したトータルRNAをフォルムアルデヒドを含むゲルで電気泳動し、Biodyne ATM(Pall)メンブレンにブロッティングした。単離された生合成遺伝子cDNAをPCRで増幅後、各々の細胞における発現を、従来文献(Hibi N., Higashiguchi S., Hashimoto T., Yamada Y., 1994, Plant Cell 6: 723-735)に記載の方法に従って確認した。
(3) Selection of Berberine-Related Genes by Northern Analysis Total RNA extracted from cells at 1 week of cultured cell lines with different productivity was electrophoresed on a gel containing formaldehyde, and blotted onto Biodyne A (Pall) membrane. . After amplifying the isolated biosynthetic gene cDNA by PCR, the expression in each cell was determined by a conventional method (Hibi N., Higashiguchi S., Hashimoto T., Yamada Y., 1994, Plant Cell 6: 723-735). The method was confirmed according to the method described in 1.

 RNAの抽出は、TRIzolを用いたTIGR植物RNA抽出法(http://www.powow.com/akatlab/tigr.html)に従って行った。 RNA extraction was performed according to the TIGR plant RNA extraction method using TRIzol (http://www.powow.com/akatlab/tigr.html).

 (4)選択された候補遺伝子を用いた遺伝子機能解析
 マクロアレー解析によってベルベリン生合成に関与することが期待された遺伝子の一つとして、CjEST64の機能解析を行った。この遺伝子は、図5のNo.19に示すESTを含む遺伝子であり、このESTがO−メチルトランスフェラーゼと相同性を示したことより、ベルベリンの類縁体であるパルマチンの生合成に関与することが期待された。
(4) Gene Function Analysis Using Selected Candidate Genes CjEST64 function analysis was performed as one of the genes expected to be involved in berberine biosynthesis by macroarray analysis. This gene is designated as No. 5 in FIG. It is a gene containing the EST shown in No. 19, and since this EST showed homology to O-methyltransferase, it was expected to be involved in the biosynthesis of palmatin, an analog of berberine.

 この遺伝子の機能を解明するために、Marathon cDNA Amplification Kit(Clontech)を用いて全長cDNAを単離し、その塩基配列決定を行った。決定されたその塩基配列は、配列番号53及び図60に示すものである。 全長 To elucidate the function of this gene, full-length cDNA was isolated using Marathon cDNA cDNA Amplification Kit (Clontech) and its nucleotide sequence was determined. The determined base sequence is shown in SEQ ID NO: 53 and FIG.

 単離されたcDNAは、発現ベクター:pET-21d vector(Novagen)に組み込まれた後、大腸菌に投入された。そして、組換え酵素を常法により発現させ、コロンバミン(columbamine)を基質として反応を行った。LC-MSによる解析の結果、明らかにコロンバミン 7−O−メチルトランスフェラーゼ活性を示すことが明らかとなった。即ち、上記cDNAの翻訳産物である配列番号54に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質は、コロンバミン 7−O−メチルトランスフェラーゼ活性を示すものであることが確認された。これによって、本方法による遺伝子選抜の妥当性が立証された。 The isolated cDNA was inserted into an expression vector: pET-21d vector (Novagen) and then introduced into E. coli. Then, the recombinant enzyme was expressed by a conventional method, and a reaction was carried out using columbamine as a substrate. As a result of analysis by LC-MS, it was clarified that columbamine 7-O-methyltransferase activity was clearly exhibited. That is, it was confirmed that the protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 54, which is a translation product of the above cDNA, exhibited the activity of columbamine 7-O-methyltransferase. This proved the validity of the gene selection by this method.

 (5)norcoclaurine synthaseの単離・同定
 本法では、全く、タンパク質の精製を行わず、上述の(1)、(2)欄に記載の方法よって該当遺伝子の絞り込みを行い、異種発現系を用いて、norcoclaurine synthase遺伝子を単離・同定することに成功した。
(5) Isolation and identification of norcoclaurine synthase In this method, the protein is not purified at all, the relevant genes are narrowed down by the methods described in the above (1) and (2), and a heterologous expression system is used. We have succeeded in isolating and identifying the norcoclaurine synthase gene.

 具体的には、以下の通りである。当初、得られた該当遺伝子候補の塩基配列の発現レベルが、比較的低く、上述のマクロアレーでは検出できなかったものであり、そのため、配列番号1〜52には記載されていなかったものである。しかし、予備的に塩基配列の相同性検索を行ったところ、該当遺伝子候補として得られた塩基配列とdioxygenase遺伝子との相同性が示された。このことから、該当遺伝子候補として得られた塩基配列がアルカロイド生合成系との関連すると予測された。 Specifically, it is as follows. Initially, the expression level of the obtained nucleotide sequence of the relevant gene candidate was relatively low and could not be detected by the above-described macroarray, and therefore was not described in SEQ ID NOs: 1 to 52. . However, a preliminary homology search of the nucleotide sequence showed homology between the nucleotide sequence obtained as a candidate for the gene and the dioxygenase gene. From this, it was predicted that the nucleotide sequence obtained as the relevant gene candidate was related to the alkaloid biosynthesis system.

 そこで、上記(3)欄に記述のノザン法により、該当遺伝子候補として得られた塩基配列とアルカロイド生合成活性との相関を確認した。具体的には、該当遺伝子候補として得られた塩基配列(dioxygenase遺伝子と相同性を有する塩基配列)について、ベルべリン高生産株SMT株(培養1,2,3週)、低生産株CJY株(培養1,2週)、ならびに生産性は低いが生合成酵素遺伝子の発現が高いCJ8株(培養1,2,3週)における発現を、ノザン解析により調べた。その結果を図64に示す。なお、図64(a)は、ノザン解析においてmRNA量を調べたゲルを示し、図64(b)は、その結果をCJY株の値をもとに相対評価した結果を示す図である。なお、図中、SMT1wとはSMT株の培養1週目を示し、SMT2wとはSMT株の培養2週目を示し、SMT3wとはSMT株の培養3週目を示す。以下、CJY1w、CJY2w、CJ81w、CJ82w、CJ83wも同様である。 Therefore, the correlation between the base sequence obtained as a candidate for the gene and the alkaloid biosynthesis activity was confirmed by the Northern method described in the above section (3). Specifically, regarding the nucleotide sequence (base sequence having homology with the dioxygenase gene) obtained as a candidate gene, the berberine high-producing strain SMT strain (culture 1, 2, 3 weeks) and the low-producing strain CJY strain (Culture 1, 2 weeks), and the expression in the CJ8 strain (culture 1, 2, 3 weeks) with low productivity but high biosynthetic enzyme gene expression were examined by Northern analysis. The result is shown in FIG. FIG. 64 (a) shows a gel in which the amount of mRNA was examined by Northern analysis, and FIG. 64 (b) shows the result of a relative evaluation of the result based on the value of the CJY strain. In the figures, SMT1w indicates the first week of the culture of the SMT strain, SMT2w indicates the second week of the culture of the SMT strain, and SMT3w indicates the third week of the culture of the SMT strain. Hereinafter, the same applies to CJY1w, CJY2w, CJ81w, CJ82w, and CJ83w.

 同図に示すように、B. CJYの発現量と比較して、SMT1wは約11倍、SMT2wは約13倍、CJ81wは約6倍、CJ82wは約8倍多く発現していることがわかった。この結果から、該当遺伝子候補として得られた塩基配列の発現量と、アルカロイド生産性またはベルベリン生合成酵素遺伝子の発現量との間によい相関があることが認められた。 As shown in the figure, compared to the expression level of B. CJY, SMT1w was expressed about 11 times, SMT2w was expressed about 13 times, CJ81w was expressed about 6 times, and CJ82w was expressed about 8 times more. . From these results, it was confirmed that there was a good correlation between the expression level of the base sequence obtained as a candidate for the gene and the alkaloid productivity or the expression level of the berberine biosynthetic enzyme gene.

 そこで、上記(4)欄に示す方法と同様に、該当遺伝子候補として得られた塩基配列の全長のcDNAを単離し、塩基配列の決定を行った。決定された塩基配列は、配列番号55および図62に示すものである。 Therefore, in the same manner as in the method described in the above section (4), the full-length cDNA of the nucleotide sequence obtained as the relevant gene candidate was isolated and the nucleotide sequence was determined. The determined base sequence is shown in SEQ ID NO: 55 and FIG.

 次に、得られた全長cDNAの塩基配列をもとに、再度相同性検索した結果、全長cDNAは、2−オキソグルタル酸/Fe(II)依存型dioxygenaseと相同性を有することがわかった。しかし、この配列情報からだけでは、機能が推定できず、推定される反応特性と生合成系を検討し、生合成の初発段階にあたるnorcoclaurine synthaseとしての可能性があると考え、大腸菌内での発現および粗酵素液の調製をおこなった。 (4) Next, a homology search was again performed based on the nucleotide sequence of the obtained full-length cDNA. As a result, it was found that the full-length cDNA had homology with 2-oxoglutarate / Fe (II) -dependent dioxygenase. However, the function cannot be estimated only from this sequence information, and the estimated reaction characteristics and biosynthesis system were examined. And a crude enzyme solution was prepared.

 (5−1)大腸菌での発現と酵素液の調製
 まず、大腸菌発現ベクター、pET-41a(+)(Novagen)に、上記全長cDNAの塩基配列のうち、dioxygenaseと相同性を有するタンパク質をコードする領域を含む、NdeI-XhoI fragment(1056bp)を組み込んだ。得られたプラスミドを、大腸菌DH5αに形質転換し、LB培地で培養した。10mlのLB培地で前培養後、1リッター培地で本培養を行った。16℃、150rpmで振とう培養し、OD600が0.5になった時点で、IPTGを最終濃度が1mMになるように添加し、さらに16℃で48時間振とう培養した。
(5-1) Expression in Escherichia coli and Preparation of Enzyme Solution First, in the Escherichia coli expression vector, pET-41a (+) (Novagen), a protein having homology to dioxygenase among the nucleotide sequence of the full-length cDNA is encoded. An NdeI-XhoI fragment (1056 bp) containing the region was incorporated. The resulting plasmid was transformed into Escherichia coli DH5α and cultured in LB medium. After preculture in 10 ml of LB medium, main culture was performed in 1 liter medium. After shaking culture at 16 ° C. and 150 rpm, when the OD600 reached 0.5, IPTG was added to a final concentration of 1 mM, and shaking culture was further performed at 16 ° C. for 48 hours.

 上記ベクターを導入した大腸菌を、4℃、1,500 g で20分間遠心し、集菌した後、25mlの抽出緩衝液(100 mM Tris-HCl (pH 8)、5 mM EDTA、20 mM 2-mercaptoethanol、10% glycerol)に懸濁した。菌体を超音波破砕後、4℃、12,000 g で20分間遠心し、得られた上清を可溶性画分とした。この上清を30〜60%の硫安にて分画した後、脱塩し、DEAE Sepharose Fast Flow column (2.5 cm × 16 cm) (Pharmacia) にて分離した。具体的には、まず、抽出緩衝液で非吸着タンパク質を溶出させた後、0〜0.5MのNaClの濃度勾配(500ml)によりタンパク質を溶出した。 The Escherichia coli transfected with the above vector was centrifuged at 1,500 g for 20 minutes at 4 ° C. and collected, and then 25 ml of extraction buffer (100 mM Tris-HCl (pH 8), 5 mM EDTA, 20 mM 2-mercaptoethanol, 10% glycerol). After sonication of the cells, the cells were centrifuged at 12,000 g for 20 minutes at 4 ° C, and the resulting supernatant was used as a soluble fraction. The supernatant was fractionated with 30-60% ammonium sulfate, desalted, and separated on a DEAE Sepharose Fast Flow column (2.5 cm × 16 cm) (Pharmacia). Specifically, first, after the non-adsorbed protein was eluted with the extraction buffer, the protein was eluted with a concentration gradient (500 ml) of 0 to 0.5 M NaCl.

 その後、SDS-PAGE により各フラクションを確認したところ、非吸着タンパク質画分に目的タンパク質が主要タンパク質として含まれていたため、この非吸着タンパク質画分を粗酵素液として以下の実験に用いた。 After that, when each fraction was confirmed by SDS-PAGE, the target protein was contained in the non-adsorbed protein fraction, and this non-adsorbed protein fraction was used as a crude enzyme solution in the following experiments.

 (5−2)粗酵素液を用いたnorcoclaurine synthase 反応
 上記の粗酵素液を用いて、norcoclaurine synthase 反応を行った。反応液組成は以下の表1に示すとおりで、37℃で30分〜2時間反応を行った。等量のメタノールを加えて反応を停止させた後、12,000 g、4℃で5分間遠心し、その上清をHPLC分析した。
(5-2) norcoclaurine synthase reaction using a crude enzyme solution A norcoclaurine synthase reaction was performed using the above crude enzyme solution. The reaction liquid composition was as shown in Table 1 below, and the reaction was carried out at 37 ° C. for 30 minutes to 2 hours. After stopping the reaction by adding an equal amount of methanol, the mixture was centrifuged at 12,000 g and 4 ° C. for 5 minutes, and the supernatant was analyzed by HPLC.

Figure 2004121233
Figure 2004121233

 なお、基質である4-HPAA(4-hydroxyphenylacetaldehyde)は以下の表2に示す、tyramine oxidaseによる tyramine の酸化的脱アミノ反応(30℃、2時間反応)により調製した。反応後、3分間煮沸し、tyramine oxidaseを失活させたのち、上記の反応に用いた。 The substrate, 4-HPAA (4-hydroxyphenylacetaldehyde), was prepared by oxidative deamination of tyramine with tyramine oxidase (reacted at 30 ° C. for 2 hours) as shown in Table 2 below. After the reaction, the mixture was boiled for 3 minutes to deactivate tyramine oxidase, and then used in the above reaction.

Figure 2004121233
Figure 2004121233

 (5−3)HPLCによるnorcoclaurine synthase 活性の測定
 HPLC分析には、SHIMADZU社製のSCL-10A(プログラム装置)、LC-10AD(ポンプ)、SPD-M10A(光学検出器)、DGU-12A(脱気装置)、CTO-10A(試料注入装置、カラム恒温槽)を用い、CLASS-VP でデータ処理を行った。カラムは、TOSOH製のODS-80TMを用い、40℃、流速0.25 ml/min で 280 nm の吸収を測定した。移動相には、H2O:acetonitrile:methanol (125:25:25), 1% acetic acid を使用した。
(5-3) Measurement of norcoclaurine synthase activity by HPLC For HPLC analysis, SCL-10A (programming device), LC-10AD (pump), SPD-M10A (optical detector), DGU-12A ( CLASS-VP using CTO-10A (sample injection device, column thermostat). As the column, TDSOH ODS-80TM was used, and the absorbance at 280 nm was measured at 40 ° C. at a flow rate of 0.25 ml / min. The mobile phase used was H 2 O: acetonitrile: methanol (125: 25: 25), 1% acetic acid.

 その結果を図65(a)(b)に示す。(a)は、反応液のみ、(b)は、dioxygenaseと相同性を有するタンパク質をコードする遺伝子を発現させた大腸菌粗酵素液による反応後の生成物をHPLC分析した結果を示す。同図に示すように、dioxygenaseと相同性を有するタンパク質をコードする遺伝子を発現させた粗酵素液の場合では、反応時間の経過と共に、約14分の保持時間を示すピークの増加が見られた。ピークの増加は、コントロールの大腸菌抽出液や緩衝液のみを用いた場合にも認められたが、その増加量はdioxygenaseと相同性を有するタンパク質をコードする遺伝子を発現させた粗酵素液の場合より明らかに低かった。このピークの増加は、基質であるdopamineと4-hydroxyphenylacetaldehydeの非酵素的な反応によって生じることが知られている。 The results are shown in FIGS. 65 (a) and (b). (A) shows the result of HPLC analysis of the reaction solution alone, and (b) shows the result of HPLC analysis of the product after reaction with a crude Escherichia coli solution expressing a gene encoding a protein having homology to dioxygenase. As shown in the figure, in the case of the crude enzyme solution in which a gene encoding a protein having homology to dioxygenase was expressed, the peak showing a retention time of about 14 minutes increased with the elapse of the reaction time. . An increase in the peak was also observed when only the control E. coli extract or buffer was used, but the increase was larger than that in the case of the crude enzyme solution in which the gene encoding a protein having homology to dioxygenase was expressed. Obviously low. It is known that this peak increase is caused by a non-enzymatic reaction between dopamine as a substrate and 4-hydroxyphenylacetaldehyde.

 したがって、dioxygenaseと相同性を有するタンパク質をコードする遺伝子を発現させることにより、酵素的な反応によってnorcoclaurineが生成すると考えられる。このため、上記のdioxygenaseと相同性を有するタンパク質は、norcoclaurine synthase活性を有すると考えられる。 Therefore, it is thought that by expressing a gene encoding a protein having homology to dioxygenase, norcoclaurine is generated by an enzymatic reaction. Therefore, a protein having homology to the above dioxygenase is considered to have norcoclaurine synthase activity.

 (5−4)LC-MS による反応産物の同定
 次に、HPLC分析で見られた約14分の保持時間を示すピークが、norcoclaurine であることを確認するために、LC-MSによる同定を行った。解析には、SHIMADZU 社製 LCMA-2010A を用い、前述のHPLC解析に用いたカラムと移動相により、流速 0.25 ml/min で分離を行った。
(5-4) Identification of Reaction Product by LC-MS Next, identification by LC-MS was performed to confirm that the peak showing a retention time of about 14 minutes observed in HPLC analysis was norcoclaurine. Was. For the analysis, LCMA-2010A manufactured by SHIMADZU was used, and separation was performed at a flow rate of 0.25 ml / min using the column and mobile phase used in the above-mentioned HPLC analysis.

 その結果、図66に示されるように、dioxygenaseと相同性を有するタンパク質をコードする遺伝子を発現した大腸菌粗酵素液による反応生成物が、norcoclaurine に相当するm/z値(マススペクトル)である、m/z272を示すことが明らかとなった。 As a result, as shown in FIG. 66, the reaction product of the E. coli crude enzyme solution expressing the gene encoding the protein having homology to dioxygenase has an m / z value (mass spectrum) corresponding to norcoclaurine. It was found to show m / z 272.

 以上のHPLCおよびLC-MS分析の結果より、単離したdioxygenaseと相同性を有するタンパク質をコードする遺伝子の遺伝子産物による反応生成物が norcoclaurine であり、本酵素(遺伝子産物)がnorcoclaurine synthase 活性を有することが明らかとなった。このため、本酵素をnorcoclaurine synthaseと称することとする。なお、本酵素のアミノ酸配列は、配列番号56および図63に示す。 From the results of the above HPLC and LC-MS analyses, the reaction product of the gene product of the gene encoding the protein having homology to the isolated dioxygenase is norcoclaurine, and this enzyme (gene product) has norcoclaurine synthase activity It became clear. For this reason, this enzyme is referred to as norcoclaurine synthase. The amino acid sequence of this enzyme is shown in SEQ ID NO: 56 and FIG.

 以上のように、本手法により、今まで未同定であったnorcoclaurine synthaseの遺伝子を同定することができた。本遺伝子はイソキノリンアルカロイドの初発反応を担うことより、同遺伝子の同定により、イソキノリンアルカロイド生合成系の分子育種の道が大きく開かれたといえる。 (4) As described above, this method was able to identify the gene of norcoclaurine synthase which had not been identified so far. Since this gene is responsible for the initial reaction of isoquinoline alkaloids, it can be said that the identification of this gene has greatly opened the way for molecular breeding of isoquinoline alkaloid biosynthesis.

 以上のように、本発明によれば、イソキノリンアルカロイド生合成関連遺伝子を効率よく、包括的に単離することができる。そして、植物の二次代謝産物であるイソキノリンアルカロイドの生合成遺伝子が包括的に単離されれば、医薬品原料として有用なイソキノリンアルカロイドを工業的に大量生産する手段が確保されることになり、医薬品産業へ大きく貢献できる可能性を有している。 As described above, according to the present invention, isoquinoline alkaloid biosynthesis-related genes can be efficiently and comprehensively isolated. If the biosynthetic genes of isoquinoline alkaloids, which are secondary metabolites of plants, are comprehensively isolated, means for industrially mass-producing isoquinoline alkaloids useful as pharmaceutical raw materials will be secured, It has the potential to make a significant contribution to industry.

ベルベリンの生合成経路を示す図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows the biosynthesis pathway of berberine. 本実施例において配列決定された1014ESTの相同検索の結果、これまでに同定されているアルカロイド合成遺伝子と相同性を示した遺伝子を示す表である。It is a table | surface which shows the gene which showed homology with the alkaloid synthesis gene identified until now as a result of the homology search of 1014EST sequenced in this Example. ベルベリン低生産性CJY細胞株(横軸)に対するベルベリン高生産性156−1SMT細胞株(縦軸)遺伝子発現量を示すグラフである。It is a graph which shows the berberine high productivity 156-1SMT cell line (vertical axis) gene expression level with respect to the berberine low productivity CJY cell line (horizontal axis). ベルベリン低生産性CJ8細胞株(横軸)に対するベルベリン高生産性156−1SMT細胞株(縦軸)遺伝子発現量を示すグラフである。It is a graph which shows the berberine high productivity 156-1SMT cell line (vertical axis) gene expression level with respect to the berberine low productivity CJ8 cell line (horizontal axis). 本実施例において配列決定されたESTのうち、ベルベリン生合成候補遺伝子と判断された遺伝子を示す表である。It is a table | surface which shows the gene judged as a berberine biosynthesis candidate gene among the ESTs sequenced in the present Example. 本実施例において配列決定されたESTのうち、ベルベリン生合成候補遺伝子と判断された遺伝子を示す表であり、図5に示す表の続きである。FIG. 6 is a table showing genes determined as berberine biosynthesis candidate genes among ESTs sequenced in this example, and is a continuation of the table shown in FIG. 5. 本実施例において配列決定されたESTのうち、転写因子と考えられる因子と考えられる遺伝子を示す表である。It is a table | surface which shows the gene considered as a factor considered as a transcription factor among the ESTs sequenced in the present Example. 配列番号1に示す塩基配列を示す図である。FIG. 2 is a view showing a base sequence shown in SEQ ID NO: 1. 配列番号2に示す塩基配列を示す図である。FIG. 3 is a view showing a base sequence shown in SEQ ID NO: 2. 配列番号3に示す塩基配列を示す図である。FIG. 3 is a view showing a base sequence shown in SEQ ID NO: 3. 配列番号4に示す塩基配列を示す図である。FIG. 4 is a view showing a base sequence shown in SEQ ID NO: 4. 配列番号5に示す塩基配列を示す図である。FIG. 7 is a view showing a base sequence shown in SEQ ID NO: 5. 配列番号6に示す塩基配列を示す図である。FIG. 9 is a view showing a base sequence shown in SEQ ID NO: 6. 配列番号7に示す塩基配列を示す図である。FIG. 7 is a view showing a base sequence shown in SEQ ID NO: 7. 配列番号8に示す塩基配列を示す図である。FIG. 9 is a view showing a base sequence shown in SEQ ID NO: 8. 配列番号9に示す塩基配列を示す図である。FIG. 9 is a view showing a base sequence shown in SEQ ID NO: 9. 配列番号10に示す塩基配列を示す図である。FIG. 9 is a view showing a base sequence shown in SEQ ID NO: 10. 配列番号11に示す塩基配列を示す図である。It is a figure which shows the base sequence shown by sequence number 11. 配列番号12に示す塩基配列を示す図である。FIG. 14 is a view showing a base sequence shown in SEQ ID NO: 12. 配列番号13に示す塩基配列を示す図である。FIG. 14 is a view showing a base sequence shown in SEQ ID NO: 13. 配列番号14に示す塩基配列を示す図である。FIG. 14 is a view showing a base sequence shown in SEQ ID NO: 14. 配列番号15に示す塩基配列を示す図である。It is a figure which shows the base sequence shown by sequence number 15. 配列番号16に示す塩基配列を示す図である。It is a figure which shows the base sequence shown by sequence number 16. 配列番号17に示す塩基配列を示す図である。It is a figure which shows the base sequence shown by sequence number 17. 配列番号18に示す塩基配列を示す図である。It is a figure which shows the base sequence shown by sequence number 18. 配列番号19に示す塩基配列を示す図である。FIG. 9 is a view showing a base sequence shown in SEQ ID NO: 19. 配列番号20に示す塩基配列を示す図である。FIG. 7 is a view showing a base sequence shown in SEQ ID NO: 20. 配列番号21に示す塩基配列を示す図である。It is a figure which shows the base sequence shown by sequence number 21. 配列番号22に示す塩基配列を示す図である。It is a figure which shows the base sequence shown by sequence number 22. 配列番号23に示す塩基配列を示す図である。It is a figure which shows the base sequence shown by sequence number 23. 配列番号24に示す塩基配列を示す図である。It is a figure which shows the base sequence shown by sequence number 24. 配列番号25に示す塩基配列を示す図である。It is a figure which shows the base sequence shown by sequence number 25. 配列番号26に示す塩基配列を示す図である。It is a figure which shows the base sequence shown by sequence number 26. 配列番号27に示す塩基配列を示す図である。It is a figure which shows the base sequence shown by sequence number 27. 配列番号28に示す塩基配列を示す図である。FIG. 27 is a view showing a base sequence shown in SEQ ID NO: 28. 配列番号29に示す塩基配列を示す図である。It is a figure which shows the base sequence shown by sequence number 29. 配列番号30に示す塩基配列を示す図である。FIG. 27 is a view showing a base sequence shown in SEQ ID NO: 30. 配列番号31に示す塩基配列を示す図である。It is a figure which shows the base sequence shown by sequence number 31. 配列番号32に示す塩基配列を示す図である。It is a figure which shows the base sequence shown by sequence number 32. 配列番号33に示す塩基配列を示す図である。It is a figure which shows the base sequence shown by sequence number 33. 配列番号34に示す塩基配列を示す図である。FIG. 34 is a view showing a base sequence shown in SEQ ID NO: 34. 配列番号35に示す塩基配列を示す図である。It is a figure which shows the base sequence shown by sequence number 35. 配列番号36に示す塩基配列を示す図である。It is a figure which shows the base sequence shown by sequence number 36. 配列番号37に示す塩基配列を示す図である。It is a figure which shows the base sequence shown by sequence number 37. 配列番号38に示す塩基配列を示す図である。FIG. 35 is a view showing a base sequence shown in SEQ ID NO: 38. 配列番号39に示す塩基配列を示す図である。FIG. 39 is a view showing a base sequence shown in SEQ ID NO: 39. 配列番号40に示す塩基配列を示す図である。FIG. 7 is a view showing a base sequence shown in SEQ ID NO: 40. 配列番号41に示す塩基配列を示す図である。FIG. 42 is a view showing a base sequence shown in SEQ ID NO: 41. 配列番号42に示す塩基配列を示す図である。FIG. 42 is a view showing a base sequence shown in SEQ ID NO: 42. 配列番号43に示す塩基配列を示す図である。FIG. 44 is a view showing a base sequence shown in SEQ ID NO: 43. 配列番号44に示す塩基配列を示す図である。FIG. 44 is a view showing a base sequence shown in SEQ ID NO: 44. 配列番号45に示す塩基配列を示す図である。It is a figure which shows the base sequence shown by sequence number 45. 配列番号46に示す塩基配列を示す図である。FIG. 34 is a view showing a base sequence shown in SEQ ID NO: 46. 配列番号47に示す塩基配列を示す図である。FIG. 47 is a view showing a base sequence shown in SEQ ID NO: 47. 配列番号48に示す塩基配列を示す図である。FIG. 29 is a view showing a base sequence shown in SEQ ID NO: 48. 配列番号49に示す塩基配列を示す図である。FIG. 49 is a view showing a base sequence shown in SEQ ID NO: 49. 配列番号50に示す塩基配列を示す図である。It is a figure which shows the base sequence shown by sequence number 50. 配列番号51に示す塩基配列を示す図である。It is a figure which shows the base sequence shown by sequence number 51. 配列番号52に示す塩基配列を示す図である。It is a figure which shows the base sequence shown by sequence number 52. 配列番号53に示す塩基配列を示す図である。It is a figure which shows the base sequence shown by sequence number 53. 配列番号54に示すアミノ酸配列を示す図である。FIG. 34 is a view showing an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 54. 配列番号55に示す塩基配列を示す図である。FIG. 34 is a view showing a base sequence shown in SEQ ID NO: 55. 配列番号56に示すアミノ酸配列を示す図である。FIG. 36 is a view showing an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 56. (a)は、ベルべリン高生産株SMT株(培養1,2,3週)、低生産株CJY株(培養1,2週)、ならびに生産性は低いが生合成酵素遺伝子の発現が高いCJ8株(培養1,2,3週)における、norcoclaurine synthase遺伝子の発現をノザン解析によって調べた結果を示す図であり、(b)は(a)の結果をもとに、CJY株の値を基礎として相対評価した結果を示す図である。(A) shows high berberine-producing strain SMT (culture 1, 2, 3 weeks), low-producing strain CJY (culture 1, 2 weeks), and low productivity but high expression of biosynthetic enzyme gene It is a figure which shows the result of having investigated the expression of the norcoclaurine synthase gene in the CJ8 strain (culture 1,2,3 weeks) by the Northern analysis, (b) shows the value of the CJY strain based on the result of (a). It is a figure showing the result of relative evaluation as a basis. norcoclaurine synthase活性のHPLCによる測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result by HPLC of norcoclaurine synthase activity. norcoclaurine synthase反応によって生成した反応産物のLC−MS分析の結果を示す図である。It is a figure showing the result of LC-MS analysis of the reaction product generated by norcoclaurine synthase reaction.

Claims (21)

 配列番号1ないし52に示す塩基配列のうちの何れか一つからなるポリヌクレオチド。 (4) A polynucleotide comprising any one of the nucleotide sequences shown in SEQ ID NOs: 1 to 52.  前記ポリヌクレオチドは、イソキノリンアルカロイドの生合成に関与する遺伝子断片であることを特徴とする請求項1記載のポリヌクレオチド。 。 The polynucleotide according to claim 1, wherein the polynucleotide is a gene fragment involved in biosynthesis of an isoquinoline alkaloid.  オウレン培養細胞由来であることを特徴とする請求項1または2記載のポリヌクレオチド。 The polynucleotide according to claim 1 or 2, wherein the polynucleotide is derived from cultured cells of cucumber.  配列番号1ないし52に示す各塩基配列からなる各ポリヌクレオチドのうちの少なくとも一つを含んでいることを特徴とするcDNAライブラリー。 (4) A cDNA library comprising at least one of the polynucleotides having the nucleotide sequences shown in SEQ ID NOs: 1 to 52.  オウレン培養細胞由来である請求項4記載のcDNAライブラリー。 (5) The cDNA library according to (4), which is derived from cultured cells of spinach.  前記オウレン培養細胞は、ベルベリンを高生産するものであることを特徴とする請求項5記載のcDNAライブラリー。 (6) The cDNA library according to (5), wherein the cultured spinach cells produce berberine at a high level.  配列番号1ないし52あるいは55に示す塩基配列のうちの何れか一つを含んでおり、かつ、イソキノリンアルカロイドの生合成に関与する全長遺伝子。 (4) A full-length gene comprising any one of the nucleotide sequences shown in SEQ ID NOs: 1 to 52 or 55 and involved in isoquinoline alkaloid biosynthesis.  以下の(a)又は(b)のタンパク質をコードする遺伝子。
 (a)配列番号54に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質。
 (b)配列番号54に示されるアミノ酸配列において、1またはそれ以上のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつコロンバミン7−O−メチルトランスフェラーゼとしての活性を持つタンパク質。
A gene encoding the following protein (a) or (b):
(A) a protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 54;
(B) an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 54, wherein one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, and / or added, and have an activity as a columbamine 7-O-methyltransferase. Protein to have.
 以下の(c)又は(d)のタンパク質をコードする遺伝子。
 (c)配列番号56に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質。
 (d)配列番号56に示されるアミノ酸配列において、1またはそれ以上のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつノルコクラウリン合成酵素としての活性を持つタンパク質。
A gene encoding the following protein (c) or (d):
(C) a protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 56;
(D) a protein comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, and / or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 56, and which has an activity as a norcoclaurin synthase .
 上記遺伝子は、オウレン由来であることを特徴とする請求項8または9に記載の遺伝子。 遺 伝 子 The gene according to claim 8 or 9, wherein the gene is derived from spinach.  配列番号53または55に示す塩基配列からなるイソキノリンアルカロイドの生合成に関与する全長遺伝子。 (4) A full-length gene involved in the biosynthesis of an isoquinoline alkaloid having the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 53 or 55.  以下の(a)又は(b)のタンパク質。
 (a)配列番号54に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質。
 (b)配列番号54に示されるアミノ酸配列において、1またはそれ以上のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつコロンバミン7−O−メチルトランスフェラーゼとしての活性を持つタンパク質。
The following protein (a) or (b):
(A) a protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 54;
(B) an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 54, wherein one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, and / or added, and have an activity as a columbamine 7-O-methyltransferase. Protein to have.
 以下の(c)又は(d)のタンパク質。
 (c)配列番号56に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質。
 (d)配列番号56に示されるアミノ酸配列において、1またはそれ以上のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつノルコクラウリン合成酵素としての活性を持つタンパク質。
The following protein (c) or (d):
(C) a protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 56;
(D) a protein comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, and / or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 56, and which has an activity as a norcoclaurin synthase .
 上記タンパク質は、オウレン由来であることを特徴とする請求項12または13に記載のタンパク質。 タ ン パ ク 質 The protein according to claim 12 or 13, wherein the protein is derived from spinach.  請求項1ないし3または9の何れか1項に記載のポリヌクレオチドを用いて、イソキノリンアルカロイドの生合成に関与する全長遺伝子を単離することを特徴とする遺伝子の単離方法。 (10) A method for isolating a full-length gene involved in isoquinoline alkaloid biosynthesis using the polynucleotide according to any one of (1) to (3) or (9).  請求項4ないし6の何れか1項に記載のcDNAライブラリーを用いることを特徴とする遺伝子の単離方法。 (7) A method for isolating a gene, comprising using the cDNA library according to any one of (4) to (6).  請求項1ないし3の何れか1項に記載のポリヌクレオチド、あるいは、請求項7ないし10の何れか1項に記載の遺伝子または全長遺伝子が組み込まれたベクター。 A vector into which the polynucleotide according to any one of claims 1 to 3 or the gene or the full-length gene according to any one of claims 7 to 10 is incorporated.  請求項17記載のベクターが導入された形質転換体。 [18] A transformant into which the vector according to claim 17 has been introduced.  前記ベクターが植物に導入されることを特徴とする請求項18記載の形質転換体。 19. The transformant according to claim 18, wherein the vector is introduced into a plant.  前記植物はイソキノリンアルカロイドを生産する植物であることを特徴とする請求項19記載の形質転換体。 20. The transformant according to claim 19, wherein the plant is a plant that produces an isoquinoline alkaloid.  請求項12〜14に記載のタンパク質、および請求項18〜20に記載の形質転換体のうち、少なくとも1つを用いて、イソキノリンアルカロイドを生産する方法。

A method for producing an isoquinoline alkaloid using at least one of the proteins according to claims 12 to 14 and the transformant according to claims 18 to 20.

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