[go: up one dir, main page]

RU2285045C2 - System for eradication of vegetable cells - Google Patents

System for eradication of vegetable cells Download PDF

Info

Publication number
RU2285045C2
RU2285045C2 RU2003113964/13A RU2003113964A RU2285045C2 RU 2285045 C2 RU2285045 C2 RU 2285045C2 RU 2003113964/13 A RU2003113964/13 A RU 2003113964/13A RU 2003113964 A RU2003113964 A RU 2003113964A RU 2285045 C2 RU2285045 C2 RU 2285045C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sequence
pap
plant
protein
coding sequence
Prior art date
Application number
RU2003113964/13A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003113964A (en
Inventor
Кристофер Джон Роберт ТОМАС (GB)
Кристофер Джон Роберт ТОМАС
Майкл Джон МАКФЕРСОН (GB)
Майкл Джон Макферсон
Хауард Джон АТКИНСОН (GB)
Хауард Джон АТКИНСОН
Энил НИЛЭМ (US)
Энил НИЛЭМ
Original Assignee
Эдванст Технолоджиз (Кембридж) Лимитед
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Эдванст Технолоджиз (Кембридж) Лимитед filed Critical Эдванст Технолоджиз (Кембридж) Лимитед
Publication of RU2003113964A publication Critical patent/RU2003113964A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2285045C2 publication Critical patent/RU2285045C2/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/79Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts
    • C12N15/82Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for plant cells, e.g. plant artificial chromosomes (PACs)
    • C12N15/8241Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology
    • C12N15/8242Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with non-agronomic quality (output) traits, e.g. for industrial processing; Value added, non-agronomic traits
    • C12N15/8243Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with non-agronomic quality (output) traits, e.g. for industrial processing; Value added, non-agronomic traits involving biosynthetic or metabolic pathways, i.e. metabolic engineering, e.g. nicotine, caffeine
    • C12N15/8249Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with non-agronomic quality (output) traits, e.g. for industrial processing; Value added, non-agronomic traits involving biosynthetic or metabolic pathways, i.e. metabolic engineering, e.g. nicotine, caffeine involving ethylene biosynthesis, senescence or fruit development, e.g. modified tomato ripening, cut flower shelf-life
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07KPEPTIDES
    • C07K14/00Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
    • C07K14/415Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from plants
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/79Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts
    • C12N15/82Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for plant cells, e.g. plant artificial chromosomes (PACs)
    • C12N15/8216Methods for controlling, regulating or enhancing expression of transgenes in plant cells
    • C12N15/8237Externally regulated expression systems
    • C12N15/8239Externally regulated expression systems pathogen inducible
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/79Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts
    • C12N15/82Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for plant cells, e.g. plant artificial chromosomes (PACs)
    • C12N15/8241Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology
    • C12N15/8261Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with agronomic (input) traits, e.g. crop yield
    • C12N15/8262Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with agronomic (input) traits, e.g. crop yield involving plant development
    • C12N15/8263Ablation; Apoptosis
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/79Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts
    • C12N15/82Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for plant cells, e.g. plant artificial chromosomes (PACs)
    • C12N15/8241Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology
    • C12N15/8261Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with agronomic (input) traits, e.g. crop yield
    • C12N15/8271Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with agronomic (input) traits, e.g. crop yield for stress resistance, e.g. heavy metal resistance
    • C12N15/8279Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with agronomic (input) traits, e.g. crop yield for stress resistance, e.g. heavy metal resistance for biotic stress resistance, pathogen resistance, disease resistance
    • C12N15/8283Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with agronomic (input) traits, e.g. crop yield for stress resistance, e.g. heavy metal resistance for biotic stress resistance, pathogen resistance, disease resistance for virus resistance
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/79Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts
    • C12N15/82Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for plant cells, e.g. plant artificial chromosomes (PACs)
    • C12N15/8241Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology
    • C12N15/8261Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with agronomic (input) traits, e.g. crop yield
    • C12N15/8271Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with agronomic (input) traits, e.g. crop yield for stress resistance, e.g. heavy metal resistance
    • C12N15/8279Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with agronomic (input) traits, e.g. crop yield for stress resistance, e.g. heavy metal resistance for biotic stress resistance, pathogen resistance, disease resistance
    • C12N15/8285Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with agronomic (input) traits, e.g. crop yield for stress resistance, e.g. heavy metal resistance for biotic stress resistance, pathogen resistance, disease resistance for nematode resistance
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/79Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts
    • C12N15/82Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for plant cells, e.g. plant artificial chromosomes (PACs)
    • C12N15/8241Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology
    • C12N15/8261Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with agronomic (input) traits, e.g. crop yield
    • C12N15/8287Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with agronomic (input) traits, e.g. crop yield for fertility modification, e.g. apomixis
    • C12N15/8289Male sterility
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/79Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts
    • C12N15/82Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for plant cells, e.g. plant artificial chromosomes (PACs)
    • C12N15/8241Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology
    • C12N15/8261Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with agronomic (input) traits, e.g. crop yield
    • C12N15/8287Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with agronomic (input) traits, e.g. crop yield for fertility modification, e.g. apomixis
    • C12N15/829Female sterility
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/10Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/146Genetically Modified [GMO] plants, e.g. transgenic plants

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plant Pathology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Gastroenterology & Hepatology (AREA)
  • Communicable Diseases (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Nutrition Science (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Breeding Of Plants And Reproduction By Means Of Culturing (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Peptides Or Proteins (AREA)

Abstract

FIELD: biotechnology, agriculture.
SUBSTANCE: invention relates to a system used in eradication of vegetable cells. Method involves transformation of plant with chimeric gene wherein the encoding gene sequence encodes PAP-S α-protein or PAP-S β-protein or its fragment and this gene comprises promoter that shows activity with response to specific irritating effect on plant. Also, the plant can be transformed with either a single construction comprising two chimeric genes wherein one of them encodes inactivated antiviral protein from phytolacca Americana and another gene encodes activator of inactivated antiviral protein from phytolacca Americana or with the construction set wherein each abovementioned chimeric gene is in the separated construction. Invention provides the effective removing required cells from the plant body.
EFFECT: valuable biological properties of system.
37 cl, 15 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к системе для уничтожения растительных клеток и прежде всего к трансгенным растениям, которые несут в своем геноме химерный ген, при экспрессии которого образуется цитотоксический протеин.The present invention relates to a system for killing plant cells, and in particular to transgenic plants that carry a chimeric gene in their genome, upon expression of which a cytotoxic protein is formed.

Одним из известных селекционерам растений путей получения новых сортов является создание гибридов существующих сортов, несущих требуемые признаки. Гибриды, как правило, отличаются от любого из родителей улучшенными различными характеристиками, это явление называют гибридной силой (гетерозис). Такие гибридные скрещивания можно осуществлять с помощью перекрестного опыления вручную, что представляет собой утомительную и требующую много времени процедуру.One of the known ways for plant breeders to obtain new varieties is the creation of hybrids of existing varieties that carry the required characteristics. Hybrids, as a rule, differ from any of the parents in improved various characteristics, this phenomenon is called hybrid strength (heterosis). Such hybrid crosses can be carried out using manual cross-pollination, which is a tedious and time-consuming procedure.

В процессе осуществления таких гибридных скрещиваний предупреждение самоопыления имеет решающее значение. Для предупреждения самоопыления материнское растение можно эмаскулировать вручную, например, при получении гибридной кукурузы путем удаления метелки. Однако крупномасштабная эмаскуляция видов с гермафродитными цветками невозможна с экономической точки зрения. Можно также получать материнские линии (с мужской стерильностью) с помощью генетической мужской стерильности, этот хорошо известный у многих растений признак, как правило, является рецессивным и моногенным. Связанная с использованием этого подхода проблема состоит в трудности получения для каждого скрещивания чистых родительских линий с мужской стерильностью. Наиболее широко применяемая для создания гибридов система получения мужской стерильности представляет собой систему цитоплазматической мужской стерильности (cms). В этом случае недоразвитие пыльцы обусловлено цитоплазматическими факторами. У тех культурных растений, у которых в зародышевой плазме выявлена cms, например у кукурузы и подсолнечника, этот признак широко используется для создания гибридов. Известно несколько недостатков указанной системы: цитоплазма с мужской стерильностью может нести другие нежелательные характеристики, например Т-цитоплазму у кукурузы и чувствительность к Helminthosporium maydis; при ее применении необходимо поддерживать линии с изогенной мужской фертильностью; и применение этой системы ограничено видами, у которых доступен цитоплазматический источник стерильности.In the process of implementing such hybrid crosses, the prevention of self-pollination is crucial. To prevent self-pollination, the parent plant can be emulsified manually, for example, when producing hybrid corn by removing the panicle. However, large-scale emasculation of species with hermaphroditic flowers is impossible from an economic point of view. It is also possible to obtain maternal lines (with male sterility) using genetic male sterility; this trait, well-known in many plants, is usually recessive and monogenic. A problem associated with the use of this approach is the difficulty in obtaining, for each cross, pure parental lines with male sterility. The system for obtaining male sterility most widely used to create hybrids is the cytoplasmic male sterility system (cms). In this case, the underdevelopment of pollen is due to cytoplasmic factors. In those cultivated plants in which cms was detected in the germplasm, for example, in corn and sunflower, this trait is widely used to create hybrids. Several disadvantages of this system are known: a cytoplasm with male sterility may carry other undesirable characteristics, for example, maize T-cytoplasm and sensitivity to Helminthosporium maydis; when using it, it is necessary to maintain lines with isogenic male fertility; and the use of this system is limited to species in which a cytoplasmic source of sterility is available.

Другим преимуществом системы, основанной на использовании мужской стерильности, является то, что с ее помощью можно получать беспыльцевые растения. Это требуется для многих сортов декоративных цветковых растений и также может найти применение для борьбы с нежелательными генетическими признаками путем предупреждения ауткроссинга.Another advantage of the system based on the use of male sterility is that pollen plants can be obtained with it. This is required for many varieties of ornamental flowering plants and can also be used to combat undesirable genetic traits by preventing outcrossing.

Еще одним ценным признаком основанной на использовании стерильности системы является возможность получать растения с женской стерильностью, у которых при развитии плодов не происходит образования семян. Бессеменные сорта плодов имеют преимущества при обработке, например, томатов и также являются предпочтительными для потребителя, например, дыни. В настоящее время бессеменные сорта известны и существуют соответствующие программы селекции, но создание бессеменных плодов ограничено отсутствием у многих видов растений пригодной зародышевой плазмы.Another valuable feature based on the use of sterility of the system is the ability to obtain plants with female sterility, in which the development of the fruit does not occur seed formation. Seedless fruit varieties have advantages when processing, for example, tomatoes and are also preferred for the consumer, for example, melons. Seedless varieties are currently known and appropriate selection programs exist, but the creation of seedless fruits is limited by the lack of suitable germplasm in many plant species.

В тех случаях, когда генетический источник стерильности отсутствует или недоступен по другим причинам, можно применять метод генетической модификации, который обеспечивает стерильность с помощью системы для уничтожения клеток, при этом некроз происходит в специфических клетках репродуктивных тканей.In cases where the genetic source of sterility is absent or unavailable for other reasons, you can apply the method of genetic modification, which provides sterility using a system to destroy cells, while necrosis occurs in specific cells of reproductive tissues.

В WO 89/10396 описана система для уничтожения растительных клеток, при использовании которой в растение интродуцируют химерный ген, содержащий специфичный для пыльника промотор, связанный с протеином или полипептидом РНКазы, при экспрессии которого происходит нарушение клеточного метаболизма. Таким образом, экспрессия химерного гена приводит к некрозу клеток пыльника и, как следствие, к мужской стерильности растений.WO 89/10396 describes a system for killing plant cells by using which a chimeric gene containing an anther-specific promoter associated with an RNase protein or polypeptide is introduced into the plant, the expression of which violates cellular metabolism. Thus, the expression of a chimeric gene leads to necrosis of anther cells and, as a consequence, to male sterility of plants.

Для создания женской стерильности у растений можно использовать аналогичную систему для уничтожения клеток, мишенью которой является семяпочка.To create female sterility in plants, a similar system can be used to destroy cells whose target is the ovule.

В WO 93/18170 и WO 92/04453 описаны системы для уничтожения растительных клеток, специфические для борьбы с заражением нематодами. Согласно описанным в WO 93/18170 и WO 92/04453 системам в определенные виды растений-хозяев интродуцируют ген, содержащий кодирующую последовательность, причем кодирующая последовательность кодирует продукт, снижающий вредоносное действие нематод. Ген содержит также промоторную область, которая контролирует экспрессию кодирующей последовательности таким образом, что экспрессия происходит при нападении нематод и осуществляется практически специфично в клетках областей, которыми питаются нематоды, или в соседних клетках. Для снижения вредоносного действия нематод продукт либо может оказывать неблагоприятное воздействие на растительные клетки, которые в результате дифференцировки превращаются в клетки областей, которыми питаются нематоды, либо на соседние с ними клетки, либо может оказывать неблагоприятное воздействие непосредственно на нематод.WO 93/18170 and WO 92/04453 describe systems for killing plant cells specific for controlling infection by nematodes. According to the systems described in WO 93/18170 and WO 92/04453, a gene containing a coding sequence is introduced into certain types of host plants, the coding sequence encoding a product that reduces the harmful effect of nematodes. The gene also contains a promoter region, which controls the expression of the coding sequence in such a way that expression occurs upon attack of the nematodes and occurs almost specifically in the cells of the regions that the nematodes feed on, or in neighboring cells. To reduce the harmful effect of nematodes, the product can either have an adverse effect on plant cells, which, as a result of differentiation, turn into cells of the regions that nematodes feed on, or on neighboring cells, or can have an adverse effect directly on nematodes.

Имеющие экономическое значение паразитирующие на растениях нематоды включают цистообразующие нематоды, такие как картофельные нематоды (Globodera rostochiensis и G.pallida), соевая нематода (Heterodera glycines), свекловичная нематода (Heterodera schachtii) и зерновая нематода (Heterodera avenae), и галловые нематоды, такие как Meloidogyne spp. Такие паразитирующие на растениях нематоды являются основными патогенами многих культурных растений во всем мире, например овощных, кормовых бобовых культур, томатов, арбузов, винограда, арахиса, табака и хлопчатника.Plant parasitic nematodes of economic importance include cyst-forming nematodes such as potato nematodes (Globodera rostochiensis and G. pallida), soybean nematodes (Heterodera glycines), beet nematodes (Heterodera schachtii), and grain nematodes (Heterodera and aaeae aaeae aaeae like Meloidogyne spp. Such nematode parasitic plants are the main pathogens of many cultivated plants around the world, such as vegetables, fodder legumes, tomatoes, watermelons, grapes, peanuts, tobacco and cotton.

Наиболее широко распространенные современные средства борьбы с нематодами основаны на применении химических средств защиты растений, агротехнических приемов и устойчивых сортов растений, и их часто используют в интегрированной системе борьбы с паразитирующими на растениях нематодами. Имеется необходимость в совершенствовании системы борьбы с нематодами, поскольку указанные существующие в настоящее время подходы не обеспечивают надежную защиту посевов. Безопасность нематицидов для окружающей среды является проблематичной, и они не всегда обладают достаточно высокой эффективностью. Однако применение системы защиты культурных растений может быть убыточным для фермеров вследствие различных причин. Широкий круг хозяев галловых нематод ограничивает возможность применения экономически значимых культур, которые не являются мишенью для нематод. Эффективные устойчивые сорта часто не являются доступными, а те, которые фермер может применять, иногда при невысокой численности нематод оказываются хуже чувствительных сортов. Кроме того, устойчивость может снижаться при высоких температурах почвы, что характерно для тропической и субтропической зон.The most widespread modern means of controlling nematodes are based on the use of chemical plant protection products, agrotechnical methods and resistant varieties of plants, and they are often used in an integrated system for controlling parasitic nematodes on plants. There is a need to improve the system for combating nematodes, since the indicated current approaches do not provide reliable protection of crops. The safety of nematicides for the environment is problematic, and they do not always have a sufficiently high efficiency. However, the application of a crop protection system may be unprofitable for farmers for various reasons. A wide range of gall nematode hosts limits the possibility of using economically significant crops that are not targeted by nematodes. Effective resistant varieties are often not available, and those that the farmer can use, sometimes with a low number of nematodes, are worse than sensitive varieties. In addition, stability can decrease at high soil temperatures, which is typical for tropical and subtropical zones.

Можно рассматривать и другие пути применения систем для уничтожения растительных клеток. Например, мишенью могут быть определенные части цветка, что обусловливает изменение морфологии цветка. В другом варианте мишенью могут быть боковые корни, шипы или жгучие волоски. Можно достигать отделения (абсцизии) листьев или плодов, когда мишенью является отделительный слой листа или плода. Можно достигать также облегчения сбрасывания семян в случае, когда мишенью является семяножка. При использовании в качестве мишеней других органов, таких как трихомы, которые, как правило, являются железистыми (гландулярными), производство химических субстанций в этих органах можно прекращать или предупреждать. Другим вариантом применения может быть индуцибельное отделение корней, листьев, цветков или плодов в конце вегетационного периода.Other ways of using systems to destroy plant cells can be considered. For example, the target may be certain parts of the flower, which causes a change in the morphology of the flower. In another embodiment, the target may be lateral roots, spikes, or burning hairs. It is possible to achieve separation (abscision) of leaves or fruits when the target is the release layer of the leaf or fruit. You can also achieve easier dropping of seeds in the case when the target is the seed shaft. When using other organs as targets, such as trichomes, which, as a rule, are glandular (glandular), the production of chemical substances in these organs can be stopped or prevented. Another application may be the inducible separation of roots, leaves, flowers or fruits at the end of the growing season.

В NZ 260511 предложена система для уничтожения растительных клеток, отличающаяся повышенной тканеспецифичностью. Эта система позволяет осуществлять экспрессию цитотоксической молекулы (под контролем первого промотора, где первый промотор обеспечивает экспрессию в специфических клетках-мишенях и в одной или нескольких других областях растения) в сочетании с защитной молекулой (под контролем второго промотора, где второй промотор обеспечивает экспрессию во всех областях, в которых первый промотор проявляет активность, кроме специфических клеток-мишеней). Примерами приемлемых цитотоксической и защитной молекул являются протеазы и ингибиторы протеаз соответственно или нуклеазы и ингибиторы нуклеаз соответственно. В WO 93/10251 описано применение цитотоксической рибонуклеазы барназы в сочетании с защитной молекулой-ингибитором барстаром.NZ 260511 proposes a system for killing plant cells, characterized by increased tissue specificity. This system allows the expression of a cytotoxic molecule (under the control of the first promoter, where the first promoter provides expression in specific target cells and in one or more other areas of the plant) in combination with a protective molecule (under the control of the second promoter, where the second promoter provides expression in all areas in which the first promoter is active, except for specific target cells). Examples of suitable cytotoxic and protective molecules are proteases and protease inhibitors, respectively, or nucleases and nuclease inhibitors, respectively. WO 93/10251 describes the use of cytotoxic barnase ribonuclease in combination with a barstar protective inhibitor molecule.

В WO 98/44138 описан метод повышения специфичности экспрессии гена путем направленного переноса специфического сайта экспрессии гена-мишени. Таким образом получают химерный ген, при этом химерный ген содержит промотор, который обеспечивает экспрессию более чем в одной области организма, подлежащего воздействию. Промотор связывают с агентом, оказывающим воздействие на функцию эндогенного гена в растении, который также экспрессируется более чем в одной области растения. Промотор и агент выбирают так, чтобы сайты их экспрессии перекрывались в одной или в нескольких требуемых областях. Наличие этого(их) перекрывающегося(ихся) сайта(ов) обеспечивает повышение специфичности и направленности экспрессии гена.WO 98/44138 describes a method for increasing the specificity of gene expression by targeted transfer of a specific expression site of a target gene. In this way, a chimeric gene is obtained, wherein the chimeric gene contains a promoter that provides expression in more than one region of the body to be exposed. The promoter is associated with an agent that affects the function of the endogenous gene in the plant, which is also expressed in more than one region of the plant. The promoter and agent are selected so that their expression sites overlap in one or more of the desired regions. The presence of this (their) overlapping (their) site (s) provides an increase in the specificity and direction of gene expression.

Инактивирующие рибосому протеины (RIP) представляют собой группу токсичных растительных протеинов, которые каталитически инактивируют рибосомы эукариотических организмов (Stirpe и Barbieri, 1986). RIP функционируют в качестве N-гликозидаз, осуществляя удаление определенного аденина в консервативной петле большой молекулы рРНК и тем самым предупреждает связывание фактора удлинения 2, блокируя в результате синтез клеточного протеина.Ribosome Inactivating Proteins (RIPs) are a group of toxic plant proteins that catalytically inactivate ribosomes of eukaryotic organisms (Stirpe and Barbieri, 1986). RIPs function as N-glycosidases, removing certain adenine in the conservative loop of a large rRNA molecule and thereby prevents the binding of lengthening factor 2, blocking the synthesis of cellular protein as a result.

Описаны три формы RIP. RIP типа 1, такие как антивирусный протеин фитолакки американской (РАР) и ингибитор трансляции ячменя, каждый из которых имеет одну полипептидную цепь, величина относительной молекулярной массы (Mr) которой составляет примерно 30000. Все RIP типа 2, такие как рицин, абрин и модекцин, имеют по две полипептидные цепи. Один обладающий RIP-активностью полипептид (А-цепь) связывают с помощью дисульфидного мостика со связывающим галактозу лектином (Б-цепь; Stirpe и др., 1978). Величина Мr каждого RIP типа 2 составляет примерно 60000. RIP типа 3, такие как RIP кукурузы, имеют одну полипептидную цепь, которая затем подвергается протеолитическому расщеплению с высвобождением двух активных пептидных доменов.Three forms of RIP are described. RIP type 1, such as the American phytolacca antiviral protein (PAP) and barley translation inhibitor, each of which has one polypeptide chain, the relative molecular weight (M r ) of which is approximately 30,000. All RIP type 2, such as ricin, abrin and Modeccin, have two polypeptide chains. One RIP-active polypeptide (A chain) is linked via a disulfide bridge to a galactose-binding lectin (B chain; Stirpe et al., 1978). The M r of each RIP type 2 is approximately 60,000. RIP type 3, such as maize RIP, have one polypeptide chain, which then undergoes proteolytic cleavage to release two active peptide domains.

Фитолакка американская (Phytolacca americana) продуцирует три различных антивирусных протеина, а именно PAP', PAPII и PAP-S, которые характерны для весенних листьев, летних листьев и семян соответственно. Установлено сходство аминокислотных последовательностей этих протеинов. В контексте настоящего описания "РАР" относится ко всем трем этим антивирусным протеинам. РАР' или PAPII находятся в матриксе клеточной оболочки мезофильных клеток листа и их можно выделять с помощью водной экстракции мацерированной листовой ткани (Ready и др., 1986). Было установлено, что при их экзогенном нанесении на поверхность листьев растений можно осуществлять защиту нескольких различных растений-хозяев от заражения широким спектром вирусов (Chen и др., 1991; Lodge и др., 1993).Phytolacca americana (Phytolacca americana) produces three different antiviral proteins, namely PAP ', PAPII and PAP-S, which are characteristic of spring leaves, summer leaves and seeds, respectively. The similarity of amino acid sequences of these proteins has been established. As used herein, “PAP” refers to all three of these antiviral proteins. PAP 'or PAPII are found in the cell membrane matrix of leaf mesophilic cells and can be isolated by aqueous extraction of macerated leaf tissue (Ready et al., 1986). It has been found that by exogenously applying them to the surface of plant leaves, several different host plants can be protected from infection by a wide range of viruses (Chen et al., 1991; Lodge et al., 1993).

В патенте US 6015940 описано создание клона кДНК РАР', полученного из весенних листьев фитолакки американской, и его применение под контролем конститутивного промотора (либо промотора 35S вируса мозаики цветной капусты, либо промотора 35S вируса мозаики норичника шишковатого) для получения трансгенных растений табака и картофеля, устойчивых к вирусам полиомы PVX и PVY. В качестве негативной характеристики устойчивого фенотипа следует отметить, что у растений, уровни экспрессии РАР' которых превышали 10 нг/мг протеина, обнаружена крапчатость листьев и задержка роста. Растения, накапливающие более высокие уровни РАР', были стерильными.US Pat. No. 6015940 describes the creation of a PAP cDNA clone obtained from the spring leaves of American phytolacca and its use under the control of a constitutive promoter (either the 35S promoter of the cauliflower mosaic virus or the 35S promoter of the pineal mosaic virus) to produce transgenic tobacco and potato plants, virus resistant polyoma PVX and PVY. As a negative characteristic of the stable phenotype, it should be noted that in plants whose PAP 'expression levels exceeded 10 ng / mg protein, leaf mottling and growth retardation were detected. Plants accumulating higher PAP 'levels were sterile.

Трансгенные растения, содержащие характерные для летних листьев формы РАР, т.е. PAP-II, описаны в WO 99/60843. Большое количество полноразмерных и укороченных генных последовательностей PAP-II подвергали скринингу для выявления таких вариантов протеинов PAP-II, которые сохраняли антивирусную активность, но не обладали фитотоксичностью. Трансгенные растения обладали как антивирусной, так и фунгицидной активностью.Transgenic plants containing PAP forms typical of summer leaves, i.e. PAP-II are described in WO 99/60843. A large number of full-sized and shortened PAP-II gene sequences were screened for PAP-II protein variants that retained antiviral activity but were not phytotoxic. Transgenic plants had both antiviral and fungicidal activity.

Ген РАР сначала экспрессируется в листьях in vivo с получением неактивного протеина Pro-РАР. Известно, что после трансляции происходит направленный перенос молекулы протеина Pro-РАР' в клеточную оболочку. На определенной стадии этого процесса N- и С-концевые удлиняющие сегменты молекулы Pro-РАР' отщепляются с образованием активированной молекулы РАР' (зрелый РАР'). Для PAP-S (который экспрессируется в семенах) известна клеточная локализация. Однако N-концевая процессированная область PAP-S, вероятно, имеет свойства, аналогичные свойствам сигнальных последовательностей, обеспечивающих направленный перенос.The PAP gene is first expressed in leaves in vivo to produce the inactive Pro-PAP protein. It is known that after translation there is a directed transfer of the Pro-PAP 'protein molecule into the cell membrane. At a certain stage in this process, the N- and C-terminal extension segments of the Pro-PAP 'molecule are cleaved to form the activated PAP' molecule (mature PAP '). Cellular localization is known for PAP-S (which is expressed in seeds). However, the N-terminal processed region of the PAP-S probably has properties similar to those of signal sequences providing directional transfer.

Строение зрелого протеина PAP-S, т.е. протеина, у которого удалены N- и С-концевые удлиняющие сегменты, можно охарактеризовать наличием двух отдельных доменов, соответствующих RIP типа 3 или двум полипептидам RIP типа 2, т.е. домена связывания рибосомы и каталитического домена. Указанные в настоящем описании молекулы представляют собой рекомбинантные молекулы PAP-S, содержащие либо последовательность PAP-S α, либо последовательность PAP-S β. Исходя из структурных особенностей, можно предположить, что PAP-S α содержит области распознающего РНК мотива и домена связывания рибосомы, а PAP-S β содержит сайт имеющего решающее значение для катализа остатка. При создании настоящего изобретения неожиданно было установлено, что экспрессия только либо протеина PAP-S α, либо протеина PAP-S β приводит к значительному ингибированию активности рибосом.The structure of the mature PAP-S protein, i.e. a protein in which the N- and C-terminal extension segments are deleted can be characterized by the presence of two separate domains corresponding to RIP type 3 or two RIP type 2 polypeptides, i.e. the binding domain of the ribosome and the catalytic domain. The molecules described herein are recombinant PAP-S molecules containing either the PAP-S α sequence or the PAP-S β sequence. Based on structural features, it can be assumed that PAP-S α contains regions of an RNA recognizing motif and ribosome binding domain, and PAP-S β contains a site critical for catalysis of the residue. When creating the present invention, it was unexpectedly found that the expression of only the protein PAP-S α or protein PAP-S β leads to a significant inhibition of the activity of ribosomes.

Настоящее изобретение относится к способу индукции некротического действия в специфических клетках растения, согласно которому растение трансформируют химерным геном, где кодирующая последовательность гена кодирует зрелый антивирусный протеин фитолакки американской или его фрагмент, этот ген содержит промотор, который проявляет активность в ответ на специфическое раздражающее воздействие на это растение, в результате чего зрелый антивирусный протеин фитолакки американской или его фрагмент экспрессируются в специфических клетках растения.The present invention relates to a method for inducing necrotic action in specific plant cells, according to which the plant is transformed with a chimeric gene, where the coding sequence of the gene encodes a mature American phytolacca antiviral protein or fragment thereof, this gene contains a promoter that is active in response to a specific irritating effect on it plant, as a result of which the mature American phytolacca antiviral protein or its fragment is expressed in specific cells plants.

Настоящее изобретение относится также к растению, трансформированному химерным геном, причем кодирующая последовательность гена кодирует зрелый антивирусный протеин фитолакки американской или его фрагмент, этот ген содержит промотор, который проявляет активность в ответ на специфическое раздражающее воздействие на это растение, в результате этот зрелый антивирусный протеин фитолакки американской или его фрагмент экспрессируются в специфических клетках растения.The present invention also relates to a plant transformed with a chimeric gene, wherein the coding sequence of the gene encodes a mature American phytolacca antiviral protein or fragment thereof, this gene contains a promoter that is active in response to a specific irritating effect on this plant, resulting in this mature phytoluca antiviral protein American or its fragment are expressed in specific plant cells.

Настоящее изобретение относится также к рекомбинантной растительной клетке, трансформированной химерным геном, где кодирующая последовательность гена кодирует зрелый антивирусный протеин фитолакки американской или его фрагмент, этот ген содержит промотор, который проявляет активность в ответ на специфическое раздражающее воздействие на это растение, в результате этот зрелый антивирусный протеин фитолакки американской или его фрагмент экспрессируются в специфических клетках растения.The present invention also relates to a recombinant plant cell transformed with a chimeric gene, where the coding sequence of the gene encodes a mature American phytolacca antiviral protein or fragment thereof, this gene contains a promoter that is active in response to a specific irritating effect on this plant, resulting in this mature antiviral American phytolacca protein or its fragment is expressed in specific plant cells.

Кроме того, настоящее изобретение к выделенной молекуле ДНК, содержащей химерный ген, где кодирующая последовательность гена кодирует зрелый антивирусный протеин фитолакки американской или его фрагмент, этот ген содержит промотор, который проявляет активность в ответ на специфическое раздражающее воздействие на это растение, в результате этот зрелый антивирусный протеин фитолакки американской или его фрагмент экспрессируются в специфических клетках растения.In addition, the present invention provides an isolated DNA molecule containing a chimeric gene, where the coding sequence of the gene encodes a mature American phytolacca antiviral protein or fragment thereof, this gene contains a promoter that is active in response to a specific irritating effect on this plant, resulting in this mature American phytolacca antiviral protein or a fragment thereof is expressed in specific plant cells.

Настоящее изобретение относится также к биологически функциональному экспрессионному вектору, содержащему химерный ген, причем кодирующая последовательность гена кодирует зрелый антивирусный протеин фитолакки американской или его фрагмент, этот ген содержит промотор, который проявляет активность в ответ на специфическое раздражающее воздействие на это растение, в результате этот зрелый антивирусный протеин фитолакки американской или его фрагмент экспрессируются в специфических клетках растения.The present invention also relates to a biologically functional expression vector containing a chimeric gene, wherein the coding sequence of the gene encodes a mature American phytolacca antiviral protein or fragment thereof, this gene contains a promoter that is active in response to a specific irritating effect on this plant, resulting in this mature American phytolacca antiviral protein or a fragment thereof is expressed in specific plant cells.

В контексте настоящего описания понятие "фрагмент" обозначает фрагмент гена, кодирующего антивирусный протеин фитолакки американской, причем этот фрагмент обладает активностью в отношении ингибирования синтеза протеинов.In the context of the present description, the term "fragment" refers to a fragment of a gene encoding the American phytolacca antiviral protein, and this fragment has activity against protein synthesis inhibition.

Химерный ген предпочтительно кодирует зрелый протеин PAP-S, нуклеотидная последовательность которого представлена в SEQ. ID. No. 3, а аминокислотная последовательность представлена в SEQ. ID. No. 4, или PAP-S α, нуклеотидная последовательность которого представлена в SEQ. ID. No. 5, а аминокислотная последовательность представлена в SEQ. ID. No. 6, или PAP-S β, нуклеотидная последовательность которого представлена в SEQ. ID. No. 7, а аминокислотная последовательность представлена в SEQ. ID. No. 8, или зрелый протеин РАР' или его вариант, описанный в патенте США 6015940 (т.е. нуклеотиды 290-1076 SEQ. ID. No. 30 и 31), или зрелый протеин PAPII, описанный в международной заявке на патент WO 99/60843 (т.е. нуклеотиды 75-903 SEQ. ID. No. 32).The chimeric gene preferably encodes a mature PAP-S protein, the nucleotide sequence of which is presented in SEQ. ID No. 3, and the amino acid sequence is presented in SEQ. ID No. 4, or PAP-S α, the nucleotide sequence of which is presented in SEQ. ID No. 5, and the amino acid sequence is presented in SEQ. ID No. 6, or PAP-S β, the nucleotide sequence of which is presented in SEQ. ID No. 7, and the amino acid sequence is presented in SEQ. ID No. 8, or the mature PAP ′ protein or a variant thereof described in US Pat. No. 6,015,940 (i.e., nucleotides 290-1076 SEQ. ID. No. 30 and 31) or the mature PAPII protein described in WO 99 / 60843 (i.e., nucleotides 75-903 of SEQ. ID. No. 32).

В зависимости от требуемой гомологии нуклеотидных последовательностей можно применять различные условия строгости гибридизации для скрининга аналогичных последовательностей. В качестве примера (но не ограничиваясь ими) для процесса гибридизации используют следующие строгие условия: гибридизация со связанной с фильтром ДНК в 0,5М NaHPO4, 7%-ном додецилсульфате натрия (ДСН), 1 мМ ЭДТК при 65°С и отмывка в 0,1×SSC/0,1% ДСН при 68°С (Ausubel F.M. и др., (ред.), 1989, Current Protocols in Molecular Biology, том I, изд-во Green Publishing Associates, Inc. и John Wiley и Sons, Inc., New York, c.2.10.3). Другие строгие условия, которые можно использовать, хорошо известны в данной области. Можно применять процессы гибридизации в следующих условиях умеренной строгости: гибридизация со связанной с фильтром ДНК в 0,5М NaHPO4, 7%-ном додецилсульфате натрия (ДСН), 1 мМ ЭДТК при 65°С и отмывка в 0,2×SSC/0,l% ДСН при 42°С (Ausubel и др., 1989, выше). Другие условия умеренной строгости, которые можно использовать, хорошо известны в данной области. Для процессов гибридизации можно применять другие растворы, такие как стандартный раствор хлорида и цитрата натрия (SSC) или хлорида натрия и фосфата ЭДТК (SSPE).Depending on the required homology of the nucleotide sequences, various hybridization stringency conditions can be applied to screen for similar sequences. As an example (but not limited to), the following stringent conditions are used for the hybridization process: hybridization with filter-bound DNA in 0.5 M NaHPO 4 , 7% sodium dodecyl sulfate (SDS), 1 mM EDTA at 65 ° C and washing in 0.1 × SSC / 0.1% SDS at 68 ° C (Ausubel FM et al., (Eds.), 1989, Current Protocols in Molecular Biology, Volume I, Green Publishing Associates, Inc. and John Wiley and Sons, Inc., New York, c. 2.10.3). Other stringent conditions that can be used are well known in the art. Hybridization processes can be applied under the following conditions of moderate severity: hybridization with filter-bound DNA in 0.5 M NaHPO 4 , 7% sodium dodecyl sulfate (SDS), 1 mM EDTA at 65 ° C and washing in 0.2 × SSC / 0 , l% SDS at 42 ° С (Ausubel et al., 1989, supra). Other conditions of moderate severity that can be used are well known in the art. Other solutions can be used for hybridization processes, such as a standard solution of sodium chloride and sodium citrate (SSC) or sodium chloride and EDTA phosphate (SSPE).

Приемлемые гомологичные последовательности представляют собой последовательности, которые по меньшей мере на 70%, предпочтительно на 80% и еще более предпочтительно на 90 или 95% гомологичны каждой из приведенных в настоящем описании последовательностей, причем такие гомологичные последовательности сохраняют требуемую ферментативную активность.Acceptable homologous sequences are sequences that are at least 70%, preferably 80%, and even more preferably 90 or 95% homologous to each of the sequences described herein, which homologous sequences retain the desired enzymatic activity.

Приемлемые последовательности могут также представлять их варианты. Согласно настоящему изобретению вариант может представлять собой любую замену, вариацию, модификацию, замещение или делецию или добавление одной или нескольких нуклеотидов/аминокислот, позволяющую получать последовательность, которая экспрессирует или проявляет требуемую ферментативную активность. Согласно изобретению можно также использовать производное или мутацию. Производное имеет определенные модификации, как правило химические, по сравнению со встречающимся в естественных условиях полипептидом, экспрессируемым нуклеиновой кислотой.Acceptable sequences may also represent variants thereof. According to the present invention, the variant may be any substitution, variation, modification, substitution or deletion or addition of one or more nucleotides / amino acids, allowing to obtain a sequence that expresses or exhibits the desired enzymatic activity. A derivative or mutation may also be used according to the invention. The derivative has certain modifications, usually chemical, in comparison with the naturally occurring polypeptide expressed by nucleic acid.

Другим объектом настоящего изобретения является способ индукции некротического действия в специфических клетках растения, где растение трансформируют двумя химерными генами, причем кодирующая последовательность одного из указанных генов кодирует инактивированный антивирусный протеин фитолакки американской, а кодирующая последовательность другого из указанных генов кодирует вторую молекулу, которая представляет собой активатор инактивированного антивирусного протеина фитолакки американской, каждый из двух генов содержит промотор, причем эти промоторы действуют совместно в ответ на специфическое раздражающее воздействие на это растение, в результате этот инактивированный антивирусный протеин фитолакки американской активируется в специфических клетках растения.Another object of the present invention is a method for inducing necrotic action in specific plant cells, where the plant is transformed with two chimeric genes, the coding sequence of one of the indicated genes encoding the inactivated American phytolacca antiviral protein, and the coding sequence of the other of the indicated genes encoding the second molecule, which is an activator American inactivated phytolacca antiviral protein, each of the two genes contains a promo op, these promoters operate together in response to a specific irritant effect on the plant as a result of the inactivated pokeweed antiviral protein is activated in specific cells of the plant.

Настоящее изобретение относится также к растению, трансформированному двумя химерными генами, причем кодирующая последовательность одного из указанных генов кодирует инактивированный антивирусный протеин фитолакки американской, а кодирующая последовательность другого из указанных генов кодирует вторую молекулу, которая представляет собой активатор инактивированного антивирусного протеина фитолакки американской, каждый из двух генов содержит промотор, причем эти промоторы действуют совместно в ответ на специфическое раздражающее воздействие на это растение, в результате этот инактивированный антивирусный протеин фитолакки американской активируется в специфических клетках растения.The present invention also relates to a plant transformed with two chimeric genes, wherein the coding sequence of one of these genes encodes an American inactivated phytolacca antiviral protein, and the coding sequence of the other of these genes encodes a second molecule, which is an activator of an inactivated American phytolacca antiviral protein, each of two gene contains a promoter, and these promoters act together in response to a specific irritant e impact on the plant, as a result of the inactivated virus protein pokeweed activated in specific cells of the plant.

Настоящее изобретение относится также к рекомбинантной растительной клетке, выделенной молекуле ДНК двух химерных генов и к биологически функциональному экспрессионному вектору, содержащему два химерных гена, где каждый химерный ген подпадает под второй объект настоящего изобретения.The present invention also relates to a recombinant plant cell, an isolated DNA molecule of two chimeric genes, and a biologically functional expression vector containing two chimeric genes, where each chimeric gene falls within the second aspect of the present invention.

В контексте настоящего описания понятие "инактивированный антивирусный протеин фитолакки американской" обозначает зрелый антивирусный протеин фитолакки американской, такой, например, как PAP-S, функционально связанный с гетерологичной или гомологичной N-или С-концевой блокирующей последовательностью.As used herein, the term “inactivated American phytolacca antiviral protein” refers to a mature American phytolacca antiviral protein, such as, for example, PAP-S, operably linked to a heterologous or homologous N- or C-terminal blocking sequence.

Химерный ген предпочтительно кодирует зрелый протеин PAP-S, нуклеотидная последовательность которого представлена в SEQ. ID. No. 3, а аминокислотная последовательность представлена в SEQ. ID. No. 4, или PAP-S α, нуклеотидная последовательность которого представлена в SEQ. ID. No. 5, а аминокислотная последовательность которого представлена в SEQ. ID. No. 6, или PAP-S β, нуклеотидная последовательность которого представлена в SEQ. ID. No. 7, а аминокислотная последовательность которого представлена в SEQ. ID. No. 8, или зрелый PAP' или его вариант, описанный в патенте США 6015940 (т.е. нуклеотиды 290-1076 SEQ. ID. No. 30 и 31), или зрелый PAPII, описанный в международной заявке, опубликованной под No. WO 99/60843 (т.е. нуклеотиды 75-903 SEQ. ID. No. 32), каждый связанный с гетерологичной или гомологичной N- или С-концевой блокирующей последовательностью, как описано выше для получения инактивированного антивирусного протеина фитолакки американской.The chimeric gene preferably encodes a mature PAP-S protein, the nucleotide sequence of which is presented in SEQ. ID No. 3, and the amino acid sequence is presented in SEQ. ID No. 4, or PAP-S α, the nucleotide sequence of which is presented in SEQ. ID No. 5, and the amino acid sequence of which is presented in SEQ. ID No. 6, or PAP-S β, the nucleotide sequence of which is presented in SEQ. ID No. 7, and the amino acid sequence of which is presented in SEQ. ID No. 8, or mature PAP 'or a variant thereof described in US Pat. No. 6,015,940 (i.e., nucleotides 290-1076 SEQ. ID. No. 30 and 31), or mature PAPII described in international application published under No. WO 99/60843 (i.e., nucleotides 75-903 of SEQ. ID. No. 32), each associated with a heterologous or homologous N- or C-terminal blocking sequence, as described above to obtain an inactivated American phytolucentus antiviral protein.

Концевая блокирующая последовательность предпочтительно представляет собой последовательность, которая может оказывать дополнительное некротическое действие на клетку или патоген.The terminal blocking sequence is preferably a sequence that may have an additional necrotic effect on the cell or pathogen.

Предпочтительно концевая блокирующая последовательность представляет собой последовательность оризацистатина (Δ86 последовательность цистатина), представленную в настоящем описании как SEQ. ID. No. 17. Последовательность Δ86 цистатина блокирует действие встречающихся в естественных условиях протеаз, предотвращая тем самым встречающуюся в естественных условиях экспрессию кодирующей последовательности РАР. Цистатины представляют собой небольшие (~100 аминокислот) ингибиторы протеинов цистеиновых протеаз, которые обнаружены во многих видах растений [Ryan, 1990; Richardson, 1991], и большого количества генов (>60), последовательность которых установлена. Фитоцистатины представляют собой класс, отличный от цистатинов типа I и II [Kondo и др., 1991]. Оризацистатин I (ОС-I) семян риса [Abe и др., 1987] представляет собой эффективный ингибитор, однако существенно менее эффективный, чем цистатины животных, такие как цистатин из белка куриных яиц (CEWC). Описаны рекомбинантные варианты ОС-1, полученные с помощью конструирования протеинов (Uwrin и др., 1995), и делеционный мутант Δ-Asp86 (ОС-1Δ86), обладающий более высокой ингибирующей активностью.Preferably, the terminal blocking sequence is an oryzacystatin sequence (Δ86 cystatin sequence), presented herein as SEQ. ID No. 17. The Δ86 sequence of cystatin blocks the action of naturally occurring proteases, thereby preventing the naturally occurring expression of the PAP coding sequence. Cystatins are small (~ 100 amino acids) cysteine protease protein inhibitors found in many plant species [Ryan, 1990; Richardson, 1991], and a large number of genes (> 60), the sequence of which is established. Phytocystatins are a class different from type I and II cystatins [Kondo et al., 1991]. Orizizistatin I (OS-I) of rice seeds [Abe et al., 1987] is an effective inhibitor, but significantly less effective than animal cystatins, such as egg protein cystatin (CEWC). Recombinant variants of OS-1 obtained by protein construction (Uwrin et al., 1995) and a deletion mutant Δ-Asp86 (OS-1Δ86), which has a higher inhibitory activity, are described.

В другом варианте концевая блокирующая последовательность представляет собой только молекулу, инактивирующую молекулу зрелого РАР. Предпочтительно блокирующая концы последовательность представляет собой встречающуюся в естественных условиях концевую последовательность Pro-РАР, полученную из любой молекулы Pro-РАР.In another embodiment, the terminal blocking sequence is only a molecule that inactivates the mature PAP molecule. Preferably, the terminal blocking sequence is a naturally occurring end sequence of Pro-PAP derived from any Pro-PAP molecule.

Блокирующая последовательность может быть локализована на N-конце или на С-конце зрелой последовательности РАР.The blocking sequence may be located at the N-terminus or at the C-terminus of the mature PAP sequence.

Предпочтительно блокирующая последовательность представляет собой С-концевую блокирующую последовательность.Preferably, the blocking sequence is a C-terminal blocking sequence.

Для обеспечения реактивации блокированной последовательности зрелого РАР в инактивированном антивирусном протеине фитолакки американской также должен присутствовать специфический сайт расщепления, локализованный между последовательностью зрелого антивирусного протеина фитолакки американской и блокирующей последовательностью. Сайт расщепления предпочтительно локализован между зрелым антивирусным протеином фитолакки американской и блокирующей последовательностью.To ensure the reactivation of the blocked mature PAP sequence in the inactivated American phytolacca antiviral protein, a specific cleavage site located between the mature American phytolacca antiviral protein sequence and the blocking sequence must also be present. The cleavage site is preferably located between the mature American phytolacca antiviral protein and the blocking sequence.

Предпочтительно специфический сайт расщепления представляет собой сайт расщепления, специфический для протеазы NIa вируса табачной гравировки (TEV) (Carrington и Dougherty, 1998), представленный в настоящем описании как SEQ. ID. NO. 28 и SEQ. ID. No. 29. Распознаваемый указанной протеиназой сайт представляет собой гептапептид Glu-Xaa-Xaa-Tyr-Xaa-Gln-Gly или гептапептид Glu-Xaa-Xaa-Tyr-Xaa-Gln-Ser, причем расщепление происходит между остатками Gin и Gly (или Ser).Preferably, the specific cleavage site is a cleavage site specific for tobacco engraving virus (TEV) NIa protease (Carrington and Dougherty, 1998), presented herein as SEQ. ID NO 28 and SEQ. ID No. 29. The site recognized by said proteinase is a Glu-Xaa-Xaa-Tyr-Xaa-Gln-Gly heptapeptide or a Glu-Xaa-Xaa-Tyr-Xaa-Gln-Ser heptapeptide, wherein cleavage occurs between the Gin and Gly residues (or Ser) .

Кодирующая последовательность второй молекулы предпочтительно представляет собой протеазу, которая обладает способностью расщеплять специфический сайт расщепления. Когда специфический сайт расщепления представляет собой сайт расщепления протеазой (PCS) TEV, то протеаза может представлять собой NIa-протеазу TEV. Специалисты в данной области могут использовать другие специфические сайты расщепления протеазами. Например, сайтспецифическую протеазу энтерокиназу можно применять для расщепления соответствующего сайта расщепления, связанного со зрелым антивирусным протеином фитолакки американской.The coding sequence of the second molecule is preferably a protease that has the ability to cleave a specific cleavage site. When the specific cleavage site is a TEV protease (PCS) cleavage site, the protease may be a TEV NIa protease. Specialists in this field can use other specific protease cleavage sites. For example, a site-specific protease enterokinase can be used to cleave the corresponding cleavage site associated with the mature American phytolacca antiviral protein.

Согласно одному из объектов изобретения указанное раздражающее воздействие на растение может быть вызвано нападением патогена. В другом варианте раздражающим воздействием может быть химическая индукция или индукция в результате естественного развития растения.According to one aspect of the invention, said irritating effect on a plant may be caused by an attack of a pathogen. In another embodiment, the irritating effect may be chemical induction or induction as a result of the natural development of the plant.

Как должно быть очевидно специалистам в данной области, первый и второй объекты изобретения могут найти широкое применение для всех представителей растительного царства с целью защиты их, например, от грибов, нематод, бактерий и вирусов, а также для других целей.As should be obvious to experts in this field, the first and second objects of the invention can find wide application for all representatives of the plant kingdom in order to protect them, for example, from fungi, nematodes, bacteria and viruses, as well as for other purposes.

Следует понимать, что в контексте настоящего описания понятие "некротическое действие" подразумевает значительное нарушение метаболизма, чтобы при применении изобретения достигать требуемого воздействия, например обеспечивать защиту от болезней.It should be understood that in the context of the present description, the term "necrotic effect" means a significant metabolic disturbance, so that when applying the invention to achieve the desired effect, for example, to protect against diseases.

Предпочтительно согласно второму объекту настоящего изобретения промоторы (двухкомпонентная система) имеют перекрывающуюся (иеся) зону(ы) экспрессии. Характеристики перекрывающейся экспрессии двух промоторов и их соответствующие реакции на указанные воздействия являются такими, что они оказывают воздействие на направление экспрессии инактивированного антивирусного протеина фитолакки американской и его молекулы-активатора, приводящие к тому, что летальное или вредное воздействие затрагивает специфические клетки и только их.Preferably, according to a second aspect of the present invention, promoters (a two-component system) have overlapping expression region (s). The characteristics of the overlapping expression of the two promoters and their corresponding reactions to these effects are such that they affect the direction of expression of the inactivated antiviral protein of American phytolacca and its activator molecule, leading to the fact that a lethal or harmful effect affects specific cells and only them.

В другом варианте промоторы могут иметь одни и те же сайты экспрессии или экспрессируемые протеины могут иным образом накапливаться в области-мишени.Alternatively, promoters may have the same expression sites, or expressed proteins may otherwise accumulate in the target region.

Третьим объектом настоящего изобретения является способ индукции некротического действия в специфических клетках растения, согласно которому растение трансформируют химерным геном, при этом кодирующая последовательность гена кодирует предшественник молекулы РАР или ее С-концевого делеционного варианта, причем ген содержит промотор, который проявляет действие в ответ на специфическое раздражающее воздействие на растение, в результате экспрессируемый кодирующей последовательностью протеин экспрессируется в специфических клетках растения, причем указанный промотор следует выбирать таким образом, чтобы обеспечивать одно из следующих воздействий: снижение вредоносного действия нематод, стерильность, изменения в морфологии цветка, отделение (листьев или плодов), сбрасывание семян или развитие трихом.A third object of the present invention is a method for inducing necrotic action in specific plant cells, according to which the plant is transformed with a chimeric gene, wherein the coding sequence of the gene encodes a precursor of the PAP molecule or its C-terminal deletion variant, the gene containing a promoter that acts in response to a specific irritating effect on the plant, as a result, the protein expressed by the coding sequence is expressed in specific cells plants, and the specified promoter should be selected in such a way as to provide one of the following effects: reduction of the harmful effect of nematodes, sterility, changes in the morphology of the flower, separation (of leaves or fruits), dropping of seeds or the development of trichomes.

Настоящее изобретение относится также к растению, трансформированному согласно методу, который является третьим объектом изобретения. Настоящее изобретение относится также к рекомбинантной растительной клетке, выделенной ДНК химерного гена и биологически функциональному экспрессионному вектору, где они все содержит химерный ген, описанный в третьем объекте изобретения.The present invention also relates to a plant transformed according to the method, which is the third object of the invention. The present invention also relates to a recombinant plant cell isolated by the DNA of a chimeric gene and a biologically functional expression vector, where they all contain the chimeric gene described in the third aspect of the invention.

Согласно третьему объекту изобретения кодирующая последовательность предпочтительно кодирует одну из следующих последовательностей: нуклеотидную последовательность Pro-PAP-S, представленную в SEQ. ID. No. 1, и аминокислотную последовательность, представленную в SEQ. ID. No. 2, или PAP' или его варианта, описанного в патенте США 6015940, который имеет последовательность, представленную в SEQ. ID. No. 30 и 31, или PAPII, последовательность которого описана в международной заявке на патент, опубликованной под No. WO 99/60843 и представленной в настоящем описании как SEQ. ID. No.32.According to a third aspect of the invention, the coding sequence preferably encodes one of the following sequences: the nucleotide sequence of Pro-PAP-S shown in SEQ. ID No. 1, and the amino acid sequence shown in SEQ. ID No. 2, or PAP 'or a variant thereof described in US Pat. No. 6,015,940, which has the sequence set forth in SEQ. ID No. 30 and 31, or PAPII, the sequence of which is described in the international patent application published under No. WO 99/60843 and presented herein as SEQ. ID No.32.

Выбор приемлемых промоторов должен зависеть от выбора специфических клеток. Если целью является защита от нападения нематод, то специфические клетки могут представлять собой клетки областей, которыми питаются нематоды. В этом случае согласно второму объекту изобретения приемлемые промоторы могут представлять собой промотор KNT1, действующий совместно с промотором TobRB7. Согласно первому и третьему объектам изобретения эти промоторы можно применять по отдельности. Метод выделения промотора KNT1 описан в новозеландском патенте 260511, а также дополнительно описан ниже, а метод выделения промотора TobRB7 описан в международной заявке на патент WO 94/17194. Объект изобретения указанной заявки, касающийся выделения промотора, включен в настоящее описание в качестве ссылки. Приемлемыми промоторами являются также промоторы Lemmi, выделение которых описано в международной заявке на патент, опубликованной под No. WO 92/21757.The selection of acceptable promoters should depend on the choice of specific cells. If the goal is to protect against the attack of nematodes, then specific cells can be cells of the regions that nematodes feed on. In this case, according to a second aspect of the invention, suitable promoters may be the KNT1 promoter, acting in conjunction with the TobRB7 promoter. According to the first and third objects of the invention, these promoters can be used separately. The method for isolating the KNT1 promoter is described in New Zealand Patent 260511, and is also further described below, and the method for isolating the TobRB7 promoter is described in international patent application WO 94/17194. An object of the invention of this application regarding the allocation of a promoter is incorporated into this description by reference. Lemmi promoters are also suitable promoters, the disclosure of which is described in the international patent application published under No. WO 92/21757.

Согласно второму объекту, например, кодирующая последовательность антивирусного протеина фитолакки американской может находиться под контролем промотора TobRB7, в то время как кодирующая последовательность молекулы-активатора под контролем промотора KNT1. Промотор KNT1 обеспечивает экспрессию в клетках областей, которыми питаются нематоды, кончиках корней и в меньшей степени в других видах меристемы, в то время как промотор TobRB7 обеспечивает экспрессию в корнях и гигантских клетках (Conkling и др., 1990). В указанных исследованиях продемонстрировано, что промотор TobRB7 может осуществлять экспрессию в массе корня, но не в кончиках корня. Таким образом, зоной перекрывающейся экспрессии промоторов KNT1 и TobRB7 являются гигантские растительные клетки (клетки областей, которыми питаются нематоды).According to the second object, for example, the coding sequence of the American phytolacca antiviral protein may be controlled by the TobRB7 promoter, while the coding sequence of the activator molecule is controlled by the KNT1 promoter. The KNT1 promoter provides expression in the cells of the regions that nematodes feed on, the root tips and to a lesser extent in other types of meristem, while the TobRB7 promoter provides expression in roots and giant cells (Conkling et al., 1990). In these studies, it was demonstrated that the TobRB7 promoter can express in the root mass, but not in the root tips. Thus, the zone of overlapping expression of the KNT1 and TobRB7 promoters are giant plant cells (cells of the regions that nematodes feed on).

В другом варианте, когда необходимо обеспечивать мужскую стерильность, специфичные клетки могут представлять собой клетки пыльника растений. Примеры приемлемых промоторов описаны у Twell и др. (1991) и Mariani и др. (1990).In another embodiment, when it is necessary to ensure male sterility, specific cells may be anther cells of plants. Examples of suitable promoters are described by Twell et al. (1991) and Mariani et al. (1990).

Согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения область-мишень может представлять собой область, которой питаются нематоды. В случае, когда область-мишень представляет собой область, которой питаются нематоды, в качестве промотора выбирают промотор, который индуцируется в области, которой питаются нематоды, и/или в соседней области. Индукция такого промотора предпочтительно происходит при поражении растения нематодами. Примером приемлемого промотора является промотор KNT1. Другие приемлемые промоторы включают промотор TobRB7 и промоторы Lemmi.According to a first embodiment of the present invention, the target region may be the region that the nematodes feed on. In the case where the target region is the region that the nematodes feed on, the promoter that is induced in the region that the nematodes feed on and / or in the neighboring region is selected as a promoter. Induction of such a promoter preferably occurs when the plant is affected by nematodes. An example of an acceptable promoter is the KNT1 promoter. Other suitable promoters include the TobRB7 promoter and Lemmi promoters.

Область, которой питаются нематоды, может включать, например, растительные клетки, находящиеся в локальной области поражения, которые впоследствии подвергаются редифференцировке, образуя синцитий (в случае цистообразующих нематод), или гигантские клетки и/или сопутствующие гипертрофические клетки (в случае галловых нематод), и/или одну или несколько клеток синцития, гигантских клеток и сопутствующих гипертрофических клеток.The area that the nematodes feed on may include, for example, plant cells located in the local lesion area, which subsequently undergo differentiation, forming syncytium (in the case of cyst-forming nematodes), or giant cells and / or concomitant hypertrophic cells (in the case of gall nematodes), and / or one or more syncytium cells, giant cells, and concomitant hypertrophic cells.

При использовании в качестве мишени области, которой питаются нематоды, можно получать устойчивые к нематодам растения. Понятие "устойчивое к нематодам растение" относится к растению, которое при заражении паразитирующими на растении нематодами обладает способностью предупреждать, замедлять или иным образом оказывать отрицательное воздействие на рост и развитие нематод, поражающих растение, предупреждая тем самым достижения численности паразитирующих на растениях нематод экономически значимого уровня в период вегетации культуры. При этом подразумевается, что нематоды могут, например, погибать или жизненный цикл нематод может замедляться, что приводит к удлинению времени, необходимого для достижения половой зрелости и откладки яиц, или женские особи нематод могут иметь уменьшенный размер и вследствие этого пониженную способность к откладке яиц, которое происходит только после достижения женскими особями нематод минимального критического размера.When using the target area of the nematodes, nematode-resistant plants can be obtained. The term "nematode-resistant plant" refers to a plant that, when infected with parasitic nematodes on a plant, has the ability to prevent, slow down or otherwise adversely affect the growth and development of nematodes that affect the plant, thereby preventing the number of nematodes parasitizing on plants from reaching an economically significant level during the growing season of the culture. It is understood that nematodes can, for example, die or the nematode life cycle can slow down, which leads to an increase in the time required to achieve puberty and egg laying, or female nematodes may have a reduced size and therefore reduced ability to lay eggs, which occurs only after the female nematodes reach the minimum critical size.

Настоящее изобретение применимо к следующим видам нематод (но не ограничиваясь ими): Globodera spp., Heterodera spp. и Meloidogyne spp.The present invention is applicable to the following types of nematodes (but not limited to): Globodera spp., Heterodera spp. and Meloidogyne spp.

Согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения способ может быть направлен не на достижение устойчивости к нематодам, а на получение мужской стерильности у растений. Например, областью-мишенью может быть один или несколько из таких органов растения, как пыльца, пыльник или тапетум. Если областью-мишенью является, например, тапетум, то выбранный промотор представляет собой промотор, который индуцируется в тапетуме и/или в соседних с тапетумом областях. Примером приемлемого для тапетума промотора является промотор ТА29 табака, описанный у Mariani и др. (1990). Специфичные для пыльника промоторы описаны у Twell и др. (1991).According to a second embodiment of the present invention, the method may not be aimed at achieving resistance to nematodes, but at obtaining male sterility in plants. For example, the target area may be one or more of plant organs such as pollen, anther, or tapetum. If the target region is, for example, tapetum, then the selected promoter is a promoter that is induced in tapetum and / or in regions adjacent to the tapetum. An example of a tapetum-acceptable promoter is the TA29 tobacco promoter described by Mariani et al. (1990). Anther specific promoters are described by Twell et al. (1991).

Согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения способ применяют для достижения женской стерильности растений. Например, область-мишень может представлять собой семяпочку растения. Это предусматривает, что выбранный промотор представляет собой промотор, который индуцируется в семяпочке и/или соседней области. Примером приемлемого промотора является промотор AGL15, описанный у Perry и др. (1996).According to a third embodiment of the present invention, the method is used to achieve female sterility of plants. For example, the target region may be the ovule of a plant. This provides that the selected promoter is a promoter that is induced in the ovule and / or adjacent region. An example of an acceptable promoter is the AGL15 promoter described by Perry et al. (1996).

Согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения оказывают воздействие на морфологическое строение цветка. Например, областью-мишенью являются определенные части цветка, при этом целью является, чтобы эти определенные части цветка не развивались и морфологическое строение цветка изменялось. В этом случае выбранный промотор представляет собой промотор, который индуцируется в чашелистике, плодолистике, лепестке и/или тычинке, или в соседних областях. Примерами приемлемых промоторов являются промоторы генов, обусловливающих бесполость (agamous), отсутствие лепестков (apetala3), шарообразность (globosa), пестичность (pistillata) и другие различные дефициты (Sieburth и Meyerowitz, 1997; Samach и др., 1997 и приведенных в этих публикациях ссылках).According to a fourth embodiment of the present invention, the morphological structure of the flower is affected. For example, the target area is certain parts of the flower, with the goal being that these specific parts of the flower do not develop and the morphological structure of the flower changes. In this case, the selected promoter is a promoter that is induced in the sepals, carpels, petals and / or stamens, or in adjacent areas. Examples of acceptable promoters are promoters of the genes that cause asexuality (lack of petals (apetala3), sphericality (globosa), pestle (pistillata) and various other deficiencies (Sieburth and Meyerowitz, 1997; Samach et al., 1997 and those cited in these publications links).

Согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения способ по изобретению применяют для того, чтобы способствовать или усиливать абсцизию листьев и/или плодов у растений. Например, область-мишень может представлять собой отделительный слой листа и/или плода. Выбранный в этом случае промотор представляет собой промотор, который индуцируется в отделительном слое и/или в соседней области.According to a fifth embodiment of the present invention, the method of the invention is used to promote or enhance the abscission of leaves and / or fruits in plants. For example, the target region may be a release layer of the sheet and / or fetus. The promoter selected in this case is a promoter that is induced in the release layer and / or in the neighboring region.

Согласно шестому варианту осуществления настоящего изобретения мишенью являются трихомы, при этом трихомы, как правило, являются гландулярными. Выбранный промотор представляет собой промотор, который индуцируется в трихомах и/или соседних областях. Вызывая некроз трихомов растения, можно прекращать или предупреждать производство трихомом химических субстанций.According to a sixth embodiment of the present invention, the target is trichomes, the trichomes being generally glandular. The selected promoter is a promoter that is induced in trichomes and / or neighboring regions. Causing necrosis of plant trichomes, it is possible to stop or prevent the production of chemical substances by trichome.

Согласно седьмому варианту осуществления настоящего изобретения мишенью являются боковые корни, шипы или жгучие волоски.According to a seventh embodiment of the present invention, the target is lateral roots, spikes, or stinging hairs.

Согласно восьмому варианту осуществления настоящего изобретения способ предназначен для борьбы с вирусной инфекцией. При вирусных инфекциях в значительной степени пораженных вирусом клетках специфично или практически специфично индуцируются многочисленные гены. Выбранный промотор представляет собой промотор, который индуцируется в пораженных вирусом клетках и/или в соседней области.According to an eighth embodiment of the present invention, the method is for controlling a viral infection. In viral infections, to a large extent affected by the virus, cells specifically or practically specifically induce numerous genes. The selected promoter is a promoter that is induced in virus-infected cells and / or in an adjacent region.

Согласно девятому варианту осуществления настоящего изобретения способ предназначен для облегчения сбрасывания семян с растения, когда мишенью являются семена. Известно большое количество генов, которые в процессе развития семян специфично или практически специфично индуцируются в определенных клетках/частях семени.According to a ninth embodiment of the present invention, the method is intended to facilitate dropping seeds from a plant when the target is seeds. A large number of genes are known which, in the process of seed development, are specifically or practically specifically induced in certain cells / parts of the seed.

Согласно десятому варианту осуществления настоящего изобретения выбирают промотор, который индуцируется внешним стимулом и который индуцируется, например, в корнях растения. Такой промотор можно использовать для отделения корня в конце вегетационного периода. Для отделения листьев, цветков или плодов в конце вегетационного периода можно применять промоторы, которые индуцируются, например, в черешках листьев, цветоножках или плодоножках.According to a tenth embodiment of the present invention, a promoter is selected which is induced by an external stimulus and which is induced, for example, in the roots of a plant. Such a promoter can be used to separate the root at the end of the growing season. To separate leaves, flowers or fruits at the end of the growing season, promoters that are induced, for example, in leaf petioles, pedicels or stalks, can be used.

Каждый химерный ген может дополнительно содержать 3'-нетранслируемую последовательность терминатора. Последовательность терминатора можно получать из генов растений, бактерий или вирусов. Пригодные последовательности терминаторов представляют собой, например, последовательность терминатора rbcS гена Е9 гороха, последовательность терминатора Nos, выведенную из гена нопалинсинтазы Agrobacterium tumefaciens, и последовательность терминатора 35S вируса мозаики цветной капусты. Специалисту в данной области известны другие последовательности терминаторов. Химерный ген может также необязательно содержать последовательности энхансеров транскрипции или трансляции, например, описанные в международной заявке на патент, опубликованной под No. WO 97/20056, например внутриклеточные, обеспечивающие направленный перенос последовательности, и интроны, а также нуклеотидные последовательности, функцией которых является облегчение процесса трансформации и стабильной экспрессии химерного гена, такие как пограничные области Т-ДНК, области, обеспечивающие присоединение к гиалоплазме, и последовательности эксцизии/рекомбинации.Each chimeric gene may further comprise a 3 ′ untranslated terminator sequence. The terminator sequence can be obtained from plant genes, bacteria, or viruses. Suitable terminator sequences are, for example, the rbcS terminator sequence of the pea E9 gene, the Nos terminator sequence derived from the Agrobacterium tumefaciens nopaline synthase gene, and the cauliflower mosaic virus 35S terminator sequence. Other sequences of terminators are known to those skilled in the art. The chimeric gene may also optionally contain transcription or translation enhancer sequences, such as those described in international patent application published under No. WO 97/20056, for example, intracellular, providing directed transfer of the sequence, and introns, as well as nucleotide sequences, the function of which is to facilitate the process of transformation and stable expression of the chimeric gene, such as border regions of T-DNA, regions that provide accession to the hyaloplasm, and sequences excision / recombination.

Методы трансформации растений хорошо известны в данной области и включают, например, опосредуемую Agrobacterium трансформацию. Как правило, при опосредуемой Agrobacterium трансформации бинарный вектор, несущий представляющую интерес чужеродную ДНК, т.е химерный ген, переносят из соответствующего штамма Agrobacterium в растение-мишень посредством совместного культивирования Agrobacterium с эксплантатами растения-мишени. Трансформированную ткань растения затем регенерируют на средах для селекции, причем среды для селекции содержат селектируемый маркер и гормоны роста растений.Plant transformation methods are well known in the art and include, for example, Agrobacterium mediated transformation. Typically, in an Agrobacterium-mediated transformation, a binary vector carrying a foreign DNA of interest, i.e. a chimeric gene, is transferred from the corresponding Agrobacterium strain to the target plant by co-culturing Agrobacterium with explants of the target plant. The transformed plant tissue is then regenerated on selection media, the selection media containing a selectable marker and plant growth hormones.

Пригодные методы трансформации включают, например, также непосредственный перенос генов в протопласты с помощью полиэтиленгликоля или электропорации, бомбардировку частицами, микроинъекцию и применение волокон из карбида кремния.Suitable transformation methods include, for example, direct gene transfer into protoplasts using polyethylene glycol or electroporation, particle bombardment, microinjection and the use of silicon carbide fibers.

Приемлемые виды растений, которые можно трансформировать согласно настоящему изобретению, включают (но не ограничиваясь ими) рис, пшеницу, кукурузу, канолу, картофель, табак, сахарную свеклу, сою, томаты, арахис, хлопчатник, виноград, арбуз, папайю, овощные культуры и кормовые бобовые растения.Acceptable plant species that can be transformed according to the present invention include, but are not limited to, rice, wheat, corn, canola, potatoes, tobacco, sugar beets, soybeans, tomatoes, peanuts, cotton, grapes, watermelon, papaya, vegetables and fodder bean plants.

Согласно второму объекту изобретения оба химерных гена интродуцируют в растение в одной кассете экспрессии. В другом варианте каждый химерный ген интродуцируют в растение в различных кассетах экспрессии путем последовательной или одновременной трансформации с помощью двух трансгенных конструкций. Такую двухкомпонентную систему можно также получать путем скрещивания двух растений, каждое из которых содержит один индивидуальный компонент.According to a second aspect of the invention, both chimeric genes are introduced into a plant in one expression cassette. In another embodiment, each chimeric gene is introduced into a plant in different expression cassettes by sequential or simultaneous transformation using two transgenic constructs. Such a two-component system can also be obtained by crossing two plants, each of which contains one individual component.

Для облегчения понимания и осуществления на практике изобретение более подробно рассмотрено ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:To facilitate understanding and practical implementation of the invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawings, which show:

на фиг.1 - схематическое изображение промоторных конструкций для экспрессии РАР в протопластах;figure 1 is a schematic representation of promoter constructs for the expression of PAP in protoplasts;

на фиг.2 - вектор pDVM;figure 2 - vector pDVM;

на фиг.3 - растительный трансформирующий вектор рАТС;figure 3 - plant transforming vector pATC;

на фиг.4 - схематическое изображение индуцируемых нападением нематод промоторных конструкций для экспрессии РАР в трансгенных растениях;Fig. 4 is a schematic representation of nematode-induced promoter constructs for the expression of PAP in transgenic plants;

на фиг.5 - воздействие протеина PAP-S на рибосомы табака, оцененное по синтезу протеина GUS;figure 5 - effect of the protein PAP-S on tobacco ribosomes, evaluated by the synthesis of the GUS protein;

на фиг.6 - воздействие модифицированных протеинов PAP-S на рибосомы табака, оцененное по синтезу протеина GUS;Fig.6 - the effect of modified PAP-S proteins on tobacco ribosomes, evaluated by the synthesis of GUS protein;

на фиг.7 - воздействие PAP-S α и PAP-S β на протопласты;Fig.7 - the effect of PAP-S α and PAP-S β on protoplasts;

на фиг.8 - схематическое изображение слитой конструкции РАР-S/сайт расщепления протеазой (PCS)/цистатин ΔD86 и конструкций в векторах pBluescript, применяемых в экспериментах с использованием TnT;Fig. 8 is a schematic illustration of a PAP-S fusion construct / protease cleavage site (PCS) / cystatin ΔD86 and constructs in pBluescript vectors used in experiments using TnT;

на фиг.9 - воздействие протеинов РАР на трансляцию протеина люциферазы в лизатах ретикулоцитов кроликов;figure 9 - effect of PAP proteins on the translation of luciferase protein in rabbit reticulocyte lysates;

на фиг.10 - воздействие модифицированного протеина РАР-S/цистатин на рибосомы табака, оцененное по синтезу протеина GUS;figure 10 - the effect of the modified protein PAP-S / cystatin on tobacco ribosomes, evaluated by the synthesis of GUS protein;

на фиг.11 - схематическое изображение конструкции индуцируемого нападением нематод промотора, предназначенного для регулирования экспрессии PAP-S-PCS-цистатин ΔD86 и NIa-протеазы TEV в трансгенных растениях;11 is a schematic representation of the construction of an attack-induced nematode promoter designed to regulate the expression of PAP-S-PCS-cystatin ΔD86 and TEV NIa protease in transgenic plants;

на фиг.12 - скрининг устойчивости растений картофеля, трансформированных Pro-PAP-S и зараженных картофельной (цистообразующей) нематодой линии 2/3, по сравнению с чувствительным контрольным (Hermes) и поступающим в продажу устойчивым сортом (Sante);Fig. 12 is a screening of the resistance of potato plants transformed with Pro-PAP-S and infected with a 2/3 potato (cyst-forming) nematode, in comparison with the sensitive control (Hermes) and the resistant variety (Sante) that is commercially available;

на фиг.13 - данные опыта по оценке устойчивости к яванской галловой нематоде растений табака, содержащих конструкцию Pro-PAP-S (рАТС05502) по сравнению с выращенными с помощью культуры ткани контрольными растениями (ncc). Размеры паразитирующих нематод выражены в единицах окулярной шкалы;on Fig - experimental data on the resistance to the Javanese gall nematode of tobacco plants containing the construction of Pro-PAP-S (pATC05502) compared with control plants grown using tissue culture (ncc). The sizes of parasitic nematodes are expressed in units of the ocular scale;

на фиг.14 - схематическая диаграмма получения вариантов PAP-S с помощью ПЦР;on Fig is a schematic diagram of obtaining variants of PAP-S using PCR;

на фиг.15 - сравнение среднего количества цист на растениях картофеля, трансформированных генами, содержащими Pro PAP-S, антисмысловой промотор KNT1 или ингибитор трипсина коровьего гороха (CpTI).on Fig - comparison of the average number of cysts on potato plants transformed with genes containing Pro PAP-S, antisense promoter KNT1 or trypsin inhibitor of cow pea (CpTI).

ПримерыExamples

Клонирование и секвенирование антивирусного протеина фитолакки американской (PAP-S), выведенного из геномной ДНК фитолакки американскойCloning and sequencing of American phytolacca antiviral protein (PAP-S), derived from genomic DNA of American phytolacca

Последовательность Pro-PAP-S выделяли из ДНК листьев фитолакки американской с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) с использованием полимеразы Pfu. Последовательность выделяли в виде двух сегментов, которые затем объединяли, удаляя сайт XbaI, находящийся в центральной области молекулы. 5'-область молекулы амплифицировали с помощью праймеров PPS1BF и PSXDR (SEQ. ID. No. 9 и 16 соответственно), а 3'-область с помощью праймеров PSXDF и PPS2SR (SEQ. ID. No. 15 и 10 соответственно). Два ПЦР-продукта объединяли и перекрывающиеся фрагменты ДНК удлиняли с помощью полимеразы Pfu и повторно амплифицировали с использованием праймеров PPS1BF и PPS2SR (SEQ. ID. No. 9 и 10 соответственно). ПЦР-продукт расщепляли с помощью рестриктаз XbaI и SalI и клонировали в pBluescript, получая клон pBS/Pro-PAP-S (фиг.14).The Pro-PAP-S sequence was isolated from DNA of American phytolacca leaves by polymerase chain reaction (PCR) using Pfu polymerase. The sequence was isolated as two segments, which were then combined to remove the XbaI site located in the central region of the molecule. The 5'-region of the molecule was amplified using PPS1BF and PSXDR primers (SEQ. ID. No. 9 and 16, respectively), and the 3'-region was amplified using primers PSXDF and PPS2SR (SEQ. ID. No. 15 and 10, respectively). Two PCR products were combined and overlapping DNA fragments were extended using Pfu polymerase and re-amplified using PPS1BF and PPS2SR primers (SEQ. ID. No. 9 and 10, respectively). The PCR product was digested with restriction enzymes XbaI and SalI and cloned into pBluescript to give the clone pBS / Pro-PAP-S (FIG. 14).

Используя клон pBS/Pro-PAP-S в качестве матрицы последовательность PAP-S амплифицировали с помощью ПЦР с использованием праймеров PS1BF и PS2SR (SEQ. ID. No. 11 и 12 соответственно) для удаления N- и С-концевых областей. С помощью ПЦР-праймеров добавляли стартовый кодон метионина и стоп-кодон ТАА. Последовательность стартового и стоп-кодонов представлена в SEQ. ID. No. 3, но в SEQ. ID. No. 3 не представлены сайты клонирования фермента. Добавленный остаток метионина представлен в SEQ. ID. No. 4. ПЦР-продукт расщепляли рестриктазами XbaI и SalI и клонировали в pBluescript, получая клон pBS/PAP-S. Секвенирование клона PAP-S позволило выявить только одну нуклеотидную замену относительно полученной из базы данных последовательности. Приемлемые комбинации праймеров использовали для удаления либо N-, либо С-концевых областей независимо друг от друга.Using the clone pBS / Pro-PAP-S as a template, the PAP-S sequence was amplified by PCR using primers PS1BF and PS2SR (SEQ. ID. No. 11 and 12, respectively) to remove the N- and C-terminal regions. Using the PCR primers, the start codon of methionine and the stop codon of TAA were added. The sequence of start and stop codons is presented in SEQ. ID No. 3, but in SEQ. ID No. 3 does not show enzyme cloning sites. The added methionine residue is presented in SEQ. ID No. 4. The PCR product was digested with restriction enzymes XbaI and SalI and cloned into pBluescript to give the clone pBS / PAP-S. Sequencing of the PAP-S clone revealed only one nucleotide substitution relative to the sequence obtained from the database. Suitable primer combinations were used to remove either the N- or C-terminal regions independently of one another.

После сравнения PAP-S и протеинов RIP кукурузы номинальные полипептидные домены PAP-S α и PAP-S β были определены относительно соответствующих областей RIP α, β и центрального домена кукурузы (эти данные представлены в находящейся в одновременном рассмотрении заявке этих же авторов, поданной одновременно с настоящей заявкой). Полипептидные домены PAP-S α и PAP-S β амплифицировали из плазмидной ДНК клона PAP-S с помощью пары праймеров PS1BF плюс PS1SR (SEQ. ID. No. 11 и 14 соответственно) и PS2BF плюс PS2SR соответственно (SEQ. ID. No. 13 и 12 соответственно). Стартовые кодоны метионина и стоп-кодоны ТАА добавляли с помощью ПЦР-праймеров. Последовательности стартового и стоп-кодонов представлены в SEQ. ID. No. 5 и 7, но сайты клонирования фермента не представлены в SEQ. ID. No. 5 и 7. Добавленный остаток метионина представлен в SEQ. ID. No. 6 и 8. Последовательности амплифицированных рекомбинантных PAP-S α и PAP-S β клонировали в различных векторах.After comparing PAP-S and maize RIP proteins, the nominal polypeptide domains PAP-S α and PAP-S β were determined relative to the corresponding regions of RIP α, β and the central domain of maize (these data are presented in the pending application of the same authors, filed simultaneously with this application). The PAP-S α and PAP-S β polypeptide domains were amplified from the plasmid DNA of the PAP-S clone using a pair of primers PS1BF plus PS1SR (SEQ. ID. No. 11 and 14, respectively) and PS2BF plus PS2SR, respectively (SEQ. ID. No. 13 and 12, respectively). Starting codons of methionine and stop codons of TAA were added using PCR primers. The start and stop codon sequences are presented in SEQ. ID No. 5 and 7, but enzyme cloning sites are not represented in SEQ. ID No. 5 and 7. The added methionine residue is presented in SEQ. ID No. 6 and 8. The sequences of the amplified recombinant PAP-S α and PAP-S β were cloned in different vectors.

Выделение промотора, который индуцируется в области-мишени и/или соседних областяхIsolation of a promoter that is induced in the target region and / or neighboring regions

Приведенный в настоящем описании метод выделения промотора дан только в качестве примера. Альтернативные методы выделения приемлемого промотора, предназначенного для применения согласно настоящему изобретению, хорошо известны специалисту в данной области, на некоторые из этих методов сделаны ссылки выше.The method for isolating a promoter described herein is given as an example only. Alternative methods for isolating an acceptable promoter for use in accordance with the present invention are well known to those skilled in the art, some of which are referenced above.

Метод выделения промотора KNT1 состоит в следующем.The method for isolating the KNT1 promoter is as follows.

Выращивание и заражение растений табакаGrowing and infecting tobacco plants

Семена табака сорта С319 проращивали в компосте Fisons F1 в следующих условиях: интенсивность света 4500-5000 лк; 16 ч света/8 ч темноты; температура 20-25°С. Примерно через 3 недели проростки осторожно промывали водопроводной водой для удаления почвы и переносили в пакеты (фирма Northrup-King), по 2 растения на пакет, и выращивали в течение еще 1 недели в камере Conviron при 25°С и при указанном выше световом режиме. Корни с задней стороны пакета высвобождали и их кончики поддерживали с помощью бумаги из стекловолокна типа Whatman GF/A. Затем кончики корней заражали трехдневными нематодами (М.javanica), внося аликвотные количества по 10 мкл (50 нематод), и наверх помещали второй кусок бумаги типа GF/A, для того, чтобы полностью со всех сторон закрыть кончик корня. Через 24 ч после заражения бумагу GF/A удаляли для того, чтобы обеспечить синхронность заражения. Через 3 дня после заражения корневые узлы отсекали (оставляя здоровую часть корня и ткань кончика корня сзади) и немедленно замораживали в жидком азоте. С 80 инокулированных растений получали примерно 0,5-1,0 г зараженной ткани корня.C319 tobacco seeds were germinated in Fisons F1 compost under the following conditions: light intensity 4500-5000 lux; 16 hours of light / 8 hours of darkness; temperature 20-25 ° C. After about 3 weeks, the seedlings were carefully washed with tap water to remove soil and transferred into bags (Northrup-King), 2 plants per bag, and grown for another 1 week in a Conviron chamber at 25 ° C and under the above light regime. The roots at the back of the bag were released and their tips supported using Whatman GF / A fiberglass paper. Then, the tips of the roots were infected with three-day nematodes (M. javanica), adding aliquots of 10 μl (50 nematodes), and a second piece of GF / A paper was placed on top in order to completely close the root tip from all sides. 24 hours after infection, GF / A paper was removed in order to ensure synchronization of infection. 3 days after infection, the root nodes were cut off (leaving a healthy part of the root and tissue of the root tip behind) and immediately frozen in liquid nitrogen. Approximately 0.5-1.0 g of infected root tissue was obtained from 80 inoculated plants.

Окрашивание для визуализации нематод в зараженных корняхStaining to visualize nematodes in infected roots

Уровень заражения оценивали по количеству нематод, заразивших один кончик корня. Корни отделяли через 3 дня после заражения растений и погружали на 90 с при 95°С в лактофенол, содержащий 0,1% красителя Cotton Blue. После отмывки в течение 5 с в воде корни выдерживали в лактофеноле при комнатной температуре (КТ) в течение 3-4 дней до обесцвечивания. Окрашенные нематоды визуализировали с помощью светового микроскопа.The infection level was evaluated by the number of nematodes that infected one root tip. The roots were separated 3 days after infection of the plants and immersed for 90 s at 95 ° C in lactophenol containing 0.1% Cotton Blue dye. After washing for 5 s in water, the roots were kept in lactophenol at room temperature (CT) for 3-4 days until bleaching. Stained nematodes were visualized using a light microscope.

Выделение РНК из здоровой и зараженной корневой тканиIsolation of RNA from healthy and infected root tissue

Корневую ткань измельчали с получением тонко измельченного порошка с помощью ступки и пестика при охлаждении в жидком азоте. Затем аликвотные количества примерно по 100 мг переносили в аналогичным образом охлажденные микроцентрифужные пробирки и добавляли 300 мкл горячего фенольного буфера для экстракции (50% фенола, 50% буфера для экстракции: 0,1М хлорид лития, 0,1М Трис-HCl рН 8,0 (КТ), 10 мМ ЭДТК, 1% ДСН) и инкубировали при 80°С в течение 5 мин. Затем добавляли равный объем хлороформа и гомогенат центрифугировали с помощью микроцентрифуги в течение 15 мин при 4°С. После этого водную фазу экстрагировали с помощью 600 мкл фенола/хлороформа и вновь центрифугировали с помощью микроцентрифуги, как описано выше. Водную фазу вновь отделяли и РНК осаждали с помощью равного объема хлорида лития при 4°С в течение ночи. Осадок пеллетировали с помощью микроцентрифуги в течение 15 мин при КТ и промывали в 70%-ном этаноле. Дебрис лиофилизировали, ресуспендировали в обработанной DEPC-водой и анализировали спектрофотометрически. Уровень РНК оценивали с помощью денатурирующего гель-электрофореза (адаптированный для целей исследования метод, описанный у Shirzadegan и др., 1991).The root tissue was crushed to obtain finely ground powder using a mortar and pestle while cooling in liquid nitrogen. Then, aliquots of approximately 100 mg were transferred into similarly cooled microcentrifuge tubes and 300 μl of hot phenolic extraction buffer (50% phenol, 50% extraction buffer: 0.1 M lithium chloride, 0.1 M Tris-HCl pH 8.0 was added (CT), 10 mM EDTA, 1% SDS) and incubated at 80 ° C for 5 min. Then an equal volume of chloroform was added and the homogenate was centrifuged using a microcentrifuge for 15 min at 4 ° C. After that, the aqueous phase was extracted with 600 μl phenol / chloroform and again centrifuged using a microcentrifuge as described above. The aqueous phase was again separated and RNA was precipitated using an equal volume of lithium chloride at 4 ° C. overnight. The pellet was pelletized using a microcentrifuge for 15 minutes at RT and washed in 70% ethanol. Debris was lyophilized, resuspended in DEPC-treated water and analyzed spectrophotometrically. RNA levels were evaluated using denaturing gel electrophoresis (adapted for research purposes, the method described by Shirzadegan et al., 1991).

Субтрактивное клонирование инфекционных специфических кДНКSubtractive cloning of specific infectious cDNA

Поли(А)+ -РНК (мРНК) выделяли из 200 мг образцов общей РНК, полученных из здоровой и зараженной корневой ткани табака сорта С319 с помощью магнитных загруженных олиго-дТ гранул типа Dynabead согласно инструкциям производителя. Синтез первой цепи кДНК осуществляли in situ с использованием связанной с гранулами Dynabead поли(А)+ фракции, выделенной из здоровой ткани, получая драйвер-ДНК. Синтез первой и второй цепи осуществляли in situ с использованием связанной с гранулами Dynabead поли(A)+ фракции, выделенной из зараженной ткани, получая ДНК-мишень. Все реакции с использованием кДНК проводили с помощью набора для синтеза кДНК согласно инструкциям производителя (фирма Pharmacia). Три примененных олигонуклеотида, т.е. SUB21 (5' CTCTTGCTTGAATTCGGACTA 3'), обозначен как SEQ. ID. No. 30, SUB25 (5' TAGTCCGAATTCAAGCAAGAGCACA 3') (последовательности, описанные у Duguid и Dinauer, 1990 и обозначенные как SEQ. ID. No. 31) и LDT15 (5' GACAGAAGCGGATCCd(T)15 3') (O'Reilly, 1991), обозначена как SEQ. ID. No. 32, обрабатывали полинуклеотидкиназой фага Т4 согласно методу, описанному у Maniatis и др., (1982). Затем SUB21 и SUB25 "отжигали", получая линкер, который далее лигировали с ДНК-мишенью с помощью ДНК-лигазы фага Т4 согласно методу, описанному у King и Blakesley (1986). Затем гранулы, несущие ДНК-мишень, интенсивно промывали с помощью ТЕ и вторую цепь кДНК элюировали при 95°С в пятикратном (5х) SSC.Poly (A) + RNA (mRNA) was isolated from 200 mg of total RNA samples obtained from healthy and infected root tissue of C319 tobacco using Dynabead magnetic loaded oligo-dT granules according to the manufacturer's instructions. The first cDNA strand was synthesized in situ using a Dynabead-bound poly (A) + fraction isolated from healthy tissue to obtain driver DNA. The first and second strands were synthesized in situ using the Dynabead-bound poly (A) + fraction isolated from the infected tissue to obtain the target DNA. All cDNA reactions were performed using the cDNA synthesis kit according to the manufacturer's instructions (Pharmacia). The three oligonucleotides used, i.e. SUB21 (5 'CTCTTGCTTGAATTCGGACTA 3'), designated as SEQ. ID No. 30, SUB25 (5 'TAGTCCGAATTCAAGCAAGAGCACA 3') (sequences described by Duguid and Dinauer, 1990 and designated as SEQ. ID. No. 31) and LDT15 (5 'GACAGAAGCGGATCCd (T) 15 3') (O'Reilly, 1991 ), denoted as SEQ. ID No. 32, were treated with T4 phage polynucleotide kinase according to the method described by Maniatis et al., (1982). Then SUB21 and SUB25 were “annealed” to obtain a linker, which was then ligated to the target DNA using T4 phage DNA ligase according to the method described by King and Blakesley (1986). Then, the pellets carrying the target DNA were washed extensively with TE and the second cDNA strand was eluted at 95 ° C in a five-fold (5x) SSC.

РНК, связанную с гранулами Dynabead, которые связаны с драйвер-ДНК, удаляли нагреванием и элюированную ДНК-мишень гибридизовали с драйвер-ДНК при 55°С в 5×SSC в течение 5 ч. Не вступившую в реакцию гибридизации ДНК-мишень отделяли от связанной с гранулами драйвер-ДНК при комнатной температуре (КТ) согласно инструкциям производителя, после чего вступившую в реакцию гибридизации ДНК-мишень также отделяли от связанной с гранулами драйвер-ДНК при 95°С. ДНК-мишень, полученную элюированием при комнатной температуре, вновь добавляли к драйвер-ДНК и гибридизацию повторяли. Этот процесс повторяли до тех пор, пока количество ДНК-мишени, вступившее в реакцию гибридизации с драйвер-ДНК, больше не превышало количество, не вступившее в реакцию гибридизации. Концентрации ДНК оценивали с помощью набора типа DNA Dipstick (фирма Invitrogen) согласно инструкциям производителя.RNA associated with Dynabead granules that are associated with driver DNA was removed by heating and the eluted target DNA was hybridized with driver DNA at 55 ° C in 5 × SSC for 5 hours. Unreacted hybridization of the target DNA was separated from the bound with driver-DNA granules at room temperature (CT) according to the manufacturer's instructions, after which the target DNA that has entered the hybridization reaction was also separated from the driver-DNA bound to the granules at 95 ° C. The target DNA obtained by elution at room temperature was again added to the driver DNA and the hybridization was repeated. This process was repeated until the amount of the target DNA that entered the hybridization reaction with the driver DNA no longer exceeded the amount that did not enter the hybridization reaction. DNA concentrations were evaluated using a DNA Dipstick kit (Invitrogen) according to the manufacturer's instructions.

Аликвотные количества конечной фракции, полученной элюированием при комнатной температуре, использовали для ПЦР-амплификации (Eckert и Kunkel, 1990), получая двухцепочечную кДНК для клонирования в плазмидном векторе. Амплификацию ДНК-мишени осуществляли с помощью праймеров SUB21 и LDT15 в условиях, описанных у Frohman и др., 1988. Затем ПЦР-продукты встраивали путем лигирования в расщепленный с помощью Smal вектор pBluescript согласно методу, описанному у King и Blakesley (1986).Aliquots of the final fraction, obtained by elution at room temperature, were used for PCR amplification (Eckert and Kunkel, 1990) to obtain double-stranded cDNA for cloning in a plasmid vector. The amplification of the target DNA was performed using primers SUB21 and LDT15 under the conditions described by Frohman et al., 1988. Then, PCR products were inserted by ligation into the Smal digested pBluescript vector according to the method described by King and Blakesley (1986).

Скрининг субтрактивной библиотеки с помощью обратного Нозерн-блоттингаSubtractive library screening using reverse Northern blotting

Рекомбинанты идентифицировали с помощью колониальной ПЦР (Gussow и Clackson, 1989). Амплифицированные вставки анализировали с помощью Саузерн-блоттинга в трех повторностях на мембранах типа Pall Biodyne согласно рекомендациям производителя. Как предварительную гибридизацию, так и основную гибридизацию осуществляли при 42°С в 5×SSPE, 0,05% BLOTTO, 50% формамида. Мембраны гибридизовали по отдельности с кДНК-зондами (см. ниже), полученными из здоровой и зараженной ткани, и с зондом, содержащим амплифицированную ДНК-мишень из последней, полученной отделением (вычитанием) фракции. Клоны, проявившие сигнал гибридизации только с кДНК-зондом из зараженной ткани или проявившие сигнал гибридизации только с зондом из полученной отделением (вычитанием) фракции, отбирали для дальнейшего анализа.Recombinants were identified by colonial PCR (Gussow and Clackson, 1989). Amplified inserts were analyzed by Southern blotting in triplicate on Pall Biodyne type membranes according to the manufacturer's recommendations. Both pre-hybridization and primary hybridization were carried out at 42 ° C in 5 × SSPE, 0.05% BLOTTO, 50% formamide. The membranes were hybridized separately with cDNA probes (see below) obtained from healthy and infected tissue, and with a probe containing an amplified target DNA from the latter obtained by separation (subtraction) of the fraction. Clones that showed a hybridization signal only with a cDNA probe from infected tissue or showed a hybridization signal only with a probe from the fraction obtained by separation (subtraction) were selected for further analysis.

Получение кДНК-зондаObtaining cDNA probe

Образцы, содержащие по 10 мкг общей РНК из здоровой и зараженной ткани, обрабатывали 2,5 ед ДНКазы1 при 37°С в течение 15 мин. Затем ДНКазу1 денатурировали при 95°С в течение 10 мин перед синтезом кДНК, который осуществляли с использованием протокола производителя (фирма Pharmacia). Затем РНК удаляли в присутствии 0,4 М гидроксида натрия в течение 10 мин при КТ и кДНК очищали с помощью вращающейся колонки Sephacryl 400HR. Выход и концентрацию определяли с помощью набора типа DNA Dipsticks (фирма Invitrogen). кДНК метили с помощью олигонуклеотидов из расчета примерно 35 нг/зонд с использованием стандартного протокола олигонуклеотидного мечения фирмы Pharmacia.Samples containing 10 μg of total RNA from healthy and infected tissue were treated with 2.5 U of DNase1 at 37 ° C for 15 min. Then, DNase1 was denatured at 95 ° C for 10 min before cDNA synthesis, which was carried out using the manufacturer's protocol (Pharmacia). Then the RNA was removed in the presence of 0.4 M sodium hydroxide for 10 min at RT and the cDNA was purified using a Sephacryl 400HR rotary column. The yield and concentration were determined using a DNA Dipsticks type kit (Invitrogen). cDNA was labeled with oligonucleotides at a rate of about 35 ng / probe using the standard Pharmacia oligonucleotide labeling protocol.

Нозерн-блоттингNorthern blotting

Для оценки профиля экспрессия клонов, выбранных с использованием анализа на основе обратного Нозерн-блоттинга, их применяли в качестве зондов для анализа с помощью Нозерн-блоттинга либо общей РНК, либо поли(А)+-РНК, полученной из здоровых и зараженных корней, стеблей, листьев и цветков. Блоты общей РНК содержали по 25 мкг РНК на полосу, в то время как блоты поли (А)+-РНК содержали по 0,5-1,0 мкг РНК на полосу. РНК подвергали электрофорезу на формальдегидных гелях и блоттировали на мембране типа Pall Biodyne В согласно методу, описанному у Fourney и др. (1988). Зонды метили и гибридизовали согласно описанным выше методикам.To evaluate the profile, expression of clones selected using reverse Northern blot analysis was used as probes for Northern blot analysis of either total RNA or poly (A) + RNA obtained from healthy and infected roots, stems , leaves and flowers. Blots of total RNA contained 25 μg RNA per lane, while blots of poly (A) + RNA contained 0.5-1.0 μg RNA per lane. RNA was subjected to electrophoresis on formaldehyde gels and blotted on a Pall Biodyne B type membrane according to the method described by Fourney et al. (1988). The probes were labeled and hybridized according to the methods described above.

Саузерн-блоттингSouthern blotting

Для определения того, имеют ли отобранные кДНК происхождение из растения или нематоды, ДНК табака сорта С319 и нематоды M.javanica получали согласно методу, описанному у Gawel и Jarret (1991). Готовили блоты для анализа методом Саузерн-блоттинга, которые содержали по 10 мкг расщепленной с помощью EcoRI и HindII ДНК на полосу. Блоты гибридизовали с меченными с помощью олигонуклеотидов зондами согласно описанному выше методу.To determine whether the selected cDNA is from a plant or a nematode, C319 tobacco DNA and M. javanica nematodes were obtained according to the method described by Gawel and Jarret (1991). Southern blots were prepared for analysis by blots containing 10 μg of DNA digested with EcoRI and HindII per lane. Blots were hybridized with oligonucleotide-labeled probes as described above.

Гибридизация in situIn situ hybridization

Для определения локализации экспрессии представляющих интерес кДНК в области, которой питаются нематоды, осуществляли гибридизацию in situ. Ткань зараженных и здоровых корней погружали в воск, делали срезы и гибридизовали с зондами согласно методу, описанному у Jackson (1991).In situ hybridization was performed to determine the localization of the expression of the cDNA of interest in the region that the nematodes feed on. The tissue of the infected and healthy roots was immersed in wax, cut and hybridized with probes according to the method described by Jackson (1991).

Выделение 5'-концов мРНКIsolation of 5'-ends of mRNA

Строение 5'-концов представляющих интерес РНК определяли с помощью 5'-RACE согласно методу, описанному у Frohman и др. (1988).The structure of the 5'-ends of the RNAs of interest was determined using 5'-RACE according to the method described by Frohman et al. (1988).

Выделение промоторных областейIsolation of promoter regions

Промоторные области представляющих интерес генов выделяли с помощью ПЦР с использованием лигированного вектора. 100 нг образцов расщепленной с помощью рестриктаз геномной ДНК табака сорта С319 лигировали в течение 4 ч при КТ (King и Blakesley, 1986) с 100 нг образцов вектора pBluescript (расщепленного с помощью рестриктаз с получением совместимых концов). Как правило, использовали такие ферменты, как EcoRI, BamHI, HindIII, BglII, XhoI, ClaI, SalI, KpnI, PstI и SstI. Затем осуществляли ПЦР с использованием в качестве матрицы продуктов лигирования с применением векторного праймера, такого как секвенирующий праймер-40 и праймер, комплементарный 5'-концу мРНК. Затем ПЦР-продукты клонировали и секвенировали. При необходимости процесс повторяли с использованием нового праймера, комплементарного 5'-концу промоторного фрагмента, для гарантии того, что выделены контролирующие последовательности промоторов.The promoter regions of the genes of interest were isolated by PCR using a ligated vector. 100 ng of restriction enzyme digested genomic DNA samples of tobacco cultivar C319 were ligated for 4 hours at CT (King and Blakesley, 1986) with 100 ng of pBluescript vector samples (digested with restriction enzymes to give compatible ends). Typically, enzymes such as EcoRI, BamHI, HindIII, BglII, XhoI, ClaI, SalI, KpnI, PstI and SstI were used. Then, PCR was carried out using ligation products as a template using a vector primer such as a sequencing primer-40 and a primer complementary to the 5 ′ end of the mRNA. Then the PCR products were cloned and sequenced. If necessary, the process was repeated using a new primer complementary to the 5'-end of the promoter fragment to ensure that the control sequences of the promoters were isolated.

С использованием описанных выше процедур был идентифицирован и выделен из растений табака ген KNT1. Промоторный фрагмент KNT1 длиной примерно 0,8 т.п.н., простирающийся от сайта инициации транскрипции, выделяли и встраивали в репортерный несущий ген GUS вектор pBI101 (Jefferson и др., 1987). Полученную в результате конструкцию pBIN05101 применяли для трансформации растений табака. При заражении М. javanica был обнаружен высокий уровень экспрессии гена GUS в областях, которыми питаются нематоды.Using the procedures described above, the KNT1 gene was identified and isolated from tobacco plants. The KNT1 promoter fragment, approximately 0.8 kb in length, extending from the transcription initiation site, was isolated and inserted into the GUS reporter carrying the pBI101 vector (Jefferson et al., 1987). The resulting construct pBIN05101 was used to transform tobacco plants. When M. javanica was infected, a high level of expression of the GUS gene was detected in the areas that nematodes feed on.

Установлено, что ген KNT1 гомологичен гену, присутствующему в других видах растений, отличных от табака. Эти растения включают (но не ограничиваясь ими) Solanum tuberosum (картофель), Lycopersicon esculentum (томаты) и Beta vulgaris (свекла). Ген KNT1 индуцировался как галловыми, так и цистообразующими видами нематод.The KNT1 gene has been found to be homologous to the gene present in plants other than tobacco. These plants include, but are not limited to, Solanum tuberosum (potatoes), Lycopersicon esculentum (tomatoes), and Beta vulgaris (beets). The KNT1 gene was induced by both gall and cyst-forming nematode species.

В соответствии с Будапештским договором о международном признании депонирования микроорганизмов для целей патентной процедуры конструкция pBIN05101 была депонирована фирмой Advanced Technologies (Кэмбридж) Limited, 210 Cambridge Science Park, Cambridge CB4 OWA, Великобритания в Национальных коллекциях промышленных, пищевых и морских бактерий (National Collections of Industrial, Food и Marine Bacteria, NCIMB), 23 St. Machar Street, Абердин, Шотландия, 20 марта 1997 г. под регистрационным номером NCIMB 40870. Вектор содержит левую и правую пограничные последовательности Т-ДНК штамма Agrobacterium tumefaciens C58. Между пограничными последовательностями находится множественный сайт клонирования и ген, обусловливающий устойчивость к канамицину, под контролем растительного промотора (Nos). Снаружи от пограничных последовательностей в векторе расположен бактериальный ген, обусловливающий устойчивость к канамицину. Вставка в вектор включает промотор KNT1 - кодирующую последовательность глюкуронидазы - терминатор Nos.In accordance with the Budapest Treaty on the International Recognition of the Deposit of Microorganisms for the Purposes of Patent Procedure, pBIN05101 was deposited by Advanced Technologies (Cambridge) Limited, 210 Cambridge Science Park, Cambridge CB4 OWA, United Kingdom at the National Collections of Industrial , Food and Marine Bacteria, NCIMB), 23 St. Machar Street, Aberdeen, Scotland, March 20, 1997 under registration number NCIMB 40870. The vector contains the left and right T-DNA border sequences of Agrobacterium tumefaciens C58 strain. Between the border sequences there is a multiple cloning site and a gene that determines resistance to kanamycin, under the control of a plant promoter (Nos). Outside of the border sequences, a bacterial gene is located in the vector that determines resistance to kanamycin. The insertion into the vector includes the KNT1 promoter, the coding sequence of glucuronidase, the Nos terminator.

Получение конструкций PAP-SObtaining PAP-S constructs

Конструкции трансгенов PAP-S создавали в векторах, пригодных для применения в системе кратковременной экспрессии в протопласте (фиг.1). Конструкции создавали в векторе pDE4 с большим количеством копий (Denecke и др., 1990) с использованием конститутивного промотора 35S CaMV. Были созданы следующие конструкции:PAP-S transgene constructs were created in vectors suitable for use in a protoplast short-term expression system (FIG. 1). Constructs were created in the pDE4 vector with a large number of copies (Denecke et al., 1990) using the constitutive 35S CaMV promoter. The following designs were created:

1.pDE4/Pro-PAP-S1.pDE4 / Pro-PAP-S

2. pDE4/PAP-S ΔN2. pDE4 / PAP-S ΔN

3. pDE4/PAP-S ΔС3. pDE4 / PAP-S ΔС

4. pDE4/PAP-S4.pDE4 / PAP-S

5. pDE4/PAP-S α5. pDE4 / PAP-S α

6. pDE4/PAP-S β6. pDE4 / PAP-S β

Для экспериментов по трансформации растений также создавали содержащие эффекторные компоненты PAP-S-конструкции в бинарных векторах с использованием различных промоторов. Последовательности PAP-S сначала клонировали в векторах-донорах pDVM (как показано на фиг.2), содержащих индуцируемый нападением нематод промотор KNT1 и терминатор Nos. Затем кассеты промотор-ген-терминатор вырезали и клонировали в бинарном векторе рАТС (фиг.3) и интродуцировали путем электропорации в штамм Agrobacterium tumefaciens LBA4404.For experiments on plant transformation, PAP-S constructs containing effector components in binary vectors using various promoters were also created. PAP-S sequences were first cloned into pDVM donor vectors (as shown in FIG. 2) containing the nematode-induced KNT1 promoter and the Nos terminator. Then the promoter-gene-terminator cassettes were cut out and cloned in the pATC binary vector (Fig. 3) and introduced by electroporation into the Agrobacterium tumefaciens LBA4404 strain.

Аналогичным образом получали конструкции, пригодные для применения согласно другим вариантам осуществления изобретения, с использованием методик, аналогичных описанным выше, и выбирая промоторы, соответствующие мишени.Similarly, constructs suitable for use in accordance with other embodiments of the invention were obtained using techniques similar to those described above and selecting promoters corresponding to the target.

Экспресс-анализ конструкций PAP-S в протопластах табакаRapid analysis of PAP-S constructs in tobacco protoplasts

В этом анализе опосредуемую PAP-S инактивацию рибосом определяли, оценивая синтез протеина GUS. Протопласты получали из листьев выращенных in vitro растений табака и подвергали электропорации с использованием конструкций PAP-S. Эффективность рибосом в отношении трансляции протеина в протопластах табака оценивали с помощью репортерного гена GUS в конструкции pDE4 под контролем промотора 35S CaMV. Несущую ген GUS конструкцию pDE4 подвергали совместной электропорации с каждой конструкцией PAP-S. Для получения данных об оптимальных уровнях синтеза протеина GUS в протопластах в условиях конкуренции со вторым протеином использовали GUS-позитивный контроль, для создания которого осуществляли совместную электропорацию протопластов табака с использованием несущей нетоксичный хаперонный протеин BiP конструкции pDE800 (Leborgna-Castel и др., 1999) и несущей GUS конструкции pDE4. Также применяли GUS-отрицательный контроль, для создания которого осуществляли совместную электропорацию протопластов табака с использованием незагруженного вектора pDE4 и несущей нетоксичный хаперонный протеин BiP конструкции.In this assay, PAP-S-mediated ribosome inactivation was determined by evaluating GUS protein synthesis. Protoplasts were obtained from the leaves of in vitro tobacco plants and electroporated using PAP-S constructs. The effectiveness of ribosomes with respect to protein translation in tobacco protoplasts was evaluated using the GUS reporter gene in pDE4 construct under the control of the 35S CaMV promoter. The GUS gene bearing pDE4 construct was electroporated with each PAP-S construct. To obtain data on the optimal levels of GUS protein synthesis in protoplasts under conditions of competition with the second protein, a GUS-positive control was used, which was created by electroporation of tobacco protoplasts using the non-toxic BiP chaperone protein construction pDE800 (Leborgna-Castel et al., 1999) and GUS carrier pDE4. A GUS-negative control was also used, to create which co-electroporation of tobacco protoplasts was carried out using the unloaded pDE4 vector and the non-toxic chaperone protein BiP bearing the construct.

(I) Зрелый PAP-S.(I) Mature PAP-S.

Протопласты табака трансформировали путем совместной электропорации конструкциями PAP-S и конструкцией, несущей GUS.Tobacco protoplasts were transformed by co-electroporation with PAP-S constructs and a GUS-bearing construct.

Воздействие активности PAP-S на рибосомы оценивали по уровням активности GUS после экспрессии в течение 24 ч (фиг.5). Результаты свидетельствовали о том, что протеин PAP-S эффективно инактивирует рибосомы табака. Поэтому при сравнении с GUS-положительным контролем были обнаружены лишь фоновые уровни GUS.The effect of PAP-S activity on ribosomes was evaluated by GUS activity levels after expression for 24 hours (Fig. 5). The results indicated that the PAP-S protein effectively inactivates tobacco ribosomes. Therefore, when compared with the GUS-positive control, only background GUS levels were detected.

(II) Конструкции, содержащие модифицированный PAP-S(II) Constructs containing modified PAP-S

С использованием протопластов табака анализировали различные версии протеинов PAP-S (фиг.6).Using tobacco protoplasts, various versions of the PAP-S proteins were analyzed (FIG. 6).

Установлено, что интактный Pro-PAP-S обладал такой же эффективностью, что и зрелый протеин PAP-S в отношении ингибирования трансляции протеина, что поддерживает гипотезу о его активации эндогенными протеазами. Однако модификации последовательностей Pro-PAP-S препятствуют этой активации. Роль N- и С-концевых удлинений протеина PAP-S, вероятно является различной, так как предварительная делеция С-концевой области Pro-PAP-S оказывала небольшое воздействие на последующую инактивацию рибосом, а равноценная делеция N-концевой области Pro-PAP-S приводила к синтезу молекулы, которая не могла процессироваться с образованием активной формы.It was found that intact Pro-PAP-S was as effective as the mature PAP-S protein in inhibiting protein translation, which supports the hypothesis of its activation by endogenous proteases. However, modifications to the Pro-PAP-S sequences inhibit this activation. The role of the N- and C-terminal extensions of the PAP-S protein is probably different, since a preliminary deletion of the C-terminal region of Pro-PAP-S had little effect on subsequent inactivation of the ribosomes, and an equivalent deletion of the N-terminal region of Pro-PAP-S led to the synthesis of a molecule that could not be processed to form an active form.

Это позволяет создать двухкомпонентную систему активации, основанную на применении Δ-N Pro-PAP-S со специфическим сайтом расщепления, встроенным по соседству с С-концевой областью, или в альтернативном варианте или в дополнение к нему, основанную на применении Δ-С Pro-PAP-S с последовательностью, которая блокирует эндогенные протеазы, но действует в качестве специфического сайта расщепления, встроенного по соседству с N-концевой областью.This allows you to create a two-component activation system based on the use of Δ-N Pro-PAP-S with a specific cleavage site, built next to the C-terminal region, or alternatively or in addition to it, based on the use of Δ-C Pro- PAP-S with a sequence that blocks endogenous proteases, but acts as a specific cleavage site, integrated in the vicinity of the N-terminal region.

(III) Различные домены PAP-S(III) Various PAP-S domains

Полипептидные области PAP-S α и PAP-S β также экспрессировали либо индивидуально, либо в сочетании друг с другом в протопластах табака (фиг.7).The polypeptide regions of PAP-S α and PAP-S β were also expressed either individually or in combination with each other in tobacco protoplasts (Fig. 7).

Неожиданно было установлено, что экспрессия одного любого протеина PAP-S α или PAP-S β приводила к значительному снижению активности GUS. С учетом предположений, основанных на структурных особенностях, PAP-S α содержит мотив распознавания РНК и области домена связывания рибосомы, в то время как PAP-S β содержит имеющий решающее значение остаток каталитического сайта. Протеин PAP-S α может предупреждать трансляцию протеина путем связывания с рибосомами и прекращения трансляции протеина. Результаты позволяют предположить, что PAP-S α адаптирован к правильной складчатой конформации и обладает способностью к специфическому распознаванию молекул. PAP-S β содержит остаток активного сайта, необходимый для депуринизации рибосом, но маловероятно, что он обладает способностью распознавать рибосому и взаимодействовать с ней. Однако эти результаты неожиданно продемонстрировали, что PAP-S β в действительности обладает способностью ингибировать синтез протеина. Это позволяет предположить, что при индивидуальном применении PAP-S β адаптирован к правильной складчатой конформации и обладает способностью к специфическому распознаванию молекул и каталитическому расщеплению. Инактивация рибосом, происходящая при индивидуальном применении PAP-S β, выше, чем при применении PAP-S α.Unexpectedly, it was found that the expression of any one protein PAP-S α or PAP-S β led to a significant decrease in GUS activity. Based on assumptions based on structural features, PAP-S α contains the RNA recognition motif and the region of the ribosome binding domain, while PAP-S β contains the crucial residue of the catalytic site. Protein PAP-S α can prevent protein translation by binding to ribosomes and terminating protein translation. The results suggest that PAP-S α is adapted to the correct folded conformation and has the ability to specifically recognize molecules. PAP-S β contains the remainder of the active site necessary for the depurinization of ribosomes, but it is unlikely that it has the ability to recognize and interact with the ribosome. However, these results unexpectedly demonstrated that PAP-S β actually has the ability to inhibit protein synthesis. This suggests that, when used individually, PAP-S β is adapted to the correct folding conformation and has the ability to specifically recognize molecules and catalytic cleavage. The inactivation of ribosomes that occurs with PAP-S β alone is higher than with PAP-S α.

Одновременная экспрессия и PAP-S α и PAP-S β в протопластах не приводила к дополнительному снижению активности GUS по сравнению с экспрессией только протеина PAP-S β. Это отличается от ситуации, характерной для применения доменов RIP α и RIP β кукурузы, при совместной экспрессии которых происходило дополнительное снижение активности, что описано в находящейся в одновременном рассмотрении заявке этих же авторов, поданной одновременно с настоящей заявкой.Simultaneous expression of both PAP-S α and PAP-S β in protoplasts did not lead to an additional decrease in GUS activity compared to the expression of only PAP-S β protein. This differs from the situation typical for the use of maize RIP α and RIP β domains, during the joint expression of which there was an additional decrease in activity, which is described in a pending application of the same authors, filed simultaneously with this application.

Конструкция, содержащая инактивированную с помощью структурной модификации форму PAP-S:Design containing structural inactivated PAP-S form:

Ингибирование активности РАР путем предупреждения связывания рРНК может быть опосредовано образованием слитого протеина, простирающегося в активный сайт вблизи РАР.Inhibition of PAP activity by preventing the binding of rRNA can be mediated by the formation of a fusion protein that extends into the active site near the PAP.

Приемлемый компонент, выбранный для создания слитого протеина, представлял собой протеин цистатина риса (оризацистатин), и для оптимальной экспрессии в картофеле синтезировали синтетическую версию гена, содержащую наиболее часто встречающийся кодон (SEQ. ID. No. 17). Для гарантии того, что цистатин будет располагаться в положении в области активного сайта РАР, 7 аминокислот изымали путем делеции из С-конца РАР. Слияние с цистатином создавали, использую линкерную последовательность, кодирующую сайт расщепления протеазой NIa вируса табачной гравировки (TEV).A suitable component selected to create the fusion protein was rice cystatin protein (oryzacystatin), and a synthetic version of the gene containing the most common codon was synthesized for optimal expression in potatoes (SEQ. ID. No. 17). To ensure that cystatin will be positioned in the region of the active site of PAP, 7 amino acids were deleted by deletion from the C-terminus of PAP. A cystatin fusion was created using a linker sequence encoding the protease cleavage site NIa of the tobacco engraving virus (TEV).

Описанные ниже праймеры создавали для конструирования слияния между PAP-S и цистатином риса ΔD86 с сайтом расщепления протеазой (PCS) TEV между ними в качестве линкера (фиг.8). Последовательность, кодирующую слитый протеин, амплифицировали из клонированной ДНК с использованием двух ПЦР-фрагментов; (I) PAP-S плюс PCS амплифицировали с использованием PS1BF и PCSPAPSR (SEQ. ID. No. 11 и 20), и (II) цистатин Δ86 с PCS амплифицировали с использованием праймеров PCSDelta86F и SYNPOTDelta86SR (SEQ. ID. No. 21 и 22). Затем два ПЦР-фрагмента применяли для амплификации полноразмерного слитого протеина (PAPS- PCS-цистатин Delta86) путем обеспечивающей перекрывающее удлинение ПЦР с использованием праймеров PS1BF и SYNPOTDelta86SR (SEQ. ID. No. 11 и 22).The primers described below were used to construct a fusion between PAP-S and rice cystatin ΔD86 with the TEV protease cleavage site (PCS) between them as a linker (Fig. 8). The fusion protein encoding sequence was amplified from cloned DNA using two PCR fragments; (I) PAP-S plus PCS were amplified using PS1BF and PCSPAPSR (SEQ. ID. No. 11 and 20), and (II) cystatin Δ86 with PCS was amplified using primers PCSDelta86F and SYNPOTDelta86SR (SEQ. ID. No. 21 and 22). Then, two PCR fragments were used to amplify a full-size fusion protein (PAPS-PCS-cystatin Delta86) by providing overlapping PCR extension using primers PS1BF and SYNPOTDelta86SR (SEQ. ID. No. 11 and 22).

Согласно этой процедуре 8 аминокислот из С-конца PAP-S удаляли и встраивали сайт расщепления протеазой NIa TEV (7 аминокислот) с помощью праймера PCSDelta86F (SEQ. ID. No. 21), обеспечивающего кодирование гептапептида: Glu Pro Val Tyr Phe Gln Gly. Затем добавляли цистатин в виде протеина, слитого с С- концом последовательности PAPS-PCS.According to this procedure, 8 amino acids from the C-terminus of the PAP-S were removed and the NIa TEV protease cleavage site (7 amino acids) was inserted using the PCSDelta86F primer (SEQ. ID. No. 21) encoding the heptapeptide: Glu Pro Val Tyr Phe Gln Gly. Cystatin was then added as a protein fused to the C-terminus of the PAPS-PCS sequence.

Слитый ПЦР-продукт клонировали в векторе pBluescript и его последовательность подтверждали путем анализа последовательности.The fused PCR product was cloned into pBluescript vector and its sequence was confirmed by sequence analysis.

Функциональный анализ инактивированного протеина PAP-S в системе транскрипции/трансляции in vitroFunctional analysis of inactivated PAP-S protein in an in vitro transcription / translation system

Активность конструкций pBS/Pro PAP-S, pBS/PAP-S и pBS/PAP-S/PCS/цистатин ΔD86 оценивали с помощью системы лизата кроличьих ретикулоцитов. Применяли систему быстрой слитой транскрипции и трансляции на основе TnT фага Т7 (фирма Promega Corporation).The activity of the constructs pBS / Pro PAP-S, pBS / PAP-S and pBS / PAP-S / PCS / cystatin ΔD86 was evaluated using a rabbit reticulocyte lysate system. A fast fusion transcription and translation system based on TnT phage T7 phage (Promega Corporation) was used.

Содержащие TnT реакционные смеси инкубировали при 30°С всего в течение 60 мин с различными конструкциями РАР с использованием содержащей люциферазу конструкции в качестве положительного контроля. После начальной 30-минутной инкубации конструкций РАР с содержащими TnT реакционными смесями во все реакционные смеси добавляли равное количество матрицы-люциферазы и инкубацию продолжали в течение еще 30 мин. Аликвотные количества различных реакционных смесей смешивали с реагентом для анализа люциферазы (Luciferase Assay Reagent) и активность люциферазы оценивали с помощью люминометра в течение 10 с (фиг.9).TnT-containing reaction mixtures were incubated at 30 ° C. for a total of 60 minutes with various PAP constructs using luciferase-containing constructs as a positive control. After an initial 30-minute incubation of PAP constructs with TnT-containing reaction mixtures, an equal amount of luciferase matrix was added to all reaction mixtures and incubation was continued for another 30 minutes. Aliquots of the various reaction mixtures were mixed with the luciferase assay reagent (Luciferase Assay Reagent) and the luciferase activity was evaluated using a luminometer for 10 s (Fig. 9).

Результаты по оценке трансляции протеина Pro PAP-S и PAP-S свидетельствовали о том, что, как и ожидалось, протеины инактивировали трансляцию, осуществляемую с помощью кроличьих рибосом. Модифицированный слитый протеин РАР оказался относительно неактивным по сравнению с РАР. Трансляцию различных протеинов РАР подтверждали по включению биотинилированной тРНК лизила, которую использовали в качестве метки в процессе трансляции и которую выявляли с помощью стрептавидина, конъюгированного с щелочной фосфатазой. Не было возможно обнаружить транслированные протеины Pro PAP-S и PAP-S из-за быстрой инактивации рибосом, в то же время были выявлены относительно большие количества модифицированного слитого протеина РАР, что свидетельствовало об относительно слабой активности этого слитого протеина РАР в отношении кроличьих рибосом.The translation evaluation results of the Pro PAP-S and PAP-S Proteins indicated that, as expected, the proteins inactivated translation using rabbit ribosomes. The modified PAP fusion protein was found to be relatively inactive compared to PAP. The translation of various PAP proteins was confirmed by the inclusion of biotinylated lysyl tRNA, which was used as a label in the translation process and which was detected using streptavidin conjugated with alkaline phosphatase. It was not possible to detect translated Pro PAP-S and PAP-S proteins due to the rapid inactivation of the ribosomes, while relatively large amounts of the modified PAP fusion protein were detected, indicating a relatively weak activity of this PAP fusion protein in relation to rabbit ribosomes.

Клонирование NIa-протеазы TEVCloning of NEV Protease TEV

Ген NIa-протеазы TEV амплифицировали из клона кДНК TEV. Для целей клонирования сайт рестрикции SpeI удаляли с помощью перекрывающихся обеспечивающих удаление праймеров. NIa-протеазу сначала амплифицировали в виде двух ПЦР-фрагментов с использованием праймеров NIAPROBF (SEQ. ID. No. 23) плюс NIAPPROSR (SEQ. ID. No. 26) и NIAPROSDF (SEQ. ID. NO. 25) плюс NIAPROSR (SEQ. ID. NO. 24) и затем полноразмерную протеазу амплифицировали с помощью обеспечивающей перекрывающееся удлинение ПЦР с использованием праймеров NIAPROBF (SEQ. ID. No. 23) плюс NIAPROSR (SEQ. ID. No. 24).The TEV NIa protease gene was amplified from a TEV cDNA clone. For cloning purposes, the SpeI restriction site was removed using overlapping deletion primers. The NIa protease was first amplified as two PCR fragments using NIAPROBF primers (SEQ. ID. No. 23) plus NIAPPROSR (SEQ. ID. No. 26) and NIAPROSDF (SEQ. ID. NO. 25) plus NIAPROSR (SEQ. (ID. NO. 24) and then the full-length protease was amplified using overlapping PCR extension using NIAPROBF primers (SEQ. ID. No. 23) plus NIAPROSR (SEQ. ID. No. 24).

Экспресс-анализ в протопласте слитого протеина PAP-SRapid analysis in the protoplast fused protein PAP-S

Воздействие модифицированного PAP-S/цистатина на рибосомы табака анализировали в протопластах, и было установлено, что протеин обладал значительно более низкой активностью по сравнению с немодифицированным протеином (фиг.10). Однако при совместной экспрессии NIa-протеазы TEV в сочетании с протеином модифицированный PAP-S/цистатин обнаружено повышение инактивации рибосом. Раздельная экспрессия NIa-протеазы TEV не оказывала воздействия на синтез протеина GUS.The effect of modified PAP-S / cystatin on tobacco ribosomes was analyzed in protoplasts, and it was found that the protein had significantly lower activity compared to unmodified protein (figure 10). However, with co-expression of the TEV NIa protease in combination with the protein-modified PAP-S / cystatin, an increase in ribosome inactivation was found. Separate expression of the TEV NIa protease did not affect GUS protein synthesis.

Двухкомпонентная система для индуцируемой нематодами экспрессии модифицированного PAP-STwo-component system for nematode-induced expression of modified PAP-S

Для оценки эффективности модифицированного протеина PAP-S и его активации с помощью NIa-протеазы TEV создавали двойную конструкцию с использованием двух индуцируемых нематодами промоторов KNT1 (описан выше) и KNT2 (SEQ. ID. No. 27). KNT2 обеспечивал экспрессию в массе корня (но не в кончиках корней) и в гигантских клетках пораженного нематодами растения.To evaluate the effectiveness of the modified PAP-S protein and its activation using the NIa protease TEV, a double construct was created using two nematode-induced promoters KNT1 (described above) and KNT2 (SEQ. ID. No. 27). KNT2 provided expression in the mass of the root (but not at the tips of the roots) and in the giant cells of the nematode-affected plant.

Ген NIa-протеазы TEV амплифицировали с помощью ДНК-полимеразы Pfu и ПЦР-продукт клонировали в виде XbaI- и SalI-фрагмента в векторах pBluescript. Рекомбинантный клон секвенировали с целью подтверждения его идентичности. Гены слияния PAP-S-PCS-цистатин ΔD86 NIa-протеазы TEV клонировали по отдельности в векторах-донорах pDVM в виде отдельных конструкций с помощью промоторов KNT2 и KNT1 соответственно. Двойную конструкцию (фиг.11) создавали в промежуточном векторе-доноре pDVM и повторно клонировали в бинарном растительном трансформирующем векторе рАТС для получения трансгенных растений и признака устойчивости к нематодам.The TEV NIa protease gene was amplified using Pfu DNA polymerase, and the PCR product was cloned as an XbaI and SalI fragment in pBluescript vectors. The recombinant clone was sequenced to confirm its identity. The fusion genes PAP-S-PCS-cystatin ΔD86 NIa protease TEV were cloned individually in pDVM donor vectors as separate constructs using KNT2 and KNT1 promoters, respectively. The double construct (Fig. 11) was created in the pDVM intermediate donor vector and re-cloned in the pATC binary plant transforming vector to obtain transgenic plants and a sign of resistance to nematodes.

Получение трансгенных растенийGetting transgenic plants

Две конструкции, а именно рАТС05501, содержащую полностью процессированную зрелую версию PAP-S, и рАТС05502, содержащую предшественник Pro-PAP-S (фиг.4), интродуцировали с помощью штамма Agrobacterium tumefaciens LBA4404 в растения табака и картофеля с использованием метода совместного культивирования листовых дисков, описанного у Horsch и др. (1985).Two constructs, namely, pATC05501, containing a fully processed mature version of PAP-S, and pATC05502, containing the precursor Pro-PAP-S (Fig. 4), were introduced using the Agrobacterium tumefaciens LBA4404 strain into tobacco and potato plants using a leaf cultivation method discs described by Horsch et al. (1985).

Попытки трансформировать растения табака с помощью рАТС05501 (зрелый PAP-S) не привели к получению каллюса или проростков, несмотря на повторные эксперименты. При использовании контрольных конструкций, как и ожидалось, были получены трансгенные проростки, что свидетельствовало о зависимости указанного явления от зрелой последовательности PAP-S.Attempts to transform tobacco plants using pATC05501 (mature PAP-S) failed to produce callus or seedlings, despite repeated experiments. When using control constructs, as expected, transgenic seedlings were obtained, which indicated the dependence of this phenomenon on the mature PAP-S sequence.

В противоположность этому при использовании рАТС05502 (Pro- PAP-S) были получены трансгенные растения табака.In contrast, transgenic tobacco plants were obtained using pATC05502 (Pro-PAP-S).

При трансформации растений картофеля не возникало трудностей с получением трансгенных растений ни при использовании конструкций, содержащих зрелый PAP-S, ни при использовании конструкций, содержащих предшественник Pro-PAP-S.During the transformation of potato plants, it was not difficult to obtain transgenic plants using either constructs containing mature PAP-S or using constructs containing the precursor Pro-PAP-S.

Скрининг в отношении устойчивости к нематодам растений табака, трансформированных конструкциями PAP-SScreening for resistance to nematodes of tobacco plants transformed with PAP-S constructs

Трансгенные несущие Pro-PAP-S растения табака использовали в стандартных тестах по определению устойчивости в отношении галловых нематод Meloidogyne javanica. Трансгенные и контрольные проростки табака высаживали случайным образом вслепую в устройства, позволяющие увлажнять корни [(рутрайнеры (rootrainer)], заполненные не содержащим удобрений перегнойным компостом высокого качества, и наиболее крупные листья подрезали наполовину. Растения накрывали полиэтиленом для поддержания высокой влажности до тех пор, пока не произойдет приживление. Перед завершением приживления в полиэтилене постепенно делали отверстия для снижения влажности. Через неделю после приживления небольшие растения заражали 200 вылупившимися нематодами второго возраста (J2) Meloidogyne javanica. Полив жидкой подкормкой осуществляли только после того, как почва становилась достаточно сухой для начала увядания листьев. Рутрайнеры помещали в ящики на нагреваемое утепляющее покрытие для поддержания температуры почвы на уровне 25-30°С. Листья повторно обрезали один раз в неделю для прекращения их роста и предотвращения покрытия точек роста более крупными листьями из-за плотности посадки. Растения собирали для их анализа примерно через 4 недели после заражения и корни отмывали от почвы и отбеливали в течение 4 мин в 1%-ном растворе гипохлорита натрия. Отбеливатель удаляли промывкой водой и затем корни замачивали в большом объеме воды в течение 15 мин при периодическом перемешивании. Затем корни помещали в 10-15 мл разбавленного в соотношении 1:500 маточного раствора кислого фуксина в 5% уксусной кислоте (маточный раствор кислого фуксина получали согласно методу, описанному в "Introduction to Plant Nematology" у V.Н.Dropkin, ISBN 0-471-85268-6. Для его приготовления 0,35 г кислого фуксина растворяли в 100 мл смеси 1:3 ледяной уксусной кислоты и дистиллированной воды). Для окраски образцы помещали в кипящую водяную баню на 4 мин и затем переносили в баню с температурой 37°С на 4 ч. Краситель декантировали и образцы осветляли, добавляя подкисленный глицерин, и инкубировали при 37°С в течение ночи.Transgenic Pro-PAP-S-bearing tobacco plants were used in standard resistance tests for gall nematodes Meloidogyne javanica. Transgenic and control tobacco seedlings were randomly planted blindly in devices to moisten the roots [(rootrainer]) filled with fertilizer-free humus compost of high quality and the largest leaves were cut in half. The plants were covered with polyethylene to maintain high humidity until until engraftment takes place. Before completion of the engraftment, holes were made in polyethylene to reduce moisture. A week after the engraftment, small plants were infected 200 hatched nematodes of the second age (J2) Meloidogyne javanica. Watering was carried out with liquid top dressing only after the soil became dry enough to start leaf withering. Rutrainers were placed in boxes on a heated insulating coating to maintain the soil temperature at 25-30 ° С. cut once a week to stop their growth and prevent the growth points from covering larger leaves due to the density of planting. Plants were collected for their analysis approximately 4 weeks after infection and the roots were washed from the soil and bleached for 4 minutes in a 1% sodium hypochlorite solution. The bleach was removed by washing with water and then the roots were soaked in a large volume of water for 15 minutes with periodic stirring. Then the roots were placed in 10-15 ml diluted in a ratio of 1: 500 of a mother liquor of acidic fuchsin in 5% acetic acid (a mother liquor of acidic fuchsin was obtained according to the method described in Introduction to Plant Nematology by V. N. Dropkin, ISBN 0- 471-85268-6. To prepare it, 0.35 g of acidic fuchsin was dissolved in 100 ml of a 1: 3 mixture of glacial acetic acid and distilled water). For staining, the samples were placed in a boiling water bath for 4 min and then transferred to a 37 ° C bath for 4 hours. The dye was decanted and the samples were clarified by adding acidified glycerin and incubated at 37 ° C overnight.

Затем осветленные корни с окрашенными нематодами помещали в чашки Петри (образец помещали на внутреннюю сторону крышки чашки Петри и основание чашки Петри использовали для распределения и придавливания образца с целью облегчения его анализа с помощью микроскопа). Образцы анализировали при увеличении в 20-100 раз и популяцию нематод анализировали несколькими путями. Галловые нематоды разделяли на 3 группы: а) паразитиформные нематоды, б) инкапсулированные нематоды, у которых не образуются яйца, и в) инкапсулированные нематоды, у которых образуются яйца. Диаметры практически полностью инкапсулированных нематод оценивали визуально с помощью окулярной шкалы.Then the clarified roots with stained nematodes were placed in Petri dishes (the sample was placed on the inside of the lid of the Petri dish and the base of the Petri dish was used to distribute and press the sample in order to facilitate analysis using a microscope). Samples were analyzed at an increase of 20-100 times and the nematode population was analyzed in several ways. Gall nematodes were divided into 3 groups: a) parasitiform nematodes, b) encapsulated nematodes in which no eggs are formed, and c) encapsulated nematodes in which eggs are formed. The diameters of almost completely encapsulated nematodes were evaluated visually using an ocular scale.

Размеры паразитирующих на растении нематод оказались существенно сниженными на трансгенных растениях табака линии Pro-PAP-S по сравнению с размером нематод на контрольных зараженных растениях (фиг.13). Это свидетельствует о том, что растения, экспрессирующие Pro-PAP-S, оказывают ингибирующее действие на развитие нематод.The size of the nematode parasitic on the plant was significantly reduced on the transgenic tobacco plants of the Pro-PAP-S line compared to the size of the nematode on the control infected plants (Fig. 13). This suggests that plants expressing Pro-PAP-S have an inhibitory effect on the development of nematodes.

Скрининг в отношении устойчивости к нематодам растений табака, трансформированных конструкциями PAP-SScreening for resistance to nematodes of tobacco plants transformed with PAP-S constructs

Для опыта по оценке устойчивости в отношении картофельных (цистообразующих) нематод Globodera pallida, патогенный вариант 2/3 (КЦН), использовали 21 трансгенную линию, несущую конструкцию Pro-PAP-S. Для опыта использовали контрольный чувствительный (Hermes) и частично устойчивый (Sante) сорта.For the experiment on resistance assessment against potato (cyst-forming) nematodes Globodera pallida, pathogenic variant 2/3 (MCC), 21 transgenic lines carrying the Pro-PAP-S construct were used. For the experiment, the control sensitive (Hermes) and partially resistant (Sante) varieties were used.

Первичную оценку устойчивости трансгенных растений осуществляли с помощью случайных опытов вслепую с использованием групп, включающих 20-25 трансгенных линий, и с использованием по меньшей мере 10 повторностей для двух или большего количества контрольных линий. Рутрайнеры или контейнеры заполняли смесью 50:50 суглинка и песка. 12 л смеси суглинка и песка увлажняли 1250 мл воды, получая смесь с концентрацией воды 40%. По 3 цисты помещали на корни каждого проростка, который затем вносили в отверстие в компосте и компостом осторожно закрывали корни. Растения приживлялись и после этого их поливали только 1 раз в неделю жидкой подкормкой или только тогда, когда почва становилась достаточно сухой. После достижения растениями высоты примерно 10 см их верхушки отрезали, препятствуя дальнейшему росту. Растения выращивали в течение примерно 3 месяцев, позволяя цистам созреть. Затем растениям давали засохнуть в течение 1 месяца. Цисты выделяли из растений, интенсивно промывая почву и корни в химическом стакане с 250 мл воды. Почве давали осадиться в течение нескольких минут и супернатант сливали в большую фильтровальную воронку с помещенным в нее диском из фильтровальной бумаги типа Whatman No.1 диаметром 32 см. Супернатанту давали выстояться в воронке в течение 1 мин и затем в центральную область поверхности раствора вносили каплю детергента Hederol для смещения материала поверхности мениска раствора к боковой стороне фильтра. Затем основание фильтра прокалывали для удаления остатка раствора. Диск из фильтровальной бумаги удаляли и подсчитывали количество прикрепившихся цист.The initial assessment of the resistance of transgenic plants was carried out using random blind experiments using groups comprising 20-25 transgenic lines, and using at least 10 replicates for two or more control lines. Routiners or containers were filled with a 50:50 mixture of loam and sand. 12 l of a mixture of loam and sand moistened 1250 ml of water, obtaining a mixture with a water concentration of 40%. Three cysts were placed on the roots of each seedling, which was then introduced into the hole in the compost and the roots were carefully covered with compost. The plants took root and after that they were watered only once a week with liquid top dressing or only when the soil became sufficiently dry. After the plants reached a height of about 10 cm, their tops were cut off, preventing further growth. Plants were grown for approximately 3 months, allowing cysts to mature. Then the plants were allowed to dry for 1 month. Cysts were isolated from plants, intensively washing the soil and roots in a beaker with 250 ml of water. The soil was allowed to settle for several minutes and the supernatant was poured into a large filter funnel with a Whatman No.1 filter paper disc 32 cm in diameter placed in it. The supernatant was allowed to stand in the funnel for 1 min and then a drop of detergent was introduced into the central region of the solution surface Hederol for shifting the surface material of the meniscus of the solution to the side of the filter. Then the filter base was punctured to remove the remainder of the solution. The filter paper disc was removed and the number of cysts adhered was counted.

Растения рассматривались как обладающие признаками устойчивости, если они были заражены меньшим количеством цист, чем чувствительные контрольные линии (фиг.12). Популяция трансгенных растений в целом была в значительной степени меньше поражена КЦН. По меньшей мере у двух трансгенных линий (а именно рАТС05502 - 6, 8 16) обнаружен уровень устойчивости такой же, как и у имеющегося в продаже устойчивого сорта Sante.Plants were considered as showing signs of resistance if they were infected with fewer cysts than sensitive control lines (Fig. 12). The population of transgenic plants as a whole was significantly less affected by MCC. At least two transgenic lines (namely, pATC05502 - 6, 8 16) showed the same level of resistance as the commercially available resistant variety Sante.

Сравнение растений картофеля, трансформированных Pro PAP-S, антисмысловым KNT1 или ингибитором трипсина коровьего гороха (CpTI) под контролем промотора KNT1, позволило установить, что Pro PAP-S придает более высокий уровень устойчивости по сравнению с уровнем устойчивости трансгенных линий, содержащих либо антисмысловой KNT1, либо CpTI (фиг.15).Comparison of potato plants transformed with Pro PAP-S, antisense KNT1, or cow pea trypsin inhibitor (CpTI) under the control of the KNT1 promoter showed that Pro PAP-S gives a higher level of resistance compared to the resistance level of transgenic lines containing either antisense KNT1 or CpTI (Fig. 15).

KNT1 представляет собой ген, который практически специфично индуцируется в гигантских клетках при заражении нематодами. Вероятно, KNT1 играет важную роль в процессе заражения и развития гигантских клеток. Внесение антисмысловой последовательности KNT1, вероятно, ингибирует процесс заражения нематодами.KNT1 is a gene that is almost specifically induced in giant cells when infected with nematodes. KNT1 probably plays an important role in the process of infection and development of giant cells. The introduction of the antisense sequence KNT1 probably inhibits the nematode infection process.

Ингибитор трипсина коровьего гороха (CpTI) представляет собой протеин, который ингибирует у нематод участвующие в расщеплении ферменты, и его экспрессия должна препятствовать питанию и развитию нематод. Это не является системой, вызывающей гибель клеток per se, но оказывает непосредственное воздействие на нематод.Cow Pea Trypsin Inhibitor (CpTI) is a protein that inhibits the enzymes involved in cleavage in nematodes, and its expression should impede the nutrition and development of nematodes. This is not a system that causes cell death per se, but has a direct effect on nematodes.

Сравнительные данные позволяют предположить, что трансформация растений конструкцией, содержащей Pro PAP-S, оказывает более заметное воздействие на снижение заражения нематодами, чем действие линий, содержащих либо антисмысловой KNT1, либо CpTI.Comparative data suggest that the transformation of plants with a construct containing Pro PAP-S has a more noticeable effect on reducing nematode infection than the action of lines containing either antisense KNT1 or CpTI.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

Figure 00000013
Figure 00000013

Figure 00000014
Figure 00000014

Claims (37)

1. Способ индукции некротического действия в специфических клетках растения, где растение трансформируют химерным геном, причем кодирующая последовательность гена кодирует PAP-S α протеин или PAP-S β протеин, или его фрагмент, этот ген содержит промотор, который проявляет активность в ответ на специфическое раздражающее воздействие на это растение, в результате чего указанный протеин или его фрагмент экспрессируется в специфических клетках растения.1. A method of inducing necrotic action in specific cells of a plant where the plant is transformed with a chimeric gene, wherein the coding sequence of the gene encodes a PAP-S α protein or PAP-S β protein, or a fragment thereof, this gene contains a promoter that is active in response to a specific irritating effect on this plant, as a result of which the specified protein or its fragment is expressed in specific plant cells. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что химерный ген кодирует зрелый протеин PAP-S α, причем указанная кодирующая последовательность представляет собой последовательность, приведенную в SEQ. ID. No: 5, или последовательность, по меньшей мере на 70% идентичную этой последовательности и сохраняющую требуемую ферментативную активность, а аминокислотная последовательность приведена в SEQ. ID. No: 6 или представляет собой ее вариант, сохраняющий требуемую ферментативную активность.2. The method according to claim 1, characterized in that the chimeric gene encodes a mature protein PAP-S α, wherein said coding sequence is the sequence shown in SEQ. ID No: 5, or a sequence at least 70% identical to this sequence and retaining the desired enzymatic activity, and the amino acid sequence is given in SEQ. ID No: 6 or is its variant that retains the required enzymatic activity. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что химерный ген кодирует протеин PAP-S β, причем указанная кодирующая последовательность представляет собой последовательность, приведенную в SEQ. ID. No: 7, или последовательность, по меньшей мере на 70% идентичную этой последовательности и сохраняющую требуемую ферментативную активность, а аминокислотная последовательность приведена в SEQ. ID. No: 8 или представляет собой ее вариант, сохраняющий требуемую ферментативную активность.3. The method according to claim 1, characterized in that the chimeric gene encodes a protein PAP-S β, and the specified coding sequence is a sequence shown in SEQ. ID No: 7, or a sequence at least 70% identical to this sequence and retaining the desired enzymatic activity, and the amino acid sequence is given in SEQ. ID No: 8 or represents its variant, which retains the required enzymatic activity. 4. Способ по любому из п.2 или 3, отличающийся тем, что указанная кодирующая последовательность по меньшей мере на 80% идентична последовательностям, приведенным в этих SEQ. ID.4. The method according to any one of claim 2 or 3, characterized in that said coding sequence is at least 80% identical to the sequences given in these SEQs. ID 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что указанная кодирующая последовательность по меньшей мере на 90% идентична последовательностям, приведенным в этих SEQ. ID.5. The method according to claim 4, characterized in that said coding sequence is at least 90% identical to the sequences given in these SEQs. ID 6. Способ индукции некротического действия в специфических клетках растения, где растение трансформируют двумя химерными генами, причем кодирующая последовательность первого из этих генов кодирует инактивированный антивирусный протеин фитолакки американской, а кодирующая последовательность второго гена кодирует вторую молекулу, которая представляет собой активатор инактивированного антивирусного протеина фитолакки американской, каждый из этих двух генов содержит промотор, причем промоторы действуют совместно в ответ на специфическое раздражающее воздействие на это растение, в результате чего инактивированный антивирусный протеин фитолакки американской активируется в специфических клетках растения.6. A method of inducing necrotic action in specific cells of a plant, where the plant is transformed with two chimeric genes, the coding sequence of the first of these genes encoding the inactivated American phytolacca antiviral protein and the coding sequence of the second gene encoding the second molecule, which is the activator of the inactivated American phytolacca antiviral protein , each of these two genes contains a promoter, and the promoters act together in response to a specific skoe irritant effect on the plant, resulting in a virus-inactivated protein pokeweed activated in specific cells of the plant. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что концевая блокирующая последовательность инактивированного антивирусного протеина фитолакки американской оказывает дополнительное некротическое действие на клетку или патоген.7. The method according to claim 6, characterized in that the terminal blocking sequence of the inactivated antiviral protein of American phytolacca has an additional necrotic effect on the cell or pathogen. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что концевая блокирующая последовательность представляет собой последовательность оризацистатина, приведенную в SEQ. ID. No: 17.8. The method according to claim 7, characterized in that the terminal blocking sequence is the sequence of oryzacystatin shown in SEQ. ID No: 17. 9. Способ по п.7, отличающийся тем, что концевая блокирующая последовательность указанного антивирусного белка фитолакки американской представляет собой инактивирующую зрелый РАР молекулу.9. The method according to claim 7, characterized in that the terminal blocking sequence of the indicated American phytolacca antiviral protein is an inactivating mature PAP molecule. 10. Способ по п.6, отличающийся тем, что концевая блокирующая последовательность представляет собой нативную концевую последовательность Pro-РАР из любой молекулы Pro-РАР.10. The method according to claim 6, characterized in that the end blocking sequence is a native end sequence of Pro-PAP from any Pro-PAP molecule. 11. Способ по любому из пп.7, 9 или 10, отличающийся тем, что концевая блокирующая последовательность представляет собой С-концевую блокирующую последовательность.11. The method according to any one of claims 7, 9 or 10, characterized in that the terminal blocking sequence is a C-terminal blocking sequence. 12. Способ по любому из пп.7, 9 или 10, отличающийся тем, что концевая блокирующая последовательность представляет собой N-концевую блокирующую последовательность.12. The method according to any one of claims 7, 9 or 10, characterized in that the terminal blocking sequence is an N-terminal blocking sequence. 13. Способ по любому из пп.6-12, отличающийся тем, что указанная кодирующая последовательность инактивированного антивирусного протеина фитолакки американской содержит специфический сайт расщепления между зрелым антивирусным протеином фитолакки американской и блокирующей последовательностью.13. A method according to any one of claims 6-12, characterized in that said coding sequence of an inactivated American phytolacca antiviral protein contains a specific cleavage site between a mature American phytolacca antiviral protein and a blocking sequence. 14. Способ по п.13, отличающийся тем, что сайт расщепления представляет собой сайт расщепления протеазой NIa вируса табачной гравировки (TEV) (SEQ. ID. Nos: 28 и 29).14. The method according to item 13, wherein the cleavage site is a protease cleavage site NIa of tobacco engraving virus (TEV) (SEQ. ID. Nos: 28 and 29). 15. Способ по любому из пп.6-14, отличающийся тем, что кодирующая последовательность второй молекулы представляет собой последовательность протеазы, которая расщепляет специфический сайт расщепления.15. The method according to any one of claims 6-14, wherein the coding sequence of the second molecule is a protease sequence that cleaves a specific cleavage site. 16. Способ по п.15, когда он является зависимым от п.14, отличающийся тем, что протеаза представляет собой NIa-протеазу TEV.16. The method according to clause 15, when it is dependent on clause 14, wherein the protease is a TEV NIa protease. 17. Способ по любому из пп.6-16, отличающийся тем, что промоторы имеют перекрывающийся сайт экспрессии.17. The method according to any one of claims 6-16, characterized in that the promoters have an overlapping expression site. 18. Способ по любому из пп.1-17, отличающийся тем, что раздражающее воздействие связано с нападением патогенов, химическими индукторами или естественным развитием растения.18. The method according to any one of claims 1 to 17, characterized in that the irritating effect is associated with the attack of pathogens, chemical inducers or the natural development of the plant. 19. Способ по любому из пп.1-18, отличающийся тем, что промотор выбирают для обеспечения одного из следующих воздействий: снижения вредоносного действия нематод, стерильности, изменения в морфологии цветка, абсцизии, сбрасывания семян или развития трихома.19. The method according to any one of claims 1 to 18, characterized in that the promoter is chosen to provide one of the following effects: reducing the harmful effects of nematodes, sterility, changes in flower morphology, abscision, shedding of seeds or the development of trichome. 20. Химерный ген, функцией которого является индукция некротического действия в специфических клетках растения, где кодирующая последовательность гена кодирует PAP-S α протеин, PAPS β протеин или их фрагмент, этот ген содержит промотор, который проявляет активность в ответ на специфическое раздражающее воздействие на это растение, в результате чего указанный протеин или его фрагмент экспрессируется в специфических клетках растения.20. A chimeric gene whose function is to induce necrotic activity in specific plant cells, where the coding sequence of the gene encodes a PAP-S α protein, PAPS β protein or fragment thereof, this gene contains a promoter that is active in response to a specific irritating effect on it plant, resulting in the specified protein or its fragment is expressed in specific plant cells. 21. Химерный ген по п.20, где указанная кодирующая последовательность приведена в любом из пп.2-5.21. The chimeric gene according to claim 20, where the specified coding sequence is shown in any of claims 2-5. 22. Химерный ген по п.20 или 21, отличающийся тем, что промотор выбирают для обеспечения одного из следующих воздействий: снижения вредоносного действия нематод, стерильности, изменения в морфологии цветка, абсцизии, сбрасывания семян или развития трихома.22. The chimeric gene according to claim 20 or 21, characterized in that the promoter is selected to provide one of the following effects: reduce the harmful effects of nematodes, sterility, changes in flower morphology, abscision, shedding of seeds or the development of trichome. 23. Химерный ген по пп.20, 21 или 22, отличающийся тем, что промотор проявляет активность в ответ на раздражающее воздействие, которое связано с нападением патогенов, химическими индукторами или естественным развитием растения.23. The chimeric gene according to claims 20, 21 or 22, characterized in that the promoter is active in response to an irritating effect that is associated with the attack of pathogens, chemical inducers or the natural development of the plant. 24. Конструкция, включающая два химерных гена, функцией которых является индукция некротического действия в специфических клетках растения, где кодирующая последовательность одного из этих генов кодирует инактивированный антивирусный протеин фитолакки американской, а кодирующая последовательность второго гена кодирует вторую молекулу, которая представляет собой активатор инактивированного антивирусного протеина фитолакки американской, причем каждый из этих двух генов содержит промотор, промоторы действуют совместно в ответ на специфическое раздражающее воздействие на это растение, в результате чего инактивированный антивирусный протеин фитолакки американской активируется в определенных клетках растения.24. A design that includes two chimeric genes whose function is to induce necrotic action in specific plant cells, where the coding sequence of one of these genes encodes the inactivated American phytolacca antiviral protein, and the coding sequence of the second gene encodes the second molecule, which is an activator of the inactivated antiviral protein American phytolacchi, with each of these two genes containing a promoter, the promoters act together in response to a digital irritant effect on this plant, as a result of which the inactivated antiviral protein of American phytolacca is activated in certain plant cells. 25. Конструкция по п.24, где указанная кодирующая последовательность первого гена включает последовательность, которая приведена в любом из пп.2-5.25. The design according to paragraph 24, where the specified coding sequence of the first gene includes the sequence that is shown in any of claims 2-5. 26. Конструкция по п.24 или 25, отличающаяся тем, что концевая блокирующая последовательность инактивированного антивирусного протеина фитолакки американской приведена в любом из пп.7-12.26. The construction according to paragraph 24 or 25, characterized in that the end blocking sequence of the inactivated antiviral protein of American phytolacca is given in any of paragraphs.7-12. 27. Конструкция по пп.24, 25 или 26, отличающаяся тем, что кодирующая последовательность инактивированного антивирусного протеина фитолакки американской приведена в п.13 или 14.27. The construction according to paragraphs 24, 25 or 26, characterized in that the coding sequence of the inactivated antiviral protein of American phytolacca is given in paragraph 13 or 14. 28. Конструкция по пп.24-27, отличающаяся тем, что кодирующая последовательность второй молекулы приведена в п.15 или 16.28. The construction according to paragraphs 24-27, characterized in that the coding sequence of the second molecule is given in paragraph 15 or 16. 29. Конструкция по любому из пп.24-28, где промоторы имеют область перекрывающейся экспрессии.29. The construct according to any one of paragraphs.24-28, where the promoters have a region of overlapping expression. 30. Конструкция по любому из пп.24-29, где протомотор выбирают для обеспечения одного из следующих воздействий: снижения вредоносного действия нематод, стерильности, изменения в морфологии цветка, абсцизии, сбрасывания семян или развития трихома.30. The construction according to any one of paragraphs.24-29, where the protomotor is selected to provide one of the following effects: reduce the harmful effects of nematodes, sterility, changes in flower morphology, abscision, dropping seeds or the development of trichome. 31. Набор конструкций, функцией которого является индукция некротического эффекта в специфических клетках растения, включающий две конструкции, где каждая конструкция включает химерный ген, причем кодирующая последовательность одного из этих генов кодирует инактивированный антивирусный протеин фитолакки американской, а кодирующая последовательность второго гена кодирует вторую молекулу, которая представляет собой активатор инактивированного антивирусного протеина фитолакки американской, причем каждый из этих двух генов содержит промотор, промоторы действуют совместно в ответ на специфическое раздражающее воздействие на это растение, в результате чего инактивированный антивирусный протеин фитолакки американской активируется в определенных клетках растения.31. A set of constructs whose function is to induce a necrotic effect in specific plant cells, including two constructs, where each construct includes a chimeric gene, the coding sequence of one of these genes encodes the inactivated antiviral protein of the American phytolacca, and the coding sequence of the second gene encodes the second molecule which is an activator of the inactivated antiviral protein of American phytolacca, and each of these two genes contains romotor promoters act together in response to a specific irritant effect on the plant, resulting in the inactivated pokeweed antiviral protein is activated in specific cells of the plant. 32. Набор конструкций по п.31, где указанная кодирующая последовательность первого гена включает последовательность, которая приведена в любом из пп.2-5.32. The set of constructs according to p, where the specified coding sequence of the first gene includes the sequence that is shown in any of claims 2-5. 33. Набор конструкций по п.31 или 32, отличающаяся тем, что концевая блокирующая последовательность инактивированного антивирусного протеина фитолакки американской приведена в любом из пп.7-12.33. A set of designs according to p. 31 or 32, characterized in that the terminal blocking sequence of the inactivated antiviral protein of American phytolacca is given in any one of claims 7-12. 34. Набор конструкций по пп.31, 32 или 33, отличающаяся тем, что кодирующая последовательность инактивированного антивирусного протеина фитолакки американской приведена в пп.13 или 14.34. A set of constructs according to claims 31, 32 or 33, characterized in that the coding sequence of the inactivated antiviral protein of American phytolacca is given in claims 13 or 14. 35. Набор конструкций по пп.31-34, отличающаяся тем, что кодирующая последовательность второй молекулы приведена в п.15 или 16.35. A set of constructs according to claims 31-34, characterized in that the coding sequence of the second molecule is given in clause 15 or 16. 36. Набор конструкций по любому из пп.31-35, где промоторы имеют область перекрывающейся экспрессии.36. A set of constructs according to any one of paragraphs.31-35, where the promoters have a region of overlapping expression. 37. Набор конструкций из пп.31-36, где промотор выбирают для обеспечения одного из следующих воздействий: снижения вредоносного действия нематод, стерильности, изменения в морфологии цветка, абсцизии, сбрасывания семян или развития трихома.37. A set of constructs from paragraphs 31-36, where the promoter is chosen to provide one of the following effects: reduce the harmful effects of nematodes, sterility, changes in flower morphology, abscision, dropping seeds or the development of trichome.
RU2003113964/13A 2000-10-14 2001-10-15 System for eradication of vegetable cells RU2285045C2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBGB0025217.1A GB0025217D0 (en) 2000-10-14 2000-10-14 Plant cell death system
GB0025217.1 2000-10-14

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003113964A RU2003113964A (en) 2004-11-27
RU2285045C2 true RU2285045C2 (en) 2006-10-10

Family

ID=9901288

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003113964/13A RU2285045C2 (en) 2000-10-14 2001-10-15 System for eradication of vegetable cells

Country Status (9)

Country Link
EP (1) EP1328650A2 (en)
AR (1) AR033583A1 (en)
AU (2) AU9405001A (en)
BR (1) BR0114821A (en)
CA (1) CA2425614A1 (en)
GB (1) GB0025217D0 (en)
PL (1) PL362116A1 (en)
RU (1) RU2285045C2 (en)
WO (1) WO2002033107A2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0421598D0 (en) 2004-09-29 2004-10-27 Cambridge Advanced Tech Modification of plant development and morphology
JP2008532553A (en) 2005-03-16 2008-08-21 メタボリックス, インコーポレイテッド Chemically inducible expression of biosynthetic pathways
US20090239285A1 (en) * 2008-03-19 2009-09-24 Jose Alberto Fernandez-Pol Tandem reapeat dna constructs producing proteins that attack plant pathogenic viruses, fungi, and bacteria by disrupting transcription factors essential for replication thereof in plants

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5332808A (en) * 1992-09-08 1994-07-26 North Carolina State University DNA encoding a ribosome inactivating protein
RU2129373C1 (en) * 1990-09-10 1999-04-27 Эдвенст Текнолоджиз (Кембридж) Лимитед Nematode-control method
EP0466222B1 (en) * 1990-06-11 1999-09-08 Dow AgroSciences LLC Ribosome-inactivating proteins, inactive precursor forms thereof, a process for making and a method of using

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1992021757A1 (en) 1991-05-30 1992-12-10 Plant Genetic Systems, N.V. Nematode-responsive plant promoters
ZA927576B (en) * 1991-10-04 1993-04-16 Univ North Carolina State Pathogen-resistant transgenic plants.
ZA939767B (en) 1993-01-21 1994-09-14 Univ North Carolina State Nematode-resistant transgenic plants
GB9310177D0 (en) 1993-05-18 1993-06-30 Cambridge Advanced Tech Cell specific necrosis
US5612471A (en) * 1994-05-25 1997-03-18 The Regents Of The University Of California Nematode-induced genes in tomato
CA2329150A1 (en) * 1998-05-22 1999-12-02 Rutgers, The State University Transgenic plants producing a pap ii protein

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0466222B1 (en) * 1990-06-11 1999-09-08 Dow AgroSciences LLC Ribosome-inactivating proteins, inactive precursor forms thereof, a process for making and a method of using
RU2129373C1 (en) * 1990-09-10 1999-04-27 Эдвенст Текнолоджиз (Кембридж) Лимитед Nematode-control method
US5332808A (en) * 1992-09-08 1994-07-26 North Carolina State University DNA encoding a ribosome inactivating protein

Also Published As

Publication number Publication date
PL362116A1 (en) 2004-10-18
CA2425614A1 (en) 2002-04-25
WO2002033107A3 (en) 2002-08-01
WO2002033107A2 (en) 2002-04-25
BR0114821A (en) 2004-02-03
GB0025217D0 (en) 2000-11-29
AR033583A1 (en) 2003-12-26
EP1328650A2 (en) 2003-07-23
AU9405001A (en) 2002-04-29
AU2001294050B2 (en) 2007-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2325344C (en) Methods and means for obtaining modified phenotypes
US9441239B2 (en) Methods and means for obtaining modified phenotypes
Sudhakar et al. Expression and immunolocalisation of the snowdrop lectin, GNA in transgenic rice plants
US20080104732A1 (en) Methods and means for obtaining modified phenotypes
NZ552613A (en) Nucleic acid molecules and their use in plant male sterility
US20070107079A1 (en) Plant cell death system
CN104822834A (en) Trichome specific promoters
RU2285045C2 (en) System for eradication of vegetable cells
AU2001294041A1 (en) Plant cell death system
US6121511A (en) Production of transgenic impatiens
AU2001294050A1 (en) Plant cell death system
AU2006201828B2 (en) Plant cell death system
Salamini Where do we go from this point
Mugnozza et al. Where do we go from this point
AU2007201023A1 (en) Methods and Means for Obtaining Modified Phenotypes
AU2003227291A1 (en) Methods and Means for Obtaining Modified Phenotypes

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20101016