JP2009178104A - Method for homogenizing specific region of diploid cell chromosome using lose of heterozygosity - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヘテロ接合性の消失を利用した二倍体細胞において特定の位置に存在するヘテロ接合性を目的の遺伝子型でホモ化する方法に関する。より詳細には、本発明は、ヘテロ接合性の消失を利用して、二倍体細胞における対立遺伝子(もしくは配列)の両方を破壊する方法、及び二倍体細胞における相同染色体の双方に標的遺伝子(もしくは配列)を導入する方法に関する。 The present invention relates to a method for homogenizing heterozygosity existing at a specific position in a diploid cell utilizing loss of heterozygosity with a target genotype. More particularly, the present invention utilizes a loss of heterozygosity to destroy both alleles (or sequences) in diploid cells and target genes on both homologous chromosomes in diploid cells. It relates to a method of introducing (or sequence).
今日までに種々の遺伝子組み換え方法が開発されてきたが、その殆どは遺伝子を導入する細胞が二倍体細胞である場合、相同染色体の一つのみに目的の遺伝子を挿入するものである。例えば、清酒酵母は安全な醸造微生物、高濃度のエタノールを生産、高いエタノール耐性、様々なストレスに強い、低温で発酵できる、増殖が早い、形質が安定しているといった、実験室酵母にはない、産業上有用な特徴を有している。しかしその一方で、清酒酵母は二倍体であるにもかかわらずほとんど胞子形成せず、劣性変異株の取得を困難にしている。そのため遺伝子工学用宿主としての利用の妨げになっていた。 Various gene recombination methods have been developed to date, and most of them insert a target gene into only one homologous chromosome when the cell into which the gene is introduced is a diploid cell. For example, sake yeast is a safe brewing microorganism, produces high concentrations of ethanol, has high ethanol tolerance, is resistant to various stresses, can be fermented at low temperatures, grows fast, and has stable characteristics. Have industrially useful characteristics. On the other hand, sake yeast hardly spores despite being diploid, making it difficult to obtain recessive mutants. This hinders its use as a host for genetic engineering.
劣勢変異株の取得方法に、変異処理が挙げられる。二倍体酵母も、一倍体酵母ほどではないが、変異処理により劣性変異株を取得することができる。特に、UV照射によって変異処理を行うと、効率的に変異株を取得することができたという報告がある。しかし、変異処理は望ましくない箇所にも変異が導入される危険性があり、ましてや複数回変異処理を行うことは望ましくないと考えられる。酵母の遺伝子破壊についても様々な報告がある。例えば、PCR産物を用いたジーンターゲッティングによる遺伝子破壊法(ワンステップ遺伝子破壊)、PCR産物もしくはプラスミドを導入後、選択マーカーを回収する遺伝子破壊法(ツーステップ遺伝子破壊)などが挙げられる。しかしこれらは一倍体酵母での研究結果であり、この方法を二倍体酵母に適用すると、ヘテロ破壊株が得られ、劣性変異は表現型として現れない。このヘテロ破壊株からホモ破壊株を作製するには、一般的には酵母に胞子形成させ、一倍体の破壊株同士を掛け合わせることによって取得することはできる。ところが、清酒酵母はほとんど胞子形成をしないので、このホモ化の方法を適用できない。そのため、Kitamotoらは清酒酵母のTRP1へテロ破壊株を作製、それを培養後、その中の約1万株から網羅的にTrp要求性へと変化した株を探索した結果、2株取得したという報告もある。このように栄養要求性株なら、時間と労力をかけても目的とする遺伝子破壊株の取得は可能ではあるが、表現型の確認に手間がかかる、もしくは表現型を確認できない遺伝子については、網羅的スクリーニングではその遺伝子破壊株の取得はほとんど不可能である。 Mutation treatment is an example of a method for obtaining an inferior mutant strain. Although diploid yeast is not as good as haploid yeast, recessive mutant strains can be obtained by mutation treatment. In particular, there is a report that mutant strains could be obtained efficiently when mutation treatment was performed by UV irradiation. However, there is a risk that the mutation treatment is introduced into an undesired portion of the mutation treatment, and it is considered that it is not desirable to perform the mutation treatment more than once. There are various reports on gene disruption in yeast. For example, a gene disruption method by gene targeting using a PCR product (one-step gene disruption), a gene disruption method (two-step gene disruption) in which a selectable marker is recovered after introducing a PCR product or a plasmid, and the like. However, these are the results of studies with haploid yeast. When this method is applied to diploid yeast, hetero-disrupted strains are obtained, and recessive mutations do not appear as phenotypes. In order to prepare a homo-disrupted strain from this hetero-disrupted strain, it can be generally obtained by forming a spore in yeast and multiplying the haploid disrupted strains together. However, sake yeast hardly spores, so this homogenization method cannot be applied. Therefore, Kitamoto et al. Created a TRP1 heterologous strain of sake yeast, and after culturing it, after searching for strains that had comprehensively changed to Trp requirement from about 10,000 strains, two strains were acquired. There are also reports. In this way, if an auxotrophic strain is used, it is possible to obtain the desired gene-disrupted strain even if it takes time and effort. However, it takes a long time to confirm the phenotype, or the genes that cannot confirm the phenotype are covered. It is almost impossible to obtain the gene-disrupted strain by the genetic screening.
一方で、清酒酵母に遺伝子を導入するには染色体の特定の部位に1〜2コピー組込む手法が採られる(選択圧が必要ないためおよび2μmマルチコピータイプのプラスミドを菌体内に保持できないため)。また、清酒酵母は二倍体である(相同染色体が二本ある)ため、その両方に遺伝子を組込めるはずであるが、実際は片方にだけ組込まれることがほとんどである。一般的にヘテロな領域は遺伝学的に不安定なものであると考えられているため、二倍体酵母での遺伝子導入においても、ホモ型にしておくことが望ましいと考えられる。遺伝子導入の効果を更に高めるためのコピー数の増加、形質の安定性向上のために、ホモ型組込み株を作製するのが、有効であることが示唆される。 On the other hand, in order to introduce a gene into sake yeast, a method of incorporating 1 to 2 copies into a specific site of a chromosome is adopted (because a selection pressure is not required and a 2 μm multicopy type plasmid cannot be maintained in the microbial cells). In addition, sake yeast is diploid (has two homologous chromosomes), so it should be able to incorporate genes into both of them, but in reality it is almost always incorporated into only one. Since heterogeneous regions are generally considered to be genetically unstable, it may be desirable to use homotypes for gene introduction in diploid yeast. It is suggested that it is effective to produce a homozygous integration strain in order to increase the copy number for further enhancing the effect of gene transfer and improve the stability of the trait.
二倍体酵母において、ヘテロ組込み株からホモ組込みを作製するのにも、一般的には酵母に胞子形成させ、一倍体の組込み株同士を掛け合わせることによって取得することはできるが、ここでも清酒酵母の胞子形成能の低さが、その妨げとなっており、ホモ型組込み株の取得は網羅的スクリーニングに頼らざるを得ない。 In diploid yeast, homointegration from heterointegrated strains can also be obtained by generally sporulating yeast and crossing haploid integrated strains. The low spore-forming ability of sake yeast has hindered this, and acquisition of homo-integrated strains has to rely on comprehensive screening.
このように、ヘテロな領域をホモ化することによって、ホモ破壊株やホモ型遺伝子組込み株を作製することは清酒酵母の利用価値を高め、産業上有用な株を構築することができる。そこで、我々はヘテロな領域がホモ化された株を効率よく選抜する「Highly Efficient Loss of Heterozygosity method (HELOH法)」を開発し、胞子形成をほとんどしない二倍体清酒酵母の遺伝子破壊およびホモ型組込み株の作製を行った。
本発明は、ヘテロ接合性の消失を利用した二倍体細胞において特定の位置に存在するヘテロ型の目的の構造遺伝子および/または調節遺伝子をホモ化する方法、より詳細には、ヘテロ接合性の消失を利用して、二倍体細胞における対立遺伝子(もしくは配列)の両方を破壊する方法、及び二倍体細胞における相同染色体の双方に標的遺伝子(もしくは配列)を導入する方法を提供することを目的とする。 The present invention relates to a method of homogenizing a heterogeneous target structural gene and / or regulatory gene present at a specific position in a diploid cell using loss of heterozygosity, more specifically, heterozygous To provide a method for disrupting both alleles (or sequences) in diploid cells and a method for introducing target genes (or sequences) into both homologous chromosomes in diploid cells using loss Objective.
以上のような現状に鑑みて本願発明者らは鋭意研究を重ねた結果、マーカー遺伝子(特に、二倍体細胞の感受性または要求性を相補することによって、その導入及び除去を検出することが可能であるマーカー遺伝子もしくは2つのマーカー遺伝子の組合せ)と、ヘテロ接合性の消失(loss of heterozygosity:以下、LOHという)を利用することにより、ヘテロ接合性を有する二倍体細胞から当該遺伝子型について少なくとも1組はホモ型である二倍体細胞が非常に効率的に得られることを見出し、本発明を完成するに至った。即ち、本発明は、以下の特定の領域においてヘテロ型の目的の構造遺伝子および/または調節遺伝子がホモ化された二倍体細胞を製造する方法を提供する。 In view of the current situation as described above, the present inventors have conducted extensive research, and as a result, it is possible to detect the introduction and removal of marker genes (particularly by complementing the sensitivity or requirement of diploid cells). A marker gene or a combination of two marker genes) and loss of heterozygosity (hereinafter referred to as LOH), so that at least about the genotype from the heterozygous diploid cell. One group found that diploid cells that are homozygous can be obtained very efficiently, leading to the completion of the present invention. That is, the present invention provides a method for producing a diploid cell in which a heterogeneous target structural gene and / or regulatory gene is homogenized in the following specific regions.
項1. ヘテロ型の目的の構造遺伝子および/または調節遺伝子を相同染色体の特定の領域に有する二倍体細胞から、該特定の領域における目的の構造遺伝子および/または調節遺伝子についてホモ型である相同染色体を有する二倍体細胞を製造する方法であって、以下の工程を含む方法:
(1) 第一マーカー遺伝子を二倍体細胞におけるヘテロ型の相同染色体のいずれかに挿入および/または置換する工程;
(2) 工程(1)で得られた二倍体細胞を培養し、第一マーカー遺伝子の発現を指標にして第一マーカー遺伝子が導入された二倍体細胞を選抜する工程;
(3) 工程(2)で得られた二倍体細胞を培養し、該第一マーカー遺伝子の脱落を指標として、該特定の領域における目的の構造遺伝子および/または調節遺伝子についてホモ型である相同染色体を有する二倍体細胞を得る工程。
項2. ヘテロ型の目的の構造遺伝子および/または調節遺伝子を相同染色体の特定の領域に有する二倍体細胞が、以下の工程を含む方法によって得られる、項1に記載の方法:
(1) 第二マーカー遺伝子と目的の構造遺伝子および/または調節遺伝子とを二倍体細胞の相同染色体の特定の領域に挿入および/または置換する工程;
(2) 工程(1)で得られた二倍体細胞を培養し、第二マーカー遺伝子の発現を指標にして、ヘテロ型の目的の構造遺伝子および/または調節遺伝子を相同染色体の特定の領域に有する二倍体細胞を得る工程。
項3. 第一マーカー遺伝子と第二マーカー遺伝子が異なるマーカー遺伝子である、項2に記載の方法。
項4. マーカー遺伝子が二倍体細胞の感受性又は要求性を相補するマーカー遺伝子である、項1又は2に記載の方法。
項5. マーカー遺伝子が感受性および/または要求性の相補、並びに感受性および/または要求性への復帰の双方を検出できるものである項1〜4のいずれかに記載の方法。
項6. マーカー遺伝子がURA3、URA5,LYS2、LYS5、LEU2、HIS3、KanMX、AUR1−R、CYH2、CAN1、TRP1、GAP1、及びGIN11M86から成る群から選択される一種以上のマーカー遺伝子である、項4又は5に記載の方法。
項7. 感受性が、薬剤感受性、温度感受性、UV感受性、放射線感受性から成る群から選ばれる感受性である、項4又は5に記載の方法。
項8. 二倍体細胞が酵母である項1〜7のいずれかに記載の方法。
項9. 酵母がSaccharomyces属、Candida属、Torulopsis属、Zygosaccharomyces属、Schizosaccharomyces属、Pichia属、Yarrowia属、Hansenula属、Kluyveromyces属、Debaryomyces属、Geotrichum属、Wickerhamia属、Fellomyces属、Sporobolomyces属のいずれかである項8に記載の方法。
項10. Saccharomyces属の酵母がSaccharomyces cerevisiaeである項9に記載の方法。
項11. 目的の構造遺伝子がLEU2、HIS3、PEP4、及びSED1遺伝子から成る群から選択される一種以上である項1〜10に記載の方法。
項12. 目的の調節遺伝子がプロモーターおよび/またはターミネーターを含む領域である項1〜11のいずれかに記載の方法。
項13. プロモーターがSED1プロモーターである項12に記載の方法。
項14. 目的の構造遺伝子がSED1プロモーター下流に発現可能な形で構造遺伝子を接続したものである項1〜13のいずれかに記載の方法。
項15. 目的の構造遺伝子がBGL1、BGL7、ATF1、及びATF2から成る群から選択される一種以上である項1〜10及び項12〜14のいずれかに記載の方法。
項16. 項1〜15のいずれかに記載の方法により得られた遺伝子破壊酵母。
項17. 項1〜15のいずれかに記載の方法により得られた遺伝子高発現酵母。
(1) inserting and / or replacing the first marker gene into any of heterozygous homologous chromosomes in diploid cells;
(2) a step of culturing the diploid cell obtained in step (1) and selecting a diploid cell into which the first marker gene has been introduced using the expression of the first marker gene as an index;
(3) The diploid cell obtained in step (2) is cultured, and the homologous homologous to the target structural gene and / or regulatory gene in the specific region, using the dropout of the first marker gene as an index Obtaining a diploid cell having a chromosome.
(1) inserting and / or replacing a second marker gene and a target structural gene and / or regulatory gene into a specific region of a homologous chromosome of a diploid cell;
(2) Culturing the diploid cell obtained in step (1), and using the expression of the second marker gene as an index, the target structural gene and / or regulatory gene of the heterotype is placed in a specific region of the homologous chromosome. Obtaining diploid cells.
Item 5. Item 5. The method according to any one of
Item 7.
Item 8. Item 8. The method according to any one of
Item 12. Item 12. The method according to any one of
Item 13. Item 13. The method according to Item 12, wherein the promoter is a SED1 promoter.
Item 14. Item 14. The method according to any one of
Item 15. Item 15. The method according to any one of
Item 17.
本発明の方法を用いることにより、ヘテロ型の遺伝子、即ち、相同染色体の一つのみに存在する目的の構造遺伝子および/または調節遺伝子を有する二倍体細胞から、当該遺伝子についてホモ型(即ち、相同染色体の少なくとも1組に当該遺伝子型を有する)の二倍体細胞を効率的に製造することができる。よって、本発明の方法によって、特定の遺伝子型を完全に(相同染色体の少なくとも1組について)破壊した二倍体細胞を得ることや、新たな遺伝子を相同染色体の少なくとも1組に導入することを従来よりも極めて効率的に行うことができる。 By using the method of the present invention, from a diploid cell having a heterogeneous gene, i.e. a structural gene of interest and / or a regulatory gene present in only one of the homologous chromosomes, a homotype (i.e. A diploid cell having the genotype in at least one set of homologous chromosomes can be efficiently produced. Therefore, by the method of the present invention, obtaining a diploid cell in which a specific genotype is completely destroyed (for at least one set of homologous chromosomes), or introducing a new gene into at least one set of homologous chromosomes. This can be done much more efficiently than before.
例えば、Kitamotoらは清酒酵母のTRP1へテロ破壊株を作製、それを培養後、その中の約1万株から網羅的にTrp要求性へと変化した株を探索した結果、2株取得したという報告をしている。この場合、約1万株について全てTrp要求性を調べる必要があり、非常に手間と時間がかかるものであった。それに対し、本発明の方法では、LOHの利用をすることにより、ポジティブセレクションでホモ型変異株を容易に、かつプレート1枚から多数得ることが可能となる。また、相同染色体のヘテロ接合性をホモ接合性に変換することはすなわちその遺伝子型が細胞内でより安定に保持されることを意味する。 For example, Kitamoto et al. Created a TRP1 heterologous strain of sake yeast, and after culturing it, after searching for a strain that had changed from about 10,000 strains to Trp requirement comprehensively, two strains were acquired. I am reporting. In this case, it was necessary to examine the Trp requirement for all about 10,000 shares, which was very laborious and time consuming. On the other hand, in the method of the present invention, by using LOH, it is possible to easily obtain a large number of homozygous mutants from one plate by positive selection. Also, converting heterozygosity of homologous chromosomes to homozygosity means that the genotype is more stably maintained in the cell.
一実施形態において本発明は、ヘテロ型の目的の構造遺伝子および/または調節遺伝子を相同染色体の特定の領域に有する二倍体細胞から、該特定の領域における目的の構造遺伝子および/または調節遺伝子についてホモ型である相同染色体を有する二倍体細胞を製造する方法であって、以下の工程を含む方法である。
(1) 第一マーカー遺伝子を二倍体細胞におけるヘテロ型の相同染色体のいずれかに挿入および/または置換する工程;
(2) 工程(1)で得られた二倍体細胞を培養し、第一マーカー遺伝子の発現を指標にして第一マーカー遺伝子が導入された二倍体細胞を選抜する工程;
(3) 工程(2)で得られた二倍体細胞を培養し、該第一マーカー遺伝子の脱落を指標として、該特定の領域における目的の構造遺伝子および/または調節遺伝子についてホモ型である相同染色体を有する二倍体細胞を得る工程。
In one embodiment, the present invention relates to a target structural gene and / or regulatory gene in a specific region from a diploid cell having a hetero-type target structural gene and / or regulatory gene in a specific region of a homologous chromosome. A method for producing a diploid cell having a homologous homologous chromosome, comprising the following steps.
(1) inserting and / or replacing the first marker gene into any of heterozygous homologous chromosomes in diploid cells;
(2) a step of culturing the diploid cell obtained in step (1) and selecting a diploid cell into which the first marker gene has been introduced using the expression of the first marker gene as an index;
(3) The diploid cell obtained in step (2) is cultured, and the homologous homologous to the target structural gene and / or regulatory gene in the specific region, using the dropout of the first marker gene as an index Obtaining a diploid cell having a chromosome.
本発明において特定の領域とは、タンパク質をコードする遺伝子は勿論であるが、プロモーターやエンハンサーなどの何らかの機能を有する染色体上の任意の領域を意味する。特定の領域には、変異により機能を獲得、消失、又は機能が変化したものも含まれる。特定の領域は、野生型と変異型のいずれであってもよく、遺伝子の機能は現在公知の機能だけでなく、未知の機能であってもよい。なお特定の領域においてコードされるタンパク質の機能として具体的には、アミノ酸合成系、核酸合成系、プロテアーゼ、細胞壁タンパク質、転写因子などが挙げられる。 In the present invention, the specific region means not only a gene encoding a protein but also an arbitrary region on a chromosome having some function such as a promoter and an enhancer. The specific region also includes a region that has gained, lost, or changed function due to mutation. The specific region may be either a wild type or a mutant type, and the function of the gene may be not only a currently known function but also an unknown function. Specific examples of functions of proteins encoded in specific regions include amino acid synthesis systems, nucleic acid synthesis systems, proteases, cell wall proteins, and transcription factors.
本発明において、構造遺伝子とはタンパク質をコードする塩基配列であり、調節遺伝子とはプロモーターやエンハンサーなどの何らかの遺伝子発現調節機能を有する塩基配列を意味する。導入は構造遺伝子、調節遺伝子のいずれかのみであってもよく、調節遺伝子と構造遺伝子の組み合わせであっても良い。なお、構造遺伝子にコードされるタンパク質の機能として具体的には、アミノ酸合成系、核酸合成系、プロテアーゼ、細胞壁タンパク質、転写因子などが挙げられる。調節遺伝子として具体的にプロモーター、ターミネーター、エンハンサー、転写因子結合領域など遺伝子発現量を調節するために必要な塩基配列が挙げられる。 In the present invention, the structural gene is a base sequence encoding a protein, and the regulatory gene means a base sequence having some gene expression regulation function such as a promoter and an enhancer. The introduction may be either a structural gene or a regulatory gene, or a combination of a regulatory gene and a structural gene. Specific examples of functions of proteins encoded by structural genes include amino acid synthesis systems, nucleic acid synthesis systems, proteases, cell wall proteins, and transcription factors. Specific examples of regulatory genes include promoters, terminators, enhancers, transcription factor binding regions, and the like base sequences necessary for regulating gene expression levels.
本発明において、ヘテロ型とは1対の相同染色体上の特定の領域に含まれる構造遺伝子および/または調節遺伝子が互いに塩基配列レベルで相違していることを意味する。同様にホモ型とは一対の相同染色体上の特定の領域に含まれる構造遺伝子および/または調節遺伝子が互いに塩基配列レベルで同一であることを意味する。 In the present invention, the heterotype means that structural genes and / or regulatory genes contained in a specific region on a pair of homologous chromosomes are different from each other at the base sequence level. Similarly, the homozygous means that structural genes and / or regulatory genes contained in a specific region on a pair of homologous chromosomes are identical to each other at the base sequence level.
本発明で使用される第一マーカー遺伝子及び第二マーカー遺伝子は、当該技術分野において使用されるマーカー遺伝子のいずれを用いてもよい。好ましい第一マーカー遺伝子は、二機能性マーカー遺伝子である。ここで、二機能性マーカー遺伝子とは、二倍体細胞にマーカー遺伝子を導入した場合に当該マーカー遺伝子が導入されたことを検出できる機能(導入検出機能)と、一度導入されたマーカー遺伝子が除去された場合にその宿主(細胞)を直接的に検出できる機能(除去検出機能)とを有するマーカー遺伝子を意味する。二機能性マーカー遺伝子は、導入検出機能のみを有するマーカー遺伝子と、除去検出機能のみを有する別個のマーカー遺伝子を組み合せたものでもよいが、取扱いの効率化の観点から、導入検出機能と除去検出機能の両方を一つのマーカー遺伝子が備えた単一の二機能性マーカーが好ましい。好ましい単一の二機能性マーカー遺伝子としては、例えば、URA3、URA5、LYS2及びLYS5を挙げることができる。 Any of the marker genes used in the art may be used for the first marker gene and the second marker gene used in the present invention. A preferred first marker gene is a bifunctional marker gene. Here, the bifunctional marker gene is a function that can detect that the marker gene has been introduced when the marker gene is introduced into a diploid cell (introduction detection function), and the once introduced marker gene is removed. It means a marker gene having a function (removal detection function) capable of directly detecting the host (cell) when it is performed. The bifunctional marker gene may be a combination of a marker gene having only an introduction detection function and a separate marker gene having only a removal detection function, but from the viewpoint of efficient handling, the introduction detection function and the removal detection function. A single bifunctional marker provided with one marker gene for both of these is preferred. Preferred examples of the single bifunctional marker gene include URA3, URA5, LYS2 and LYS5.
導入検出機能を有するマーカーと除去検出機能を有するマーカーとを組み合わせて二機能性マーカーとする場合に使用することができる導入検出機能マーカーとしては、当該技術分野において通常使用される導入検出機能を有するマーカーであれば任意のマーカーを使用することができ、例えば、薬剤耐性遺伝子や、蛍光タンパク質及び特定の反応を触媒する酵素をコードする遺伝子等のレポーター遺伝子とも呼ばれる遺伝子を挙げることができる。薬剤耐性遺伝子としては、例えば、G418耐性遺伝子、オーレオバシジン耐性遺伝子、カナマイシン耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子、ハイグロマイシン耐性遺伝子、フレオマイシン耐性遺伝子、テトラサイクリン耐性遺伝子、ゼオシン耐性遺伝子、アンピシリン耐性遺伝子などの公知の薬剤耐性遺伝子を使用することができるが、これらに限定される訳ではない。蛍光タンパク質としては、緑色蛍光タンパク質遺伝子やルシフェラーゼ遺伝子を挙げることができる。 As an introduction detection function marker that can be used when a marker having an introduction detection function and a marker having a removal detection function are combined to form a bifunctional marker, the introduction detection function marker usually used in the art has an introduction detection function Any marker can be used as long as it is a marker, and examples thereof include drug resistance genes and genes called reporter genes such as genes encoding fluorescent proteins and enzymes that catalyze specific reactions. Examples of drug resistance genes include known G418 resistance genes, aureobasidin resistance genes, kanamycin resistance genes, neomycin resistance genes, hygromycin resistance genes, phleomycin resistance genes, tetracycline resistance genes, zeocin resistance genes, ampicillin resistance genes, and the like. Drug resistance genes can be used, but are not limited to these. Examples of the fluorescent protein include a green fluorescent protein gene and a luciferase gene.
本発明における感受性とは薬剤感受性、温度感受性、紫外線感受性、放射線感受性である。薬剤感受性とは薬剤耐性を持たないことを意味し、相補するマーカー遺伝子としては前記の薬剤耐性遺伝子を用いることが出来る。薬剤感受性相補遺伝子を導入することにより宿主細胞は薬剤存在下でも生育できる。 The sensitivity in the present invention includes drug sensitivity, temperature sensitivity, ultraviolet sensitivity, and radiation sensitivity. Drug sensitivity means no drug resistance, and the drug resistance gene can be used as a complementary marker gene. By introducing a drug-sensitive complementary gene, the host cell can grow even in the presence of the drug.
温度感受性とは正常な細胞が成育しうる温度範囲内の特定の温度以上あるいは以下で生育できない形質を意味し、低温感受性および高温感受性が知られている。これらの感受性を相補する遺伝子としては公知の温度感受性相補遺伝子を用いることが出来る。温度感受性相補遺伝子を導入することにより宿主細胞は正常な細胞が成育しうる温度で生育できる。 Temperature sensitivity means a trait that cannot grow above or below a specific temperature within a temperature range in which normal cells can grow, and low temperature sensitivity and high temperature sensitivity are known. A known temperature-sensitive complementary gene can be used as a gene that complements these sensitivities. By introducing a temperature-sensitive complementary gene, the host cell can grow at a temperature at which normal cells can grow.
紫外線感受性および放射線感受性とは紫外線および放射線の照射による染色体遺伝子の損傷修復機能に欠陥がある形質を意味し、相補する遺伝子としては遺伝子損傷修復機能を有するRAD54遺伝子など公知の遺伝子を用いることが出来る。紫外線感受性および放射線感受性相補遺伝子を導入することにより宿主細胞は紫外線および放射線照射後も生育できる。 UV sensitivity and radiosensitivity mean a trait that is defective in damage repair function of chromosomal genes caused by irradiation with UV light and radiation, and a known gene such as RAD54 gene having gene damage repair function can be used as a complementary gene . By introducing UV-sensitive and radiation-sensitive complementary genes, host cells can grow after UV and radiation irradiation.
本発明における要求性とは栄養要求性、すなわち特定のアミノ酸、ビタミン、核酸などの非存在下では生育できないまたは生育が非常に遅い形質を意味し、そのような要求性としてウラシル要求性、リジン要求性、ロイシン要求性、ヒスチジン要求性、トリプトファン要求性、メチオニン要求性、ビオチン要求性、アデニン要求性などが知られている。これらの要求性を相補するマーカー遺伝子としてURA3遺伝子、URA5遺伝子、LYS2遺伝子、LYS5遺伝子、LEU2遺伝子、HIS3遺伝子、TRP1遺伝子、MET1遺伝子、MET3遺伝子、BIO6遺伝子のほか公知の遺伝子を利用することが出来る。栄養要求性相補遺伝子を導入することにより宿主細胞は特定のアミノ酸、ビタミン、核酸などの非存在下でも生育できる。 The requirement in the present invention means an auxotrophy, that is, a trait that cannot grow in the absence of specific amino acids, vitamins, nucleic acids, or the like, or that grows very slowly. Such requirements include uracil requirement and lysine requirement. , Leucine requirement, histidine requirement, tryptophan requirement, methionine requirement, biotin requirement, adenine requirement and the like are known. As a marker gene that complements these requirements, URA3 gene, URA5 gene, LYS2 gene, LYS5 gene, LEU2 gene, HIS3 gene, TRP1 gene, MET1 gene, MET3 gene, BIO6 gene and other known genes can be used. . By introducing an auxotrophic complementary gene, host cells can grow in the absence of specific amino acids, vitamins, nucleic acids and the like.
また、本発明における「復帰」とは宿主細胞の感受性・要求性を、それを相補する遺伝子を導入することによって相補した後、突然変異処理により導入前の感受性・要求性を再び示すようになった状態を言う。 In the present invention, “reversion” means that the sensitivity / requirement of the host cell is complemented by introducing a gene that complements the host cell, and then the sensitivity / requirement before introduction is again shown by mutation treatment. Say the state.
本発明のマーカー遺伝子は、二倍体細胞中で発現できるように、その5’末端側に二倍体細胞中で機能するプロモーター配列を有し、3’末端にターミネーター配列を有する。マーカー遺伝子を二倍体細胞が本来有するプロモーターの下流に導入することによって、二倍体細胞が本来有するプロモーターを利用してマーカー遺伝子発現させることも可能である。この場合はマーカー遺伝子の5’末端側のプロモーターを省略することができる。 The marker gene of the present invention has a promoter sequence that functions in the diploid cell at the 5 'end side and a terminator sequence at the 3' end so that it can be expressed in the diploid cell. By introducing the marker gene downstream of the promoter inherent in the diploid cell, the marker gene can be expressed using the promoter inherent in the diploid cell. In this case, the promoter on the 5 'end side of the marker gene can be omitted.
本発明のマーカー遺伝子は、相同組換えによって二倍体細胞の染色体に導入される。よって、マーカー遺伝子(プロモーター及びターミネーターを含む)は、その5’末端側と3’末端側に二倍体細胞の染色体DNAと相同な一対の塩基配列(以下、相同配列ともいう)を有するベクターの形態で二倍体細胞内に導入される。 The marker gene of the present invention is introduced into the chromosome of a diploid cell by homologous recombination. Therefore, the marker gene (including promoter and terminator) is a vector having a pair of base sequences homologous to chromosomal DNA of diploid cells (hereinafter also referred to as homologous sequences) on its 5 ′ end side and 3 ′ end side. Introduced into diploid cells in the form.
この相同配列と二倍体細胞中の染色体DNAとが相同組換えを起こすことにより、二機能性マーカー遺伝子は二倍体細胞の染色体に挿入または置換によって導入される。塩基配列が明らかな二倍体細胞の染色体DNAに基づいて相同配列を設計することにより、マーカー遺伝子を染色体の特定の位置(領域)に導入することができる。 When this homologous sequence and chromosomal DNA in the diploid cell undergo homologous recombination, the bifunctional marker gene is introduced into the chromosome of the diploid cell by insertion or replacement. By designing a homologous sequence based on the chromosomal DNA of a diploid cell whose base sequence is clear, a marker gene can be introduced into a specific position (region) of the chromosome.
その際、染色体上の特定の領域の、5’側領域外塩基配列をマーカー遺伝子の5’側に、3’側領域外塩基配列をマーカー遺伝子の3’側に接続した形態で二倍体細胞内に導入すると置換型相同組換えを生じ、染色体上の特定の領域を目的の構造遺伝子および/または調節遺伝子で置換することが出来る。 At that time, a diploid cell in a form in which the 5′-side base sequence of a specific region on the chromosome is connected to the 5 ′ side of the marker gene and the 3′-side base sequence is connected to the 3 ′ side of the marker gene. When introduced into, substitutional homologous recombination occurs, and a specific region on the chromosome can be replaced with the target structural gene and / or regulatory gene.
一方、染色体上の特定の領域の3’側内部塩基配列をマーカー遺伝子の5’側に、5’側内部塩基配列をマーカー遺伝子の3'側に接続した形態で二倍体細胞内に導入すると挿入型相同組換えを生じ、染色体上の特定の領域に目的の構造遺伝子及び/または調節遺伝子を挿入することが出来る。 On the other hand, when a 3 ′ internal base sequence of a specific region on a chromosome is introduced into a diploid cell in a form in which the 5 ′ internal base sequence is connected to the 5 ′ side of the marker gene and the 3 ′ internal base sequence is connected to the 3 ′ side of the marker gene. Insertion-type homologous recombination occurs, and the target structural gene and / or regulatory gene can be inserted into a specific region on the chromosome.
マーカー遺伝子を二倍体細胞に導入するためのベクターは、プラスミドのような環状であってもよく、また線状のDNA断片であってもよい。二倍体細胞へのベクターの導入は、公知の遺伝子導入技術を用いて行うことができる。例えば、パーティクルガン法、エレクトロポレーション法、ポリエチレングリコール(PEG)法、リン酸カルシウム法、塩化カルシウム法、DEAEデキストラン法、マイクロインジェクション、リポフェクション法、及び酢酸リチウム法等を挙げることができる。これらの方法は、二倍体細胞の種類に応じて適宜選択して使用することができる。二倍体細胞が二倍体酵母である場合は、例えば酢酸リチウム法を用いることが好ましい。 A vector for introducing a marker gene into a diploid cell may be circular like a plasmid, or may be a linear DNA fragment. Introduction of a vector into a diploid cell can be performed using a known gene transfer technique. Examples thereof include a particle gun method, an electroporation method, a polyethylene glycol (PEG) method, a calcium phosphate method, a calcium chloride method, a DEAE dextran method, a microinjection method, a lipofection method, and a lithium acetate method. These methods can be appropriately selected and used according to the type of diploid cell. When the diploid cell is diploid yeast, for example, the lithium acetate method is preferably used.
本発明の相同染色体の一方のみに存在する目的の遺伝子を有する二倍体細胞から、該目的の遺伝子を両方の相同染色体に有する二倍体細胞を製造する方法は、ヘテロ接合性の消失(LOH)という現象を利用した方法である。ここで、LOHとは、二倍体細胞中の一対の相同染色体の特定領域の対立する配列が異なる状態(ヘテロ接合性)が、染色体の不分離、不分離と重複、体細胞分裂における組換え、遺伝子変換、欠失、点変異などにより、その一対の相同染色体における特定の領域が塩基配列レベルで同一の状態(ホモ接合性)へと変化する現象のことである。例えば、出芽酵母の場合、細胞100万個に1個ないし1万個に1個の頻度でLOHが生じることが知られている。 A method for producing a diploid cell having the gene of interest in both homologous chromosomes from a diploid cell having the gene of interest present only in one of the homologous chromosomes of the present invention comprises loss of heterozygosity (LOH ). Here, LOH is a state in which specific sequences in a specific region of a pair of homologous chromosomes in a diploid cell differ (heterozygosity). It is a phenomenon in which a specific region in a pair of homologous chromosomes changes to the same state (homozygosity) at the base sequence level due to gene conversion, deletion, point mutation or the like. For example, in the case of Saccharomyces cerevisiae, it is known that LOH occurs at a frequency of 1 to 1 million cells and 1 to 10,000 cells.
本発明において、二機能性マーカー遺伝子を用いて、相同染色体の一方のみに存在する標的遺伝子(目的の遺伝子)を有する二倍体細胞から、相同染色体の両方にその標的遺伝子を有する二倍体細胞を得る原理は、次の通りであり、図1に模式的に示される。二機能性マーカーは、相同染色体の一方のみに標的遺伝子を有する二倍体細胞における、当該標的遺伝子を欠く相同染色体に導入される。二機能性マーカーが目的の相同染色体に導入された二倍体細胞は、当該マーカー遺伝子の導入検出機能を指標として検出される。例えば、ウラシル要求性の清酒酵母を二倍体細胞として用い、二機能性マーカー遺伝子としてURA3マーカー遺伝子を用いた場合、マーカー遺伝子導入操作後にウラシル非添加の選択培地上で増殖し、コロニーを形成する酵母は、染色体にURA3マーカー遺伝子を取り込んだ酵母である。よって、このようにウラシル非添加培地上で増殖する酵母を選択することによって、二機能性マーカーを相同染色体上に有する酵母を得ることができる。得られた酵母は、標的遺伝子を有する染色体と二機能性マーカー遺伝子を有する染色体からなる一対の相同染色体を有し、この相同染色体においてLOHが生じることにより、当該相同染色体を形成する両方の染色体が標的遺伝子を有することになる。この場合、マーカー遺伝子が存在する側の染色体は排除されるため、二機能性マーカー遺伝子は除去されることになる。一方、LOHが生じない場合やマーカー遺伝子を有する側の染色体が倍化する態様でLOHが生じた場合、標的遺伝子は相同染色体の片側のみに存在するか、又はいずれの染色体上にも存在せず、逆に二機能性マーカー遺伝子を染色体のいずれか又は両方に有する。このような相同染色体を有する目的外の二倍体細胞は、二機能性マーカー遺伝子の除去検出機能を指標にして排除することができる。例えば、上記のように二機能性マーカー遺伝子としてURA3を使用する場合、LOHによってマーカー遺伝子が除去された酵母だけが5−FOA培地上で生育できるため、5−FOA培地上で生育する酵母を選抜することによって、目的とする標的遺伝子についてホモ型の相同染色体を有する二倍体酵母を得ることができる。 In the present invention, using a bifunctional marker gene, a diploid cell having a target gene (target gene) existing only in one of homologous chromosomes and having the target gene in both homologous chromosomes The principle of obtaining is as follows and is schematically shown in FIG. Bifunctional markers are introduced into homologous chromosomes that lack the target gene in diploid cells that have the target gene on only one of the homologous chromosomes. A diploid cell in which a bifunctional marker is introduced into the target homologous chromosome is detected using the introduction detection function of the marker gene as an index. For example, when uracil-requiring sake yeast is used as a diploid cell and the URA3 marker gene is used as a bifunctional marker gene, it grows on a selective medium without uracil after the marker gene introduction operation to form a colony Yeast is yeast that incorporates the URA3 marker gene into its chromosome. Therefore, by selecting a yeast that grows on a medium not added with uracil in this way, a yeast having a bifunctional marker on a homologous chromosome can be obtained. The obtained yeast has a pair of homologous chromosomes consisting of a chromosome having a target gene and a chromosome having a bifunctional marker gene, and when LOH is generated in this homologous chromosome, both chromosomes forming the homologous chromosome are Have the target gene. In this case, since the chromosome on the side where the marker gene exists is excluded, the bifunctional marker gene is removed. On the other hand, when LOH does not occur or when LOH is generated in such a manner that the chromosome on the side having the marker gene is doubled, the target gene exists only on one side of the homologous chromosome or does not exist on any chromosome Conversely, it has a bifunctional marker gene on either or both chromosomes. Undesired diploid cells having such homologous chromosomes can be excluded using the bifunctional marker gene removal detection function as an index. For example, when URA3 is used as a bifunctional marker gene as described above, since only yeast from which the marker gene has been removed by LOH can grow on a 5-FOA medium, a yeast that grows on a 5-FOA medium is selected. By doing so, a diploid yeast having a homologous homologous chromosome for the target gene of interest can be obtained.
標的遺伝子(目的の遺伝子)が相同染色体の両方に存在することは、任意の方法によって確認することができる。例えば、ホモ型になった標的遺伝子の表現型による確認や、標的遺伝子を挟んだ染色体上の領域に対してPCRを行ない、増幅された断片の大きさに基づいて確認することもできる。また、標的遺伝子に特異的なプローブを用いて検出してもよい。栄養要求性株については、培地に植菌することにより表現型を確認することもできる。 The presence of the target gene (target gene) in both homologous chromosomes can be confirmed by any method. For example, confirmation can be performed based on the size of the amplified fragment by performing PCR on a chromosome region sandwiching the target gene by confirming the homologous target gene by the phenotype. Moreover, you may detect using a probe specific to a target gene. For auxotrophic strains, the phenotype can also be confirmed by inoculating the medium.
本発明において、マーカー遺伝子は、目的の遺伝子が存在しない側の相同染色体中であれば任意の位置に導入することができる。好ましくは、対立する相同染色体において目的の遺伝子が存在する特定の領域に相当する領域に導入され、最も好ましくは、対立する相同染色体において目的の遺伝子が存在する位置に相当する位置に導入される。 In the present invention, the marker gene can be introduced at any position as long as it is in the homologous chromosome on the side where the target gene does not exist. Preferably, it is introduced into a region corresponding to a specific region where the gene of interest exists in the allelic homologous chromosome, and most preferably, it is introduced into a location corresponding to the position where the gene of interest exists in the allelic homologous chromosome.
本発明において、マーカー遺伝子を挿入する対象となる、相同染色体の一方のみに標的遺伝子を有する二倍体細胞(ヘテロ型)は、公知の遺伝子組み換え方法によって作成することができ、その方法は特に限定されるものではない。例えば、ヘテロ型の目的の構造遺伝子および/または調節遺伝子を相同染色体の特定の領域に有する二倍体細胞は、以下の工程を含む方法によって得られる。
(1) 第二マーカー遺伝子と目的の構造遺伝子および/または調節遺伝子とを二倍体細胞の相同染色体の特定の領域に挿入および/または置換する工程;
(2) 工程(1)で得られた二倍体細胞を培養し、第二マーカー遺伝子の発現を指標にして、ヘテロ型の目的の構造遺伝子および/または調節遺伝子を相同染色体の特定の領域に有する二倍体細胞を得る工程。
In the present invention, a diploid cell (heterotype) having a target gene only in one of homologous chromosomes to be inserted with a marker gene can be prepared by a known genetic recombination method, and the method is particularly limited. Is not to be done. For example, a diploid cell having a hetero-type structural gene of interest and / or a regulatory gene in a specific region of a homologous chromosome can be obtained by a method including the following steps.
(1) inserting and / or replacing a second marker gene and a target structural gene and / or regulatory gene into a specific region of a homologous chromosome of a diploid cell;
(2) Culturing the diploid cell obtained in step (1), and using the expression of the second marker gene as an index, the target structural gene and / or regulatory gene of the heterotype is placed in a specific region of the homologous chromosome. Obtaining diploid cells.
ここで、第二マーカー遺伝子は、上記に示すマーカー遺伝子のいずれであってもよい。 Here, the second marker gene may be any of the marker genes shown above.
本発明において、二倍体細胞とは、染色体数(核相)が2nで表され、両親から由来する相同染色体を一対ずつ有する細胞を意味する。二倍体細胞には、二倍体である生物であれば任意のものが含まれ、例えば、酵母、カビ、植物、及び動物細胞を挙げることができる。好ましくは、比較的培養が容易な細胞であり、最も好ましくは二倍体酵母である。 In the present invention, a diploid cell means a cell having a chromosome number (nuclear phase) of 2n and having a pair of homologous chromosomes derived from parents. The diploid cell includes any organism that is a diploid, and examples thereof include yeast, mold, plant, and animal cells. Preferred are cells that can be cultured relatively easily, and most preferred is diploid yeast.
上記本発明の実施形態における、相同染色体上の一方の遺伝子が特定の機能を有する遺伝子であって他方の遺伝子が当該機能を欠損している遺伝子であるヘテロ型標的対立遺伝子を有する二倍体細胞は、遺伝子ターゲッティングなどの公知の方法を用いて標的遺伝子についてホモ型の二倍体細胞から作成することができ、以下の工程を含む方法が一態様として挙げられる:
(1) (a)ループアウト形成配列、(b)二倍体細胞中で機能するプロモーター、(c)前記プロモーター配列の制御下にあるマーカー遺伝子の導入と除去の両方が検出可能な二機能性マーカー、並びに前記(a)〜(c)を挟んで5’末端側と3’末端側に配置される一対の相同組換え配列を含むベクターを、標的対立遺伝子について機能を有するホモ型である二倍体細胞に導入し、一方の相同染色体と相同組換えを起させる工程;
(2) 工程(1)で得られた細胞を培養し、二機能性マーカー遺伝子の発現を指標にして相同組換えされた染色体を有する二倍体細胞を選別する工程;
(3) 工程(2)で得られた細胞を培養し、二機能性マーカー遺伝子が除去された二倍体細胞を得る工程。
In the embodiment of the present invention, a diploid cell having a hetero target allele in which one gene on a homologous chromosome is a gene having a specific function and the other gene is a gene lacking the function Can be prepared from homozygous diploid cells for the target gene using known methods such as gene targeting, and includes a method comprising the following steps as one aspect:
(1) (a) loop-out forming sequence, (b) promoter functioning in diploid cells, (c) bifunctionality capable of detecting both introduction and removal of a marker gene under the control of said promoter sequence A vector comprising a marker and a pair of homologous recombination sequences arranged on the 5 ′ end side and 3 ′ end side with the above (a) to (c) in between is a homotype having a function with respect to the target allele Introducing into a polyploid cell and causing homologous recombination with one homologous chromosome;
(2) culturing the cells obtained in step (1) and selecting diploid cells having chromosomes homologously recombined using the expression of the bifunctional marker gene as an index;
(3) A step of culturing the cell obtained in step (2) to obtain a diploid cell from which the bifunctional marker gene has been removed.
ここで、5’末端側に配置される相同組換え配列は、標的遺伝子の5’末端側にある塩基配列と相同な配列であり、3’末端側に配置される相同組換え配列は標的遺伝子の3’末端側にある塩基配列と相同な配列であり、ループアウト形成配列は前記二機能性マーカー遺伝子配列に対して5’末端側にある場合、該ループアウト形成配列は前記標的遺伝子の3’末端側にある塩基配列よりもさらに3’末端側にある塩基配列と相同な配列であり、該ループアウト形成配列が前記二機能性マーカー遺伝子配列に対して3’末端側にある場合、該ループアウト形成配列は前記標的遺伝子の5’末端側にある塩基配列よりもさらに5’末端側にある塩基配列である。この方法を用いた実施態様の模式図を図2に示す。 Here, the homologous recombination sequence arranged on the 5 ′ end side is a sequence homologous to the base sequence on the 5 ′ end side of the target gene, and the homologous recombination sequence arranged on the 3 ′ end side is the target gene. Is a sequence homologous to the base sequence on the 3 ′ end side, and when the loop-out forming sequence is on the 5 ′ end side with respect to the bifunctional marker gene sequence, the loop-out forming sequence is 3 of the target gene. When the sequence is more homologous to the base sequence located on the 3 ′ end side than the base sequence located on the “terminal side”, and the loop-out forming sequence is located on the 3 ′ end side with respect to the bifunctional marker gene sequence, The loop-out forming sequence is a base sequence that is further on the 5 ′ end side than the base sequence on the 5 ′ end side of the target gene. A schematic diagram of an embodiment using this method is shown in FIG.
ここで、ループアウトとは、同一染色体上にある相同性を持った配列同士が組換えを起こし、その間の配列が抜け落ちる現象を言う。 Here, loop-out refers to a phenomenon in which homologous sequences on the same chromosome undergo recombination and the sequence between them falls off.
以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
使用菌株と培地
大腸菌Escherichia coli DH5α゜ [F− endA1 hsdR17 (rK -/mK -) supE44 thi-1 λ− recA1 gyrA96 DlacU169 (φ80lacZΔM15)]を組換えDNA操作の宿主として用いた。大腸菌はLB(+Amp)培地(10 g/l polypeptone, 5 g/l yeast extract, and 10 g/l sodium chloride and 100 mg/l ampicillin)で37℃にて培養した。宿主およびテンプレートゲノムDNA抽出に用いる清酒酵母としてきょうかい9号(醸造協会)、GRI-117-U(特開2007−189909)、GRI-117-UK(Biochemical Engineering Journal Volume 33, Issue 3, March 2007, Pages 232-237)を用いた。酵母はその状況に応じて、YPD培地(非選択培地:10 g/l yeast extract, 20 g/l polypeptone and 20 g/l glucose)、SD培地(栄養要求性株選択培地:6.7 g/l yeast nitrogen base without amino acids, 20 g/l glucose and appropriate supplements)、5-FOA培地(Ura−株選抜用:6.7 g/l yeast nitrogen base without amino acids, 20 g/l glucose, 1 g/l 5-FOA and 20 g/l uracil and appropriate supplements)、α-AA培地(Lys−株選抜用:1.6 g/l yeast nitrogen base without amino acids and ammonium sulfate, 20 g/l glucose, 2 g/l DL-α-AA and 50 mg/l lysine-HCl)で30℃にて培養、寒天培地ではこれに2% agarを添加して30℃にて培養する。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, this invention is not limited to these.
Bacterial strain and medium Escherichia coli DH5α [F - endA1 hsdR17 (r K − / m K − ) supE44 thi-1 λ - recA1 gyrA96 DlacU169 (φ80lacZΔM15)] was used as a host for recombinant DNA manipulation. E. coli was cultured at 37 ° C. in LB (+ Amp) medium (10 g / l polypeptone, 5 g / l yeast extract, and 10 g / l sodium chloride and 100 mg / l ampicillin). As a sake yeast used for host and template genomic DNA extraction, Kyokai No. 9 (Brewing Association), GRI-117-U (Japanese Patent Laid-Open No. 2007-189909), GRI-117-UK (Biochemical Engineering Journal Volume 33,
実施例1
LYS2破壊株の作製
相同組換えに用いるDNA断片をジャンクションPCRで合成した。表1に示すプライマー(配列番号26〜33)を用い、酵母ゲノムDNAをテンプレートとし、5’末端側の相同組換え配列としてLYS2(-250〜220)、ループアウト形成配列としてLYS2(1881〜2380)、マーカー遺伝子としてURA3マーカー、3’末端側の相同組換え配列としてLYS2(1381〜1880)の各DNA断片をPCRにて増幅した。これらの断片を精製後、各断片を混合して、1F(配列番号26)および4R(配列番号33)のプライマーを用いて2回目のPCRを行うことにより2,602 bpの遺伝子置換用DNA断片lys2-URA3を作製した。この断片で清酒酵母GRI-117-U(ウラシル要求性)を形質転換し、片方の染色体のLYS2がlys2-URA3に置換された株を得た。この株をYPDで3日間培養し、5-FOAプレートに塗布すると、1.0×10−4の頻度でコロニーが出現した。コロニーを形成する菌体は、染色体からURA3マーカー遺伝子が除去されたものである。表3に示すプライマー(配列番号80,81)を用いて、コロニーから直接PCRを行い、増幅断片が2.6 kbと0.9 kbの2種類である株をLys2遺伝子とマーカー遺伝子URA3とがループアウトにより脱落した株として選抜した。得られた株をLYS2へテロ破壊株GKT1000とした。GKT1000は、相同染色体の一方のみにLys2遺伝子を有する。このGKT1000をYPDで3日間培養し、α-AAプレートに塗布すると、1.1×10-4の頻度でコロニーが出現した。出現したコロニーは、選択マーカーURA3がLOHにより消失し(ウラシル要求性を示し)、かつリジン要求性を示したため、これをLYS2ホモ破壊株GKT1001とした。
Example 1
Preparation of LYS2-disrupted strain DNA fragments used for homologous recombination were synthesized by junction PCR. Using the primers shown in Table 1 (SEQ ID NOs: 26 to 33), using yeast genomic DNA as a template, LYS2 (−250 to 220) as a 5′-end homologous recombination sequence, and LYS2 (1881 to 2380) as a loop-out forming sequence ), URA3 marker as a marker gene, and each DNA fragment of LYS2 (1381 to 1880) as a homologous recombination sequence on the 3 ′ end side was amplified by PCR. After purifying these fragments, the respective fragments are mixed and subjected to a second PCR using primers of 1F (SEQ ID NO: 26) and 4R (SEQ ID NO: 33), whereby a 2,602 bp DNA fragment for gene substitution lys2- URA3 was made. Sake yeast GRI-117-U (requiring uracil) was transformed with this fragment to obtain a strain in which LYS2 of one chromosome was replaced with lys2-URA3. When this strain was cultured for 3 days in YPD and applied to a 5-FOA plate, colonies appeared at a frequency of 1.0 × 10 −4 . The bacterial cells forming the colony are those obtained by removing the URA3 marker gene from the chromosome. PCR was performed directly from the colonies using the primers shown in Table 3 (SEQ ID NOs: 80 and 81), and two strains with amplified fragments of 2.6 kb and 0.9 kb were removed from the Lys2 gene and the marker gene URA3 by loop-out. Selected as a stock. The obtained strain was designated as LYS2 heterologous strain GKT1000. GKT1000 has the Lys2 gene on only one of the homologous chromosomes. When this GKT1000 was cultured in YPD for 3 days and applied to an α-AA plate, colonies appeared with a frequency of 1.1 × 10 −4 . The colony that appeared was the selective marker URA3 disappeared by LOH (showing uracil requirement) and lysine requirement, and this was designated as LYS2 homo-disruption strain GKT1001.
実施例2
LEU2破壊株の作製
相同組み換えに用いるDNA断片をジャンクションPCRにて合成した。表1に示すプライマー(配列番号34〜41)を用い、酵母ゲノムDNAをテンプレートとして、5’末端側の相同組換え配列としてLEU2(−150〜−1)、ループアウト形成配列としてLEU2(643〜1198)、マーカー遺伝子としてURA3マーカー、3’末端側の相同組換え配列としてLEU2(493〜642)の各DNA断片をPCRにて増幅した。これらの断片を精製後、各断片を混合して、1F(配列番号34)および4R(配列番号41)のプライマーを用いて2回目のPCRを行うことにより1,987 bpの遺伝子置換用DNA断片leu2-URA3を作製した。この断片で清酒酵母GKT1001を形質転換し、片方の染色体のLEU2がleu2−URA3に置換された株を得た。この株をYPDで3日間培養し、5-FOAプレートに塗布すると、1.6×10−5の頻度でコロニーが出現した。表3に示すプライマー(配列番号34、82)を用いて、コロニーから直接PCRを行い、増幅断片が1.4 kbと0.8 kbであるコロニーを選択マーカーURA3がループアウトにより脱落した株として選抜した。得られた株をLEU2へテロ破壊株GKT2000とした。
Example 2
Preparation of LEU2-disrupted strain DNA fragments used for homologous recombination were synthesized by junction PCR. Using the primers shown in Table 1 (SEQ ID NOs: 34 to 41), using yeast genomic DNA as a template, LEU2 (−150 to −1) as a homologous recombination sequence on the 5 ′ end side, and LEU2 (643 to 643 as a loopout forming sequence) 1198), each DNA fragment of URA3 marker as a marker gene and LEU2 (493 to 642) as a homologous recombination sequence on the 3 ′ end side was amplified by PCR. After purifying these fragments, the respective fragments are mixed and subjected to a second PCR using primers of 1F (SEQ ID NO: 34) and 4R (SEQ ID NO: 41), whereby a 1,987 bp DNA fragment leu2- URA3 was made. Sake yeast GKT1001 was transformed with this fragment to obtain a strain in which LEU2 on one chromosome was replaced with leu2-URA3. When this strain was cultured in YPD for 3 days and applied to a 5-FOA plate, colonies appeared at a frequency of 1.6 × 10 −5 . PCR was performed directly from the colonies using the primers shown in Table 3 (SEQ ID NOs: 34 and 82), and colonies with amplified fragments of 1.4 kb and 0.8 kb were selected as strains from which the selection marker URA3 had been removed by loop-out. The obtained strain was designated LEU2 heterologous strain GKT2000.
このGKT2000のLEU2の破壊領域をホモ化するために相同組換えによりURA3マーカーを含むプラスミドpRSU-LEU2でマーキングした。pRSU-LEU2構築は以下の通りである。まず、表2に示すプライマー(配列番号66〜69)を用いて、酵母ゲノムDNAをテンプレートとしてPCR、続けてジャンクションPCRを行った。得られたDNA断片を精製後、EcoR I, Sal Iで制限酵素処理し、これをEcoR I, Sal Iで制限酵素処理したpRS406へと挿入した。pRSU-LEU2を Hpa Iで制限酵素処理、線状化したのち、酢酸リチウム法でGKT2000へ導入することにより、LEU2非破壊領域がマーキングされた株GKT2000/pRSU-LEU2を得た。GKT2000/pRSU-LEU2をYPDで3日間培養し、5-FOAプレートに塗布すると、6.5×10-5の頻度でコロニーが出現した。本発明の方法を用いた場合、1枚のプレートでコロニーの検出が可能であるが、従来の網羅的スクリーニングで行う場合は100枚程度のプレートが必要である。出現したコロニーを表3に示すプライマー(配列番号34,82)を用いて、コロニーから直接PCRを行い、増幅断片が0.8 kbのみのコロニーを選択マーカーURA3がLOHにより消失した株として選抜した。出現したコロニーのおよそ4割がLEU2がホモ破壊された株であり、これをGKT2001とした。ウラシル、リジン、ロイシン要求性である。 In order to homogenize the disrupted region of LEU2 of GKT2000, it was marked with plasmid pRSU-LEU2 containing the URA3 marker by homologous recombination. The construction of pRSU-LEU2 is as follows. First, using the primers shown in Table 2 (SEQ ID NOs: 66 to 69), PCR was performed using yeast genomic DNA as a template, followed by junction PCR. The obtained DNA fragment was purified, treated with restriction enzymes with EcoR I and Sal I, and inserted into pRS406 treated with EcoR I and Sal I. After pRSU-LEU2 was digested with Hpa I and linearized, it was introduced into GKT2000 by the lithium acetate method to obtain a strain GKT2000 / pRSU-LEU2 marked with a non-destructive LEU2 region. When GKT2000 / pRSU-LEU2 was cultured in YPD for 3 days and applied to a 5-FOA plate, colonies appeared with a frequency of 6.5 × 10 −5 . When the method of the present invention is used, colonies can be detected with a single plate, but when using conventional exhaustive screening, about 100 plates are required. The appearing colonies were directly PCR from the colonies using the primers shown in Table 3 (SEQ ID NOs: 34 and 82), and colonies with an amplified fragment of only 0.8 kb were selected as strains in which the selection marker URA3 had disappeared due to LOH. About 40% of the colonies that appeared were strains in which LEU2 was homo-disrupted, and this was designated as GKT2001. It requires uracil, lysine, and leucine.
実施例3
HIS3破壊株の作製
遺伝子置換に用いるDNA断片をジャンクションPCRにて合成した。表1に示すプライマー(配列番号42〜49)を用い、酵母ゲノムDNAをテンプレートとして、5’末端側の相同組換え配列としてHIS3(-400〜-251)、ループアウト形成配列としてHIS3(251〜750)、マーカー遺伝子としてURA3マーカー、3’末端側の相同組換え配列としてHIS3(101〜250)の各DNA断片をPCRにて増幅した。これらの断片を精製後、各断片を混合して、1F(配列番号42)および4R(配列番号49)のプライマーを用いて2回目のPCRを行うことにより1,932 bpの遺伝子置換用DNA断片his3-URA3を作製した。この断片で清酒酵母GKT2001を形質転換し、片方の染色体のHIS3がhis3-URA3に置換された株を得た。この株をYPDで3日間培養し、5-FOAプレートに塗布すると、2.4×10-5の頻度でコロニーが出現した。表3に示すプライマー(配列番号42,83)を用いて、コロニーから直接PCRを行い、増幅断片が1.2 kbと0.6 kbであるコロニーを選択マーカーURA3がループアウトにより脱落した株として選抜した。得られた株をHIS3へテロ破壊株GKT3000とした。
Example 3
Preparation of HIS3-disrupted strain DNA fragments used for gene replacement were synthesized by junction PCR. Using the primers shown in Table 1 (SEQ ID NOs: 42 to 49), using yeast genomic DNA as a template, HIS3 (-400 to -251) as a homologous recombination sequence on the 5 'end side, and HIS3 (251 to as a loopout forming sequence) 750), each DNA fragment of URA3 marker as a marker gene and HIS3 (101-250) as a homologous recombination sequence on the 3 ′ end side was amplified by PCR. After purifying these fragments, each fragment is mixed and subjected to a second PCR using primers of 1F (SEQ ID NO: 42) and 4R (SEQ ID NO: 49), whereby a 1,932 bp gene fragment DNA fragment his3- URA3 was made. Sake yeast GKT2001 was transformed with this fragment to obtain a strain in which HIS3 on one chromosome was replaced with his3-URA3. When this strain was cultured for 3 days in YPD and applied to a 5-FOA plate, colonies appeared with a frequency of 2.4 × 10 −5 . PCR was carried out directly from the colonies using the primers shown in Table 3 (SEQ ID NOs: 42 and 83), and colonies with amplified fragments of 1.2 kb and 0.6 kb were selected as strains from which the selection marker URA3 had been removed by loop-out. The obtained strain was designated as HIS3 heterologous strain GKT3000.
このGKT3000のHIS3の破壊領域をホモ化するために相同組換えによりURA3マーカーを含むプラスミドpRSU-HIS3でマーキングした。pRSU-HIS3構築は以下のとおり。まず、表2に示すプライマー(配列番号70〜73)を用いて、酵母ゲノムDNAをテンプレートとしてPCR、続けてジャンクションPCRを行った。得られたDNA断片を精製後、EcoR I, Sal Iで制限酵素処理し、これをEcoR I, Sal Iで制限酵素処理したpRS406へと挿入した。pRSU-HIS3でGKT3000をHpa Iで制限酵素処理して、線状化したのち、酢酸リチウム法でGKT3000へ導入することにより、HIS3非破壊領域がマーキングされた株GKT3000/pRSU-HIS3を得た。GKT3000/pRSU-HIS3をYPDで3日間培養し、5-FOAプレートに塗布すると、3.2×10-3の頻度でコロニーが出現した。本発明の方法を用いた場合、1枚のプレートでコロニーの検出が可能であるが、従来の網羅的スクリーニングで行う場合は100枚程度のプレートが必要である。出現したコロニーを表3に示すプライマー(配列番号42、83)を用いて、コロニーから直接PCRを行い、増幅断片が0.6 kbのみであるコロニーを選択マーカーURA3がLOHにより消失した株として選抜した。選択したコロニーのおよそ1割がHIS3がホモ破壊された株であり、これをGKT3001とした。この株は、ウラシル、リジン、ロイシン要求性である。 In order to homogenize the HIS3 disruption region of GKT3000, it was marked with plasmid pRSU-HIS3 containing the URA3 marker by homologous recombination. The construction of pRSU-HIS3 is as follows. First, PCR was performed using yeast genomic DNA as a template, followed by junction PCR using the primers (SEQ ID NOs: 70 to 73) shown in Table 2. The obtained DNA fragment was purified, treated with restriction enzymes with EcoR I and Sal I, and inserted into pRS406 treated with EcoR I and Sal I. GKT3000 was treated with pRSU-HIS3 with restriction enzyme Hpa I, linearized, and then introduced into GKT3000 by the lithium acetate method to obtain a strain GKT3000 / pRSU-HIS3 in which the HIS3 nondestructive region was marked. When GKT3000 / pRSU-HIS3 was cultured in YPD for 3 days and applied to a 5-FOA plate, colonies appeared at a frequency of 3.2 × 10 −3 . When the method of the present invention is used, colonies can be detected with a single plate, but when using conventional exhaustive screening, about 100 plates are required. The emerged colonies were directly PCR from the colonies using the primers shown in Table 3 (SEQ ID NOs: 42 and 83), and colonies having an amplified fragment of only 0.6 kb were selected as a strain in which the selection marker URA3 had disappeared due to LOH. Approximately 10% of the selected colonies were strains in which HIS3 was homo-disrupted, and this was designated as GKT3001. This strain is uracil, lysine, leucine auxotrophic.
実施例4
PEP4破壊株の作製
遺伝子置換に用いるDNA断片をジャンクションPCRにて合成した。表1に示すプライマー(配列番号50〜57)を用い、酵母ゲノムDNAをテンプレートとして、5’末端側の相同組換え配列としてPEP4(-160〜-1)、ループアウト形成配列としてPEP4(1219〜1728)、マーカー遺伝子としてURA3マーカー、3’末端側の相同組換え配列としてPEP4(1069〜1218)の各DNA断片をPCRにて増幅した。これらの断片を精製後、各断片を混合して、1F(配列番号50)および4R(配列番号57)のプライマーを用いて2回目のPCRを行うことにより1,952 bpの遺伝子置換用DNA断片pep4-URA3を作製した。この断片で清酒酵母GKT2001を形質転換し、片方の染色体のPEP4がpep4-URA3に置換された株を得た。この株をYPDで3日間培養し、5-FOAプレートに塗布すると、5.3×10-5の頻度でコロニーが出現した。表3に示すプライマー(配列番号50、84)を用いて、コロニーから直接PCRを行い、増幅断片が1.9 kbと0.7 kbであるコロニーを選択マーカーURA3がループアウトにより脱落した株として選抜した。得られた株をPEP4へテロ破壊株GKT2100とした。
Example 4
Preparation of PEP4-disrupted strain DNA fragments used for gene replacement were synthesized by junction PCR. Using the primers shown in Table 1 (SEQ ID NOs: 50 to 57), using yeast genomic DNA as a template, PEP4 (-160 to -1) as a homologous recombination sequence on the 5 'end side, and PEP4 (1219 to 1219 as a loop-out forming sequence) 1728), DNA fragments of URA3 marker as a marker gene and PEP4 (1069-1218) as a homologous recombination sequence at the 3 ′ end were amplified by PCR. After purifying these fragments, the respective fragments are mixed and subjected to a second PCR using primers of 1F (SEQ ID NO: 50) and 4R (SEQ ID NO: 57), whereby a 1,952 bp DNA fragment for gene replacement pep4- URA3 was made. Sake yeast GKT2001 was transformed with this fragment to obtain a strain in which PEP4 on one chromosome was replaced with pep4-URA3. When this strain was cultured in YPD for 3 days and applied to a 5-FOA plate, colonies appeared with a frequency of 5.3 × 10 −5 . PCR was carried out directly from the colonies using the primers shown in Table 3 (SEQ ID NOs: 50 and 84), and colonies with amplified fragments of 1.9 kb and 0.7 kb were selected as strains from which the selection marker URA3 had been removed by loop-out. The obtained strain was designated as PEP4 hetero-destroying strain GKT2100.
このGKT2100のPEP4の破壊領域をホモ化するために相同組換えによりURA3マーカーを含むプラスミドpRSU-PEP4でマーキングした。pRSU-PEP4構築は以下のとおりである。まず、表2に示すプライマー(配列番号74、75)を用いて、酵母ゲノムDNAをテンプレートとしてPCRを行った。得られたDNA断片を精製後、EcoR I, SalIで制限酵素処理し、これをEcoR I, Sal Iで制限酵素処理したpRS406へと挿入した。pRSU-PEP4をHpa Iで制限酵素処理、線状化したのち、酢酸リチウム法でGKT2100へ導入することにより、PEP4非破壊領域がマーキングされた株GKT2100/pRSU-PEP4を得た。GKT2100/pRSU-PEP4をYPDで3日間培養し、5-FOAプレートに塗布すると、5.5×10-5の頻度でコロニーが出現した。本発明の方法を用いた場合、1枚のプレートでコロニーの検出が可能であるが、従来の網羅的スクリーニングで行う場合は100枚程度のプレートが必要なうえに、この中から目的とするコロニーの選抜はほぼ不可能である。出現したコロニーを表3に示すプライマー(配列番号50、84)を用いて、コロニーから直接PCRを行い、増幅断片が0.7 kbのみであるコロニーを選択マーカーURA3がLOHにより消失した株として選抜した。出現したコロニーのおよそ4割がPEP4がホモ破壊された株であり、これをGKT2101とした。この株は、ウラシル、リジン、ロイシン要求性であり、PEP4遺伝子がホモ型に破壊されている。 In order to homogenize the disrupted region of PEP4 of GKT2100, it was marked with plasmid pRSU-PEP4 containing the URA3 marker by homologous recombination. The construction of pRSU-PEP4 is as follows. First, PCR was performed using yeast genomic DNA as a template using the primers (SEQ ID NOs: 74 and 75) shown in Table 2. The obtained DNA fragment was purified, treated with restriction enzymes with EcoR I and SalI, and inserted into pRS406 treated with restriction enzymes with EcoR I and Sal I. After pRSU-PEP4 was treated with restriction enzyme with Hpa I and linearized, it was introduced into GKT2100 by the lithium acetate method to obtain a strain GKT2100 / pRSU-PEP4 marked with a non-destructive region of PEP4. When GKT2100 / pRSU-PEP4 was cultured in YPD for 3 days and applied to a 5-FOA plate, colonies appeared with a frequency of 5.5 × 10 −5 . When the method of the present invention is used, colonies can be detected with a single plate. However, when conventional exhaustive screening is performed, about 100 plates are required, and a target colony is selected from these plates. The selection of is almost impossible. The emerged colonies were directly PCR from the colonies using the primers shown in Table 3 (SEQ ID NOs: 50 and 84), and the colonies whose amplified fragments were only 0.7 kb were selected as strains in which the selection marker URA3 had disappeared due to LOH. Approximately 40% of the appearing colonies were strains in which PEP4 was homo-disrupted, and this was designated as GKT2101. This strain is uracil, lysine and leucine auxotrophic, and the PEP4 gene is disrupted in a homo form.
実施例5
SED1破壊株の作製
遺伝子置換に用いるDNA断片をジャンクションPCRにて合成した。表1に示すプライマー(配列番号58〜65)を用い、酵母ゲノムDNAをテンプレートとして、5’末端側の相同組換え配列としてSED1(-1334〜-1104)、ループアウト形成配列としてSED1(1260〜1759)、マーカー遺伝子としてURA3マーカー、3’末端側の相同組換え配列としてSED1(1060〜1259)の各DNA断片をPCRにて増幅した。これらの断片を精製後、各断片を混合して、1F(配列番号58)および4R(配列番号65)のプライマーを用いて2回目のPCRを行うことにより2,062 bpの遺伝子置換用DNA断片sed1-URA3を作製した。この断片で清酒酵母GRI-117-UKを形質転換し、片方の染色体のSED1がsed1-URA3に置換された株を得た。この株をYPDで3日間培養し、5-FOAプレートに塗布すると、3.4×10-5の頻度でコロニーが出現した。表3に示すプライマー(配列番号85,86)を用いて、コロニーから直接PCRを行い、増幅断片が3.2 kbと0.9 kbであるコロニーを選択マーカーURA3がループアウトにより脱落した株として選抜した。得られた株をSED1へテロ破壊株GRI-117-UK(sed1/SED1)とした。
Example 5
Preparation of SED1-disrupted strain DNA fragments used for gene replacement were synthesized by junction PCR. Using the primers (SEQ ID NOs: 58 to 65) shown in Table 1, using yeast genomic DNA as a template, SED1 (-1334 to -1104) as a homologous recombination sequence on the 5 ′ end side, and SED1 (1260 as a loopout forming sequence) 1759), each DNA fragment of SED1 (1060 to 1259) as a URA3 marker as a marker gene and a homologous recombination sequence on the 3 ′ end side was amplified by PCR. After purifying these fragments, the respective fragments are mixed and subjected to a second PCR using primers of 1F (SEQ ID NO: 58) and 4R (SEQ ID NO: 65), whereby a 2,062 bp DNA fragment for gene replacement sed1- URA3 was made. Sake yeast GRI-117-UK was transformed with this fragment to obtain a strain in which SED1 of one chromosome was replaced with sed1-URA3. When this strain was cultured in YPD for 3 days and applied to a 5-FOA plate, colonies appeared at a frequency of 3.4 × 10 −5 . PCR was performed directly from the colonies using the primers shown in Table 3 (SEQ ID NOs: 85 and 86), and colonies with amplified fragments of 3.2 kb and 0.9 kb were selected as strains from which the selection marker URA3 had been removed by loop-out. The obtained strain was designated as SED1 hetero-destroying strain GRI-117-UK (sed1 / SED1).
このGRI-117-UK(sed1/SED1)のSED1の破壊領域をホモ化するために相同組換えによりURA3マーカーを含むプラスミドpRSU-SED1でマーキングした。pRSU-SED1構築は以下のとおり。まず、表2に示すプライマー(配列番号76−79)を用いて、酵母ゲノムDNAをテンプレートとしてPCR、続けてジャンクションPCRを行った。得られたDNA断片を精製後、EcoR I, Sal Iで制限酵素処理し、これをEcoR I, Sal Iで制限酵素処理したpRS406へと挿入した。pRSU-SED1を Hpa Iで制限酵素処理、線状化したのち、酢酸リチウム法でGRI-117-UK(sed1/SED1)に導入することにより、SED1非破壊領域がマーキングされた株GRI-117-UK(sed1/SED1)/pRSU-SED1を得た。GRI-117-UK(sed1/SED1)/pRSU-SED1をYPDで3日間培養し、5-FOAプレートに塗布すると、3.8×10-5の頻度でコロニーが出現した。本発明の方法を用いた場合、1枚のプレートでコロニーの検出が可能であるが、従来の網羅的スクリーニングで行う場合は100枚程度のプレートが必要なうえに、この中から目的とするコロニーの選抜はほぼ不可能である。出現したコロニーを表3に示すプライマー(配列番号85,86)を用いて、コロニーから直接PCRを行い、選択マーカーURA3がLOHにより消失した株を選抜した(増幅断片0.9 kbのみ)。出現したコロニーのおよそ5%がSED1がホモ破壊された株であり、これをGRI-117-UK(sed1/sed1)とした。この株は、ウラシル、リジン要求性であり、SED1遺伝子がホモ型に破壊されている。 In order to homogenize the disrupted region of SED1 of this GRI-117-UK (sed1 / SED1), it was marked with plasmid pRSU-SED1 containing the URA3 marker by homologous recombination. The construction of pRSU-SED1 is as follows. First, using the primers (SEQ ID NOs: 76-79) shown in Table 2, PCR was performed using yeast genomic DNA as a template, followed by junction PCR. The obtained DNA fragment was purified, treated with restriction enzymes with EcoR I and Sal I, and inserted into pRS406 treated with EcoR I and Sal I. pRSU-SED1 is treated with restriction enzyme with Hpa I, linearized, and then introduced into GRI-117-UK (sed1 / SED1) by the lithium acetate method, so that the strain GRI-117- marked with the non-destructive region of SED1 UK (sed1 / SED1) / pRSU-SED1 was obtained. When GRI-117-UK (sed1 / SED1) / pRSU-SED1 was cultured in YPD for 3 days and applied to a 5-FOA plate, colonies appeared at a frequency of 3.8 × 10 −5 . When the method of the present invention is used, colonies can be detected with a single plate. However, when conventional exhaustive screening is performed, about 100 plates are required, and a target colony is selected from these plates. The selection of is almost impossible. The appearing colonies were directly PCRed from the colonies using the primers shown in Table 3 (SEQ ID NOs: 85 and 86), and a strain in which the selection marker URA3 disappeared by LOH was selected (only amplified fragment 0.9 kb). Approximately 5% of the appearing colonies were strains in which SED1 was homo-disrupted, and this was designated as GRI-117-UK (sed1 / sed1). This strain is uracil and lysine auxotrophic, and the SED1 gene is disrupted in a homo form.
実施例1〜5におけるループアウト及びLOHの頻度を以下の表4及び5に示す。 The loopout and LOH frequencies in Examples 1-5 are shown in Tables 4 and 5 below.
実施例1〜5において得られた変異株の遺伝子型を以下の表6に示す。 The genotypes of the mutant strains obtained in Examples 1 to 5 are shown in Table 6 below.
実施例6
表現型の確認
<栄養要求性株>SD, SD-Ura, SD-Lys, SD-Leu, SD-Hisの各プレートに取得した栄養要求性株を植菌したところ、図3のようにそれぞれ栄養要求性を示した。また、それぞれの株のYPDでの増殖をバイオフォトレコーダー(アドバンテック東洋社製)で計測したところ、栄養要求性が追加されるごとに増殖の立ち上がりはやや遅れるものの、概ね良好な生育を示した(図4)。
<PEP4破壊株>Methods Enzymol., 194, 429-453 (1991)に従ってPEP4破壊株を評価した。その結果、表7に示すように、ヘテロ破壊株では親株の約半分の、ホモ破壊株ではほとんど活性を検出できなかった。
Example 6
Confirmation of the phenotype <Netrotrophic strain> When the obtained auxotrophic strains were inoculated on the SD, SD-Ura, SD-Lys, SD-Leu, and SD-His plates, the nutrients were as shown in FIG. The requirement was shown. Moreover, when the growth of each strain in YPD was measured with a biophoto recorder (manufactured by Advantech Toyo Co., Ltd.), the start of growth was slightly delayed with each addition of auxotrophy, but the growth was generally good ( FIG. 4).
<PEP4-disrupted strain> The PEP4-disrupted strain was evaluated according to Methods Enzymol., 194, 429-453 (1991). As a result, as shown in Table 7, about half of the parent strain was detected in the hetero-disrupted strain, and almost no activity was detected in the homo-disrupted strain.
<SED1破壊株>YPDで3日間培養した菌体を0.5 U/ml Zymolyase (pH 7.5)にOD600=0.5となるように懸濁し、30℃で反応させた。その結果、Shimoiらの報告(J Bacteriol., 180, 3381-3387 (1998))にあるようにSED1ホモ破壊株ではZymolyase感受性が高まっていることがわかった(図5)。 <SED1-disrupted strain> Cells cultured in YPD for 3 days were suspended in 0.5 U / ml Zymolyase (pH 7.5) so that OD 600 = 0.5, and reacted at 30 ° C. As a result, as shown in Shimoi et al. (J Bacteriol., 180, 3381-3387 (1998)), it was found that the sensitivity to Zymolyase was increased in the SED1 homozygous strain (FIG. 5).
実施例7
β−グルコシダーゼ活性の確認
麹菌b-グルコシダーゼ(BGL7)を酵母細胞表層に提示させる発現カセット(特願2007-228373)を1コピー導入した酵母を作製し、5日間培養した菌体の表層でのb-グルコシダーゼ活性を測定したところ、SED1ヘテロ破壊株は親株の1.11倍、SED1ホモ破壊株は親株の1.16倍の活性を示した(表8)。
Example 7
Confirmation of β-glucosidase activity Yeast was prepared by introducing one copy of an expression cassette (Japanese Patent Application No. 2007-228373) that displays bacilli b-glucosidase (BGL7) on the surface of the yeast cell. -As a result of measurement of glucosidase activity, the SED1 hetero-disrupted strain showed 1.11 times that of the parent strain, and the SED1 homo-disrupted strain showed 1.16 times that of the parent strain (Table 8).
実施例8
β−グルコシダ−ゼ分泌生産株の作製
本発明において、酵素活性の検出、及び酵素活性の測定は以下の方法で行った。
Example 8
Production of β-glucosidase-secreting production strain In the present invention, detection of enzyme activity and measurement of enzyme activity were performed by the following methods.
<β−グルコシダーゼ活性の定量>
β−グルコシダーゼ活性は、供試菌体の培養液上清を1mM 4-Nitrophenylβ-D-glucopyranosideを含む50mM酢酸緩衝液(pH5.0)中に添加し、37℃で3分間静置した後、等量のNa2CO3を加え反応を停止し、遊離した4-Nitrophenol量から求めた。β−グルコシダーゼ活性1U=4-Nitrophenyl-β-D-glucopyranosideから1分間に1μmolの4-Nitrophenolを生成するのに必要な酵素量、と定義した。
<Quantification of β-glucosidase activity>
The β-glucosidase activity was determined by adding the culture supernatant of the test cells to 50 mM acetate buffer (pH 5.0) containing 1 mM 4-Nitrophenylβ-D-glucopyranoside and allowing to stand at 37 ° C. for 3 minutes. An equal amount of Na 2 CO 3 was added to stop the reaction, and the amount was determined from the amount of released 4-Nitrophenol. β-glucosidase activity was defined as 1 U = the amount of enzyme required to produce 1 μmol of 4-Nitrophenol per minute from 4-Nitrophenyl-β-D-glucopyranoside.
<ヘテロ型発現株の作製>
β−グルコシダ−ゼを発現するためのプラスミドとして、pK112-BG1(特開2007-28912)を用いた。本プラスミドは酵母SED1遺伝子のプロモーター(PSED1)と酵母ADH1遺伝子のターミネーター(TADH1)をもち、麹菌(Aspergillus oryzae)由来のβ−グルコシダ−ゼ遺伝子(BGL1)を過剰発現するように設計されている。本プラスミドを制限酵素Sse8387Iで一カ所を切断して線状としたDNAを、実施例1で得た酢酸リチウム法で清酒酵母Saccharomyces cerevisiae GKT1001に導入した。0.67% Yeast nitrogen base w/o amino acids(Difco社)、0.077% CSM−URA(MPBIO社)、2%グルコースを含むSD−U寒天培地で培養し、生育してきた酵母を選択した。本培地ではプラスミドpK112-BG1が染色体に導入され、ウラシル要求性が相補された株のみが生育できる。
<Preparation of hetero-type expression strain>
pK112-BG1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2007-28912) was used as a plasmid for expressing β-glucosidase. This plasmid has a promoter (P SED1) and the yeast ADH1 gene terminator (T ADH1) yeast SED1 gene, koji mold (Aspergillus oryzae) derived from β- glucosidase - is designed to overexpress synthase gene (BGL1) Yes. This plasmid was linearized by cutting one site with the restriction enzyme Sse8387I and introduced into the sake yeast Saccharomyces cerevisiae GKT1001 by the lithium acetate method obtained in Example 1. Culturing was carried out on an SD-U agar medium containing 0.67% Yeast nitrogen base w / o amino acids (Difco), 0.077% CSM-URA (MPBIO), and 2% glucose, and the grown yeast was selected. In this medium, plasmid pK112-BG1 is introduced into the chromosome, and only strains with complemented uracil requirement can grow.
生育株を次に示すプライマーを用いてPCRした結果とβ−グルコシダーゼ活性から、プラスミドpK112-BG1の染色体への組込みパターンを確認した。 The pattern of integration of the plasmid pK112-BG1 into the chromosome was confirmed from the result of PCR using the primers shown below and the β-glucosidase activity.
プライマーA 5'- ATGTGGCTGTGGTTTCAGGGTCCATAAAGC -3'(配列番号1)
プライマーB 5'- TCATTATAGAAATCATTACGACCGAGATTC -3'(配列番号2)
プライマーC 5'- GGTTACGCGCAGCGTGACCGCTACACTTGC -3(配列番号3)
これらのプライマーは、プライマーAとBの組合せの場合に野生型(pK112-BG1が組み込まれていない)染色体をもつ株だけが1.1kbの増幅断片を示し、プライマーAとCの組み合わせの場合、組換え型(pK112-BG1が組み込まれた)染色体をもつ株だけが1.6kbの増幅断片を示すように設計されている。
Primer A 5'- ATGTGGCTGTGGTTTCAGGGTCCATAAAGC -3 '(SEQ ID NO: 1)
Primer B 5'- TCATTATAGAAATCATTACGACCGAGATTC -3 '(SEQ ID NO: 2)
Primer C 5'- GGTTACGCGCAGCGTGACCGCTACACTTGC -3 (SEQ ID NO: 3)
In the case of the combination of primers A and B, only a strain having a wild type (no pK112-BG1 incorporated) chromosome shows an amplified fragment of 1.1 kb. Only strains with a modified chromosome (incorporating pK112-BG1) are designed to show a 1.6 kb amplified fragment.
よって、親株(WT/GKT1001株)はプライマーAとBとの組み合わせによって1.1kbの断片が増幅され、一方生育株は、プライマーAとBの組合せ及びプライマーAとCの組合せにより、1.1kbと1.6kbの理論長の断片が増幅されたが、β−グルコシダーゼ活性は高/低の2種類存在した。これは、pK112-BG1がヘテロ型に1コピー組み込まれた株と2コピー組み込まれた株が存在することを示す。ヘテロ型に1コピーのプラスミドが染色体に組み込まれた株を(×1)、ヘテロ型に2コピーのプラスミドが染色体に組み込まれた株を(×2)とした。 Thus, the parent strain (WT / GKT1001 strain) amplified a 1.1 kb fragment by the combination of primers A and B, while the growing strain was 1.1 kb by the combination of primers A and B and the combination of primers A and C. And a 1.6 kb theoretical length fragment were amplified, but there were two types of β-glucosidase activity, high / low. This indicates that there are strains in which 1 copy of pK112-BG1 is incorporated in a hetero form and strains in which 2 copies are incorporated. A strain in which one copy of the plasmid was incorporated into the chromosome in the heterozygous form was designated as (× 1), and a strain in which the two copies of the plasmid was incorporated into the chromosome in the chromosome was designated as (× 2).
<マーキング用プラスミドの作製>
内部に存在する制限酵素HpaI認識配列を破壊したLYS2マーカー:LYS2(dHpaI)をジャンクションPCRにて合成した。酵母ゲノムDNAを鋳型として5’-gcggacgtcCACTTGCAATTACATA-3’(小文字は後のAatII消化を効率化するための予備配列、下線小文字はAatII認識配列)と5’-TATTTGAGTACGATCGTTCCTattaacAAC-3’(配列番号4:小文字がHpaI認識配列を破壊した部分)、5’-TTGAACGTTCAGCTACTAGTTgttaatAGG-3’ (配列番号5:小文字がHpaI認識配列を破壊した部分)と5’-CTGCACGTGATTTACAGTTCTTATTCAATA -3’(配列番号6:を用いてPCRを行い、2つのDNA断片を得た。各断片を精製した後混合して、再度5’-gcggacgtcCACTTGCAATTACATA-3’(配列番号7)および5’-CTGCACGTGATTTACAGTTCTTATTCAATA-3’(配列番号8)のプライマーを用いてPCRを行うことによりLYS2(dHpaI)を得た。LYS2(dHpaI)を制限酵素Aat IIで処理した断片をAat II, Nae Iで制限酵素処理したプラスミドpRS406に挿入し、pAKK2とした。
<Preparation of marking plasmid>
A LYS2 marker: LYS2 (dHpaI) in which the restriction enzyme HpaI recognition sequence present therein was destroyed was synthesized by junction PCR. 5'-gcg gacgtc CACTTGCAATTACATA-3 '(lower case is a preliminary sequence for improving the efficiency of subsequent AatII digestion, and lower case lowercase is AatII recognition sequence) and 5'-TATTTGAGTACGATCGTTCCTattaacAAC-3' (SEQ ID NO: 4) : Lower case part that disrupted HpaI recognition sequence), 5'-TTGAACGTTCAGCTACTAGTTgttaatAGG-3 '(Sequence number 5: Lower case part that disrupted HpaI recognition sequence) and 5'-CTGCACGTGATTTACAGTTCTTATTCAATA -3' (Sequence number 6: PCR was performed to obtain two DNA fragments, which were purified and mixed, and again 5′-gcg gacgtc CACTTGCAATTACATA-3 ′ (SEQ ID NO: 7) and 5′-CTGCACGTGATTTACAGTTCTTATTCAATA-3 ′ (SEQ ID NO: 8) LYS2 (dHpaI) was obtained by PCR using the primers of 1. A fragment obtained by treating LYS2 (dHpaI) with restriction enzymes Aat II was inserted into plasmid pRS406 treated with restriction enzymes Aat II and Nae I, and pAKK2 and did.
次に、酵母染色体のURA3遺伝子の5’上流領域と3’下流領域を増幅し、ジャンクションPCRにより結合した。詳しくは5’-cccgtcgacGGGAATCTCGGTCGTAATGATTTCTA-3’(配列番号9:小文字は後のSalI消化を効率化するための予備配列、下線小文字はSalI認識配列)と5’- TCCATCTCATTAgttaacTATTGAATTTTGTTTGG -3’(配列番号10:小文字はHpaI認識配列)、5’- CAAAATTCAATAgttaacTAATGAGATGGAATCGG -3’ (配列番号11:小文字はHpaI認識配列)と5’- cccgaattcTATGGACCCTGAAACCACAGCCACAT -3’ (配列番号12:小文字は後のEcoRI消化を効率化するための予備配列、下線小文字はEcoRI認識配列)を用いてPCRを行い、2つのDNA断片を得た。各断片を精製した後混合して、再度5’-cccgtcgacGGGAATCTCGGTCGTAATGATTTCTA-3’(配列番号13:および5’- cccgaattcTATGGACCCTGAAACCACAGCCACAT -3’(配列番号14:のプライマーを用いてPCRを行った。得られたURA3遺伝子の5’上流領域と3’下流領域を結合した断片をURA3-UTRとした。 Next, the 5 ′ upstream region and 3 ′ downstream region of the URA3 gene on the yeast chromosome were amplified and joined by junction PCR. Specifically, 5'-ccc gtcgac GGGAATCTCGGTCGTAATGATTTCTA-3 '(SEQ ID NO: 9 is a preliminary sequence for improving the efficiency of later SalI digestion, underlined lowercase letters are SalI recognition sequences) and 5'-TCCATCTCATTAgttaacTATTGAATTTTGTTTGG-3' (SEQ ID NO: 10 : Lower case is HpaI recognition sequence), 5'-CAAAATTCAATAgttaacTAATGAGATGGAATCGG -3 '(SEQ ID NO: 11 lower case is HpaI recognition sequence) and 5'- ccc gaattc TATGGACCCTGAAACCACAGCCACAT -3' (Sequence number 12: Lower case makes EcoRI digestion more efficient PCR was performed using a preliminary sequence (underlined lowercase letters are EcoRI recognition sequences) to obtain two DNA fragments. Each fragment was purified and mixed, and PCR was performed again using primers of 5′-ccc gtcgac GGGAATCTCGGTCGTAATGATTTCTA-3 ′ (SEQ ID NO: 13 and 5′-ccc gaattc TATGGACCCTGAAACCACAGCCACAT-3 ′ (SEQ ID NO: 14). A fragment obtained by joining the 5 ′ upstream region and the 3 ′ downstream region of the obtained URA3 gene was designated as URA3-UTR.
URA3-UTRを制限酵素SalI、EcoRIで消化し、同様にSalI、EcoRIで消化したpAKK2に挿入し、マーキング用プラスミドpURA3-UTRとした。 URA3-UTR was digested with restriction enzymes SalI and EcoRI and inserted into pAKK2 that was similarly digested with SalI and EcoRI to obtain a marking plasmid pURA3-UTR.
<ヘテロ型発現株のマーキング>
pURA3-UTRを制限酵素HpaIで切断して線状としたDNAを、酢酸リチウム法で×1、×2株それぞれに導入した。0.67% Yeast nitrogen base w/o amino acids(Difco社)、0.067% CSM-LYS-URA(MPBIO社)、2%グルコースを含むSD-UK寒天培地で培養し、生育してきた酵母を選択した。本培地ではプラスミドpURA3-UTRが染色体に導入され、リジン要求性が相補された株(マーキング株)のみが生育できる。
<Marking of hetero-type expression strain>
DNA linearized by cutting pURA3-UTR with the restriction enzyme HpaI was introduced into each of the x1 and x2 strains by the lithium acetate method. Culturing was carried out on an SD-UK agar medium containing 0.67% Yeast nitrogen base w / o amino acids (Difco), 0.067% CSM-LYS-URA (MPBIO) and 2% glucose, and the grown yeast was selected. In this medium, only a strain (marking strain) in which plasmid pURA3-UTR is introduced into the chromosome and lysine requirement is complemented can grow.
マーキング株のβ−グルコシダーゼ活性を測定し、×1、×2株と同程度の酵素活性を持つことを確認した。得られたマーキング株をそれぞれ×1M、×2M株とした。 The β-glucosidase activity of the marking strain was measured, and it was confirmed that it had an enzyme activity comparable to that of the × 1, × 2 strain. The obtained marking strains were designated as × 1M and × 2M strains, respectively.
<ホモ型発現株の作製>
×1M、×2M株をYPD培地で3日間培養した後、α-AAプレートへ塗布した。7日間培養後、生育してきた酵母を選択し、リジン要求性が回復した株を取得した。取得した株を先ほどのプライマーAとBを用いてPCRを行い、目的であるホモ型株であることを確認した。得られたホモ型株をそれぞれ×1H、×2H株とした。
<Preparation of homo-type expression strain>
After × 1M and × 2M strains were cultured in YPD medium for 3 days, they were applied to α-AA plates. After culturing for 7 days, the growing yeast was selected to obtain a strain in which lysine requirement was restored. The obtained strain was subjected to PCR using the primers A and B, and confirmed to be the target homotype strain. The obtained homotype strains were designated as x1H and x2H strains, respectively.
作製した×1、×1H、×2、×2H株の染色体プラスミド組込み部位(URA3近傍)の模式図を図6示す。 FIG. 6 shows a schematic diagram of the chromosomal plasmid integration site (near URA3) of the prepared strains of x1, x1H, x2, and x2H.
実施例9
ホモ型株のβ−グルコシダーゼ活性の評価
実施例8で作製した×1、×1H、×2、×2H株をYPD培地にて48時間培養し、培養液上清のβ−グルコシダーゼ活性を測定した。この際、親株のGKT1001株をコントロール(WT)とした。その結果、ホモ型株はヘテロ型株の約2倍(×1→×1H:2.1倍、×2→×2H:1.8倍)のβ−グルコシダーゼ活性を示した。このことは酵素生産性を倍化できたことを示しており、実施例12で示す形質の安定性と合わせて、本発明の有用性を示している(図7)。
Example 9
Evaluation of β-glucosidase activity of homotype strains The × 1, × 1H, × 2, and × 2H strains prepared in Example 8 were cultured in YPD medium for 48 hours, and the β-glucosidase activity of the culture supernatant was measured. . At this time, the parent strain GKT1001 was used as a control (WT). As a result, the homozygous strain exhibited β-glucosidase activity approximately twice that of the heterozygous strain (× 1 → × 1H: 2.1 times, × 2 → × 2H: 1.8 times). This indicates that the enzyme productivity has been doubled, and together with the stability of the traits shown in Example 12, the usefulness of the present invention is shown (FIG. 7).
実施例10
酢酸イソアミル高生産株の作製
<ヘテロ型発現株の作製>
アルコールアセチルトランスフェラーゼを過剰発現させるための遺伝子置換に用いるDNA断片をジャンクションPCRにて合成した。まずはpK112(特開2007-28912)を鋳型として、5’- TATTGCGGGATAATGAGTAAACGAATTCAAACGTCTTCAATTCAT-3’(配列番号15)と5’- CGTTAATTTTCTATATCCAAGGTACCAGGGTAATAACTGA-3’(配列番号16)を用いURA3マーカーを、5’- ATTATATCAGTTATTACCCTGGTACCTTGGATATAGAAAAT-3’(配列番号16)と 5’- ATGTGGTTCGTATCCTTCTATATCTTCCATCCTTAATAGAGCGAA-3’(配列番号17)を用いてPCRを行い、SED1プロモーターを増幅した。
Example 10
Production of high production strain of isoamyl acetate < Production of hetero-type expression strain>
A DNA fragment used for gene replacement for overexpression of alcohol acetyltransferase was synthesized by junction PCR. First, using pK112 (Japanese Patent Laid-Open No. 2007-28912) as a template, 5'-TATTGCGGGATAATGAGTAAACGAATTCAAACGTCTTCAATTCAT-3 '(SEQ ID NO: 15) and 5'-CGTTAATTTTCTATATCCAAGGTACCAGGGTAATAACTGA-3' (SEQ ID NO: 16), PCR was performed using '(SEQ ID NO: 16) and 5'-ATGTGGTTCGTATCCTTCTATATCTTCCATCCTTAATAGAGCGAA-3' (SEQ ID NO: 17) to amplify the SED1 promoter.
これらの断片を精製後、各断片を混合して、5’-CTACATTGAACTCTGTAGGCCACCGATAAATATTGCGGGATAATG-3’(配列番号18)および5’- ATGGCCACGGTCTATCAACTCTTGAGTGATATGTGGTTCGTATCC-3’(配列番号19)のプライマーを用いて2回目のPCRを行うことにより、2,030 bpの遺伝子置換用DNA断片PSED1_ATF2を作製した。このDNA断片を酢酸リチウム法でGKT1001株に導入し、SD−U寒天培地で生育してきた酵母を選択した。本培地ではPSED1_ATF2が染色体上のATF2プロモーター領域と置換し、ウラシル要求性が相補された株のみが生育できる。 After these fragments are purified, the respective fragments are mixed and subjected to the second PCR using 5′-CTACATTGAACTCTGTAGGCCACCGATAAATATTGCGGGATAATG-3 ′ (SEQ ID NO: 18) and 5′-ATGGCCACGGTCTATCAACTCTTGAGTGATATGTGGTTCGTATCC-3 ′ (SEQ ID NO: 19). As a result, a 2,030 bp gene replacement DNA fragment P SED1 _ATF2 was prepared. This DNA fragment was introduced into the GKT1001 strain by the lithium acetate method, and yeast that had grown on the SD-U agar medium was selected. In this medium, P SED1_ATF2 can be replaced with the ATF2 promoter region on the chromosome, and only strains with complemented uracil requirement can grow.
生育株を次に示すプライマーを用いてPCRを行い、ヘテロ型にPSED1_ATF2が染色体上のATF2プロモーター領域と置換した株であること確認した。 PCR was performed using the following primers growing strain, P SED1 _ATF2 was confirmed to be a strain replaced with the ATF2 promoter region on the chromosome in heterozygous.
プライマーD 5'- CTACATTGAACTCTGTAGGCCACCGATAAA -3'(配列番号20)
プライマーE 5'- ATCCACTGACACCGTCGGAGCCGCAGTGGT-3'(配列番号21)
プライマーDとEとの組合せにより、野生型(PSED1_ATF2が置換していない)染色体からは0.9kbp、組換え型(PSED1_ATF2が置換した)染色体からは2.5kbpの断片が増幅するようにプライマーを設計した(図8)。親株(WT/GKT1001株)からは0.9kbpのみ断片が増幅され、一方生育株は、0.9kbpと2.5kbp、2つの断片が増幅された。この結果から、ヘテロ型にPSED1_ATF2が染色体上のATF2プロモーター領域と置換した株であることが分かった。この株をヘテロ型株とした。
Primer D 5'- CTACATTGAACTCTGTAGGCCACCGATAAA-3 '(SEQ ID NO: 20)
Primer E 5′-ATCCACTGACACCGTCGGAGCCGCAGTGGT-3 ′ (SEQ ID NO: 21)
The combination of primers D and E will amplify a 0.9 kbp fragment from the wild-type (P SED1 _ATF2 not substituted) chromosome and a 2.5 kbp fragment from the recombinant (P SED1 _ATF2 substituted) chromosome. Primers were designed (Figure 8). From the parent strain (WT / GKT1001 strain), a fragment of only 0.9 kbp was amplified, while in the growing strain, two fragments of 0.9 kbp and 2.5 kbp were amplified. From this result, it was found that this strain was a heterozygous strain in which P SED1_ATF2 was replaced with the ATF2 promoter region on the chromosome. This strain was defined as a hetero type strain.
<マーキング用プラスミドの作製>
酵母ゲノムDNAを鋳型として、5’- gggaagcttACGTCAGAAAAAGCAATATATAGTAA-3’(配列番号22:小文字は後のHindIII消化を効率化するための予備配列、下線小文字はHindIII認識配列)と5’- gggtctagaAATTAACCTGGACAATTTTTATTGCT-3’ (配列番号23:小文字は後のXbaI消化を効率化するための予備配列、下線小文字はXbaI認識配列)を用いてPCRを行い、ATF2プロモーター領域を増幅した。このDNA断片をPATF2とした(配列4)。次にPATF2を制限酵素HindIIIとXbaIで消化し、同様にSalI、EcoRIで消化したpAKK2に挿入し、マーキング用プラスミドpPATF2とした。
<Preparation of marking plasmid>
Using yeast genomic DNA as a template, 5'-ggg aagctt ACGTCAGAAAAAGCAATATATAGTAA-3 '(SEQ ID NO: 22: lower case is a preliminary sequence for efficient HindIII digestion, underlined lower case is HindIII recognition sequence) and 5'-ggg tctaga AATTAACCTGGACAATTTTTATTGCT PCR was performed using -3 ′ (SEQ ID NO: 23: a lower case is a preliminary sequence for improving the efficiency of subsequent XbaI digestion, and an underlined lower case is an XbaI recognition sequence) to amplify the ATF2 promoter region. This DNA fragment was designated as P ATF2 (sequence 4). Next, P ATF2 was digested with restriction enzymes HindIII and XbaI and inserted into pAKK2 that was similarly digested with SalI and EcoRI to obtain a marking plasmid pPATF2.
<ヘテロ型発現株のマーキング>
pPATF2を制限酵素EcoRIで切断して線状としたDNAを、酢酸リチウム法でヘテロ型株に導入した。0.67% Yeast nitrogen base w/o amino acids(Difco社)、0.067% CSM-LYS-URA(MPBIO社)、2%グルコースを含むSD-UK寒天培地で培養し、生育してきた酵母を選択した。本培地ではプラスミドpPATF2が染色体に導入され、リジン要求性が相補された株(マーキング株)のみが生育できる。
<Marking of hetero-type expression strain>
DNA linearized by cleaving pPATF2 with the restriction enzyme EcoRI was introduced into a hetero type strain by the lithium acetate method. Culturing was carried out on an SD-UK agar medium containing 0.67% Yeast nitrogen base w / o amino acids (Difco), 0.067% CSM-LYS-URA (MPBIO) and 2% glucose, and the grown yeast was selected. In this medium, only a strain (marking strain) in which plasmid pPATF2 is introduced into the chromosome and lysine requirement is complemented can grow.
マーキング株とヘテロ型株をYPD培地にて24時間培養した培養上清に含まれる酢酸イソアミルをヘッドスペース固相抽出ガスクロマトグラフィー(SPME-GC/VARIAN社CP-3800)にて定量し、同程度の酢酸イソアミルを生成することを確認した。得られた株をマーキング株とした。 The isoamyl acetate contained in the culture supernatant of the marking strain and heterozygous strain cultured in YPD medium for 24 hours was quantified by headspace solid-phase extraction gas chromatography (SPME-GC / VARIAN CP-3800). It was confirmed that isoamyl acetate was produced. The obtained strain was used as a marking strain.
<ホモ型発現株の作製>
マーキング株をYPD培地で3日間培養した後、α-AAプレートへ塗布した。7日間培養後、生育してきた酵母を選択し、リジン要求性が回復した株を取得した。取得した株について上記プライマーDとEを用いてPCRを行い、2.5kbpの断片のみを増幅したことから、得られた株が目的であるホモ型株であることを確認した。
<Preparation of homo-type expression strain>
The marking strain was cultured in YPD medium for 3 days and then applied to an α-AA plate. After culturing for 7 days, the growing yeast was selected to obtain a strain in which lysine requirement was restored. The obtained strain was subjected to PCR using the above primers D and E, and only the 2.5 kbp fragment was amplified, so that it was confirmed that the obtained strain was the intended homotype strain.
実施例11
<ホモ型株の酢酸イソアミル生産性の評価>
清酒の小仕込試験は仕込み配合(α化米320g、乾燥麹86g、水840ml、酵母600 OD600Unit、90%乳酸 400μl)で行なった。この際、親株GKT1001株にプラスミドpRS406(遺伝子非導入プラスミド)を導入した株をコントロール株とした。仕込みビンを15℃、20日間静置し、醪を経時的にサンプリングした。サンプルのエタノールと香気成分をガスクロマトグラフィーにて定量し、株の発酵性能と酢酸イソアミル生産性を評価した。
Example 11
<Evaluation of isoamyl acetate productivity of homozygous strain>
A small preparation test for sake was conducted with preparation (320 g pregelatinized rice, 86 g dried rice cake, 840 ml water, 600
図9にエタノールと酢酸イソアミル量の経時的変化を示した。すべての供試株は良好に発酵し、最終的なエタノール濃度は約19%(v/v)に達した。一方、酢酸イソアミルは、コントロール<ヘテロ型株(コントロール比3倍)<ホモ型株(同6倍)の順で増加していた。このことから、ホモ化によりコピー数が倍加したホモ型株はATF2の発現量が増大し、ヘテロ型株より酢酸イソアミル生産性が向上することが明らかとなった。清酒醸造のような、初発菌体を抑えた低温かつ長期間の培養環境において、選択圧をかけずに優れた物質生産性を示したことから、ホモ型株の工業的有用性が証明された。
FIG. 9 shows changes with time in the amounts of ethanol and isoamyl acetate. All the test strains fermented well and the final ethanol concentration reached about 19% (v / v). On the other hand, isoamyl acetate increased in the order of control <hetero type strain (control
実施例12
<ホモ型株の形質安定性の評価>
ヘテロ型株、ホモ型株それぞれのシングルコロニーをYPD培地にて3回植継いだ後、106 cellを5-FOAプレートに撒いた。その結果、ヘテロ型株からは5-FOAプレートにおいて生育する株が確認された(図10)。このことは本来持っていたはずのURA3マーカーが脱落したことを示している。これら生育した12株のATF2上流域の塩基配列を調べた結果、すべてが非組換え型に戻っていることを確認した。ヘテロ型株は野生型染色体を持っているため、選択圧の無いYPD培地での植え継ぎの過程で(通常の)LOHを生じ、組換え型染色体を持たない株に戻ったものと考えられた。そしてコロニー数から、出現頻度は10-4程度だと予想された。これらの株の酢酸イソアミル生産性は親株程度に低下していると考えられ、このことは、ヘテロ型株は物質生産性が不安定であり、実用的には獲得形質が脱落していないかを管理する必要があることを示唆している。一方、ホモ型株は生育株が全く無く、このことから組み込んだ形質が、選択圧をかけずとも、極めて安定的に保持されることが確認できた。これは、本発明によって得られたホモ型変異株は、植え継ぎに強く、安定性が高いため、実用性が極めて高いことを示す。
Example 12
<Evaluation of homozygous trait stability>
After single colonies of heterozygous and homozygous strains were inoculated three times with YPD medium, 10 6 cells were plated on 5-FOA plates. As a result, a strain that grew on the 5-FOA plate was confirmed from the heterozygous strain (FIG. 10). This indicates that the URA3 marker that was supposed to have dropped out. As a result of examining the nucleotide sequences of the ATF2 upstream region of these 12 grown strains, it was confirmed that all had returned to the non-recombinant type. Since the heterozygous strain has a wild-type chromosome, it was considered that (normal) LOH was produced in the process of inoculation in YPD medium without selective pressure, and the strain did not have a recombinant chromosome. . From the number of colonies, the appearance frequency was expected to be about 10 -4 . It is thought that isoamyl acetate productivity of these strains has decreased to the same level as the parent strain. This indicates that heterozygous strains are unstable in substance productivity and that the acquired traits have not been lost in practice. It suggests that it needs to be managed. On the other hand, the homo-type strain had no growing strain, and it was confirmed that the incorporated trait was maintained extremely stably without applying selective pressure. This indicates that the homozygous mutant obtained by the present invention is very practical because it is resistant to planting and has high stability.
本発明の方法は、ヘテロ型では表現型として現れない劣性形質でも、その表現型を示すホモ型株を容易に取得することができるだけでなく、表現型の確認が困難なDNA領域にも適用できる。さらに、有用なヘテロ組換え株でも、ホモ型組み換え株にすることにより、有用な形質をさらに強く示すことができる。例えば、実用性に優れた二倍体細胞に栄養要求性を付与できるため、産業上有用な遺伝子組換え体の作製が容易になる、プロテアーゼ欠損の株の取得により、有用タンパク質生産の向上が見込まれる、また、細胞壁タンパク質を破壊することで、近年研究が進んでいる表層提示工学における表層提示の効率を向上させる、等が挙げられる。さらに本方法ではヘテロ型に存在する有用な形質を、ホモ化することで、一層強化することが可能である。例えば、ヘテロ型に導入した有用物質生産に関する遺伝形質をホモ化することにより、発現量を増加させ、有用物質の生産性を向上させることができる。 The method of the present invention can be applied not only to a recessive trait that does not appear as a phenotype in the heterozygous form, but also to a DNA region in which it is difficult to confirm the phenotype as well as to obtain a homotypic strain exhibiting the phenotype. . Furthermore, even a useful hetero-recombinant strain can exhibit a more useful trait by making it a homo-type recombinant strain. For example, it is possible to confer auxotrophy to diploid cells with excellent practicality, making it easy to produce industrially useful recombinants. Protease-deficient strains are expected to improve useful protein production. In addition, by destroying cell wall proteins, the efficiency of surface layer presentation in surface layer display engineering, which has been researched in recent years, is improved. Furthermore, in this method, it is possible to further strengthen the useful traits present in the heterozygous form by homogenizing. For example, by homogenizing a genetic trait relating to the production of a useful substance introduced into a hetero form, the expression level can be increased and the productivity of the useful substance can be improved.
このように、本発明の方法を用いることにより、従来技術では困難であった実用性に優れた二倍体細胞の遺伝子組換え操作が極めて容易になり、さらには遺伝子組換えの効果も向上できるため、本発明は産業上有用な遺伝子組換え体の創生に大きく貢献できる。また、株の取得により有用物質を従来よりも大量に生産させることなどができる。 Thus, by using the method of the present invention, the gene recombination operation of diploid cells having excellent practicality, which was difficult with the prior art, becomes extremely easy, and further the effect of gene recombination can be improved. Therefore, the present invention can greatly contribute to the creation of industrially useful genetic recombinants. Moreover, a useful substance can be produced in a larger amount than before by acquiring strains.
さらに、本発明の方法で得られたホモ型株は、ヘテロ型株とは違い、獲得形質が脱落せず、安定性が高く、工業的実用性が極めて高い。 Furthermore, unlike the hetero type strain, the homo type strain obtained by the method of the present invention does not lose the acquired character, has high stability, and has extremely high industrial practicality.
Claims (17)
(1) 第一マーカー遺伝子を二倍体細胞におけるヘテロ型の相同染色体のいずれかに挿入および/または置換する工程;
(2) 工程(1)で得られた二倍体細胞を培養し、第一マーカー遺伝子の発現を指標にして第一マーカー遺伝子が導入された二倍体細胞を選抜する工程;
(3) 工程(2)で得られた二倍体細胞を培養し、該第一マーカー遺伝子の脱落を指標として、該特定の領域における目的の構造遺伝子および/または調節遺伝子についてホモ型である相同染色体を有する二倍体細胞を得る工程。 A diploid cell having a hetero-type structural gene and / or regulatory gene of interest in a specific region of the homologous chromosome has a homologous chromosome homozygous for the structural gene and / or regulatory gene of interest in the specific region A method for producing a diploid cell comprising the following steps:
(1) inserting and / or replacing the first marker gene into any of heterozygous homologous chromosomes in diploid cells;
(2) a step of culturing the diploid cell obtained in step (1) and selecting a diploid cell into which the first marker gene has been introduced using the expression of the first marker gene as an index;
(3) The diploid cell obtained in step (2) is cultured, and the homologous homologous to the target structural gene and / or regulatory gene in the specific region, using the dropout of the first marker gene as an index Obtaining a diploid cell having a chromosome.
(1) 第二マーカー遺伝子と目的の構造遺伝子および/または調節遺伝子とを二倍体細胞の相同染色体の特定の領域に挿入および/または置換する工程;
(2) 工程(1)で得られた二倍体細胞を培養し、第二マーカー遺伝子の発現を指標にして、ヘテロ型の目的の構造遺伝子および/または調節遺伝子を相同染色体の特定の領域に有する二倍体細胞を得る工程。 The method according to claim 1, wherein a diploid cell having a heterogeneous target structural gene and / or regulatory gene in a specific region of a homologous chromosome is obtained by a method comprising the following steps:
(1) inserting and / or replacing a second marker gene and a target structural gene and / or regulatory gene into a specific region of a homologous chromosome of a diploid cell;
(2) Culturing the diploid cell obtained in step (1), and using the expression of the second marker gene as an index, the target structural gene and / or regulatory gene of the heterotype is placed in a specific region of the homologous chromosome. Obtaining diploid cells.
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