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JP2004173617A - Cyclamen anthocyanin synthase gene - Google Patents

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JP2004173617A
JP2004173617A JP2002344947A JP2002344947A JP2004173617A JP 2004173617 A JP2004173617 A JP 2004173617A JP 2002344947 A JP2002344947 A JP 2002344947A JP 2002344947 A JP2002344947 A JP 2002344947A JP 2004173617 A JP2004173617 A JP 2004173617A
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dna
cyclamen
protein
sequence
seq
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JP2002344947A
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Japanese (ja)
Inventor
Tomomichi Yamamura
智通 山村
Teruhiko Terakawa
輝彦 寺川
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Hokko Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Hokko Chemical Industry Co Ltd
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Abstract

【課題】シクラメンの花色合成にかかわる酵素、特にフラボノイド3’,5’−ヒドロキシラーゼをコードするDNAを提供する。
【解決手段】シクラメンから調製したmRNAからcDNAを合成し、逆転写PCR法によってフラボノイド3’,5’−ヒドロキシラーゼの一部をコードするDNAを増幅し、得られたDNA断片をプローブにシクラメンのcDNAライブラリーから特定の塩基配列のDNAを単離する。
【選択図】なし
The present invention provides a DNA encoding an enzyme involved in flower color synthesis of cyclamen, particularly a flavonoid 3 ', 5'-hydroxylase.
A cDNA is synthesized from mRNA prepared from cyclamen, a DNA encoding a part of flavonoid 3 ', 5'-hydroxylase is amplified by reverse transcription PCR, and the obtained DNA fragment is used as a probe to obtain a cyclamen. A DNA having a specific nucleotide sequence is isolated from the cDNA library.
[Selection diagram] None

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シクラメンの花色合成酵素のタンパク質をコードする新規なDNAに関する。詳しく言えば、本発明は、シクラメンのフラボノイド3’,5’−ヒドロキシラーゼ活性を有する新規なタンパク質、及びそれをコードする新規なDNAに関する。
【0002】
【従来の技術】
フラボノイドの一種であるアントシアニンは花の色素として重要な役割を担っており、アントシアニンは黄色から赤、紫、青色までの幅広い花色を作り出している化合物である。アントシアニン分子から配糖体部分を除いたアグリコンとしての色素本体であるアントシアニジンは、フラボノイドの基本骨格のB環に結合する水酸基の部位及び数に応じてペラルゴニジンと、シアニジンとデルフィニジンとの3つのタイプに分類される。
【0003】
前記のB環の3’、4’及び5’位のすべてが水酸化された化合物であるデルフィニジンは、青紫系の色を呈することが知られている。特に、アントシアニン合成経路においてフラボノイド3’,5’−ヒドロキシラーゼ(以下「F3’,5’H」と略する)は、フラボノイドB環の3’と5’位を水酸化する酵素であって、青色系色素であるデルフィニジン生合成の鍵(Key)酵素と考えられている。F3’,5’Hは、近年の遺伝子工学技術を利用することから成る花卉植物の花色の改良研究分野において、重要な役割を持っている。
【0004】
これまで花卉植物のF3’,5’Hをコードする遺伝子の塩基配列については次のものが知られている。
【0005】
(1)ペチュニアのF3’,5’H遺伝子(特許文献1参照)
(2)ナスのF3’,5’H遺伝子(特許文献2参照)
(3)シネラリアのF3’,5’H遺伝子(特許文献3参照)
(4)トレニアのF3’,5’H遺伝子(非特許文献1参照)
(5)ニチニチソウのF3’,5’H遺伝子(非特許文献2参照)
(6)りんどうのF3’,5’H遺伝子(非特許文献3参照)
しかしながら,シクラメン植物からのF3’,5’Hをコードする遺伝子については知られていない。
【0006】
【特許文献1】特開2000−23686公報
【特許文献2】特開平5−184370公報
【特許文献3】特願2001−362459公報
【非特許文献1】Mol.Breed.6,239−246 2000年
【非特許文献2】Plant J. 19(2),183−193 1999年
【非特許文献3】Plant Cell Physiol. 37(5),711−716 1996年
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、新規なシクラメンのF3’,5’HをコードするDNAをシクラメンから取得することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した。そして後述される遺伝子工学の手法によって配列表の配列番号1に記載される1745bpのサイズのDNA断片をシクラメンのcDNAライブラリーから取得する事に成功した。
【0009】
さらに、この1745bpのサイズのDNA断片中の5’側の塩基番号90のaから塩基番号1613のtまでの領域の塩基配列を有する1524bpのサイズのDNA配列が、シクラメンF3’,5’HをコードするDNA配列であることを知見した。その結果、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の要旨とするところは、以下のとおりである。
【0010】
(1)配列表の配列番号2に示すアミノ酸配列を有するタンパク質であって、F3’,5’H活性を有するタンパク質をコードするDNA。
(2)配列表の配列番号1の塩基番号90〜1613からなる塩基配列を有する(1)のDNA。
(3)配列表の配列番号2に示すアミノ酸配列において1個若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換、挿入若しくは付加されたアミノ酸配列からなるタンパク質であって、フラボノイド3’,5’−ヒドロキシラーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNA。
(4)配列表の配列番号1の塩基番号90〜1613からなる塩基配列と部分的に異なる塩基配列を有するが、配列番号1に記載の塩基配列に対して相同性を示すDNAであって、かつ、配列表の配列番号1に記載の塩基配列を有するDNAに対してストリンジェントな条件下でハイブリダイズすることができ、かつ、F3’,5’H活性を有するタンパク質をコードするDNAである(3)のDNA。
(5)配列表の配列番号2に示すアミノ酸配列を有するタンパク質であって、F3’,5’H活性を有するタンパク質。
(6)配列表の配列番号2に示すアミノ酸配列において1個若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換、挿入若しくは付加されたアミノ酸配列からなるタンパク質であって、フラボノイド3’,5’−ヒドロキシラーゼ活性を有するタンパク質。
【0011】
なお、本発明においては、「F3’,5’H活性」とは、フラボノイドのB環の3’及び5’位を水酸基に転化し、デルフィニジンを生成する反応を触媒する活性を意味する。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下に、シクラメンから本発明によるDNAを取得する方法を詳細に説明する。
【0013】
本発明のDNAの第一の形態は、配列番号2に示すアミノ酸配列を有するタンパク質であって、F3’,5’H活性を有するタンパク質をコードするDNAである。このアミノ酸配列をコードする本発明のDNAの一例を、配列番号1に示す。この本発明DNAは、本発明を完成するに際しては、後述されるようにして、シクラメンcDNAライブラリーから取得されたものである。本発明のDNAの塩基配列が明らかにされたので、配列番号2に示すアミノ酸配列、又は配列番号1に示す塩基配列に基づいて化学合成することによっても取得することができる。また、前記の配列番号1の塩基配列に基づいて工夫、作成した合成オリゴヌクレオチドプローブまたはオリゴヌクレオチドプライマーを用いると、公知の方法でシクラメンのcDNAライブラリーから、ハイブリダイゼーションまたはポリメラーゼ・チェイン・リアクション(PCR)により取得することも可能である。
【0014】
以下に、シクラメンの全RNAから、RT(逆転写)−PCRの方法によって本発明のDNAの一部領域をなすDNA断片を取得し、さらに該DNA断片をプローブとして用いたプラーク・ハイブリダイゼーション法によって、本発明のDNAを取得する方法を例示的に説明する。
【0015】
(1)シクラメンのmRNAの調製およびシクラメンcDNAライブラリーの構築
(i) シクラメン(Cyclamen persicum)の花弁から、常法により全RNAを抽出した後、その全RNAの抽出物からタンパク質、多糖類、その他の夾雑物を取り除く。さらに夾雑物を含まない全RNAを、オリゴdTセルロースを充填したカラムを用いて処理するとPoly(A)RNAを精製することができ、これによって、mRNAを得ることができる。
【0016】
(ii)次に、上記のmRNAから逆転写酵素によりcDNAを合成する。合成したcDNAをファージベクター、例えばλZAPIIなどに組み込み、組換えファージを得る。得られた組換えファージを宿主である大腸菌(エシェリヒア・コリ(Escherichiacoli))に感染させ、この組換えファージのプラークを多数得ることができる。このプラークのファージは、シクラメンのcDNAライブラリーとして用いる。これら一連の操作はcDNAクローニングキットが市販されているので、このキットを使用してもよい。
【0017】
(2)クローニング用プローブDNAの作成およびcDNAライブラリーからの所要な組換えファージのスクリーニング
(i)上記のようにして得たシクラメンcDNAライブラリーの中から、目標とするシクラメンのF3’,5’HのcDNAを内含する組換えファージを単離する操作を次に行う。このためにペチュニア植物等の既知のF3’,5’HをコードするDNA中で保存されている既知の塩基配列を基本にして設計したオリゴヌクレオチドをプライマーとして用い且つ上記(1)(i)で抽出したシクラメンRNAを鋳型として用いるRT‐PCR法によって、シクラメンのF3’,5’HをコードするDNAの一部領域をコードするcDNA断片をプローブDNAとして得る。
【0018】
(ii)次に、このDNAプローブと上記(1)(ii)で作成した組換えファージのプラークとを、ハイブリダイズさせることにより、シクラメンcDNAライブラリー(組換えファージ)の中から、目的とするF3’,5’HをコードするDNAを内部に含有する組換えファージをポジチブクローンとして選抜して単離することができる。
【0019】
(3)ポジチブクローンからのプラスミド(ファージミド)DNAの回収
上記のハイブリダイゼーションで選抜され単離されたプラークから、ファージを採取する。更にその採取ファージ(ポジチブクローン)をヘルパーファージとともに、宿主である大腸菌に感染させる。このことにより、ファージDNAからシクラメンF3’,5’Hをコードすると思われるcDNAが挿入されたファージミドDNAを大腸菌内で切出せる(in vivo excision systemによる)。更にこのファージミドDNAを別の大腸菌に導入して形質転換し、この大腸菌の培養物よりファージミドDNAを回収する。
【0020】
(4)シークエンシングによる塩基配列の決定
上記の回収したファージミドDNAを、挿入DNA断片が切断されるように制限酵素処理して、その消化液をアガロースゲルで電気泳動を行い、得られたDNA断片を調査する。その結果をもとに、ファージミドDNAがF3’,5’Hの全長を保持すると思われる挿入DNA断片の塩基配列をジデオキシ法で決定する事ができる。
【0021】
その挿入断片の決定された塩基配列中にある翻訳開始コドンと終止コドンの位置を調べる事によって、タンパク質のコード領域(すなわちオープンリーディングフレーム)を決定する事ができる。ついで、これから規定されるアミノ酸配列を調べる事により、挿入DNA断片の保持するシクラメンのcDNAがコードするアミノ酸配列を決定する事ができる。更にこの塩基配列及びアミノ酸配列を既知のペチュニアなどのF3’,5H cDNAの塩基配列及びアミノ酸配列と比較して相同性を確認すると、挿入DNA断片が目的とするシクラメンF3’,5’HをコードするcDNA断片であるかを確認する事ができる。
【0022】
なお、他方、一般に、特定の機能や生理活性を有するタンパクをコードするアミノ酸配列において、1個または複数のアミノ酸が付加、欠失若しくは置換された場合であっても、その機能や生理活性が維持される場合であることは当業者において広く認識されているところである。本発明のDNAは、このような修飾が加えられ、かつF3’,5’H活性を有するタンパク質をコードするDNA配列を有するものであってもよい。すなわち、本発明のDNAの第2の形態は、配列表の配列番号2に示すアミノ酸配列において、1個または数個のアミノ酸が欠失、置換、挿入若しくは付加されたアミノ酸配列からなるタンパク質であって、かつ、F3’,5’H活性を有するタンパク質をコードする改変DNAである。そのような改変DNAは、例えば部位特異的変異法によって、特定の部位のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されるように本発明のDNAの塩基配列を改変することによって得られる。
【0023】
前記「数個」としては、好ましくは2〜100個、より好ましくは2〜50個、特に好ましくは2〜20個である。あるいは、前記「数個」は、配列番号2のアミノ酸配列との相同性が、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上となるような値である。
【0024】
また、本発明のDNAの第1の形態またはこれを含有する細胞に対して変異処理を行い、その後に、変異されたDNA若しくはこれらを含む細胞から、例えば配列表の配列番号1に記載の塩基番号90〜1613の塩基配列を有するDNAに対して、ストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAを選択的に分離することによっても、本発明の改変DNAの断片を得ることができる。
【0025】
ここでいう「ストリンジェントな条件」とは、いわゆる特異的なハイブリッドが形成され、非特異的なハイブリッドが形成されない条件をいう。このストリンジェントな条件を明確に数値化することは困難であるが、一例を示せば、相同性が高い2つの核酸同志、例えば70%以上、好ましくは80%、より好ましくは95%以上の相同性を有する2つのDNA同志がハイブリダイズするが、他方ではそれより相同性の低い2つの核酸同志がハイブリダイズしないという条件が挙げられる。より具体的には、例えば68℃以上のハイブリダイゼーション溶液(500mM NaPiバッファー(pH7.2)、7% SDS、1mM EDTA)中において、核酸同士がハイブリダイズする条件が挙げられる。
【0026】
さらにシクラメン染色体それ自体から、本発明のDNAまたはその一部領域のDNA断片をプローブDNAとして用いると、定法によってF3’,5’HをコードするDNA断片を取得することが可能である。しかし、シクラメン染色体から由来したF3’,5’HをコードするDNA断片は、イントロンを含むことが予想される。このようなイントロンで分断されているDNA断片も、F3’,5’HをコードするDNAである限り、本発明のDNAに含まれる。
【0027】
なお、後記の実施例で得られた、組換えラムダファージDNAにクローニングされたシクラメンのF3’,5’HのcDNA断片は、Blueskriptプラスミドベクターに連結され、それにより得られた組換えプラスミドを導入された大腸菌はEscherichia coli DH5α(CpFH−1)と命名され、独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センターに平成14年11月8日より、受託番号FERM P−19093として寄託されている。
【0028】
F3’,5’Hをコードする本発明のDNAを適当な宿主、例えば大腸菌で発現させることにより、タンパク質F3’,5’Hを製造することができる。前記宿主としては、大腸菌、枯草菌などの細菌、酵母、昆虫培養細胞、動物培養細胞、植物培養細胞等が挙げられる。宿主細胞内で機能するプロモーター等の発現調節配列の下流に発現可能に連結されたF3’,5’Hをコードする本発明DNAを、宿主細胞に導入することにより宿主細胞を形質転換させる。このような形質転換は、本発明のDNAをプラスミドに連結して組換えプラスミドを構築し、そして、その得られた組換えプラスミドを宿主に導入することによって行うことができる。あるいは、相同組換え等によって本発明DNAを宿主内の染色体DNAに組込むことによって宿主を形質転換することもできる。得られる形質転換細胞を、前記プロモーター発現調節配列が機能する条件で培養する事によって、タンパク質F3’,5’Hが産出される。
【0029】
また、F3’,5’Hをコードする本発明DNAは、花卉又は他の植物体に、単独または組み合わせて導入することにより、植物体を形質転換させ、これによってそれらの植物中での色素合成に関与する酵素反応が調節されるようにすることができる。植物に本発明のDNAを導入するには、(a)アグロバクテリウム法(Draper,Jら編集、「Plant Genetic Transformation and Gene Expression A Laboratory Manual」,Blackwell Scientific Publications,69〜160頁、1988年);(b)ウイスカ導入法(米国特許第5302523号、米国特許第7472538号、日本国特許第3312867号、Kaepper,H.F.ら、1992年、Theoretical and Applied Genetics,第84巻、560〜566頁、Asano,Y.ら、1991年、Plant Science,第79巻、247〜252頁);(c)植物細胞に超音波を照射して、細胞を部分的に損傷させ、損傷個所を通して遺伝子を導入する方法(Joersbo,M.ら、1990年、Plant Cell Reports,第9巻、207〜210頁、Joersbo,M.ら、1992年、Physiologia Plantarum,第85巻、230〜234頁);(d)パーティクルガン法(Sanford,J.C.米国特許第5100792号)等が挙げられる。
【0030】
本発明のタンパク質の第1の形態は、シクラメンのF3’,5’H活性を有し、配列表の配列番号2に示す508個のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列を有するタンパク質である。
【0031】
また、本発明のタンパク質は、F3’,5’H活性が実質的に損なわれない限り、1個または複数のアミノ酸が付加、欠失若しくは置換されるような修飾が加えられたものであってもよい。すなわち、本発明の第2の形態は、配列表の配列番号2に示すアミノ酸配列において、1個または数個のアミノ酸が欠失、置換、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる改変タンパク質であって、シクラメンのF3’,5’H活性を有する改変タンパクである。
【0032】
上記本発明のタンパク質は、前記したような方法で本発明のDNAを適当な宿主で発現させることによって、製造することができる。
【0033】
【実施例】
以下に、本発明の実施例の例示により具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。
【0034】
以下の実験操作の手順は特に記述しない限り、「Molecular Cloning 第2版」(J.Sambrookら、Cold Spring Habor Laboratory press,1989年)に記載されている方法に従った。
【0035】
【実施例1】
(1)シクラメンmRNAの調製
シクラメン(品種:フレグランスミニ)の開花中の花弁4gを液体窒素存在下で凍結後、凍結した花弁を乳棒乳鉢を用いて粉砕した。この粉砕物に2×CTAB溶液(2%臭化セチルトリメチルアンモニウム、0.1M Tris−HCl(pH9.5)、20mM EDTA、1.4M NaClと4% β−メルカプトエタノール)40mlを加えた。得られた混合物を撹拌した後、65℃で10分間インキュベートした。次にインキュベートした該混合物をクロロフォルム抽出に2回かけた。抽出した水相にイソプロパノールを加えて転倒混和後、室温に10分間放置し、核酸を析出させた。核酸の沈澱を8000g、4℃で15分間遠心分離を行い、核酸を回収した。その核酸をTE(10mM Tris(pH8.0)、1mM EDTA)4mlに溶解し、得られた溶液に10M 塩化リチウム溶液1mlを加えた。得られた混合液を氷上に2時間置いた後、19000g、4℃で10分間遠心分離すると、RNAが沈澱した。そのRNAを蒸留水に溶解し、さらにそのRNA溶液をフェノール抽出およびエタノール沈殿することによりRNAを精製した。こうして0.4mgの精製全RNAを得た。さらに、これで得られた全RNAの精製品から、mRNAの単離をmRNA精製キット(タカラバイオ(株)製、Oligotex−Mag mRNA purification Kit)により行い、シクラメンのmRNAを約6μg得た。
【0036】
(2)シクラメンcDNAライブラリーの作製
上記(1)で得られたシクラメンmRNAからcDNA合成キット(アマシャム ライフサイエンス社製、cDNA synthesis module)により、シクラメンの2本鎖cDNAを得た。このシクラメンの2本鎖cDNAにEcoRIサイトを粘着末端として持つアダプターEcoRI−NotI−BamHI Adaptor(タカラバイオ(株)製)を連結し、アダプター部分のリン酸化処理を行った。このようにリン酸化処理されたアダプター部分を連結して保有するシクラメンの2本鎖cDNAをλZAPIIファージベクター(STRATAGENE社製、Lambda ZAP Predigested EcoRI/CIAP−Treated Vector Kit)のEcoRIサイトに連結した。得られた連結ベクターをイン・ビトロパッケージングキット(STRATAGENE社製、GigapackIII Gold Packaging Kit)を用いてシクラメンcDNAを内含する組換えラムダファージを再構築した(パッケージング)。このように得られた組換えラムダファージを大腸菌XL1−Blue MRF’(STRATAGENE社製)に感染させ増殖させ、前記の組換えラムダファージの多数を得た。この組換えラムダファージをシクラメンのcDNAライブラリーとして以下に使用した。
【0037】
(3)クローニング用プローブ作製
(i)逆転写(RT)‐PCR(Reverse Transcriptase−Polymerase Chain Reaction)法を用いて、F3’,5’HのcDNA断片のクローニング用のプローブを作製するために、プローブDNA作製に用いられるべきプライマーの設計を先ず行った。すなわち、下記に示す塩基配列を有する2種類のオリゴヌクレオチドをプライマーNo.1およびNo.2として設計して、化学合成により作製した。
【0038】
(a)プライマーNo.1(配列番号3に示す)
5’−gckggwacrgayacwtcwtcwa−3’
(b)プライマーNo.2(配列番号4に示す)
5’− aayccaatcaaawgmwtgnaccaa −3’
但し、上記の2つの塩基配列においてk=gまたはt;w=aまたはt;r=gまたはa;y=tまたはc;n=イノシンを意味する。
【0039】
なお、上記のプライマーNo.1およびNo.2のオリゴヌクレオチドの作製は、DNA合成装置(Model 391、アプライドバイオシステムズ社製)を用いてオリゴヌクレオチドを合成し、さらにその合成品をイオン交換HPLCで精製することにより行った。
【0040】
(ii)次に、シクラメンcDNAの生成のために、上記(1)で得た全RNA1μgをテンプレートとして用いて、この全RNAを逆転写反応液〔10mM Tris−HCl(pH8.3)、50mM KCl、5mM MgCl、1mMのdNTP(dATP、dGTP、dCTP、dTTP)混合物、2.5μMオリゴ(dT)プライマー(Oligo(dT)12−18 primer(Invitrogen社製))、RNase阻害剤(RNase Inhibitor(タカラバイオ(株)製)20単位)および逆転写酵素(AMV Reverse Transcriptase XL(タカラバイオ(株)製)5単位)〕に加えることによって液量を20μlとし、逆転写反応を行った。逆転写反応は30℃10分間、50℃ 30分間、99℃ 5分間、4℃ 5分間インキュベートする条件で行い、生成されたシクラメンのcDNAを含む反応液を得た。
【0041】
(iii)更に上記のプライマーNo.1及びNo.2として構築された2種類の合成オリゴヌクレオチドの各0.3μMをプライマーとし、上記で得られたシクラメンのcDNAを含む逆転写反応液1μlをテンプレートとして、PCR反応液〔10mM Tris−HCl(pH8.3)、50mM KCl、1.5mM MgCl、0.2mMノdNTP(dATP、dGTP、dCTP、dTTP)混合物およびTaq DNA Polymerase(TaKaRa Taq(タカラバイオ(株)製)1単位)〕に加え、総量を50μlとし、DNAの増幅反応を行った。
【0042】
上記したPCR法によるシクラメンcDNAの増幅反応は、PCR反応装置(ASTEK社製、Program Temp Contol System PC−700)を用いて、変性を94℃で30秒間行い、アニーリングを52℃で1分間行い、また伸張(Extention)を72℃で1分間行う3つの反応操作を35回繰り返すことによって実施した。
【0043】
上記で得られた増幅反応産物をTAベクターpT7Blue Vector(Navagen社製)のTAサイトに連結した。得られた連結ベクターで大腸菌DH5αを形質転換することにより、増幅反応産物であるDNAを保持する形質転換された大腸菌を得た。このように形質転換した大腸菌の細胞それぞれから、クローニングされたプラスミドDNAをアルカリSDS法を用いて抽出した。
【0044】
得られたDNA1μlを10μlのHバッファー中で制限酵素EcoRI 5単位及び制限酵素PstI 5単位で消化した。消化反応液をアガロースゲル電気泳動により分析し、増幅反応産物のDNAサイズを確認した。既知のペチュニアF3’,5’Hより設計されたプライマーから予想されたサイズの増幅反応産物であるDNA断片がクローニングされた大腸菌を選抜し、この大腸菌が保持するプラスミドDNAの塩基配列解析を行った。この塩基配列の解析は、プラスミド精製キット(QIAfilter PlasmidMidi Kit(QIAGEN社製))およびDNAシークエンス受託サービス(北海道システム・サイエンス(株))を用い、自動DNAシーケンサー(ABI PRISM 3100 Gentic Analyzer(アプライドバイオシステムズ社製))で決定した。その結果、前記の増幅反応産物のDNA断片は550個の塩基よりなるcDNAの一部であると決定された。塩基配列より予想されるアミノ酸配列をこれまで明らかにされているペチュニアのF3’,5’Hのアミノ酸配列と比較することにより、上記の増幅反応産物であるDNA断片はシクラメンのF3’,5’HをコードするcDNAの一部領域を含むDNA断片である事を確認した。
【0045】
上記のようにして一連の操作を行い、シクラメンF3’,5’HのcDNAの一部領域を含むDNA断片をプローブとして取得した。このプローブDNAは、シクラメンcDNAライブラリー(前記の(ii)に示す組換えラムダファージである)から、目標とするシクラメンF3’,5’HをコードするcDNAをスクリーニングするために利用した。
【0046】
(4)シクラメンcDNAライブラリーからのシクラメンF3’,5’HをコードするcDNAのスクリーニングとクローニング
上記の(2)で作製したシクラメンのcDNAライブラリー(すなわち、前記の組換えラムダファージ)から、上記(3)で作製したプローブDNAを用いるプラークハイブリダイゼーション法により、シクラメンのF3’,5’HをコードするDNA配列を有するクローンをスクリーニングする操作を行った。このプラークハイブリダイゼーション法は下記の通りに行った。
【0047】
(i)上記(3)、(iii)で得られたプローブDNAを、DNAラベリングキット(ロッシュ・ダイアグノスティックス社製、DIG−ELISA DNA Labeling & DetectionKit)を用いて、ジゴキシゲニン(DIG)でラベルした。これによって標識プローブDNAを得た。
【0048】
(ii)次に上記(2)で得られたシクラメンcDNAライブラリーである組換えラムダファージを、1.5%寒天培地上で培養した宿主の大腸菌XL1−BlueMRF’に感染させ、増殖させた。こうして、該ファージのプラークを培地上に形成させた。
【0049】
シクラメンcDNAライブラリーを構成する前記の組換えファージのプラークをナイロン膜(Gene Screen(パーキンエルマーライフサイエンス社製))に転写した。該ファージプラークが転写されたナイロン膜を、アルカリ変性液(1.5M NaCl、0.5M NaOH)と、中和液(1M Tris−HCl(pH7.5))と、2×SSC(0.3M NaCl、30mM sodium citrate)とでそれぞれ次々に10分間処理した後、風乾し、さらに80℃、2時間ベーキングを行うことにより、前記の組換えラムダファージのプラークに含まれているファージDNAを前記ナイロン膜上に固定した。
【0050】
(iii)このファージDNAが固定されたナイロン膜を、ハイブリダイゼーション溶液(500mM NaPiバッファー(pH7.2)、7% SDS、1mM EDTA)に浸し、68℃、2時間の浸漬処理を行った。
【0051】
次に前記のDIGラベルした標識プローブDNAを100℃ 5分間インキュベートした(ディネイチャー処理)。次いでこれをハイブリダイゼーション溶液に、ハイブリダイゼーション溶液中のプローブDNA濃度が10ng/mlになるように加えた。標識プローブDNAを添加され、含有するハイブリダイゼーション溶液に前記ナイロン膜を浸し、さらに68℃で15時間浸漬処理することによって、前記の標識プローブDNAとナイロン膜上に固定された目的のファージDNAの間に所要のDNA−DNAハイブリッドを形成させた。
【0052】
そのプラークハイブリダイゼーションの反応終了後に、68℃に保温した洗浄液(40mM NaPiバッファー(pH7.2)、1% SDS)で前記のナイロン膜を20分ずつ3回洗浄した。その後、上記のDIG−ELISA Labeling & Detection Kitを用いて、シクラメンのF3’,5’HをコードするDNA配列を含有した所要の組換えファージを検出できた。
【0053】
(iv)その結果、60万個の組換えラムダファージ・プラークから、シクラメンF3’,5’HをコードするDNA配列を内部に組み込み、内含すると思われるファージプラークの4個を、ポジチブクローンとして選抜できた。
【0054】
(5)cDNAのサブクローニング
前記(4)(iv)で単離した4個のプラークから、ファージをそれぞれSMバッファー(50mM Tris−HCl(pH7.5)、0.1M NaCl、8mM MgSO、0.01%ゼラチン)に溶出し、採取した。前記のLambda ZAPII Predigested EcoRI/CIAP−Treated VectorKitに従い、これら4種類のファージを別々にヘルパーファージExAssist helper phage(STRATAGENE社製)と共に、宿主である大腸菌XL1−BlueMRF’に感染させることにより、大腸菌内でファージDNAから、シクラメンF3’,5’Hをコードすると思われるcDNAが挿入されたpBluescript SK(−)ファージミドDNA(STRATAGENE社製)を切り出した。さらにこの大腸菌を培養することにより、該ファージミドDNAを持つファージを培養上清中に得た。これらのファージを含む培養上清液を大腸菌SOLR(STRATAGENE社製)に感染させ、形質転換された大腸菌を得た。このように形質転換した4種類の大腸菌の細胞それぞれから、サブクローニングされたファージミドDNAをアルカリSDS法を用いて抽出した。得られたDNA1μlを10μlのHバッファー中で制限酵素EcoRI 5単位で消化した。消化反応液をアガロースゲル電気泳動により分析した結果、4種類のファージミドDNAは何れも約1.7kbpのDNA断片を保持することが確認された。
【0055】
(6)シクラメンF3’,5’HをコードするcDNAのシークエンシング
上記(5)でファージミドDNAとしてサブクローニングした4つのcDNA断片はいずれもシクラメンF3’,5’H cDNAの全長を含むことが予想されたため、1.7KbpのcDNAを保持するファージミドDNAのうちの1つ(CpFH−1と命名した)を選択し、これの塩基配列解析を行った。この塩基配列の解析は、プラスミド精製キット(QIAfilter Plasmid Midi Kit(QIAGEN社製))およびDNAシークエンス受託サービス(北海道システム・サイエンス(株))を用い、自動DNAシーケンサー(ABI PRISM 3100 Gentic Analyzer(アプライドバイオシステムズ社製))で決定した。その結果、前記の1.7KbpのサイズのDNA断片は1745個の塩基よりなるcDNAであると決定された。この1745bpのサイズのcDNAは1524個の塩基よりなる単一のオープンリーディングフレーム(ORF)のDNA配列を含む。この1745bpサイズのcDNAの塩基配列を配列表の配列番号1に示す。前記のORFは89個の塩基よりなる5’非翻訳領域と、127個の塩基よりなるDNA配列の3’非翻訳領域とにはさまれて存在する。
【0056】
上記配列番号2のアミノ酸配列をこれまで明らかにされているペチュニアのF3’,5’Hと比較する76%の相同性が認められるが、他の領域ではペチュニアのF3’,5’Hと明らかに異なることが認められ、シクラメン特有の配列であることがわかる。
【0057】
尚、シクラメンのF3’,5’Hをコードする本発明DNAとペチュニアのF3’,5’H遺伝子との塩基配列の相同性は、61%であることが認められた。相同性の算出は、Gene Works 2.5.1ソフトウェア((株)帝人システムテクノロジー)を用い、本発明のシクラメンのF3’,5’HとペチュニアのF3’,5’HのProtein Alignmentファイルをソフトウェアの初期設定条件で作成することによって行った。
【0058】
【発明の効果】
本発明により提供される、シクラメンのF3’,5’Hをコードする遺伝子は、シクラメンと同種または異種の植物体に単独または他のDNAと組み合わせて導入すると、該植物中でのアントシアニン合成に関与する酵素反応を調節することができる。本発明DNAは、植物の花色の多様性を計るための植物の育種と開発に利用できる。
【0059】
【配列表】

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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a novel DNA encoding a cyclamen flower color synthase protein. More specifically, the present invention relates to a novel protein having cyclamen flavonoid 3 ', 5'-hydroxylase activity, and a novel DNA encoding the same.
[0002]
[Prior art]
Anthocyanins, a type of flavonoid, play an important role as pigments in flowers, and anthocyanins are compounds that produce a wide range of flower colors from yellow to red, purple, and blue. Anthocyanidins, which are pigment bodies as aglycones obtained by removing glycoside moieties from anthocyanin molecules, are classified into three types: pelargonidin, cyanidin and delphinidin according to the number and position of hydroxyl groups bonded to the B ring of the flavonoid basic skeleton. being classified.
[0003]
It is known that delphinidin, which is a compound in which all of the 3 ′, 4 ′ and 5 ′ positions of the B ring are hydroxylated, exhibits a bluish purple color. In particular, flavonoid 3 ′, 5′-hydroxylase (hereinafter abbreviated as “F3 ′, 5′H”) in the anthocyanin synthesis pathway is an enzyme that hydroxylates the 3 ′ and 5 ′ positions of the flavonoid B ring, It is considered a key enzyme for the biosynthesis of delphinidin, a blue pigment. F3 ′, 5′H has an important role in the field of research on the improvement of the flower color of flowering plants, which involves the use of recent genetic engineering techniques.
[0004]
Heretofore, the following are known as the nucleotide sequences of genes encoding F3 'and 5'H of flower plants.
[0005]
(1) Petunia F3 ', 5'H gene (see Patent Document 1)
(2) F3 ′, 5′H gene of eggplant (see Patent Document 2)
(3) F3 ', 5'H gene of Cinellaria (see Patent Document 3)
(4) Torenia F3 ', 5'H gene (see Non-Patent Document 1)
(5) F3 ′, 5′H gene of Catharanthus roseus (see Non-Patent Document 2)
(6) F3 ', 5'H gene of ginger (see Non-Patent Document 3)
However, the genes encoding F3 ', 5'H from cyclamen plants are not known.
[0006]
[Patent Document 1] JP-A-2000-23686
[Patent Document 2] JP-A-5-184370
[Patent Document 3] Japanese Patent Application No. 2001-362459
[Non-Patent Document 1] Mol. Breed. 6,239-246 2000
[Non-Patent Document 2] Plant J. 19 (2), 183-193 1999
[Non-Patent Document 3] Plant Cell Physiol. 37 (5), 711-716 1996
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to obtain DNA encoding a novel cyclamen F3 ′, 5′H from cyclamen.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies to solve the above problems. Then, a 1745 bp DNA fragment described in SEQ ID NO: 1 in the sequence listing was successfully obtained from the cyclamen cDNA library by the genetic engineering technique described below.
[0009]
Furthermore, a DNA sequence having a size of 1524 bp having a base sequence of a region from base number 90a at the 5 'side to base number 1613 t in the 1745 bp size DNA fragment is obtained by combining cyclamen F3' and 5'H. It was found to be a DNA sequence that encodes. As a result, the present invention has been completed.
That is, the gist of the present invention is as follows.
[0010]
(1) A DNA encoding a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing and having F3 ′, 5′H activity.
(2) The DNA of (1) having a base sequence consisting of base numbers 90 to 1613 of SEQ ID NO: 1 in the sequence listing.
(3) a protein consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acids have been deleted, substituted, inserted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing, wherein the protein is a flavonoid 3 ′, 5′-hydroxylase DNA encoding a protein having activity.
(4) a DNA having a nucleotide sequence partially different from the nucleotide sequence consisting of nucleotide numbers 90 to 1613 of SEQ ID NO: 1 in the sequence listing, but showing homology to the nucleotide sequence described in SEQ ID NO: 1, In addition, it is a DNA that can hybridize to a DNA having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 in the sequence listing under stringent conditions and encodes a protein having F3 ′, 5′H activity. DNA of (3).
(5) A protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing, the protein having F3 ′, 5′H activity.
(6) a protein consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acids have been deleted, substituted, inserted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing, wherein the protein is a flavonoid 3 ', 5'-hydroxylase A protein having activity.
[0011]
In the present invention, the “F3 ′, 5′H activity” means an activity of converting the 3 ′ and 5 ′ positions of the B ring of the flavonoid into a hydroxyl group to catalyze a reaction for generating delphinidin.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the method for obtaining DNA according to the present invention from cyclamen will be described in detail.
[0013]
A first form of the DNA of the present invention is a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, which encodes a protein having F3 ', 5'H activity. An example of the DNA of the present invention encoding this amino acid sequence is shown in SEQ ID NO: 1. The DNA of the present invention was obtained from a cyclamen cDNA library as described later when completing the present invention. Since the nucleotide sequence of the DNA of the present invention has been elucidated, it can also be obtained by chemical synthesis based on the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1. When a synthetic oligonucleotide probe or oligonucleotide primer devised and prepared based on the base sequence of SEQ ID NO: 1 is used, hybridization or polymerase chain reaction (PCR) can be performed from a cyclamen cDNA library by a known method. ) Can also be obtained.
[0014]
Hereinafter, a DNA fragment that forms a partial region of the DNA of the present invention is obtained from the total RNA of cyclamen by RT (reverse transcription) -PCR method, and further obtained by a plaque hybridization method using the DNA fragment as a probe. The method for obtaining the DNA of the present invention will be exemplified.
[0015]
(1) Preparation of cyclamen mRNA and construction of cyclamen cDNA library
(I) After extracting total RNA from petals of cyclamen (Cyclamen persicum) by a conventional method, proteins, polysaccharides, and other contaminants are removed from the extract of the total RNA. Furthermore, when total RNA containing no impurities is treated using a column filled with oligo dT cellulose, Poly (A) + RNA can be purified, and thereby mRNA can be obtained.
[0016]
(Ii) Next, cDNA is synthesized from the above mRNA using a reverse transcriptase. The synthesized cDNA is incorporated into a phage vector, such as λZAPII, to obtain a recombinant phage. The obtained recombinant phage is infected to a host Escherichia coli (Escherichia coli), and a large number of plaques of the recombinant phage can be obtained. The phage of this plaque is used as a cyclamen cDNA library. Since a cDNA cloning kit is commercially available for these series of operations, this kit may be used.
[0017]
(2) Preparation of cloning probe DNA and screening of required recombinant phage from cDNA library
(I) Next, from the cyclamen cDNA library obtained as described above, an operation of isolating a recombinant phage containing the target F3 ′, 5′H cDNA of cyclamen is performed. For this purpose, an oligonucleotide designed based on a known base sequence conserved in a DNA encoding a known F3 ′, 5′H such as a petunia plant is used as a primer and described in the above (1) (i). By the RT-PCR method using the extracted cyclamen RNA as a template, a cDNA fragment encoding a partial region of the DNA encoding F3 ′, 5′H of cyclamen is obtained as a probe DNA.
[0018]
(Ii) Next, the DNA probe is hybridized with the plaque of the recombinant phage prepared in the above (1) (ii) to obtain the desired cyclamen cDNA library (recombinant phage). Recombinant phage containing DNA encoding F3 ', 5'H therein can be selected and isolated as a positive clone.
[0019]
(3) Recovery of plasmid (phagemid) DNA from positive clones
The phage is collected from the plaques selected and isolated by the above hybridization. Further, the collected phage (positive clone) is infected with E. coli as a host together with a helper phage. As a result, phagemid DNA into which cDNA which seems to encode cyclamen F3 ', 5'H is inserted from phage DNA can be cut out in E. coli (by in vivo excision system). Further, this phagemid DNA is introduced into another E. coli for transformation, and the phagemid DNA is recovered from the culture of this E. coli.
[0020]
(4) Determination of base sequence by sequencing
The collected phagemid DNA is treated with a restriction enzyme so that the inserted DNA fragment is cut, and the digested solution is subjected to electrophoresis on an agarose gel, and the obtained DNA fragment is examined. Based on the results, the base sequence of the inserted DNA fragment that is considered to retain the full length of F3 ', 5'H in the phagemid DNA can be determined by the dideoxy method.
[0021]
By examining the positions of the translation initiation codon and stop codon in the determined nucleotide sequence of the inserted fragment, the coding region of the protein (ie, open reading frame) can be determined. Then, by examining the amino acid sequence to be defined, the amino acid sequence encoded by the cyclamen cDNA retained by the inserted DNA fragment can be determined. Further, when this base sequence and amino acid sequence are compared with the base sequence and amino acid sequence of F3 ', 5H cDNA of known petunia and the like to confirm homology, the inserted DNA fragment encodes the desired cyclamen F3', 5'H. Can be confirmed.
[0022]
On the other hand, in general, even when one or more amino acids are added, deleted or substituted in an amino acid sequence encoding a protein having a specific function or biological activity, the function or biological activity is maintained. It is widely recognized by those skilled in the art that this is the case. The DNA of the present invention may have a DNA sequence encoding a protein having such a modification and having F3 ', 5'H activity. That is, the second form of the DNA of the present invention is a protein consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acids have been deleted, substituted, inserted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing. And a modified DNA encoding a protein having F3 ', 5'H activity. Such a modified DNA can be obtained, for example, by modifying the base sequence of the DNA of the present invention so that amino acids at a specific site are deleted, substituted or added by site-directed mutagenesis.
[0023]
The “several” is preferably 2 to 100, more preferably 2 to 50, and particularly preferably 2 to 20. Alternatively, the “several” is a value such that the homology with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 is preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and particularly preferably 95% or more.
[0024]
In addition, the first form of the DNA of the present invention or a cell containing the same is subjected to a mutation treatment, and then the mutated DNA or a cell containing the same is subjected to, for example, the base described in SEQ ID NO: 1 in the sequence listing A fragment of the modified DNA of the present invention can also be obtained by selectively separating DNA that hybridizes under stringent conditions from DNA having the nucleotide sequence of Nos. 90 to 1613.
[0025]
The term "stringent conditions" as used herein refers to conditions under which a so-called specific hybrid is formed and a non-specific hybrid is not formed. Although it is difficult to quantify these stringent conditions clearly, one example is that two nucleic acids having high homology, such as 70% or more, preferably 80%, and more preferably 95% or more homology The condition is that two DNAs having similarity hybridize with each other, but on the other hand, two nucleic acids with lower homology do not hybridize with each other. More specifically, for example, conditions in which nucleic acids hybridize with each other in a hybridization solution (500 mM NaPi buffer (pH 7.2), 7% SDS, 1 mM EDTA) at 68 ° C. or higher can be mentioned.
[0026]
Furthermore, when the DNA of the present invention or a DNA fragment of a partial region thereof is used as a probe DNA from the cyclamen chromosome itself, a DNA fragment encoding F3 ′, 5′H can be obtained by a conventional method. However, the DNA fragment encoding F3 ', 5'H derived from the cyclamen chromosome is expected to contain introns. Such a DNA fragment separated by an intron is also included in the DNA of the present invention as long as it is a DNA encoding F3 ′, 5′H.
[0027]
The cyclamen F3 ', 5'H cDNA fragment cloned into the recombinant lambda phage DNA obtained in the following Examples was ligated to a Bluescript plasmid vector, and the resulting recombinant plasmid was introduced. The Escherichia coli thus obtained was named Escherichia coli DH5α (CpFH-1), and deposited with the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Organism Depositary on November 8, 2002 as Accession No. FERM P-19093.
[0028]
The protein F3 ', 5'H can be produced by expressing the DNA of the present invention encoding F3', 5'H in an appropriate host, for example, Escherichia coli. Examples of the host include bacteria such as Escherichia coli and Bacillus subtilis, yeast, cultured insect cells, cultured animal cells, cultured plant cells, and the like. The host cell is transformed by introducing the DNA of the present invention encoding F3 ′, 5′H operably linked downstream of an expression control sequence such as a promoter that functions in the host cell into the host cell. Such transformation can be performed by ligating the DNA of the present invention to a plasmid to construct a recombinant plasmid, and introducing the obtained recombinant plasmid into a host. Alternatively, the host can be transformed by integrating the DNA of the present invention into chromosomal DNA in the host by homologous recombination or the like. By culturing the obtained transformed cell under conditions where the promoter expression regulatory sequence functions, proteins F3 'and 5'H are produced.
[0029]
The DNA of the present invention encoding F3 ′, 5′H can be introduced into flowers or other plants, alone or in combination, to transform the plants and thereby to synthesize pigment in the plants. Can be regulated. In order to introduce the DNA of the present invention into a plant, (a) Agrobacterium method (edited by Draper, J et al., "Plant Genetic Transformation and Gene Expression A Laboratory Manual", Blackwell Scientific Pub. (B) Whisker introduction method (US Pat. No. 5,302,523, US Pat. No. 7,472,538, Japanese Patent No. 3,328,867, Kaepper, HF, et al., 1992, Theoretical and Applied Genetics, 84, 560-566). Pp. Asano, Y. et al., 1991, Plant Science, 79, 247-252); (Jorsbo, M. et al., 1990, Plant Cell Reports, Vol. 9, pp. 207-210, Joersbo, M. et al., 1992). Physiological Plantarum, Vol. 85, pp. 230-234); (d) Particle gun method (Sanford, JC, U.S. Pat. No. 5,100,792).
[0030]
A first form of the protein of the present invention is a protein having F3 ', 5'H activity of cyclamen and having an amino acid sequence consisting of 508 amino acid residues shown in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing.
[0031]
Further, the protein of the present invention is a protein to which one or more amino acids have been added, deleted or substituted so long as the F3 ′, 5′H activity is not substantially impaired. Is also good. That is, the second aspect of the present invention is a modified protein comprising an amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing in which one or several amino acids have been deleted, substituted, inserted, or added. Thus, it is a modified protein having cyclamen F3 ', 5'H activity.
[0032]
The protein of the present invention can be produced by expressing the DNA of the present invention in a suitable host by the method described above.
[0033]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples of the present invention, but the scope of the present invention is not limited thereto.
[0034]
Unless otherwise stated, the following experimental procedures were performed according to the method described in “Molecular Cloning 2nd Edition” (J. Sambrook et al., Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989).
[0035]
Embodiment 1
(1) Preparation of cyclamen mRNA
4 g of petals of cyclamen (cultivar: fragrance mini) during flowering were frozen in the presence of liquid nitrogen, and the frozen petals were ground using a pestle mortar. 40 ml of 2 × CTAB solution (2% cetyltrimethylammonium bromide, 0.1 M Tris-HCl (pH 9.5), 20 mM EDTA, 1.4 M NaCl and 4% β-mercaptoethanol) was added to the pulverized material. After stirring the resulting mixture, it was incubated at 65 ° C. for 10 minutes. The incubated mixture was then subjected to chloroform extraction twice. After isopropanol was added to the extracted aqueous phase and mixed by inversion, the mixture was allowed to stand at room temperature for 10 minutes to precipitate nucleic acids. The nucleic acid precipitate was centrifuged at 8000 g at 4 ° C. for 15 minutes to recover the nucleic acid. The nucleic acid was dissolved in 4 ml of TE (10 mM Tris (pH 8.0), 1 mM EDTA), and 1 ml of a 10 M lithium chloride solution was added to the resulting solution. The obtained mixture was placed on ice for 2 hours, and then centrifuged at 19000 g and 4 ° C. for 10 minutes, whereby RNA was precipitated. The RNA was dissolved in distilled water, and the RNA solution was purified by phenol extraction and ethanol precipitation. Thus, 0.4 mg of purified total RNA was obtained. Further, mRNA was isolated from the purified product of total RNA thus obtained using an mRNA purification kit (Oligotex-Mag mRNA purification Kit, manufactured by Takara Bio Inc.) to obtain about 6 μg of cyclamen mRNA.
[0036]
(2) Preparation of cyclamen cDNA library
A double-stranded cyclamen cDNA was obtained from the cyclamen mRNA obtained in (1) above using a cDNA synthesis kit (manufactured by Amersham Life Sciences, cDNA synthesis module). An adapter EcoRI-NotI-BamHI Adapter (manufactured by Takara Bio Inc.) having an EcoRI site as a sticky end was ligated to the double-stranded cyclamen cDNA, and the adapter was phosphorylated. The thus-phosphorylated adapter portion was ligated, and the retained cyclamen double-stranded cDNA was ligated to the EcoRI site of a λZAPII phage vector (manufactured by STRATAGENE, Lambda ZAP Predigested EcoRI / CIAP-Treated Vector Kit). Using the obtained ligation vector, a recombinant lambda phage containing cyclamen cDNA was reconstructed using an in vitro packaging kit (manufactured by STRATAGENE, Gigapack III Gold Packaging Kit) (packaging). The thus obtained recombinant lambda phage was infected to Escherichia coli XL1-Blue MRF '(manufactured by STRATAGENE) and allowed to proliferate to obtain a large number of the above-mentioned recombinant lambda phage. This recombinant lambda phage was used below as a cyclamen cDNA library.
[0037]
(3) Cloning probe preparation
(I) To prepare a probe for cloning F3 ', 5'H cDNA fragment using reverse transcription (RT) -PCR (Reverse Transcriptase-Polymerase Chain Reaction) method, it should be used for preparing probe DNA. Primers were designed first. That is, two types of oligonucleotides having the base sequences shown below were used as primer Nos. 1 and No. 1 2 was produced by chemical synthesis.
[0038]
(A) Primer No. 1 (shown in SEQ ID NO: 3)
5'-gckggwacrgayacwtcwtcwa-3 '
(B) Primer No. 2 (shown in SEQ ID NO: 4)
5'-ayccatatcaawgmwtgnaccaa-3 '
However, in the above two base sequences, k = g or t; w = a or t; r = g or a; y = t or c; n = inosine.
[0039]
The above primer No. 1 and No. 1 The oligonucleotide 2 was prepared by synthesizing an oligonucleotide using a DNA synthesizer (Model 391, manufactured by Applied Biosystems), and further purifying the synthesized product by ion exchange HPLC.
[0040]
(Ii) Next, for the production of cyclamen cDNA, using 1 μg of the total RNA obtained in the above (1) as a template, this total RNA was subjected to a reverse transcription reaction solution [10 mM Tris-HCl (pH 8.3), 50 mM KCl , 5 mM MgCl 2 1 mM dNTP (dATP, dGTP, dCTP, dTTP) mixture, 2.5 μM oligo (dT) primer (Oligo (dT) 12-18 primer (Invitrogen), RNase inhibitor (RNase Inhibitor (Takara Bio Inc.), 20 units) and reverse transcriptase (AMV Reverse Transcriptase XL (Takara Bio Inc., 5 units)). The volume of the solution was set to 20 μl, and a reverse transcription reaction was performed. The reverse transcription reaction was performed under the conditions of incubation at 30 ° C. for 10 minutes, 50 ° C. for 30 minutes, 99 ° C. for 5 minutes, and 4 ° C. for 5 minutes to obtain a reaction solution containing the generated cyclamen cDNA.
[0041]
(Iii) The primer No. 1 and No. 1 A PCR reaction solution [10 mM Tris-HCl (pH 8 .1) was used as a template with 0.3 μM of each of the two synthetic oligonucleotides constructed as 2 as primers and 1 μl of the reverse transcription reaction solution containing the cyclamen cDNA obtained above as a template. 3), 50 mM KCl, 1.5 mM MgCl 2 , 0.2 mM dNTP (dATP, dGTP, dCTP, dTTP) mixture and Taq DNA Polymerase (TaKaRa Taq (manufactured by Takara Bio Inc.) 1 unit)] to make a total volume of 50 μl, and a DNA amplification reaction was performed. .
[0042]
The amplification reaction of cyclamen cDNA by the above-mentioned PCR method was performed using a PCR reaction device (manufactured by ASTEK, Program Temp Control System PC-700) for denaturation at 94 ° C for 30 seconds and annealing at 52 ° C for 1 minute. In addition, three reaction operations in which extension was performed at 72 ° C. for 1 minute were repeated 35 times.
[0043]
The amplification reaction product obtained above was ligated to a TA site of a TA vector pT7Blue Vector (manufactured by Navagen). By transforming Escherichia coli DH5α with the obtained ligated vector, transformed Escherichia coli having DNA as an amplification reaction product was obtained. From each of the thus transformed Escherichia coli cells, the cloned plasmid DNA was extracted using the alkaline SDS method.
[0044]
1 μl of the obtained DNA was digested with 5 units of restriction enzyme EcoRI and 5 units of restriction enzyme PstI in 10 μl of H buffer. The digestion reaction solution was analyzed by agarose gel electrophoresis to confirm the DNA size of the amplification reaction product. Escherichia coli in which a DNA fragment as an amplification reaction product of the expected size was cloned was selected from primers designed from known petunia F3 ', 5'H, and the nucleotide sequence of the plasmid DNA carried by the Escherichia coli was analyzed. . Analysis of this base sequence was performed using a plasmid purification kit (QIAfilter PlasmidMidi Kit (manufactured by QIAGEN)) and a DNA sequencing service (Hokkaido System Science Co., Ltd.), and an automatic DNA sequencer (ABI PRISM 3100 Gentic Analyzer (Applied Biosystems)). Company))). As a result, the DNA fragment of the amplification reaction product was determined to be a part of cDNA consisting of 550 bases. By comparing the amino acid sequence predicted from the nucleotide sequence with the amino acid sequence of F3 ', 5'H of petunia which has been clarified so far, the DNA fragment which is the above amplification reaction product is obtained from the F3', 5 'of cyclamen. It was confirmed that the DNA fragment contained a partial region of the cDNA encoding H.
[0045]
A series of operations were performed as described above, and a DNA fragment containing a partial region of the cyclamen F3 ', 5'H cDNA was obtained as a probe. The probe DNA was used to screen a cDNA encoding the target cyclamen F3 ', 5'H from a cyclamen cDNA library (recombinant lambda phage shown in (ii) above).
[0046]
(4) Screening and cloning of cDNA encoding cyclamen F3 ', 5'H from cyclamen cDNA library
From the cyclamen cDNA library prepared in the above (2) (ie, the above-described recombinant lambda phage), plaque hybridization using the probe DNA prepared in the above (3) was carried out to obtain the cyclamen F3 ′, 5′H. An operation for screening a clone having a DNA sequence encoding was performed. This plaque hybridization method was performed as follows.
[0047]
(I) Label the probe DNA obtained in the above (3) and (iii) with digoxigenin (DIG) using a DNA labeling kit (Roche Diagnostics, DIG-ELISA DNA Labeling & Detection Kit). did. As a result, a labeled probe DNA was obtained.
[0048]
(Ii) Next, the recombinant lambda phage, which is the cyclamen cDNA library obtained in (2) above, was infected with Escherichia coli XL1-Blue MRF ′ as a host cultured on a 1.5% agar medium and allowed to grow. Thus, a plaque of the phage was formed on the medium.
[0049]
Plaques of the above-mentioned recombinant phage constituting the cyclamen cDNA library were transferred to a nylon membrane (Gene Screen (Perkin Elmer Life Science)). The nylon membrane onto which the phage plaque was transferred was washed with an alkaline denaturing solution (1.5 M NaCl, 0.5 M NaOH), a neutralizing solution (1 M Tris-HCl (pH 7.5)) and 2 × SSC (0.3 M NaCl and 30 mM sodium citrate) were successively treated for 10 minutes, air-dried, and further baked at 80 ° C. for 2 hours to remove the phage DNA contained in the plaque of the recombinant lambda phage into the nylon. Fixed on a membrane.
[0050]
(Iii) The nylon membrane on which the phage DNA was immobilized was immersed in a hybridization solution (500 mM NaPi buffer (pH 7.2), 7% SDS, 1 mM EDTA) and subjected to immersion treatment at 68 ° C. for 2 hours.
[0051]
Next, the DIG-labeled labeled probe DNA was incubated at 100 ° C. for 5 minutes (denature treatment). Then, this was added to the hybridization solution so that the probe DNA concentration in the hybridization solution was 10 ng / ml. The nylon membrane is immersed in a hybridization solution containing the labeled probe DNA, and further immersed at 68 ° C. for 15 hours, whereby the labeled probe DNA and the target phage DNA immobilized on the nylon membrane are separated. To form the required DNA-DNA hybrid.
[0052]
After the completion of the plaque hybridization reaction, the nylon membrane was washed three times for 20 minutes each with a washing solution (40 mM NaPi buffer (pH 7.2), 1% SDS) kept at 68 ° C. Thereafter, the required recombinant phage containing the DNA sequence encoding F3 ′, 5′H of cyclamen could be detected using the above-mentioned DIG-ELISA Labeling & Detection Kit.
[0053]
(Iv) As a result, out of 600,000 recombinant lambda phage plaques, a DNA sequence encoding cyclamen F3 ', 5'H was internally incorporated, and four phage plaques considered to be included therein were converted as positive clones. I was able to select.
[0054]
(5) cDNA subcloning
From the four plaques isolated in the above (4) (iv), the phage were respectively subjected to SM buffer (50 mM Tris-HCl (pH 7.5), 0.1 M NaCl, 8 mM MgSO 4). 4 , 0.01% gelatin). According to the above-mentioned Lambda ZAPII Predicted EcoRI / CIAP-Treated Vector Kit, these four phages are separately infected with a helper phage ExAssist helper phage (manufactured by Stratagene) into Escherichia coli XL1-BlueMRF ′ as a host. From the phage DNA, a pBluescript SK (-) phagemid DNA (manufactured by STRATAGENE) into which a cDNA believed to encode cyclamen F3 ', 5'H was inserted was cut out. By further culturing this E. coli, a phage having the phagemid DNA was obtained in the culture supernatant. The culture supernatant containing these phages was infected with E. coli SOLR (manufactured by STRATAGENE) to obtain transformed E. coli. The subcloned phagemid DNA was extracted from each of the four types of Escherichia coli cells thus transformed by the alkaline SDS method. 1 μl of the obtained DNA was digested with 5 units of restriction enzyme EcoRI in 10 μl of H buffer. As a result of analyzing the digestion reaction solution by agarose gel electrophoresis, it was confirmed that all four types of phagemid DNAs retained a DNA fragment of about 1.7 kbp.
[0055]
(6) Sequencing of cDNA encoding cyclamen F3 ', 5'H
Since all of the four cDNA fragments subcloned as phagemid DNAs in (5) were expected to contain the full length of cyclamen F3 ', 5'H cDNA, one of the phagemid DNAs having 1.7 Kbp cDNA was expected. (Named CpFH-1) was selected, and its nucleotide sequence was analyzed. Analysis of this nucleotide sequence was performed using a plasmid purification kit (QIAfilter Plasmid Midi Kit (manufactured by QIAGEN)) and a DNA sequence contract service (Hokkaido System Science Co., Ltd.) using an automatic DNA sequencer (ABI PRISM 3100 Genic Analyzer (Applied Bio). Systems Inc.)). As a result, the DNA fragment having a size of 1.7 Kbp was determined to be a cDNA consisting of 1745 bases. This 1745 bp size cDNA contains the DNA sequence of a single open reading frame (ORF) consisting of 1524 bases. The nucleotide sequence of the 1745 bp cDNA is shown in SEQ ID NO: 1 in the sequence listing. The ORF is sandwiched between a 5 'untranslated region consisting of 89 bases and a 3' untranslated region of a DNA sequence consisting of 127 bases.
[0056]
The amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 is 76% homologous when compared with the petunia F3 ', 5'H previously disclosed, but in other regions it is apparently petunia F3', 5'H. And the sequence is unique to cyclamen.
[0057]
The homology of the nucleotide sequences of the DNA of the present invention encoding the cyclamen F3 ', 5'H and the petunia F3', 5'H gene was found to be 61%. The homology was calculated using Gene Works 2.5.1 software (Teijin System Technology Co., Ltd.), using the Protein Alignment files of the cyclamen F3 ′, 5′H of the present invention and the petunia F3 ′, 5′H. This was done by creating with the initial settings of the software.
[0058]
【The invention's effect】
The gene encoding F3 ′, 5′H of cyclamen provided by the present invention is involved in anthocyanin synthesis in a plant of the same or different species from cyclamen when introduced alone or in combination with other DNA. The enzymatic reaction can be controlled. The DNA of the present invention can be used for breeding and developing plants for measuring the diversity of flower colors of plants.
[0059]
[Sequence list]
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Claims (6)

配列表の配列番号2に示すアミノ酸配列を有するタンパク質であって、フラボノイド3’,5’−ヒドロキシラーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNA。A DNA encoding a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 in the sequence listing, the protein having flavonoid 3 ', 5'-hydroxylase activity. 配列表の配列番号1の塩基番号90〜1613からなる塩基配列を有する請求項1に記載のDNA。The DNA according to claim 1, which has a base sequence consisting of base numbers 90 to 1613 of SEQ ID NO: 1 in the sequence listing. 配列表の配列番号2に示すアミノ酸配列において1個若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換、挿入若しくは付加されたアミノ酸配列からなるタンパク質であって、フラボノイド3’,5’−ヒドロキシラーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNA。A protein consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted, inserted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing, and has a flavonoid 3 ', 5'-hydroxylase activity DNA encoding a protein. 配列表の配列番号1の塩基番号90〜1613からなる塩基配列と部分的に異なる塩基配列を有するが、配列番号1に記載の塩基配列に対して相同性を示すDNAであって、かつ、配列表の配列番号1に記載の塩基配列を有するDNAに対してストリンジェントな条件下でハイブリダイズすることができ、かつ、フラボノイド3’,5’−ヒドロキシラーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNAである請求項3に記載のDNA。A DNA having a nucleotide sequence partially different from the nucleotide sequence consisting of nucleotide numbers 90 to 1613 of SEQ ID NO: 1 in the sequence listing, but showing homology to the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1; It is a DNA that can hybridize under stringent conditions to the DNA having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 in the sequence listing and encodes a protein having flavonoid 3 ', 5'-hydroxylase activity. The DNA according to claim 3. 配列表の配列番号2に示すアミノ酸配列を有するタンパク質であって、フラボノイド3’,5’−ヒドロキシラーゼ活性を有するタンパク質。A protein having an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 in the sequence listing, the protein having flavonoid 3 ', 5'-hydroxylase activity. 配列表の配列番号2に示すアミノ酸配列において1個若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換、挿入若しくは付加されたアミノ酸配列からなるタンパク質であって、フラボノイド3’,5’−ヒドロキシラーゼ活性を有するタンパク質。A protein consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted, inserted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing, and has a flavonoid 3 ', 5'-hydroxylase activity protein.
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