KR20020057945A - Method of correlating sequence function by transfecting a nucleic acid sequence of a donor organism into a plant host in an anti-sense or positive sense orientation - Google Patents
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Abstract
본 발명은 숙주 식물에서 안티센스 또는 양성 센스 방향으로 핵산 서열의 일시적인 발현에 의해 숙주 생물 유래의 핵산 서열의 기능을 연관시키는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of correlating the function of a nucleic acid sequence derived from a host organism by transient expression of the nucleic acid sequence in the antisense or positive sense direction in a host plant.
Description
인간 및 비인간 게놈 프로젝트를 시작하는데 큰 관심이 존재한다. 인간 게놈은 2.8 백만 내지 3.5 백만 염기쌍이며, 그것의 약 3%가 유전자로 구성된다. 2000년 6월에, 인간 게놈 프로젝트 및 바이오텍 회사인 Celera Genomics 는 인간 게놈의 대략적인 초안이 완성되었다고 공표하였다 (http://www.ncbi.nlm.nih.gov). 그러나, 이 정보는 단지 인간 게놈의 참고 서열을 나타낼 것이다. 남은 일은 서열 기능의 결정에 있고, 그것은 인간 질병의 연구, 진단, 및 치료에 중요하다.There is great interest in starting human and non-human genome projects. The human genome is 2.8 million to 3.5 million base pairs, of which about 3% is composed of genes. In June 2000, the human genome project and biotech company Celera Genomics announced the completion of a rough draft of the human genome (http://www.ncbi.nlm.nih.gov). However, this information will only indicate the reference sequence of the human genome. What remains is in the determination of sequence function, which is important in the study, diagnosis and treatment of human disease.
마우스 게놈의 서열이 또한 결정되고 있다. Genbank 는 30억개 염기의 마우스 게놈의 약 1.2%를 제공하고 (http://www.informatics.jax.org), 마우스 게놈의 대략적인 초안은 2003년까지는 이용가능하고, 2005년까지는 게놈이 완성되리라 기대된다. 게다가, 초파리 게놈 프로젝트가 최근에 완성되었다 (http://www.fruitfly.org).The sequence of the mouse genome is also determined. Genbank provides about 1.2% of the mouse genome of 3 billion bases (http://www.informatics.jax.org) and the rough draft of the mouse genome is available until 2003, and the genome will be completed by 2005 It is expected. In addition, the Drosophila genome project has recently been completed (http://www.fruitfly.org).
옥수수, 대두 및 벼를 포함한 가치있고 기본적인 농작물은, 그것에 의해 수득된 정보가 세계 식량 생산을 증가시키고 농작물의 질 및 가치를 개선시키는데 매우 이롭다고 증명될 수 있기 때문에, 그것들 또한 게놈 프로젝트에 대한 표적이다. 미국 의회는 옥수수 게놈 프로젝트를 시작하는 것을 고려하고 있다. 옥수수 게놈에 감추어진 유전학을 해결하는 것을 도움으로써, 프로젝트는 곡물 작물의 공통 질병을 이해하고 치료하는 것을 도울 수 있을 것이다. 그것은 또한 식물을 조작하여 곡물 수확량을 개선시키고, 가뭄, 병해, 염, 및 다른 극도의 환경 조건에 저항하기 위한 노력에 큰 활기를 제공할 수 있을 것이다. 그러한 진전은 2050년까지 두배로 증가할 것으로 예상되는 세계 인구에 중요하다. 현재, 모든 인간 식량의 60%를 제공하는 밀, 벼, 옥수수, 및 감자의 4가지 종이 있고, 이러한 식물의 생산성을 증가시키는 전략은 이러한 식물에서 특성의 존재의 신속한 발견 및 이러한 식물에서 미지의 유전자 서열의 기능에 의존한다.Valuable and basic crops, including corn, soybeans and rice, are also targets for the genome project, as the information obtained thereby can prove to be very beneficial in increasing global food production and improving the quality and value of crops . The US Congress is considering starting the corn genome project. By helping to solve the genetics concealed in the corn genome, the project will help understand and cure common diseases of grain crops. It could also provide a great boost to efforts to manipulate plants to improve grain yields and to resist drought, disease, salt, and other extreme environmental conditions. Such progress is important to the world population, which is expected to double by 2050. At present, there are four species of wheat, rice, maize, and potato that provide 60% of all human food, and strategies to increase the productivity of these plants include rapid detection of the presence of traits in these plants, It depends on the function of the sequence.
그러한 노력을 돕기 위해 제안된 하나의 전략은 발현된 유전자를 확인하기 위해 사용될 수 있는 발현된 서열 태그 (EST)의 데이타베이스를 구축하는 것이다. 발현된 서열 태그 (EST)의 축적 및 분석은 게놈 연구의 중요한 부분이 되어 왔다.EST 데이타는 유전자 산물을 확인하고, 그것에 의해 유전자 클로닝을 가속화하는데 사용될 수 있다. 다양한 서열 데이타베이스가 계속 진행중인 염기 서열 결정 노력에 의해 생성되는 막대한 양의 서열 정보를 저장하고 관련시키는 노력에서 설립되었다. 일부는 옥수수에 대해 500,000 EST 및 벼, 밀, 귀리, 보리, 및 수수에 대해 각각 100,000 EST의 서열 결정을 제시하였다. 식물 종의 게놈의 서열을 결정하려는 노력은 의심할 여지없이 서열이 생성될 때 서열 데이타를 공유하기 위해 이러한 컴퓨터 데이타베이스에 의존할 것이다. 아라비돕시스 탈리아나 (Arabidopsis thaliana) 는 매우 큰 세트의 EST가 이미 이 생물에서 생성되었고, 이러한 서열은 예상되는 아라비돕시스 유전자의 50% 이상을 표지하기 때문에, 특성의 발견 및 유전자 기능 발견에 대한 매력적인 표적일 수 있다.One strategy proposed to help such efforts is to build a database of expressed sequence tags (ESTs) that can be used to identify expressed genes. Accumulation and analysis of expressed sequence tags (ESTs) have become an important part of genome research. EST data can be used to identify gene products and thereby speed up gene cloning. Various sequence databases have been established in an effort to store and correlate vast amounts of sequence information generated by ongoing sequencing efforts. Some have presented 500,000 ESTs for corn and 100,000 ESTs for rice, wheat, oats, barley, and sorghum, respectively. Efforts to determine the genomic sequence of plant species will undoubtedly depend on such a computer database to share sequence data as sequences are generated. Arabidopsis thaliana has shown that a very large set of ESTs have already been generated in this organism and this sequence is more than 50% of the expected Arabidopsis gene, have.
그렇게 생성된 서열 정보의 잠재적인 용도는, 유전자 기능이 결정될 수 있다면 막대하다. 농업적 용도로 상업적 종자를 조작하여 특정 수의 바람직한 특성을 식품 및 섬유 작물에 전달하여 농업 생산 및 세계 식량 공급을 증가시키는 것이 가능해질 것이다. 상업적 종자의 연구 개발은 지금까지는 주로 전통적인 식물 육종에 촛점을 맞추었으나, 생명공학은 식물 특성을 연관시키기 때문에 이에 대한 관심이 증가되고 있다. 단자엽 및 쌍자엽 식물 양자에 대해 관여된 게놈의 지식 및 포함된 유전자의 기능은 그러한 기술로부터 양성 효과를 현실화하는데 필수적이다.The potential use of such generated sequence information is enormous if gene function can be determined. It will be possible to manipulate commercial seeds for agricultural use to transfer a certain number of desirable traits to food and fiber crops to increase agricultural production and global food supply. Research and development of commercial seeds has focused primarily on traditional plant breeding, but biotechnology is increasingly interested in plant characteristics. The knowledge of the genome involved in both terminal and dicotyledons and the function of the genes involved is essential to realizing positive effects from such techniques.
종자에서 게놈 연구의 영향은 잠재적으로 원대하다. 예를 들면, 목화에서의 유전자 프로필은 섬유 세포에서 우선적으로 발현되는 유전자 유형을 이해하게할 수 있다. 이러한 유전자로부터 유도되는 유전자 또는 프로모터는 증가된 강도 또는 "빌트-인" 섬유 색소를 위한 목화 섬유의 유전공학에서 중요할 수 있다. 식물 육종에서, 생리적인 특성 분석과 연관된 유전자 프로필은, 마커 보조 육종 프로그램에서 상당히 중요할, 예상되는 마커의 확인을 가능하게 할 것이다. 수확, 품질, 건강, 외관, 색깔, 맛 등에 중요한 유전자에 대한 특정 작물의 DNA 서열을 찾아 내는 것은 작물 개선을 위해 명백히 중요한 시도이다.The impact of genomic research on seeds is potentially great. For example, a gene profile in cotton can help to understand the type of gene that is preferentially expressed in fibroblasts. Genes or promoters derived from these genes may be important in the genetic engineering of cotton fibers for increased strength or " built-in " fiber pigments. In plant breeding, the gene profile associated with the analysis of physiological characteristics will enable identification of the expected marker, which is of considerable importance in the marker-assisted breeding program. Finding the DNA sequence of a particular crop for a gene that is important to harvest, quality, health, appearance, color, taste, etc. is clearly an important attempt to improve the crop.
식물 및 동물 숙주에서 외래 DNA 및 RNA를 발현하는 적당한 벡터를 개발하는 분야에서 연구가 수행되었다. [Ahlquist, 미국 특허 제 4,885,248 및 5,173,410 호]는 발현 목적으로 외래 유전물질을 숙주 식물로 전달하는데 유용할 수 있는 전달 벡터를 고안하는 예비 연구를 기술한다. 하이브리드 RNA 바이러스 및 RNA 형질전환 벡터의 부가적인 면이 [Ahlquist 등, 미국 특허 제 5,466,788, 5,602,242, 5,627,060 및 5,500,360 호]에 기재되어 있다. [Donson 등, 미국 특허 제 5,316,931, 5,589,367 및 5,866,785 호]는 식물 내에서 외래 유전물질의 전신성 발현에 적합한 식물 바이러스 벡터를 최초로 증명한다. Donson 등은 외래 유전자의 전신성 발현을 위한 이종의 서브게놈 프로모터를 가진 식물 바이러스 벡터를 기술한다. [Carrington 등, 미국 특허 5,491,076]은 식물 내에서 외래 유전자의 발현에 또한 유용한 특정 포티바이러스 벡터를 기술한다. Carrington 등이 기술한 발현 벡터는 바이러스 다단백질로부터 이종 단백질을 절단하는 바이러스 다단백질 프로테아제의 독특한 능력을 이용하는 특징이 있다. 이것은 담배 부식 바이러스와 같은 포티바이러스를 포함한다. 추가의 적합한 벡터가 미국특허 제 5,811,653 및 미국 특허 출원 일련번호 제 08/324,003에 기재된다. Condreay 등 (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96:127-132)은 바큐로바이러스를 사용하여 인간, 영장류 및 설치류 기원의 세포 유형에서 효율적으로 유전자를 전달하고 발현하는 것을 개시한다. Price 등 (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93:9465-9570 (1996))은 곤충, 식물 및 포유동물 세포를 노다바이러스로써 감염시키는 것을 개시한다.Studies have been conducted in the development of suitable vectors expressing foreign DNA and RNA in plant and animal hosts. [Ahlquist, U.S. Patent Nos. 4,885,248 and 5,173,410] describe a preliminary study devising a delivery vector that may be useful for delivery of foreign genetic material to a host plant for expression purposes. Additional aspects of hybrid RNA viruses and RNA transformation vectors are described in [Ahlquist et al., U.S. Pat. Nos. 5,466,788, 5,602,242, 5,627,060 and 5,500,360]. [Donson et al., U.S. Pat. Nos. 5,316,931, 5,589,367 and 5,866,785] first demonstrate plant virus vectors suitable for systemic expression of foreign genetic material in plants. Donson et al. Describe plant virus vectors with heterologous subgenomic promoters for systemic expression of foreign genes. [Carrington et al., U.S. Patent 5,491,076] describe a specific potyvirus vector also useful for expression of foreign genes in plants. The expression vector described by Carrington et al. Is characterized by the unique ability of viral polyprotein proteases to cleave heterologous proteins from viral multiproteins. This includes potiviruses such as tobacco rust viruses. Additional suitable vectors are described in U.S. Patent No. 5,811,653 and U.S. Patent Application Serial No. 08 / 324,003. Condreay et al. ( Proc Natl Acad Sci USA 96 : 127-132) disclose efficient delivery and expression of genes in cell types of human, primate, and rodent origin using Baculovirus. Price et al . ( Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93 : 9465-9570 (1996)) disclose infecting insect, plant and mammalian cells with Nodavirus.
비바이러스 외래 유전자를 식물에 도입하고 발현하기 위한 식물 RNA 바이러스의 구축은 또한 [Brisson 등,Methods in Enzymology 118:659(1986), Guzman 등, Communications in Molecular Biology: Viral Vectors, Cold Spring Harbor Laboratory, pp. 172-189 (1988), Dawson 등,Virology 172:285-292 (1989), Takamatsu 등,EMBO J.6:307-311 (1987), French 등,Science 231:1294-1297 (1986), 및 Takamatsu 등,FEBS Letters 269:73-76 (1990)]에 의해 증명되었다. 그러나, 이러한 바이러스 벡터는 식물에서 전신성 전이 및 전체 식물 내의 대다수의 식물 세포에서 비바이러스 외래 유전자의 발현을 할 수 없다는 것을 보여주었다. 더욱이, 이러한 바이러스 벡터들 중 많은 것은 비바이러스 외래 유전자의 유지에 대해 안정하지 않다고 증명되었다. 그러나, [Donson 등, 미국 특허 제 5,316,931, 5,589,367, 및 5,866,785, Turpen, 미국 특허 제 5,811,653, Carrington 등, 미국 특허 제 5,491,076, 및 동시 계류중인 미국 특허 출원 일련번호 제 08/324,003]에 기재된 바이러스 벡터는, 식물 세포를 외래 유전물질로써 감염시키고 식물 내에서 전신성으로 전이시키고 함유된 비바이러스 외래 유전자를 식물 세포 내에서 국부적으로 또는 전신성으로 발현시킬 수 있는 것으로 증명되었다. Morsy 등 (Proc. Natl. Acad. Sci. USA95:7866-7871 (1998))은 37kb 이하의 삽입물 수용력을 가지며 쉽게 증식될 수 있는 보조자-의존성 아데노바이러스 벡터를 개발하였다.Construction of plant RNA viruses for introducing and expressing non-viral foreign genes into plants is also described in Brisson et al., Methods in Enzymology 118 : 659 (1986), Guzman et al., Communications in Molecular Biology: Viral Vectors, Cold Spring Harbor Laboratory, . 172-189 (1988), Dawson et al., Virology 172 : 285-292 (1989), Takamatsu et al., EMBO J. 6 : 307-311 (1987), French et al., Science 231 : 1294-1297 (1986), and Takamatsu et al., FEBS Letters 269 : 73-76 (1990). However, these viral vectors have shown that systemic transformation in plants and the expression of non-viral foreign genes in the vast majority of plant cells within the whole plant can not be achieved. Moreover, many of these viral vectors have proven not to be stable to the maintenance of nonviral foreign genes. However, the viral vectors described in [Donson et al., U.S. Pat. Nos. 5,316,931, 5,589,367, and 5,866,785, Turpen, U.S. Pat. No. 5,811,653, Carrington et al., U.S. Pat. No. 5,491,076, and co-pending U.S. patent application Serial No. 08 / , It has been demonstrated that plant cells can be infected with foreign genetic material, systemically transferred into plants, and localized or systemically expressed non-viral foreign genes contained within plant cells. Morsy et al. ( Proc Natl Acad Sci USA 95: 7866-7871 (1998)) have developed adjuvant-dependent adenovirus vectors that have an insertion capacity of 37 kb or less and can be easily propagated.
클로닝 기술의 최근 도래로, 유전자를 선택적으로 기능을 상실하게 할 수 있다. 한 가지 방법은 표적 유전자의 RNA 메세지에 선택적으로 결합하여, 유전자를 단백질로서 발현시키는 정확한 분자 기작을 방해하는 안티센스 RNA 또는 DNA 분자를 만드는 것이다. 특정 유전자를 불활성화시키는 안티센스 기술은 고전적인 유전학 접근과 상이한 접근을 제공한다. 고전 유전학은 통상 생물에서 모든 유전자의 무작위 돌연변이를 연구하고 특정 특성에 관련된 돌연변이를 선택한다. 안티센스 접근은 관심있는 클로닝된 유전자로 시작하여 그것을 조작하여 그것의 기능에 관한 정보를 이끌어낸다.With the recent arrival of cloning technology, genes can be selectively lost. One method is to selectively bind to the RNA message of the target gene to create an antisense RNA or DNA molecule that interferes with the precise molecular mechanism by which the gene is expressed as a protein. Antisense technology that deactivates certain genes provides a different approach to classical genetic approaches. Classical genetics typically studies random mutations of all genes in organisms and selects mutations that are specific to a particular feature. The antisense approach begins with the cloned gene of interest and manipulates it to elicit information about its function.
형질전환 식물에서 바이러스 유래 양성 센스 또는 안티센스 RNA의 발현은 내재하는 유전자의 증가된 또는 감소된 발현을 제공한다. 대개의 경우에, 트랜스진(transgene)의 도입 및 이은 발현은 특정 유전자 산물의 정상 상태 수준을 증가시키거나 (양성 센스 RNA 사용), 감소시킬(안티센스 RNA 사용) 것이다 (Curr. Opin. Cell Biol.7:399-405 (1995)). 또한 내재 유전자의 억제가 센스 RNA를 함유한 형질전환 식물에서 일어나는 증거가 있다 (Van der Krol 등, Plant Cell 2(4):291-299 (1990), Napoli 등, Plant Cell 2:279-289 (1990) 및 Fray 등, Plant Mol. Biol. 22:589-602 (1993)).Expression of a virus-like positive sense or antisense RNA in a transgenic plant provides for increased or decreased expression of an endogenous gene. In most cases, the introduction of the transgene and its subsequent expression increases the steady-state level of certain gene products (using positive sense RNA) or decreases (using antisense RNA) ( Curr. Opin. Cell Biol . 7 : 399-405 (1995)). There is also evidence that inhibition of the innate gene occurs in transgenic plants containing sense RNA (Van der Krol et al., Plant Cell 2 (4): 291-299 (1990), Napoli et al., Plant Cell 2: 279-289 1990) and Fray et al., Plant Mol. Biol. 22: 589-602 (1993)).
형질전환 식물에서 전사후 유전자 사일런싱 (PTGS)은 서열 특이적인 방식으로 RNA 축적을 억제하는 기작의 표시이다. PTGS의 기작을 설명하는 3가지 모델이 있다: 트랜스진으로부터 안티센스 RNA의 직접적인 전사, 트랜스진의 과발현에 반응하여 생산된 안티센스 RNA, 또는 트랜스진의 잘못된 센스 RNA 산물의 생산에 반응하여 생산된 안티센스 RNA (Baulcombe, Plant Mol. Biol. 32:79-88 (1996)). 전사후 유전자 사일런싱 기작은, 동일하거나 상보적인 염기 서열 중 하나를 포함하는, 트랜스진 mRNA 및 표적 RNA 양자의 매우 특이적 분해에 의해 전형화된다. 사일런싱 트랜스진이 표적 내재 유전자 또는 바이러스 게놈 RNA와 동일한 센스인 경우에, 식물에 의해 암호화되는 RNA-의존 RNA 중합효소가 트랜스진 mRNA로부터 상보적인 가닥을 만들고 작은 cRNA가 표적 RNA의 분해를 가능하게 한다는 것이 제시되었다. 안티센스 RNA 및 가상의 cRNA가 표적 RNA와 혼성화함으로써 작용하여 하이브리드를 이중가닥 RNA 분해효소에 대한 기질로 만들거나 표적 RNA의 번역을 중지하게 한다는 것이 제안되었다 (Baulcombe, Plant Mol. Biol. 32:79-88 (1996)). 센스 RNA에 의한 상기 하향조절 또는 "동시 억제"는 염색체 DNA의 반대 가닥에 위치한 말단 프로모터로부터의 통독 전사에 의한 안티센스 RNA의 생산에 기인할 수 있다는 것이 또한 제안된다 (Grierson 등, Trends Biotechnol. 9:122-123 (1993)).Post transcriptional gene silencing (PTGS) in transgenic plants is an indication of a mechanism that inhibits RNA accumulation in a sequence-specific manner. There are three models that illustrate the mechanism of PTGS: antisense RNA produced in response to the direct transcription of antisense RNA from transgene, overexpression of transgene, or antisense RNA produced in response to the production of a false sense RNA product of transgene (Baulcombe , Plant Mol Biol., 32: 79-88 (1996)). Post-transcriptional gene silencing machinery is typified by highly specific degradation of both transgene mRNA and target RNA, including either the same or a complementary base sequence. When the silencing transgene is the same sense as the target-bearing gene or the viral genomic RNA, the RNA-dependent RNA polymerase encoded by the plant produces a complementary strand from the transgene mRNA and a small cRNA enables the degradation of the target RNA . It has been proposed that antisense RNA and hypothetical cRNA act by hybridizing with the target RNA to render the hybrid a substrate for double-stranded RNA degrading enzymes or to stop translation of the target RNA (Baulcombe, Plant Mol. Biol. 32: 79- 88 (1996)). It is also proposed that said down-regulation or " simultaneous inhibition " by sense RNA can be due to the production of antisense RNA by over-all transcription from an end promoter located on the opposite strand of chromosomal DNA (Grierson et al., Trends Biotechnol. 122-123 (1993)).
Waterhouse 등 (Proc. Natl. Acad. Sci. USA10:13959-64 (1998))은 센스 또는 안티센스 구축물을 함유한 형질전환 담배 식물을 제조하였다. Pro[s] 및 Pro[a/s] 구축물은 각각 센스 및 안티센스 방향으로 PVY 핵 함입 Pro ORF를 포함하였다. Pro[s]-정지 구축물은 센스 방향으로 PVY Pro ORF를 함유했으나 개시 코돈으로부터 3 코돈 하류에 정지 코돈을 가졌다. Waterhouse 등은 상기 구축물 유전자를 식물에 형질전환하였을 때, 식물은 트랜스진이 유래된 바이러스 형태에 대하여 면역을 나타냈다는 것을 보여준다. Smith 등 (Plant Cell, 6:1441-1453 (1994))은 감자 바이러스 Y (PVY) 외피 단백질 (CP) 개방형해독틀을 함유한 담배 형질전환 식물을 제조하였는데, 그것은 개시 코돈 바로 다음에 정지 코돈의 도입에 의해 번역이 불가능한 mRNA를 생산하였다. 번역이 불가능한 센스 RNA의 발현은 형질전환 식물의 바이러스 저항성과 역관계가 있다. Kumagai 등 (Proc. Natl. Acad. Sci. USA92:1679 (1995))은 트랜스펙션된 니코티아나 벤타미아나에서의 유전자 발현은 양성 센스 또는 안티센스 방향으로 토마토 (lycopersicon esculentum) 피토엔 불포화효소를 암호화하는 cDNA로부터 유도된 공지의 서열의 RNA의 바이러스 전달에 의해 세포질 저해된다는 것을 보고한다.Waterhouse et al . ( Proc. Natl. Acad. Sci. USA 10: 13959-64 (1998)) produced transgenic tobacco plants containing sense or antisense constructs. The Pro [s] and Pro [a / s] constructs contained PVY nuclear inclusion Pro ORF in the sense and antisense orientation, respectively. Pro [s] - The stop construct contained the PVY Pro ORF in the sense direction, but had a stop codon three codons downstream from the start codon. Waterhouse et al. Showed that when the construct gene was transfected into a plant, the plant immunized against the transgene-derived virus form. Smith et al. (Plant Cell, 6: 1441-1453 (1994)) produced a tobacco transgenic plant containing the potato virus Y (PVY) envelope protein (CP) open reading frame, MRNAs that could not be translated by introduction were produced. The expression of non-transcribable sense RNA is inversely related to the viral resistance of transgenic plants. Kumagai et al . ( Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92: 1679 (1995)) showed that gene expression in transfected Nicotiana bentamiana leads to the expression of lycopersicon esculentum phytoene unsaturation in a positive sense or antisense orientation Lt; RTI ID = 0.0 > cytoplasmic < / RTI > by viral delivery of RNA of known sequence derived from the encoding cDNA.
안티센스 및 양성 센스 기술은 원핵생물(Monera), 원생생물(Protista), 곰팡이(Fungi), 식물(Plantae) 또는 동물(Animalia)로부터 공여자 생물의 기능성 게놈 스크리닝을 개발하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명은 숙주 식물에서 특성의 존재를 검출하고 숙주 식물에서 핵산 서열을 발현시킴으로써 공여자 생물의 핵산의 기능 및 서열을 결정하는 방법을 제공한다. GTP-결합 단백질은 본 발명을 예시한다. 진핵 세포에서, GTP-결합 단백질은 신호 전달, 세포골격 조직, 및 단백질 수송을 포함한 다양한 세포 과정에서 기능한다. 저분자량의(20-25 킬로달톤) GTP-결합 단백질은 ras 및 그것의 가까운 종 (예를 들면, Ran), rho 및 그것의가까운 종, rab 패밀리, 및 ADP-리보실화 인자 (ARF) 패밀리를 포함한다. 분비 및 세포내 수송에 관련될 수 있는 이질삼합체 및 단량체 GTP-결합 단백질은 두 구조적 부류로 나누어진다: rab 및 ARF 패밀리. 작은 가용성 GTP-결합 단백질인 Ran은 단백질의 핵 이동에 필수적인 것으로 나타났고 또한 포유동물 및 효모 세포에서 세포 주기 진행을 조절하는데 관여하는 것으로 생각된다. GTP-결합 단백질을 암호화하는 cDNA는 벼, 보리, 옥수수, 담배, 및 A. 탈리아나 (A. thaliana)를 포함한 다양한 식물로부터 분리되었다. 예를 들면, Verwoert 등 (Plant Molecular Biol. 27:629-633 (1995))은 옥수수 cDNA 발현 라이브러리를 이용하여 대장균 fabD 돌연변이체에서의 직접적인 유전적 선발에 의해 ARF 패밀리의 GTP-결합 단백질을 암호화하는 Zea mays cDNA 클론의 분리를 보고한다. Regad 등 (FEBS 2:133-136 (1993))은 cDNA 클론을 무작위로 선발하고 서열 결정을 함으로써 아라비돕시스 탈리아나 (Arabidopsis thaliana) 배양 세포의 cDNA 라이브러리로부터 ARF를 암호화하는 cDNA 클론을 분리하였다. Dallmann 등 (Plant Molecular Biol. 19:847-857 (1992))은 PCR 접근을 사용하여 잎 cDNA 라이브러리로부터 작은 GTP-결합 단백질을 암호화하는 두개의 cDNA를 분리하였다. Dallmann 등은 잎 cDNA를 제조하고 프라이머로서, ras 슈퍼패밀리군에서 발견되는, 매우 보존된 모티프에 해당하는 축퇴 올리고뉴클레오티드를 사용한 PCR 증폭에서 그들을 주형으로 사용하였다. Haizel 등 (Plant J., 11:93-103 (1997))은 프로브로서 전체 길이 담배 Nt Ran1 cDNA를 사용하여 아라비돕시스 cDNA 및 게놈 라이브러리로부터 Ran 유사 작은 GTP 결합 단백질을 암호화하는 cDNA 및 게놈 클론을 분리하였다. 본발명은 기능을 가지는 클론의 서열만을 결정하고 무작위로 클론의 서열을 결정하지 않는 점에서, GTP 결합 단백질을 암호화하는 핵산 서열을 확인할 때 상기 방법에 비해 이점을 제공한다. 기능을 가지는 클론 내의 핵산 인서트를 표지하고 그들에 혼성화하는 cDNA를 분리하기 위하여 프로브로서 사용한다.Antisense and positive sense technologies can be used to develop functional genomic screening of donor organisms from prokaryotes (Monera), protista, fungi, plants (Plantae) or animals (Animalia). The present invention provides a method for determining the function and sequence of a nucleic acid of a donor organism by detecting the presence of a property in the host plant and expressing the nucleic acid sequence in the host plant. GTP-binding proteins exemplify the invention. In eukaryotic cells, GTP-binding proteins function in a variety of cellular processes, including signal transduction, cytoskeletal tissue, and protein transport. A low molecular weight (20-25 kilodalton) GTP-binding protein binds to ras and its close species (e.g. Ran), rho and its close species, the rab family, and the ADP-ribosomal factor (ARF) family . Heterogeneous trimer and monomeric GTP-binding proteins that may be involved in secretion and intracellular transport are subdivided into two structural classes: rab and the ARF family. Ran, a small soluble GTP-binding protein, has been shown to be essential for protein nuclear migration and is thought to be involved in regulating cell cycle progression in mammalian and yeast cells. CDNA encoding the GTP-binding protein has been isolated from a variety of plants including rice, barley, corn, tobacco, and A. thaliana. For example, Verwoert et al. (Plant Molecular Biol. 27: 629-633 (1995)) encode the GTP-binding protein of the ARF family by direct genetic selection in E. coli fabD mutants using a maize cDNA expression library We report the isolation of Zea mays cDNA clones. Regad et al. (FEBS 2: 133-136 (1993)) randomly selected cDNA clones and sequenced to isolate cDNA clones encoding ARF from cDNA libraries of Arabidopsis thaliana cultured cells. Dallmann et al. (Plant Molecular Biol. 19: 847-857 (1992)) used a PCR approach to isolate two cDNAs encoding small GTP-binding proteins from leaf cDNA libraries. Dallmann et al. Used leaf cDNA as a template and used them as primers in PCR amplification using degenerate oligonucleotides corresponding to highly conserved motifs found in the ras super family. Haizel et al. (Plant J., 11: 93-103 (1997)) isolated cDNA and genomic clones encoding Ran-like small GTP-binding proteins from Arabidopsis cDNA and genomic libraries using full length tobacco Nt Ran1 cDNA as a probe . The present invention provides advantages over this method in determining the nucleic acid sequence encoding the GTP-binding protein in that it only determines the sequence of the functioning clone and does not randomly determine the sequence of the clone. Lt; RTI ID = 0.0 > cDNA < / RTI > hybridizing thereto.
본 발명은 1999.7.21에 모두 출원된, 미국 특허 출원 일련번호 제 09/359,301, 09/359,305, 09/359,297, 및 09/359,300 을 우선권으로 청구한다.The present invention claims priority from U.S. Patent Application Serial Nos. 09 / 359,301, 09 / 359,305, 09 / 359,297, and 09 / 359,300 filed on July 21, 1999.
본 발명은 일반적으로 분자생물학 및 유전학 분야에 관한 것이다. 구체적으로는, 본 발명은 숙주 식물에서 안티센스 또는 양성 센스 방향으로 핵산 서열의 일시적인 발현에 의해 숙주 생물 유래의 핵산 서열의 기능을 연관시키는 방법에 관한 것이다.The present invention relates generally to the field of molecular biology and genetics. Specifically, the present invention relates to a method of correlating the function of a nucleic acid sequence derived from a host organism by transient expression of the nucleic acid sequence in the antisense or positive sense direction in the host plant.
도 1은 플라스미드 pBS#735를 나타낸다.Figure 1 shows the plasmid pBS # 735.
도 2는 플라스미드 pBS#740을 나타낸다.Figure 2 shows plasmid pBS # 740.
도 3은 플라스미드 TTU51A QSEO#3을 나타낸다.Figure 3 shows the plasmid TTU51A QSEO # 3.
도 4는 플라스미드 TTO1A/Ca CCS+를 나타낸다.Figure 4 shows the plasmid TTO1A / Ca CCS +.
도 5는 플라스미드 TTO1/PSY+를 나타낸다.Figure 5 shows the plasmid TTOl / PSY +.
도 6은 플라스미드 TTO1/PDS+를 나타낸다.Figure 6 shows the plasmid TTOl / PDS +.
도 7은 단자엽 바이러스 벡터를 나타낸다.Figure 7 shows a terminal lobe viral vector.
도 8은 플라스미드 TTU51 CTP CrtB를 나타낸다.Figure 8 shows the plasmid TTU51 CTP CrtB.
도 9는 플라스미드 pBS 740 AT #2441 (ATCC 번호: PTA-332)를 나타낸다.Figure 9 shows the plasmid pBS 740 AT # 2441 (ATCC number: PTA-332).
도 10은 740 AT #2441의 핵산 서열을 나타낸다.Figure 10 shows the nucleic acid sequence of 740 AT # 2441.
도 11은 740 AT #2441 및 AF017991의 핵산 서열 비교를 나타낸다.Figure 11 shows a nucleic acid sequence comparison of 740 AT # 2441 and AF017991.
도 12는 740 AT #2441 및 L16787의 핵산 서열 비교를 나타낸다.Figure 12 shows nucleic acid sequence comparisons of 740 AT # 2441 and L16787.
도 13은 740 AT #2441 및 RAN-B1 GTP 결합 단백질의 아미노산 서열 비교를 나타낸다.Figure 13 shows amino acid sequence comparison of 740 AT # 2441 and RAN-B1 GTP binding protein.
도 14는 플라스미드 pBS 740 AT #120 (ATCC 번호: PTA-325)를 나타낸다.14 shows plasmid pBS 740 AT # 120 (ATCC number: PTA-325).
도 15는 아라비돕시스 탈리아나 740 AT #120 및 아라비돕시스 탈리아나 est AA042085의 핵산 서열 비교를 나타낸다.Figure 15 shows a nucleic acid sequence comparison of Arabidopsis thaliana 740 AT # 120 and Arabidopsis thaliana est AA042085.
도 16은 벼 D17760 (Oryza sativa) ADP-리보실화 인자에 대한 740 AT #120의 핵산 서열 정렬을 보여준다.Figure 16 shows the nucleic acid sequence alignment of 740 AT # 120 to rice D17760 (Oryza sativa) ADP-ribosylation factor.
도 17은 인간 ADP-리보실화 인자 P16587에 대한 740 AT #120의 핵산 서열 정렬을 보여준다.Figure 17 shows the nucleic acid sequence alignment of 740 AT # 120 to the human ADP-ribosylation factor P16587.
도 18은 인간 ADP-리보실화 인자 M33384에 대한 인간화된 서열 740 AT #120 H의 핵산 서열 정렬을 보여준다.Figure 18 shows the nucleic acid sequence alignment of the humanized sequence 740 AT # 120 H to human ADP-ribosylation factor M33384.
도 19는 플라스미드 KS + Nb ARF #3 (ATCC 번호: PTA-324)를 보여준다.Figure 19 shows the plasmid KS + Nb ARF # 3 (ATCC number: PTA-324).
도 20은 아라비돕시스 탈리아나 740 AT #120 및 니코티아나 벤타미아나 KS + Nb ARF #3의 핵산 서열 비교를 보여준다.Figure 20 shows a nucleic acid sequence comparison of Arabidopsis thaliana 740 AT # 120 and Nicotiana botanicumina KS + Nb ARF # 3.
도 21은 담배 래틀 바이러스 유전자 사일런싱 벡터를 보여준다.Figure 21 shows the tobacco rattle virus gene silencing vector.
도 22는 플라스미드 pBS #740 AT #88 (ATCC 번호: PTA-331)를 보여준다.Figure 22 shows the plasmid pBS # 740 AT # 88 (ATCC number: PTA-331).
도 23은 740 AT #88 의 서열을 보여준다.Figure 23 shows the sequence of 740 AT # 88.
도 24는 AT #88 및 브라시카 라파(Brassica rapa) L35812의 핵산 서열 비교를 보여준다.Figure 24 shows a nucleic acid sequence comparison of AT # 88 and Brassica rapa L35812.
도 25는 AT #88 및 낙지 로돕신(Octopus Rhodopsin) X07797의 핵산 서열 비교를 보여준다.Figure 25 shows a nucleic acid sequence comparison of AT # 88 and Octopus Rhodopsin X07797.
도 26은 AT #88 및 낙지 로돕신(Octopus Rhodopsin) P31356의 핵산 서열 비교를 보여준다.Figure 26 shows nucleic acid sequence comparisons of AT # 88 and Octopus Rhodopsin P31356.
도 27은 플라스미드 pBS #377 (ATCC 번호: PTA-334)를 보여준다.Figure 27 shows the plasmid pBS # 377 (ATCC number: PTA-334).
도 28은 740 AT #377의 핵산 서열을 보여준다.Figure 28 shows the nucleic acid sequence of 740 AT # 377.
도 29는 플라스미드 pBS #2483 (ATCC 번호: PTA-329)를 보여준다.29 shows the plasmid pBS # 2483 (ATCC number: PTA-329).
도 30은 740 AT #2483의 핵산 서열을 보여준다.Figure 30 shows the nucleic acid sequence of 740 AT # 2483.
도 31은 플라스미드 pBS 740 AT #909 (ATCC 번호: PTA-330)를 보여준다.Figure 31 shows the plasmid pBS 740 AT # 909 (ATCC number: PTA-330).
도 32는 AT #909 및 유방암 세포주의 리보좀 단백질 L19의 핵산 서열 비교를 보여준다.32 shows a nucleic acid sequence comparison of AT # 909 and the ribosomal protein L19 of the breast cancer cell line.
도 33은 AT #909 및 L19 P14118 60S 리보좀 단백질 L19의 핵산 서열 비교를 보여준다.33 shows a nucleic acid sequence comparison of AT # 909 and L19 P14118 60S ribosomal protein L19.
도 34는 플라스미드 pBS AT #855 (ATCC 번호: PTA-325)를 보여준다.Figure 34 shows the plasmid pBS AT # 855 (ATCC number: PTA-325).
도 35는 AT #855 및 HAT7 호메오박스 단백질 ORF의 핵산 서열 비교를 보여준다.Figure 35 shows nucleic acid sequence comparisons of AT # 855 and HAT7 homeobox protein ORF.
발명의 상세한 설명DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
본 발명은 본질적으로 (1) 양성 또는 안티센스 방향으로 숙주 생물에 의해 유도된 서열 인서트의 라이브러리를 바이러스 벡터내로 도입하는 단계; (2) 각 인서트를 숙주 식물에서 발현하는 단계, 및 (3) 발현의 결과로 숙주 식물의 표현형 또는 생화학적 변화를 검출하는 단계가 관여된다. 숙주 식물은 단자엽 또는 쌍자엽 식물, 식물 조직 또는 식물 세포일 수 있다. 공여자 생물은 인간, 마우스, 초파리 등과 같은, 원핵생물, 원생생물, 곰팡이, 식물 또는 동물 계 유래의 종을 포함한다. 공여자 생물이 또한 식물이라면, 공여자 식물 및 숙주 식물은 전형적으로 상이한 속, 과, 목, 강, 아문, 또는 문에 속한다. 라이브러리에서 서열 인서트의 기능은 전형적으로 미지이다. 라이브러리에서 서열 인서트의 수는약 10, 15, 20, 50, 100, 200, 500, 1000, 5000, 또는 15,000 등보다 전형적으로 크다. 각 인서트의 길이는 약 50, 100, 200, 또는 500 염기쌍보다 전형적으로 길다.The present invention relates in principle to: (1) introducing into a viral vector a library of sequence inserts derived by a host organism in a positive or antisense orientation; (2) expressing each insert in a host plant, and (3) detecting phenotypic or biochemical changes in the host plant as a result of expression. Host plants can be terminal or dicot plants, plant tissues or plant cells. Donor organisms include species derived from prokaryotes, protists, fungi, plants or animals, such as humans, mice, fruit flies, and the like. If the donor organism is also a plant, the donor plant and the host plant typically belong to different genus, tree, tree, river, moon, or gate. The function of a sequence insert in a library is typically unknown. The number of sequence inserts in the library is typically greater than about 10, 15, 20, 50, 100, 200, 500, 1000, 5000, or 15,000, The length of each insert is typically longer than about 50, 100, 200, or 500 base pairs.
더욱 구체적으로는, 본 발명은 숙주 식물의 표현형 또는 생화학을 변화시키는 방법, 숙주 식물에서 표현형 또는 생화학의 변화를 결정하는 방법, 및 숙주 식물에서 특성의 존재를 결정하는 방법에 관한 것이다. 방법은 숙주 식물에서 안티센스 또는 양성 센스 방향으로 공여자 생물의 핵산 서열을 일시적으로 발현하는 단계, 숙주 식물에서 변화를 확인하는 단계, 및 표현형 또는 생화학적 변화와 서열 발현을 연관시키는 단계를 포함한다. 핵산 서열은 숙주 생물내로 트랜스펙션 전에 분리, 확인, 또는 특성규명이 될 필요가 없다.More particularly, the invention relates to a method of altering the phenotype or biochemistry of a host plant, a method of determining phenotypic or biochemical changes in a host plant, and a method of determining the presence of a property in a host plant. The method comprises transiently expressing a nucleic acid sequence of a donor organism in a host plant in the antisense or positive sense direction, identifying the change in the host plant, and correlating the phenotype or biochemical change with sequence expression. The nucleic acid sequence need not be isolated, identified, or characterized prior to transfection into the host organism.
본 발명은 또한 숙주 생물에서 핵산 서열 라이브러리를 일시적으로 발현시키고, 숙주 식물에서 표현형 또는 생화학적 변화를 결정하고, 그 변화와 관련된 특성을 확인하고, 그 특성과 관련된 공여자 유전자를 확인하고, 존재한다면 상동성 숙주 유전자를 확인하고, 그 서열을 그것과 관련된 표현형 또는 기능으로써 주석함으로써 기능성 유전자 프로필을 만드는 방법에 관한 것이다.The present invention also relates to a method of transiently expressing a nucleic acid sequence library in a host organism, determining a phenotypic or biochemical change in the host plant, identifying characteristics associated with the change, identifying the donor gene associated with the trait, Identifying a homologous host gene and annotating the sequence as a phenotype or function associated therewith.
본 발명은 또한 숙주 식물에서 표현형 또는 생화학적 변화에 영향을 주기 위한 방식으로 숙주 식물내에 핵산 서열을 트랜스펙션함으로써, 공여자 생물 내의 유전자를 포함하여, 핵산 서열의 기능을 결정하는 방법에 관한 것이다. 하나의 구현예에서, 재조합 바이러스 핵산이 공여자의 핵산 인서트를 포함하도록 제조된다. 재조합 바이러스 핵산은 숙주 식물을 감염시키고, 숙주 생물내에 내재하는세포 유전자의 감소된 또는 증가된 발현을 일으키는 세포질에서의 안티센스 또는 양성 센스 RNA을 생산한다. 특성의 존재가 표현형 또는 생화학적 변화에 의해 확인되면, 핵산의 기능이 결정된다. cDNA 클론 또는 벡터내의 핵산 인서트의 핵산서열이 이어서 결정된다. 핵산 서열은 표준 서열 분석에 의해 결정된다.The present invention also relates to a method for determining the function of a nucleic acid sequence, including a gene in a donor organism, by transfecting the nucleic acid sequence in a host plant in a manner to effect phenotypic or biochemical changes in the host plant. In one embodiment, the recombinant viral nucleic acid is prepared to include a donor nucleic acid insert. The recombinant viral nucleic acid infects host plants and produces antisense or positive sense RNAs in the cytoplasm that result in reduced or increased expression of cellular genes that are internal to the host organism. Once the presence of the property is confirmed by phenotypic or biochemical changes, the function of the nucleic acid is determined. The nucleic acid sequence of the cDNA clone or nucleic acid insert in the vector is then determined. The nucleic acid sequence is determined by standard sequence analysis.
본 발명의 한 국면은 공여자 생물에서 핵산 서열을 확인하고 결정하는 방법으로, 상기 서열의 기능은 트랜스펙션된 식물에서 핵산을 발현하기에 적합한 바이러스 핵산을 통해 숙주 식물내로 핵산을 도입함으로써, 숙주 식물에서 내재하는 유전자의 기능을 잃게 하는 것이다. 이 방법은 내재하는 숙주 유전자 상동물, 예를 들면, 안티센스 RNA, 또는 양성 센스 RNA의 전사후 유전자 사일런싱의 원리를 이용한다. 특히, 이 사일런싱 기능은 공여자 생물에서 다중 유전자족을 사일런싱하는데 유용하다. 게다가, 단백질의 과생산을 초래하는 양성 센스 RNA의 과발현은 숙주에서 표현형 또는 생화학적 변화를 야기할 수 있다.One aspect of the present invention is a method for identifying and determining a nucleic acid sequence in a donor organism wherein the function of the sequence is to introduce the nucleic acid into the host plant via a viral nucleic acid suitable for expressing the nucleic acid in the transfected plant, The function of the inherent gene is lost. This method utilizes the principle of post-transcriptional gene silencing of an inherent host genetic animal, such as antisense RNA, or positive sense RNA. In particular, this silencing function is useful for silencing multigene families in donor organisms. In addition, overexpression of positive sense RNA, which results in overproduction of the protein, can lead to phenotypic or biochemical changes in the host.
본 발명의 다른 국면은 숙주 식물에서의 유전자와 동일한 기능을 가지는 공여자 생물에서의 유전자를 발견하는 것이다. 방법은 예를 들면, 인간, 마우스, 또는 초파리의 조직 또는 세포로부터 공여자 생물의 cDNA 라이브러리, 또는 게놈 DNA 라이브러리, 또는 RNA의 풀을 구축함으로써 시작한다. 이어서, 라이브러리로부터 유도된 핵산 인서트를 함유한 재조합 바이러스 핵산이 제조되고 숙주 식물을 감염시키기 위해 사용된다. 감염된 숙주 식물은 표현형 또는 생화학적 변화에 대해 조사된다. 숙주 식물에서 표현형 또는 생화학적 변화를 초래하는 재조합 바이러스 핵산이 확인되고 핵산 인서트의 서열이 표준 방법에 의해 결정된다.공여자 생물에서 그러한 핵산 서열은 숙주 식물에서의 서열과 실질적인 서열 상동성을 가질 수 있는데, 예를 들면 핵산 서열은 공여자와 숙주 식물 사이에 보존된다. 핵산 서열이 결정되면, 그것은 표지될 수 있고 공여자 생물로부터 전체 길이 cDNA를 분리하기 위한 프로브로서 사용될 수 있다. 본 발명은 공여자 생물 핵산의 기능 및 서열을 밝히는 신속한 수단을 제공하고; 그렇게 신속하게 확장되는 정보는 이어서 게놈학의 분야에 이용될 수 있다.Another aspect of the present invention is to find a gene in a donor organism having the same function as a gene in a host plant. The method begins by constructing a pool of cDNA libraries, or genomic DNA libraries, or RNAs of donor organisms from, for example, tissues or cells of a human, mouse, or fruit fly. The recombinant viral nucleic acid containing the nucleic acid insert derived from the library is then prepared and used to infect the host plant. Infected host plants are examined for phenotypic or biochemical changes. Recombinant viral nucleic acids that result in phenotypic or biochemical changes in the host plant are identified and the sequence of the nucleic acid insert is determined by standard methods. In a donor organism, such a nucleic acid sequence may have substantial sequence homology with the sequence in the host plant , For example, the nucleic acid sequence is conserved between the donor and the host plant. Once the nucleic acid sequence is determined, it can be labeled and used as a probe to isolate the full-length cDNA from the donor organism. The present invention provides a rapid means of identifying the function and sequence of a donor bio-nucleic acid; Information that expands so rapidly can then be used in the field of genomics.
본 발명의 다른 국면은 곡물 작물의 수확량을 증가시키는 방법에 관한 것이다. 방법은 곡물 작물 내에서 안티센스 또는 양성 센스 방향으로 공여자 식물의 핵산 서열을 일시적으로 발현하는 것을 포함하는데, 상기 발현은 곡물 작물의 저해된 성장 및 증가된 종자 생산을 초래한다. 바람직한 방법은 핵산 서열을 식물 바이러스 벡터내에 클로닝하고 곡물 작물을 상기 핵산 서열을 함유한 재조합 바이러스 핵산으로써 감염시키는 단계를 포함한다.Another aspect of the invention relates to a method for increasing the yield of grain crops. The method involves transiently expressing a nucleic acid sequence of a donor plant in the antisense or positive sense direction in a grain crop, which results in inhibited growth and increased seed production of the grain crop. A preferred method involves the step of cloning a nucleic acid sequence into a plant virus vector and infecting the crop with a recombinant viral nucleic acid containing said nucleic acid sequence.
본 발명의 다른 국면은 숙주 식물에서 인간 단백질을 생산하는 방법에 관한 것이다. 인간 및 숙주 식물로부터 유사한 기능의 핵산을 분리하고 확인한 후에, DNA로부터 유도된 아미노산 서열을 비교한다. 식물 핵산 서열을 인간 단백질과 동일한 아미노산 서열을 암호화하도록 변화시킨다. 핵산 서열은 위치지정 돌연변이 또는 중합효소 기재 DNA 합성과 같은 임의의 종래의 방법에 따라 변화될 수 있다.Another aspect of the invention relates to a method of producing human proteins in host plants. After isolating and identifying nucleic acids of similar function from human and host plants, the amino acid sequences derived from the DNA are compared. The plant nucleic acid sequence is changed to encode the same amino acid sequence as the human protein. The nucleic acid sequence may be changed according to any conventional method such as site-directed mutagenesis or polymerase-based DNA synthesis.
본 발명의 다른 국면은 상이한 식물에서 동일한 기능을 가지는 유전자를 발견하는 것이다. 방법은 첫번째 식물의 cDNA, 게놈 DNA 라이브러리, 또는 RNA풀로써 시작한다. 이어서, 라이브러리로부터 유도된 핵산 인서트를 함유한 재조합 바이러스 핵산을 제조하고 상이한 숙주 식물을 감염시키는데 사용한다. 감염된 숙주 식물을 표현형 또는 생화학적 변화에 대해 조사한다. 숙주 식물에서 표현형 또는 생화학적 변화를 일으키는 재조합 바이러스 핵산을 확인하고 핵산 인서트의 서열을 표준 방법으로 결정한다. 첫번째 식물에서의 그러한 핵산 서열은 숙주 식물의 서열과 실질적인 서열 상동성을 가지며: 핵산 서열은 두 식물체 사이에 보존된다. 본 발명은 관심 있는 핵산의 기능 및 서열을 밝히는 신속한 수단을 제공하며; 그러한 신속하게 확장되는 정보는 이어서 게놈학의 분야에서 이용될 수 있다.Another aspect of the invention is to find genes with the same function in different plants. The method starts with the first plant cDNA, genomic DNA library, or RNA pool. The recombinant viral nucleic acid containing the nucleic acid insert derived from the library is then prepared and used to infect different host plants. Infected host plants are examined for phenotypic or biochemical changes. Identify recombinant viral nucleic acids that cause phenotypic or biochemical changes in host plants and determine the sequence of nucleic acid inserts by standard methods. Such a nucleic acid sequence in the first plant has substantial sequence homology with the sequence of the host plant: the nucleic acid sequence is conserved between the two plants. The present invention provides a rapid means of revealing the function and sequence of a nucleic acid of interest; Such rapidly expanding information can then be used in the field of genomics.
I.공여자 생물로부터의 서열 인서트의 라이브러리를 식물 바이러스 벡터내로 도입함 I. Introduction of a library of sequence inserts from donor organisms into plant virus vectors
바이러스 발현 벡터의 구축은 당업계에서 공지된 다양한 방법을 사용할 수 있다. 본 발명의 바람직한 구현예에서, 바이러스 벡터는 RNA 식물 바이러스로부터 유도된다. 특히, 브로모바이러스과 (Bromoviridae), 부냐바이러스과 (Bunyaviridae), 코모바이러스과 (Comoviridae), 제미니바이러스과 (Geminiviridae), 포티바이러스과 (Potyviridae), 및 톰부스바이러스과 (Tombusviridae)와 같은 다양한 식물 바이러스 과를 사용할 수 있다. 식물 바이러스 과 내에서, 특히 알파모바이러스, 일라바이러스, 브로모바이러스, 쿠쿠모바이러스, 토스포바이러스, 칼라바이러스, 컬리모바이러스, 클로스테로바이러스, 코모바이러스, 네포바이러스, 디안토바이러스, 푸로바이러스, 호르데이바이러스, 루테오바이러스, 네크로바이러스, 포텍스바이러스, 포티바이러스, 라이모바이러스, 바이모바이러스, 오리자바이러스, 소베모바이러스, 토바모바이러스, 토브라바이러스, 카르모바이러스, 톰부스바이러스, 타이모바이러스, 움브라바이러스와 같은 다양한 바이러스 속이 본 발명에 적합할 수 있다.Construction of the virus expression vector can be carried out by various methods known in the art. In a preferred embodiment of the invention, the viral vector is derived from an RNA plant virus. In particular, various plant viruses such as Bromoviridae, Bunyaviridae, Comoviridae, Geminiviridae, Potyviridae, and Tombusviridae can be used . In plant viruses, it is particularly preferred to carry out the method of the present invention in the presence of at least one compound selected from the group consisting of an alphavirus, an ilavirus, a bromovirus, a cucumovirus, a tospovirus, a colovirus, a collimovirus, a closterovirus, a comovirus, A virus selected from the group consisting of a virus, a virus, a virus, a virus, a virus, a virus, a virus, a virus, a rheumatoid, A variety of viruses such as thymovirus, Umbra virus, etc. may be suitable for the present invention.
식물 바이러스의 속 내에서, 많은 종이 특히 바람직하다. 그들은 특히, 알팔파 모자이크 바이러스, 담배 줄무늬 바이러스, 브롬 모자이크 바이러스, 잠두 얼룩 바이러스, 동부 황백화 얼룩 바이러스, 오이 모자이크 바이러스, 토마토 반점 시들음 바이러스, 카네이션 잠재 바이러스, 컬리플라워 모자이크 바이러스, 사탕무우 황색 바이러스, 동부 모자이크 바이러스, 담배 둥근무늬 바이러스, 카네이션 둥근무늬 바이러스, 토양 감염 밀 모자이크 바이러스, 토마토 금색 모자이크 바이러스, 카사바 잠재 바이러스, 보리 줄무늬 모자이크 바이러스, 보리 황색 위축 바이러스, 담배 괴사 바이러스, 담배 부식 바이러스, 감자 바이러스 X, 감자 바이러스 Y, 벼 괴사 바이러스, 독보리 모자이크 바이러스, 보리 황색 모자이크 바이러스, 벼 래기드 스턴트 바이러스, 남부 콩 모자이크 바이러스, 담배 모자이크 바이러스, 리브그래스 모자이크 바이러스, 오이 녹색 얼룩 모자이크 바이러스 수박 계통, 귀리 모자이크 바이러스, 담배 래틀 바이러스, 카네이션 얼룩 바이러스, 토마토 부시 스턴트 바이러스, 무우 황색 모자이크 바이러스, 당근 얼룩 바이러스를 포함한다. 게다가, 담배 괴사 위성과 같은 RNA 위성 바이러스를 또한 사용할 수 있다.Within the genus of plant viruses, many species are particularly desirable. They are particularly useful for the treatment of Alfalfa mosaic virus, cigarette striped virus, brome mosaic virus, beetle stain virus, Eastern blotch virus, cucumber mosaic virus, tomato spotted wilt virus, carnation latent virus, cauliflower mosaic virus, beet yellow virus, eastern mosaic Virus, cigarette round pattern virus, carnation round pattern virus, soil infection wheat mosaic virus, tomato gold mosaic virus, cassava latent virus, barley stripe mosaic virus, barley yellow atrophy virus, tobacco necrotic virus, tobacco corrosion virus, potato virus X, potato Virus Y, rice necrosis virus, taro mosaic virus, barley yellow mosaic virus, rice seed stunt virus, southern soybean mosaic virus, tobacco mosaic virus, rib Green mosaic virus, cucumber green stain mosaic virus, watermelon line, oat mosaic virus, tobacco rattle virus, carnation stain virus, tomato bush stunt virus, radish yellow mosaic virus, carrot stain virus. In addition, RNA satellite viruses such as tobacco necrosis can also be used.
제시된 식물 바이러스는 단일 또는 이중 가닥일 수 있는 DNA 또는 RNA를 함유할 수 있다. 이중 가닥 DNA를 함유한 식물 바이러스의 한 예는 컬리플라워모자이크 바이러스 (CaMV)와 같은 컬리모 바이러스를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 단일 가닥 DNA를 함유하는 대표적인 식물 바이러스는 카사바 잠재 바이러스, 콩 금색 모자이크 바이러스 (BGMV), 및 황백화 줄무늬 모자이크 바이러스이다. 벼 위축 바이러스 및 상처 종양 바이러스는 이중 가닥 RNA 식물 바이러스의 예이다. 단일 가닥 RNA 식물 바이러스는 담배 모자이크 바이러스 (TMV), 무우 황색 모자이크 바이러스 (TYMV), 벼 괴사 바이러스 (RNV) 및 브롬 모자이크 바이러스 (BMV)를 포함한다. 단일 가닥 RNA 바이러스는 더욱이 양성 센스 (또는 양성 가닥), 음성 센스 (또는 음성 가닥), 또는 양쪽 센스 바이러스로 구분할 수 있다. 양성 센스 RNA 바이러스의 게놈 RNA는 전령 센스이고, 그것은 노출된 RNA를 감염성으로 만든다. 많은 식물 바이러스가 양성 센스 RNA 바이러스 패밀리에 속한다. 그들은 예를 들면, TMV, BMV, 및 다른 것을 포함한다. RNA 식물 바이러스는 전형적으로 바이러스 복제 및 mRNA 합성에 필수적인 복제효소/중합효소 단백질, 세포외 통로에 대한 보호 껍질을 제공하는 외피 단백질, 및 세포간 이동, 전신성 감염 및 바이러스의 자가 조립에 필요한 다른 단백질과 같은, 몇 개의 공통 단백질을 암호화한다. 식물 바이러스에 관한 일반적인 정보에 대해, [Matthews, Plant Virology, 제3판, Academic Press, 산디에고 (1991)]을 참조한다.The proposed plant viruses may contain DNA or RNA, which may be single or double stranded. One example of a plant virus containing double-stranded DNA includes, but is not limited to, collimovirus such as cauliflower mosaic virus (CaMV). Representative plant viruses containing single stranded DNA are the cassava latent virus, the soybean gold mosaic virus (BGMV), and the yellowish striped mosaic virus. Rice atrophy virus and wound tumor virus are examples of double-stranded RNA plant viruses. Single strand RNA plant viruses include tobacco mosaic virus (TMV), radish yellow mosaic virus (TYMV), rice necrosis virus (RNV), and bromine mosaic virus (BMV). Single-stranded RNA viruses can further be divided into positive sense (or positive strand), negative sense (or negative strand), or both sense viruses. The genomic RNA of the positive sense RNA virus is a sentence sense, which makes the exposed RNA infectious. Many plant viruses belong to the family of positive-sense RNA viruses. They include, for example, TMV, BMV, and others. RNA plant viruses typically contain replication enzyme / polymerase proteins that are essential for viral replication and mRNA synthesis, coat proteins that provide a protective shell against the extracellular pathway, and other proteins necessary for self-assembly of intercellular transport, And encodes several common proteins. For general information on plant viruses, see Matthews, Plant Virology, 3rd ed., Academic Press, San Diego (1991).
적합한 식물 바이러스의 선택된 군이 하기에 규명된다. 그러나, 본 발명은 이러한 특정 바이러스를 사용하는 것에 제한되는 것으로 해석되어서는 안되고, 오히려 본 발명의 방법은 최소로 모든 식물 바이러스를 포함하는 것으로 생각된다.그러나, 본 발명은 이러한 특정 바이러스를 사용하는 것에 제한되는 것으로 해석되어서는 안되고, 오히려 본 발명은 모든 적합한 바이러스를 포함하는 것으로 생각된다. 일부 적합한 바이러스가 하기에 규명된다.Selected groups of suitable plant viruses are identified below. However, the present invention should not be construed as limited to the use of such specific viruses, rather, the method of the present invention is believed to include at least all plant viruses. Should not be construed as limiting, rather, the present invention is believed to include all suitable viruses. Some suitable viruses are identified below.
토바모바이러스 군Tobamovirus group
담배 모자이크 바이러스 (TMV)는 식물에서 높은 수준으로 유전자를 발현하는 능력 때문에 본 발명에 특히 흥미롭다. TMV는 토바모바이러스의 일원이다. TMV 비리온은 관상 필라멘트이고, 나선의 턴 사이에 삽입된 단일 가닥 RNA와 함께 단일 우선 나선으로 배열된 외피 단백질 서브유닛을 포함한다. TMV는 담배뿐만 아니라 다른 식물도 감염시킨다. TMV 비리온은 직경이 4nm인 공동의 도관을 가진 300nm ×18nm 관이고, 단일 RNA 분자 주위로 나선상으로 감긴 2140 단위의 단일 구조 단백질로 구성된다. 게놈은 6395 염기의 양성 센스 RNA 이다. 5' 말단이 캡핑되어 있고 3' 말단은 일련의 슈도노트 및 히스티딘을 특이적으로 수용하는 tRNA 와 유사한 구조를 가진다. 게놈 RNA는 바이러스 복제에 관련된 단백질의 생산에 대한 mRNA 로서 기능한다: 5' 말단으로부터의 68 뉴클레오티드에서 시작하는 126 kDa 단백질, 및 대략 10%의 시간으로 암버 종결 코돈의 통독에 의해 합성된 183 kDa 단백질. 단지 183 kDa 및 126 kDa 바이러스 단백질이 TMV 복제에 트랜스로 필요하다 (Ogawa 등, Virology 185:580-584 (1991)). 부가적인 단백질이 복제 동안 생산된 서브게놈 크기의 mRNA 로부터 번역된다 (Dawson, Adv. Virus Res., 38:307-342 (1990)). 30 kDa 단백질이 세포간 이동에 필요하고; 17.5 kDa 캡시드 단백질은 단일 바이러스 구조 단백질이다. 예상된 54 kDa 단백질의 기능은 미지이다.Tobacco mosaic virus (TMV) is of particular interest to the present invention due to its ability to express genes at high levels in plants. TMV is a member of the tobacco virus. TMV virion is a tubular filament and contains a coat protein subunit arranged in a single first strand with single strand RNA inserted between turns of the strand. TMV infects not only tobacco but also other plants. TMV virion is a 300 nm × 18 nm tube with a cavity of 4 nm in diameter and consists of 2140 units of a single structural protein spirally wound around a single RNA molecule. The genome is 6395 bases of positive sense RNA. The 5 'end is capped and the 3' end has a structure similar to a tRNA that specifically accepts a series of pseudoknot and histidine. Genomic RNA functions as an mRNA for the production of proteins involved in viral replication: a 126 kDa protein starting at 68 nucleotides from the 5 'terminus, and an 183 kDa protein synthesized by going through an arm termination codon at about 10% . Only 183 kDa and 126 kDa viral proteins are required as trans for TMV replication (Ogawa et al., Virology 185: 580-584 (1991)). Additional proteins are translated from subgenomic size mRNA produced during replication (Dawson, Adv. Virus Res., 38: 307-342 (1990)). 30 kDa protein is required for intercellular translocation; The 17.5 kDa capsid protein is a single viral structural protein. The expected function of the 54 kDa protein is unknown.
ctDNA 의 전사체가 정제된 TMV 비리온에서 검출되기 때문에, 일부 TMV 조립이 엽록체에서 일어날 수 있다고 제안했지만, TMV 조립은 명백히 식물 세포의 세포질에서 일어난다. TMV 조립의 시작은 외피 단백질의 환 모양의 집합체 ("디스크") (각 디스크는 17 서브유닛의 두 층으로 구성됨) 및 RNA 내의 유일한 내부 핵형성 자리 사이의 상호작용에 의해 일어나고; 머리핀 영역은 TMV의 공통 계통에서 3' 말단으로부터 약 900 뉴클레오티드에 있다. 이 자리를 포함한 서브게놈 RNA 를 포함하여, 임의의 RNA가 비리온으로 팩키지될 수 있다. 디스크는 명백히 RNA 와 상호작용시 나선 형태를 취하고, 조립 (신장)은 이어서 양방향으로 진행한다 (그러나 핵형성 자리로부터 3'에서 5' 방향으로 훨씬 신속히 진행한다).TMV assembly apparently occurs in the cytoplasm of plant cells, although transcripts of ctDNA have been detected in purified TMV virions suggesting that some TMV assembly may occur in chloroplasts. The onset of TMV assembly is caused by interactions between annular aggregates of envelope proteins ("discs") (each disk consists of two layers of 17 subunits) and a unique internal nucleation site in RNA; The hairpin region is at about 900 nucleotides from the 3 'end in the common system of TMV. Any RNA can be packaged as virion, including subgenomic RNA including this site. The disk apparently takes the form of a spiral when interacting with RNA, and assembly (growth) then proceeds in both directions (but progresses much more rapidly in the 3 'to 5' direction from the nucleation site).
토바모바이러스의 다른 일원인 오이 녹색 얼룩 모자이크 바이러스 수박 계통 (CGMMV-W)이 오이 바이러스와 관련이 있다 (Nozu 등, Virology 45:577 (1971)). CGMMV-W의 외피 단백질은 TMV 및 CGMMV 양자의 RNA와 상호작용하여 시험관 내에서 바이러스 입자를 조립한다 (Kurisu 등, Virology 70:214 (1976)).Another member of the tobacco virus, the cucumber green stain mosaic virus watermelon line (CGMMV-W) is associated with the cucumber virus (Nozu et al., Virology 45: 577 (1971)). The coat protein of CGMMV-W interacts with both RNAs of TMV and CGMMV to assemble viral particles in vitro (Kurisu et al., Virology 70: 214 (1976)).
토바모바이러스 군의 몇가지 계통은 조립원점 위치를 기초로, 두 서브군으로 분류된다. 보통계, OM, 및 토마토 계통을 포함한 서브군 I은 RNA 게놈의 3' 말단으로부터 약 800-1000 뉴클레오티드, 및 외피 단백질 시스트론 밖에 조립 원점을 가진다 (Lebeurier 등, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 74:149 (1977); 및 Fukuda 등, Virology 101:493 (1980)). CGMMV-W 및 콘피 계통(Cc)을 포함한 서브군 II는 RNA 게놈의 3' 말단으로부터 약 300-500 뉴클레오티드 및 외피 단백질 시스트론 내에 조립 원점을 가진다. CGMMV-W의 외피 단백질 시스트론은 3' 말단으로부터 176-661 뉴클레오티드에 위치한다. 3' 비암호화 영역은 175 뉴클레오티드 길이이다. 조립 원점은 외피 단백질 시스트론 내에 위치한다 (Meshi 등, Virology 127:54 (1983)).Several lines of the tovamo virus group are classified into two subgroups based on the assembly origin position. Subgroup I, including bone statistics, OM, and tomato lines, has about 800-1000 nucleotides from the 3 'end of the RNA genome, and an assembly origin outside the envelope protein sisterone (Lebeurier et al., Proc. Natl. Acad. 74: 149 (1977); and Fukuda et al., Virology 101: 493 (1980)). Subgroup II, including CGMMV-W and the consier system (Cc), has about 300-500 nucleotides from the 3 'end of the RNA genome and an assembly origin within the coat protein sisteron. The coat protein cistron of CGMMV-W is located at nucleotides 176-661 from the 3 'end. The 3 'unencrypted region is 175 nucleotides in length. The assembly origin is located within the coat protein sistron (Meshi et al., Virology 127: 54 (1983)).
브롬 모자이크 바이러스 군Bromine mosaic virus group
브롬 모자이크 바이러스 (BMV)는 브로모바이러스로 통상 언급되는, 삼분자, 단일 가닥, RNA 를 함유한 식물 바이러스 군의 일원이다. 브로모바이러스의 각 일원은 좁은 범위의 식물을 감염시킨다. 브로모바이러스의 기계적 전파는 쉽게 일어나고, 일부 일원은 딱정벌레에 의해 전이된다. BV에 더하여, 다른 브로모바이러스는 잠두 얼룩 바이러스 및 동부 황백화 얼룩 바이러스를 포함한다.Bromine mosaic virus (BMV) is a member of a family of plant viruses containing three molecules, single strand, RNA, commonly referred to as a virus. Each member of the viral virus infects a narrow range of plants. The mechanical propagation of the Bromovirus occurs easily, and some members are transferred by the beetle. In addition to BV, other Bromo viruses include vesicular staining virus and eastern yellow staining virus.
전형적으로, 브로모바이러스 비리온은 단일 종류의 외피 단백질을 함유한, 직경이 약 26㎛인 정이십면체이다. 브로모바이러스 게놈은 선형, 양성 센스, 단일 가닥 RNA 세 분자를 가지고, 외피 단백질 mRNA 는 또한 포막된다. RNA 각각은 캡핑된 5' 말단, 및 3' 말단에 tRNA 와 유사한 구조 (티로신을 수용함)를 가진다. 바이러스 조립은 세포질에서 일어난다. BMV의 완전한 핵산 서열이 [Ahlquist 등, J. Mol. Biol. 153:23 (1981)]에 의해 기재된 대로 확인되었고 규명되었다.Typically, the Bromovirus virion is a dodecahedron with a diameter of about 26 microns, containing a single type of coat protein. Bromovirus genomes have linear, positive sense, single strand RNA molecules, and envelope protein mRNA is also capped. Each of the RNAs has a capped 5 ' end and a tRNA-like structure at the 3 ' end (accepting tyrosine). Virus assembly occurs in the cytoplasm. The complete nucleic acid sequence of BMV is described in Ahlquist et al., J. Mol. Biol. 153: 23 (1981).
벼 괴사 바이러스Rice necrosis virus
벼 괴사 바이러스는 감자 바이러스 Y 군 또는 포티바이러스의 일원이다. 벼 괴사 비리온은 하나의 유형의 외피 단백질 (분자량이 약 32,000 내지 약36,000) 및 한 분자의 선형 양성 센스 단일 가닥 RNA를 포함한 굴곡 필라멘트이다. 벼 괴사 바이러스는 폴리믹사 오라미니스 (Polymyxa oraminis) (식물, 조류 및 곰팡이에서 발견되는 진핵 세포내 기생충)에 의해 전이된다.Rice necrosis virus is a member of potato virus Y group or potivirus. Rice necrosis virions are curved filaments containing one type of coat protein (molecular weight of about 32,000 to about 36,000) and one molecule of linear positive sense single strand RNA. Rice necrosis virus is transmitted by Polymyxa oraminis (an eukaryotic parasite found in plants, birds and molds).
제미니바이러스Gemini virus
제미니바이러스는 독특한 형태의 비리온을 가진 작은, 단일 가닥 DNA를 함유한 식물 바이러스 군이다. 각 비리온은 단일 유형의 단백질 (분자량이 약 2.7-3.4×104)로 구성된, 등축 입자 (불완전한 정이십면체)의 쌍으로 구성된다. 각 제미니바이러스 비리온은 한 분자의 원형, 양성 센스, 단일 가닥 DNA를 함유한다. 일부의 제미니바이러스 (카사바 잠재 바이러스 및 콩 금색 모자이크 바이러스)에서 게놈은 두개의 단일 가닥 DNA 분자를 함유하는, 이분자인 것 같다.Gemini viruses are a group of plant viruses that contain small, single stranded DNA with a distinctive form of virion. Each virion consists of a pair of equiaxed particles (incomplete chopped dodecahedra) composed of a single type of protein (molecular weight about 2.7-3.4 × 10 4 ). Each gemini virus virion contains one molecule of circular, positive sense, single stranded DNA. In some gemini viruses (cassava latent virus and soybean gold mosaic virus), the genome appears to be a bimodil containing two single stranded DNA molecules.
포티바이러스Forty virus
포티바이러스는 다단백질을 생산하는 식물 바이러스 군이다. 특히 바람직한 포티바이러스는 담배 부식 바이러스 (TEV)이다. TEV는 잘 규명된 포티바이러스이고 3개의 바이러스 특이적 단백질가수분해효소에 의해 절단되는 단일 큰 다단백질을 암호화하는 9.5 kb의 양성 가닥 RNA 게놈을 포함한다. 핵 함입 단백질 "a" 단백질가수분해효소는 몇가지 복제 관련 단백질 및 캡시드 단백질의 성숙에 관여한다. 보조자 성분-단백질가수분해효소 (HC-Pro) 및 35 kDa 단백질가수분해효소 양자는 그들 각각의 C-말단에서 단지 절단을 촉매한다. 이러한 단백질의 각각에서 단백질분해 도메인은 C-말단 근처에 위치한다. 35 kDa 단백질가수분해효소 및 HC-Pro 는 TEV 다단백질의 N-말단 영역으로부터 유도한다.Forty virus is a group of plant viruses that produce multiproteins. A particularly preferred potty virus is tobacco corrosion virus (TEV). TEV is a well-characterized potty virus and contains a 9.5 kb positive strand RNA genome that encodes a single large polyprotein that is cleaved by three virus-specific proteolytic enzymes. Nuclear-Involved Protein The "a" protein hydrolytic enzyme is involved in the maturation of several replication-related proteins and capsid proteins. Both the adjunct component-proteinase (HC-Pro) and the 35 kDa protein hydrolase catalyze cleavage at their respective C-termini. In each of these proteins, the proteolytic domain is located near the C-terminus. The 35 kDa protein hydrolase and HC-Pro are derived from the N-terminal region of the TEV polyprotein.
호르데이바이러스 군Hordievirus group
호르데이바이러스는 3개 또는 4개 부분 게놈을 가진 단일 가닥, 양성 센스 RNA 를 함유한 식물 바이러스 군이다. 호르데이바이러스는 견고한 막대형 비리온을 가지며 보리 줄무늬 모자이크 바이러스 (BSMV)가 그 유형의 일원이다. BSMV는 보리, 귀리, 밀, 옥수수, 벼, 시금치, 및 니코티아나 벤타미아나 를 포함하여 다수의 단자엽 및 쌍자엽 종을 감염시킨다. 국부 손상 숙주는 케노포디움 아마란티콜라 (Chenopodium amaranticolor), 및 니코티아나 타바쿰 (Nicotiana tabacum) ccv. 삼순 (Samsun)을 포함한다. BSMV는 벡터에 의해 전파되지 않으나 기계적으로 전파되고 보리와 같은 일부 숙주에서, 화분 및 종자를 통해 또한 전이된다.Hordei viruses are a group of plant viruses containing a single strand, positive sense RNA, with three or four partial genomes. The Hordei virus has a rigid vaginal virion and the Barley Stripe Mosaic Virus (BSMV) is a member of that type. BSMV infects a number of terminal and dicotyledon species including barley, oats, wheat, corn, rice, spinach, and Nicotiana bentamiana. Local damage hosts include Chenopodium amaranticolor, and Nicotiana tabacum ccv. Includes Samsun. BSMV is not propagated by the vector but propagates mechanically and in some hosts such as barley, through the pollen and seeds as well.
BSMV의 대부분의 계통은 알파(α), 베타(β), 및 감마(γ)로 언급되는 3개의 게놈 RNA를 가진다. 적어도 하나의 계통인, 아르젠티나 마일드 (Argentina mild:AM) 계통은 본질적으로 gRNA 의 결실돌연변이체인 4번째 게놈 RNA를 가진다. 모든 게놈 RNA는 5' 말단에 캡핑되고 3' 말단에 tRNA와 유사한 구조를 가진다. 바이러스 복제 및 조립은 세포질에서 일어난다. 몇 계통의 BSMV 의 완전한 핵산 서열이 확인되고 규명되었으며 ([Jackson 등, Annual Review of Phytopathology, 27:95-121 (1989)]에 의해 검토됨), 감염성 cDNA 클론이 이용가능하다 (Petty 등, Virology 171:342-349 (1989)).Most lines of BSMV have three genomic RNAs referred to as alpha (alpha), beta (beta), and gamma (gamma). At least one line, the Argentine mild (AM) line, inherently has the fourth genomic RNA, a deletion mutant of gRNA. All genomic RNAs are capped at the 5 'end and have a tRNA-like structure at the 3' end. Virus replication and assembly occurs in the cytoplasm. An infectious cDNA clone is available (Petty et al., Virology et al., (Reviewed by Jackson et al., Annual Review of Phytopathology, 27: 95-121 (1989)) and the complete nucleic acid sequence of several strains of BSMV has been identified and identified 171: 342-349 (1989)).
본 발명의 바이러스 벡터에 대한 유전적 골격의 선택은 사용된 숙주 식물에의존할 수 있다. 숙주 식물은 단자엽 또는 쌍자엽 식물, 식물 조직, 또는 식물 세포일 수 있다. 전형적으로, 식용 작물, 종자 작물, 오일 작물, 관상용 작물 및 임업 작물과 같은, 상업적인 관심이 있는 식물이 바람직하다. 예를 들면, 밀, 벼, 옥수수, 감자, 보리, 담배, 대두 캐놀라, 옥수수 (maize), 오일종자 평지, 백합, 볏과의 식물, 난초, 붓꽃, 양파, 야자, 토마토, 콩류, 또는 아라비돕시스를 숙주 식물로서 사용할 수 있다. 숙주 식물은 또한 감염성 바이러스에 의해 쉽게 감염될 수 있는 것들, 예를 들면, 니코티아나, 바람직하게는, 니코티아나 벤타미아나, 또는 니코티아나 클레버랜디아이 (Nictiana clevelandii)를 포함한다.The choice of the genetic framework for the viral vectors of the present invention may depend on the host plant used. Host plants can be terminal or dicot plants, plant tissues, or plant cells. Typically, plants of commercial interest, such as edible crops, seed crops, oil crops, ornamental crops and forestry crops, are preferred. For example, wheat, rice, corn, potatoes, barley, tobacco, soybean canola, maize, oilseed flats, lilies, crested plants, orchids, irises, onions, palms, tomatoes, legumes, or Arabidopsis It can be used as a host plant. Host plants also include those that can be easily infected by infectious viruses such as nicotiana, preferably Nicotiana bentamiana, or Nicotiana cleverandii.
본 발명의 하나의 특징은 숙주 식물에서 전사될 수 있는 하나 이상의 비천연 핵산 서열을 함유하는 식물 바이러스 핵산의 용도이다. 이러한 핵산 서열은 숙주 식물에서 발생하는 천연 핵산 서열일 수 있다. 바람직하게는, 이러한 핵산서열은 숙주 식물에서 정상적으로 발생하지 않는 비천연 핵산 서열이다. 예를 들면, 식물 바이러스 벡터는 하나 초과의 분류군 유래의 바이러스를 포함하여, 하나 초과의 바이러스 유래의 서열을 포함할 수 있다. 식물 바이러스 핵산은 또한 세균, 곰팡이, 식물, 동물 또는 다른 원으로부터의 외래 유전자, 조절 서열, 그들의 절편과 같은 비바이러스 유래의 서열을 포함할 수 있다. 이러한 외래 서열은 효소, 항체, 호르몬, 약품, 백신, 안료, 항균성 폴리펩티드 등과 같은 상업적으로 유용한 단백질, 폴리펩티드, 또는 그들의 융합 산물을 암호화할 수 있다. 또는 특히 그들은 바이러스 핵산의 전사 또는 번역을 조절하고, 바이러스 핵산을 포장하고, 숙주에서 전신성 감염을 촉진시키는 서열일 수 있다.One feature of the invention is the use of plant viral nucleic acids containing one or more non-native nucleic acid sequences that can be transcribed in a host plant. Such a nucleic acid sequence may be a native nucleic acid sequence originating in the host plant. Preferably, such a nucleic acid sequence is a non-native nucleic acid sequence that does not normally occur in the host plant. For example, a plant viral vector may comprise more than one viral sequence, including more than one taxon-derived virus. Plant viral nucleic acids can also include non-viral sequences such as foreign genes, regulatory sequences, and fragments thereof from bacteria, fungi, plants, animals or other sources. Such foreign sequences may encode commercially useful proteins, polypeptides, or fusion products thereof, such as enzymes, antibodies, hormones, drugs, vaccines, pigments, antimicrobial polypeptides, and the like. Or they may be sequences that regulate the transcription or translation of the viral nucleic acid, package the viral nucleic acid, and promote systemic infection in the host.
본 발명의 일부 구현예에서, 식물 바이러스 벡터는 숙주 식물에서 인접한 핵산 서열을 전사 또는 발현시킬 수 있는 하나 이상의 부가적인 천연 또는 비천연 서브게놈 프로모터를 함유할 수 있다. 이러한 비천연 서브게놈 프로모터는 당업계에서 공지의 방법을 사용하여 식물 바이러스 핵산의 생물학적 기능을 파괴시키지 않고 식물 바이러스 핵산내로 삽입된다. 예를 들면, 식물 세포를 트랜스펙션할 경우에, CaMV 프로모터를 사용할 수 있다. 서브게놈 프로모터는 특정 숙주 식물에서 기능할 수 있다. 예를 들면, 숙주가 담배라면, 서브게놈 프로모터를 함유한 TMV, 토마토 모자이크 바이러스, 또는 다른 바이러스를 이용할 수 있다. 삽입된 서브게놈 프로모터는 TMV 핵산과 상용성이어야 하고 담배에서 인접한 핵산 서열의 전사 또는 발현을 이끌 수 있어야 한다. 두 개 이상의 이종의 비천연 서브게놈 프로모터를 사용할 수 있다는 것이 특히 고려된다. 비천연 핵산 서열은 서브게놈 프로모터의 조절하에 숙주 식물에서 전사되거나 발현되어 관심 있는 핵산 생성물을 생산할 수 있다.In some embodiments of the invention, the plant virus vector may contain one or more additional natural or non-native subgenomic promoters capable of transcribing or expressing an adjacent nucleic acid sequence in a host plant. Such unnatural subgenomic promoters are inserted into plant viral nucleic acids without destroying the biological function of the plant viral nucleic acid using methods known in the art. For example, when transfected with plant cells, a CaMV promoter can be used. The subgenomic promoter may function in a particular host plant. For example, if the host is tobacco, TMV, a tomato mosaic virus, or other virus containing a subgenomic promoter may be used. The inserted subgenomic promoter should be compatible with the TMV nucleic acid and be capable of directing the transcription or expression of the adjacent nucleic acid sequence in the tobacco. It is particularly contemplated that two or more different non-native subgenomic promoters may be used. The non-native nucleic acid sequence may be transcribed or expressed in the host plant under the control of a subgenomic promoter to produce a nucleic acid product of interest.
본 발명의 일부 구현예에서, 재조합 식물 바이러스 핵산을 천연 외피 단백질 암호화 서열의 모두 또는 일부를 삭제하기 위하여 또는 천연 외피 단백질 암호화 서열을 비천연 식물 바이러스 서브게놈 프로모터의 조절하에 두기 위해 종래의 기술에 의해 추가로 변형할 수 있다. 삭제되거나 그렇지 않고 불활성화된다면, 비천연 외피 단백질 암호화 서열이 비천연 서브게놈 프로모터 중의 하나의 조절하에, 또는 선택적으로 천연 외피 단백질 유전자 서브게놈 프로모터의 조절하에 삽입된다. 그리하여, 재조합 식물 바이러스 핵산은 천연 또는 비천연 서브게놈 프로모터 중의 하나의 조절하에, 천연 또는 비천연 외피 단백질 암호화 서열일 수 있는 외피 단백질 암호화 서열을 함유한다. 천연 또는 비천연 외피 단백질 유전자는 재조합 식물 바이러스 핵산에서 이용될 수 있다. 천연 외피 단백질의 경우처럼, 비천연 외피 단백질은 재조합 식물 바이러스 핵산을 포막할 수 있고 숙주 식물에서 재조합 식물 바이러스 핵산의 전신성 확산을 제공할 수 있다.In some embodiments of the invention, the recombinant plant viral nucleic acid may be modified by conventional techniques to delete all or part of the native envelope protein coding sequence or to place the native envelope protein coding sequence under control of the non-native plant virus subgenomic promoter Further modifications are possible. If deleted or otherwise inactivated, the non-native coat protein coding sequence is inserted under the control of one of the non-native subgenomic promoters, or alternatively under the control of a native coat protein gene subgenomic promoter. Thus, the recombinant plant viral nucleic acid contains a coat protein coding sequence which can be a natural or non-native coat protein coding sequence under the control of one of the natural or non-native subgenomic promoters. Natural or non-natural coat protein genes can be used in recombinant plant viral nucleic acids. As in the case of natural envelope proteins, the non-native coat protein can encapsulate the recombinant plant viral nucleic acid and provide systemic spread of the recombinant plant viral nucleic acid in the host plant.
본 발명의 일부 구현예에서, 재조합 식물 바이러스 벡터는 식물 바이러스 외피 단백질 및 관심 있는 외래 유전자 또는 폴리펩티드 사이의 융합 단백질을 발현하도록 구축된다. 그러한 재조합 식물 바이러스는 관심 있는 핵산의 높은 수준의 발현을 제공한다. 바이러스 외피 단백질이 관심 있는 핵산의 아미노산 산물과 연결되는 위치는 융합 연결부 (fusion joint)로 언급될 수 있다. 그러한 구축물의 제시된 산물은 하나 이상의 융합 연결부를 가질 수 있다. 융합 연결부는 바이러스 외피 단백질의 카르복시 말단에 위치할 수 있거나 구축물의 외피 단백질 부분의 아미노 말단에 위치할 수 있다. 관심 있는 핵산이 바이러스 외피 단백질을 암호화하는 핵산 서열의 5' 및 3' 잔기에 대하여 내부에 위치한 경우에, 두 개의 융합 연결이 있다. 즉, 관심 있는 핵산은 5', 3', 상류, 하류 또는 외피 단백질 내부에 위치할 수 있다. 그러한 재조합 식물 바이러스의 일부 구현예에서, "누출" 개시 또는 종결 코돈은 때때로 번역 종결을 초래하지 않는 융합 연결에서 발생할 수 있다.In some embodiments of the invention, the recombinant plant viral vector is constructed to express a plant viral envelope protein and a fusion protein between the foreign gene of interest or the polypeptide of interest. Such recombinant plant viruses provide a high level of expression of the nucleic acid of interest. The location at which the viral coat protein is linked to the amino acid product of the nucleic acid of interest may be referred to as a fusion joint. The proposed product of such a construction may have one or more fused joints. The fusion junction can be located at the carboxy terminus of the viral envelope protein or at the amino terminus of the coat protein portion of the construct. When the nucleic acid of interest is located internally to the 5 'and 3' residues of the nucleic acid sequence encoding the viral coat protein, there are two fusion links. That is, the nucleic acid of interest may be located 5 ', 3', upstream, downstream, or inside the coat protein. In some embodiments of such recombinant plant viruses, a "leak" initiation or termination codon may occasionally occur in a fusion link that does not result in translation termination.
본 발명의 일부 구현예에서, 리포터 단백질을 암호화하는 핵산 또는 항생제/제초제 저항성 유전자(들)이 관심 있는 폴리펩티드에 대한 담체 단백질로서 구축될수 있으며, 그것은 관심 있는 폴리펩티드의 검출을 촉진시킬 수 있다. 예를 들면, 녹색 형광 단백질 (GFP)는 관심 있는 폴리펩티드와 동시에 발현될 수 있다. 다른 예에서, 리포터 유전자인 베타-글루쿠로니다제 (GUS)를 이용할 수 있다. 다른 예에서, 그것의 발현이 카나마이신 저항성을 초래하는 유전자와 같은, 약제 저항성 마커를 사용할 수 있다.In some embodiments of the invention, the nucleic acid encoding the reporter protein or the antibiotic / herbicide resistance gene (s) can be constructed as a carrier protein for the polypeptide of interest, which can facilitate detection of the polypeptide of interest. For example, a green fluorescent protein (GFP) can be co-expressed with a polypeptide of interest. In another example, a reporter gene, beta-glucuronidase (GUS), may be used. In another example, drug resistance markers, such as those whose expression results in kanamycin resistance, can be used.
RNA 게놈은 전형적으로 감염성 물질이므로, cDNA 를 적당한 프로모터 근처에 위치시켜 RNA 가 생산 세포에서 생산되도록 한다. 캡핑된 RNA가 감염성 물질이라면, RNA를 종래의 기술을 사용하여 캡핑한다. 게다가, 캡핑된 RNA를 TMV의 첨가된 외피 단백질과 함께 시험관 내에서 포장되어 조립된 비리온을 만들 수 있다. 이어서 이러한 조립된 비리온은 식물 또는 식물 조직을 접종시키기 위해 사용할 수 있다. 대안적으로, 캡핑되지 않은 RNA를 본 발명의 구현예에서 또한 사용할 수 있다. 과학 문헌 및 허여된 특허 (Ahlquist 등, 미국 특허 제 5,466,788)에서 실시된 기술과 대조적으로, 바이러스 발현 벡터에 대한 캡핑되지 않은 전사체는 식물 및 식물 세포 모두에서 감염성이다. 캡핑은 감염의 효율을 증가시키지만, 식물에서 바이러스 발현 벡터의 감염을 일으키는 필요조건이 아니다. 게다가, 프로모터의 전사 개시 부위와 바이러스 핵산의 cDNA 의 개시 부위 사이에 핵산을 삽입하여 감염성 바이러스 벡터를 구축할 수 있다. 하나 이상의 핵산을 삽입할 수 있다. 본 발명의 일부 구현예에서, 삽입된 핵산 서열은 5' 말단에 G를 포함할 수 있다. 대안적으로, 삽입된 핵산 서열은 GNN, GTN, 또는그들의 배수물인, (GNN)x또는 (GTN)x일 수 있다.Since the RNA genome is typically infectious, place the cDNA near the appropriate promoter so that the RNA is produced in the producer cell. If the capped RNA is infectious, the RNA is capped using conventional techniques. In addition, the capped RNA can be packaged in vitro to form assembled virions with TMV-added coat protein. Such assembled virions can then be used to inoculate plants or plant tissues. Alternatively, unencapsulated RNA may also be used in embodiments of the present invention. In contrast to the techniques carried out in the scientific literature and granted patents (Ahlquist et al., U.S. Patent No. 5,466,788), unencapsulated transcripts for viral expression vectors are infectious in both plant and plant cells. Capping increases the efficiency of infection, but is not a requirement to cause infection of the viral expression vector in plants. In addition, an infectious viral vector can be constructed by inserting a nucleic acid between the transcription initiation site of the promoter and the initiation site of the cDNA of the viral nucleic acid. One or more nucleic acids can be inserted. In some embodiments of the invention, the inserted nucleic acid sequence may comprise a G at the 5 ' end. Alternatively, the inserted nucleic acid sequence may be (GNN) x or (GTN) x , which is GNN, GTN, or their debris.
본 발명의 일부 구현예에서, 다분자 바이러스 벡터 구축물에 대해 하나 초과의 핵산을 제조한다. 이 경우에, 각 핵산은 그 자신의 조립 원점을 필요로 할 수 있다. 각 핵산은 서브게놈 프로모터 및 비천연 핵산을 함유하도록 제조될 수 있었다. 대안적으로, 비천연 핵산의 단분자 바이러스의 핵산내로의 삽입은 두 핵산 (즉, 이분자 바이러스 벡터의 생성에 필요한 핵산)의 생성을 초래할 수 있다. 이것은 관심 있는 핵산의 복제 및 전사 또는 발현을 천연 핵산의 암호화 서열 일부의 복제 및 번역과 분리하여 유지하는 것이 바람직한 경우에 유리할 것이다.In some embodiments of the invention, more than one nucleic acid is produced for a polymorphic virus vector construct. In this case, each nucleic acid may need its own assembly origin. Each nucleic acid could be made to contain a subgenomic promoter and a non-native nucleic acid. Alternatively, the insertion into the nucleic acid of a monomolecular virus of a non-native nucleic acid may result in the production of both nucleic acids (i. E., The nucleic acid necessary for the production of a bispecific viral vector). This would be advantageous if it would be desirable to maintain the replication and transcription or expression of the nucleic acid of interest separately from the replication and translation of part of the coding sequence of the native nucleic acid.
재조합 식물 바이러스 핵산은 바이러스 핵산을 클로닝함으로써 제조할 수 있다. 바이러스 핵산이 DNA 인 경우에, 그것은 종래의 기술을 사용하여 적당한 벡터내로 직접 클로닝될 수 있다. 하나의 기술은 트랜스펙션될 세포와 상용성인 바이러스 DNA에 복제 원점을 부착시키는 것이다. 이러한 방식으로, 키메라 핵산 서열의 DNA 카피를 트랜스펙션된 세포에서 생산한다. 바이러스 핵산이 RNA 인 경우에, 바이러스 핵산의 DNA 카피가 먼저 잘 공지된 절차에 의해 제조된다. 예를 들면, 바이러스 RNA는 역전사효소를 이용하여 DNA 로 전사되어 서브게놈 DNA 조각을 생산하고, 이중 가닥 DNA 는 DNA 중합효소를 이용하여 제조할 수 있다. cDNA는 이어서 적당한 벡터내에 클로닝되고 트랜스펙션될 세포내에 클로닝된다. 일부의 경우에, cDNA는 먼저 생산 세포와 상용성인 프로모터에 부착된다. 재조합 식물 바이러스 핵산은 이어서 생산 세포와 상용성인 임의의 적당한 벡터내로 클로닝될 수 있다. 대안적으로, 재조합 식물 바이러스 핵산은 생산 세포와 상용성인 프로모터에 인접한 벡터내에 삽입된다. 일부 구현예에서, cDNA가 연결된 벡터는 시험관 내에서 직접 감염성 RNA로 전사되어 숙주 식물로 접종될 수 있다. 필요하다면, cDNA 조각의 지도를 작성하고 적합한 서열로 조합하여 바이러스 RNA 게놈의 전체 길이 DNA 카피를 생산한다.The recombinant plant virus nucleic acid can be prepared by cloning a viral nucleic acid. If the viral nucleic acid is DNA, it can be cloned directly into a suitable vector using conventional techniques. One technique is to attach the origin of replication to viral DNA that is compatible with the cell to be transfected. In this manner, a DNA copy of the chimeric nucleic acid sequence is produced in the transfected cell. When the viral nucleic acid is RNA, a DNA copy of the viral nucleic acid is first prepared by well-known procedures. For example, viral RNA can be transcribed into DNA using reverse transcriptase to produce subgenomic DNA fragments, and double stranded DNA can be prepared using DNA polymerase. The cDNA is then cloned into a suitable vector and cloned into the cell to be transfected. In some cases, the cDNA is first attached to a promoter that is compatible with the producer cell. The recombinant plant viral nucleic acid can then be cloned into any suitable vector compatible with the producer cell. Alternatively, the recombinant plant viral nucleic acid is inserted into a vector adjacent to a promoter that is compatible with the producer cell. In some embodiments, the vector to which the cDNA is linked can be directly transfected into the infectious RNA in vitro and inoculated into the host plant. If necessary, maps of the cDNA fragments are generated and combined into the appropriate sequences to produce a full-length DNA copy of the viral RNA genome.
서열 인서트의 라이브러리가 유도되는 공여자 생물은 원핵생물계, 원생생물계, 곰팡이계, 식물계 및 동물계를 포함한다. 원핵생물계는 아키박테리오비온타(Archaebacteriobionta) (archaebacteria) 아계: 아키박테리오파이타(Archaebacteriophyta) (메탄, 염 및 술포로부스(sulfolobus) 세균) 문; 유박테리오비온타(Eubacteriobionta) (진정 세균) 아계: 유박테리오파이타(Eubacteriophyta) 문; 비로이드(Viroids) 아계; 및 바이러스(Viruses) 아계를 포함한다. 원생생물계는 파이코비온타(Phycobionta) 아계: 잔토파이타(Xanthophyta) 275 (황녹조류) 문, 크리소파이타(Chrysophyta) 400 (황갈조류) 문, 디노파이타(Dinophyta) (황갈조류) 1,000 (쌍편모조류) 문, 바실라리오파이타(Bacillariophyta) 5,500 (규조류) 문, 크립토파이타(Cryptophyta) 74 (땅속식물) 문, 합토파이타(Haptophyta) 250 (부착성편모 생물) 문, 유글레노파이타(Euglenophyta) 550 (유글레나) 문, 클로로파이타(Chlorophyta) 문, 클로로파이세(Chlorophyceae) 10,000 (녹조류) 강, 샤로파이세(Charophyceae) 200 (윤조류) 강, 파에오파이타(Phaeophyta) 900 (갈조류) 문, 및로도파아타(Rhodophyta) 2,500 (홍조류) 문; 마스티고비온타(Mastigobionta) 960 아계: 키트리디오마이코타(Chytridiomycota) 750 (항아리팡이) 문, 및 오오마이코타(Oomycota) 475 (물곰팡이) 문; 믹소비온타(Myxobionta) 320 아계: 아크라시오마이코타(Acrasiomycota) (세포성 점액균) 21 문, 및 믹소마이코타(Myxomycota) 500 (진정점액균) 문을 포함한다. 곰팡이계는 자이고마이코타(Zygomycota) 570 (다핵체 곰팡이) 문: 자이고마이코티나(Zygomycotina) 아문; 및 유마이코타(Eumycota) 350 (격벽 곰팡이) 문: 아스코마이코티나(Ascomycotina) 56,000 (주발 버섯) 아문, 바시디오마이코티나(Basidiomycotina) 25,000 (곤봉 곰팡이) 아문, 듀테로마이코티나(Deuteromycotina) 22,000 (불완전균) 아문, 및 리케네스(Lichenes) 13,500 아문을 포함한다. 식물계는 브라이오파이타(Bryophyta), 헤파토파이타(Hepatophyta), 안토세로파이타(Anthocerophyta), 실로파이타(Psilophyta), 라이코파이타(Lycophyta), 스페노파이타(Sphenophyta), 프테로파이타(Pterophyta), 코티페로파이타(Coniferophyta), 사이코데오파이타(Cycadeophyta), 징코파이타(Ginkgophyta), 네노파이타(Gnetophyta) 및 안토파이타(Anthophyta) 문을 포함한다. 동물계는 포리페라(Porifera) (해면), 크니타리아(Cnidaria) (해파리), 크테노포라(Ctenophora) (빗해파리), 플라티헬민테스(Platyhelminthes) (편형동물), 네메르테아(Nemertea) (주둥이 벌레), 로티페라(Rotifera) (윤충류), 네마토다(Nematoda) (회충), 몰루스카(Mollusca) (달팽이, 대합조개, 오징어 및 문어), 오니코포라(Onychophora) (벨벳 벌레), 아넬리다(Annelida) (체절류), 아스로포다(Arthropoda) (거미 및 곤충), 포로니다(Phoronida), 프라이오조아(Bryozoa) (태충류), 브라키오포다(Brachiopoda) (조개사돈류), 에키노더마타(Echinodermata) (성게 및 불가사리), 및 코르다타(Chordata) (척추 동물 - 어류, 조류, 파충류, 포유동물)을 포함한다. 바람직한 공여자 생물은 인간이다. 숙주 생물은 감염성 RNA 또는 재조합 바이러스 핵산을 함유한 바이러스에 의해 감염될 수 있는 것들이다. 숙주 생물은 원핵생물, 원생생물, 곰팡이 및 동물 유래의 생물을 포함한다. 바람직한 숙주 생물은 효모 (예를 들면, S. 세레비지아에(cerevisiae))와 같은 곰팡이 및 곤충 (예를 들면, C. 엘레강스(elegans))과 같은 동물 유래의 생물이다.Donor organisms derived from a library of sequence inserts include prokaryotes, protists, fungi, plants and animals. The prokaryote system is Archaebacteriobionta (archaebacteria): Archaebacteriophyta (methane, salt and sulfolobus); Eubacteriobionta (true bacterium) Weasel: Eubacteriophyta gate; Viroids; And Viruses. The prototype system consists of Phycobionta family: Xanthophyta 275 (yellow algae) gate, Chrysophyta 400 (yellow brown algae) gate, Dinophyta (yellow brown algae) 1,000 Bacillariophyta 5,500 (diatomaceous), Cryptophyta 74, Haptophyta 250 (attached anchovy) door, Yuglenopita Euglenophyta 550 gate, Chlorophyta gate, Chlorophyceae 10,000 green river, Charophyceae 200 river, Phaeophyta 900 (Phryophyta) Brown algae) doors, and Rhodophyta 2,500 (red algae) doors; Mastigobionta 960 Aphis: Chytridiomycota 750 door, and Oomycota 475 (water mold) door; Myxobionta 320 Aphis: 21 Acrasiomycota (cellular mucus), and Myxomycota 500 (true mucus) gates. The fungi are Zygomycota 570 (polymorphic fungus) Q: Zygomycotina armum; And Eumycota 350 (wall fungus) Ascomycotina 56,000 Basidiomycotina 25,000 Ammonium, Deuteromycotina 22,000 (bacterium) Bacillus spp. Incomplete bacteria) Ammon, and Lichenes 13,500. The plant system may be selected from the group consisting of Bryophyta, Hepatophyta, Anthocerophyta, Psilophyta, Lycophyta, Sphenophyta, Pterophyta, Coniferophyta, Cycadeophyta, Ginkgophyta, Gnetophyta, and Anthophyta. The animal kingdom is composed of Porifera, Cnidaria, Ctenophora, Platyhelminthes, Nemertea, Rotifera (rotifers), Nematoda (roundworms), Mollusca (snails, clams, squid and octopus), Onychophora (velvet beetle) Annelida, Arthropoda, Phoronida, Bryozoa, Brachiopoda (shellfishes), shellfishes (shellfishes) Echinodermata (sea urchins and starfish), and chordata (vertebrates-fish, birds, reptiles, mammals). The preferred donor organism is human. Host organisms are those that can be infected by a virus containing an infectious RNA or recombinant viral nucleic acid. Host organisms include prokaryotes, protists, fungi, and animal-derived organisms. Preferred host organisms are animal-derived organisms such as fungi and insects (e.g., C. elegans) such as yeast (e.g., S. cerevisiae).
공여자 생물의 핵산 서열을 함유한 DNA 인서트를 제조하기 위하여, 제 1 단계는 공여자 생물의 cDNA 라이브러리, 게놈 DNA 라이브러리, 또는 mRNA 의 풀을 구축하는 것이다. 전체 길이 cDNA 또는 게놈 DNA는 공용 또는 개인 저장소에서 수득될 수 있다. 예를 들면, 소, 닭, 개, 초파리, 어류, 개구리, 인간, 마우스, 돼지, 토끼, 래트, 및 효모의 cDNA 및 게놈 라이브러리; 및 레트로바이러스 라이브러리는 Clontech (Palo Alto, CA)으로부터 수득될 수 있다. 대안적으로, cDNA 라이브러리는 당업자에게 공지된 방법, 예를 들면, mRNA를 분리하고 역전사효소를 이용하여 mRNA를 cDNA 로 전사하는 방법 (예를 들면, [Sambrook 등, Molecular Cloning: A Laboratory Manual (제2판), Vols. 1-3, Cold Spring Harbor Laboratory, (1989)] 또는 [Current Protocols in Molecular Biology, F. Ausubel 등 저, Greene Publishing 및 Wiley-Interscience, New York (1987)]을 참조)에 의해 야생 시료로부터 제조될 수 있다. BAC (세균 인공 염색체), YAC (효모 인공 염색체), 또는 TAC (형질전환 가능한 인공 염색체, Lin 등, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96:6535-6540 (1999)) 라이브러리에서 나타난 게놈 DNA는 공용 또는 개인 저장소에서 수득될 수 있다.To prepare a DNA insert containing the nucleic acid sequence of the donor organism, the first step is to construct a pool of cDNA libraries, genomic DNA libraries, or mRNAs of the donor organism. Full-length cDNA or genomic DNA can be obtained in public or private repositories. CDNA and genomic libraries of, for example, cattle, chickens, dogs, flies, fish, frogs, humans, mice, pigs, rabbits, rats, and yeast; And retroviral libraries can be obtained from Clontech (Palo Alto, Calif.). Alternatively, the cDNA library can be obtained by a method known to those skilled in the art, for example, a method of separating mRNA and transcribing mRNA to cDNA using a reverse transcriptase (see, for example, Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual 2), Vols 1-3, Cold Spring Harbor Laboratory, (1989) or Current Protocols in Molecular Biology, F. Ausubel et al., Greene Publishing and Wiley-Interscience, New York (1987) ≪ / RTI > Genomic DNA from BAC (bacterial artificial chromosome), YAC (yeast artificial chromosome), or TAC (Transformable Artificial Chromosome, Lin et al., Proc. Natl. Acad Sci USA 96: 6535-6540 Can be obtained in public or private repositories.
대안적으로, 정상적인 세포주와 비교하여 종양 세포주에서 과발현되는 유전자 풀은 공용 또는 개인 저장소에서 제조되거나 수득될 수 있다. Zhang 등 (Science, 276:1268-1272 (1997))은 유전자 발현의 일련의 분석 (SAGE) 방법을 사용하여 (Velculescu 등, Cell, 88:243 (1997)), 정상 및 이상 세포에서 상당히 상이한 수준으로 발현되는 500개의 전사체를 확인하였다. 숙주 생물의 종양 세포주에서 과발현되는 DNA의 발현은 숙주 생물에서 변화를 야기할 수 있어서, 그러한 DNA의 풀은 본 발명에 대한 DNA 인서트의 다른 유래이다. BAC/YAC/TAC DNA, DNA 또는 cDNA는 더 작은 절편으로 기계적으로 크기 분획되거나 효소에 의해 절단될 수 있다. 절편을 점착말단을 가진 어댑터에 연결시키고, 재조합 바이러스 핵산 벡터에 숏건 클로닝시킨다. 대안적으로, 절편은 재조합 바이러스 핵산 벡터에 평활말단 연결시킬 수 있다. cDNA 라이브러리 또는 게놈 DNA 라이브러리로부터 유도된 핵산 서열을 포함한 재조합 바이러스 핵산이 이어서 종래의 기술을 이용하여 구축된다. 제조된 재조합 바이러스 핵산 벡터는 공여자 생물로부터 유도된 핵산 인서트를 함유한다. 재조합 바이러스 핵산의 핵산 서열은 숙주 생물에서 RNA 로 전사되고; RNA는 양성 또는 안티센스 기작에 의해 표현형 특성의 발현을 조절할 수 있다. 핵산 서열은 또한 하나 초과의 표현형 특성의 발현을 조절할 수 있다. 원핵생물, 원생생물, 곰팡이, 식물 및 동물 유래의 핵산 서열이 DNA 라이브러리를 조립하기 위해 사용될 수 있다. 이 방법은 그리하여 숙주 생물에서의 유전자 발현을 통해 DNA 라이브러리로부터 유용한 우성 유전자 표현형을 발견하는데 사용될 수 있다.Alternatively, gene pools over-expressed in tumor cell lines as compared to normal cell lines can be produced or obtained in public or private repositories. Zhang et al. (Science, 276: 1268-1272 (1997)) use a series of analysis of gene expression (SAGE) method (Velculescu et al., Cell, 88: 243 (1997)), 500 transcripts were identified. The expression of DNA that is overexpressed in a tumor cell line of a host organism can cause a change in the host organism, and such a pool of DNA is another source of DNA inserts for the present invention. BAC / YAC / TAC DNA, DNA or cDNA can be mechanically sized or cut by enzymes into smaller segments. The fragment is ligated to the adapter with the tacky end and is short-cloned into the recombinant viral nucleic acid vector. Alternatively, the fragment may be bridged end-connected to a recombinant viral nucleic acid vector. A recombinant viral nucleic acid comprising a nucleic acid sequence derived from a cDNA library or a genomic DNA library is then constructed using conventional techniques. The prepared recombinant viral nucleic acid vector contains a nucleic acid insert derived from the donor organism. The nucleic acid sequence of the recombinant viral nucleic acid is transferred from the host organism to the RNA; RNA can regulate the expression of phenotypic characteristics by positive or antisense mechanisms. Nucleic acid sequences can also modulate the expression of more than one phenotypic trait. Nucleic acid sequences from prokaryotes, protists, fungi, plants and animals can be used to assemble DNA libraries. This method can then be used to discover useful dominant gene phenotypes from DNA libraries through gene expression in host organisms.
공여자 생물로서 식물을 사용하는 경우에, 공여자 식물 및 숙주 식물은 유전적으로 멀거나 무관할 수 있고: 그들은 상이한 속, 과, 목, 강, 아문, 또는 문에 속할 수 있다. 공여자 식물은 식용 작물, 종자 작물, 오일 작물, 관상용 작물 및 임업 작물과 같은 상업적으로 관심 있는 식물을 포함한다. 예를 들면, 밀, 벼, 옥수수, 감자, 보리, 담배, 대두 캐놀라, 옥수수 (maize), 오일종자 평지, 아라비돕시스, 니코티아나를 공여자 식물로서 선택할 수 있다.When using plants as donor organisms, donor plants and host plants can be genetically distant or irrelevant: they can belong to different genera, families, trees, rivers, acorns, or gates. Donor plants include commercially interested plants such as edible crops, seed crops, oil crops, ornamental crops, and forestry crops. For example, wheat, rice, corn, potato, barley, tobacco, soybean canola, maize, oilseed rape, arabic acid, nicotiana can be selected as donor plants.
공여자 식물의 핵산 서열을 포함한 DNA 인서트를 제조하기 위하여, 제 1 단계는 전형적으로 관심 있는 식물의 cDNA, 게놈 DNA 라이브러리, 또는 RNA 풀을 구축하는 것이다. 전체 길이 cDNA는 공용 또는 개인 저장소에서 수득될 수 있는데, 예를 들면, 아라비돕시스 탈리아나의 cDNA 라이브러리는 아라비돕시스 생물학 자원 센터(Arabidiosis Biological Resource Center)로부터 수득될 수 있다. 대안적으로, cDNA 라이브러리는 당업자에게 공지된 방법, 예를 들면, mRNA를 분리하고 역전사효소를 이용하여 mRNA를 cDNA 로 전사하는 방법 (예를 들면, [Sambrook 등, Molecular Cloning: A Laboratory Manual (제2판), Vols. 1-3, Cold Spring Harbor Laboratory, (1989)] 또는 [Current Protocols in Molecular Biology, F. Ausubel 등, Greene Publishing and Wiley-Interscience, New York (1987)]을 참조)에 의해 야생 시료로부터 제조될 수 있다. BAC (세균 인공 염색체), YAC (효모 인공 염색체), 또는 TAC (형질전환 가능한 인공 염색체, Lin 등, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96:6535-6540 (1999)) 라이브러리에서 나타난 게놈 DNA는 공용 또는 개인 저장소, 예를 들면, 아라비돕시스 생물학 자원 센터(Arabodopsis Biological Resource Center)에서 수득될 수 있다. BAC/YAC/TAC DNA 또는 cDNA는 더 작은 절편으로 기계적으로 크기 분획되거나 효소에 의해 절단될 수 있다. 절편을 점착말단을 가진 어댑터에 연결시키고, 재조합 바이러스 핵산 벡터에 숏건(shotgun) 클로닝시킨다. 대안적으로, 절편은 재조합 바이러스 핵산 벡터에 평활말단 연결시킬 수 있다. cDNA 라이브러리 또는 게놈 DNA 라이브러리로부터 유도된 핵산 서열을 포함한 재조합 식물 바이러스 핵산이 이어서 종래의 기술을 이용하여 구축된다. 제조된 재조합 바이러스 핵산 벡터는 공여자 식물로부터 유도된 핵산 인서트를 함유한다. 재조합 바이러스 핵산의 핵산 서열은 숙주 식물에서 RNA 로 전사되고; RNA는 양성 또는 안티센스 기작에 의해 표현형 특성의 발현을 조절할 수 있다. 핵산 서열은 또한 하나 초과의 표현형 특성의 발현을 암호화할 수 있다. 밀, 벼, 옥수수, 감자, 보리, 담배, 대두, 캐놀라, 옥수수 (maize), 오일종자 평지, 아라비돕시스, 및 다른 작물 종 유래의 서열이 DNA 라이브러리를 조립하기 위해 사용될 수 있다. 이 방법은 그리하여 유전자 발현을 통해 DNA 라이브러리로부터 유용한 우성 유전자 표현형을 찾는데 사용될 수 있다.To prepare a DNA insert containing the nucleic acid sequence of a donor plant, the first step is typically to construct a cDNA, genomic DNA library, or RNA pool of plant of interest. The full-length cDNA can be obtained in a public or private repository, for example, a cDNA library of Arabidopsis thaliana can be obtained from the Arabidosis Biological Resource Center. Alternatively, the cDNA library can be obtained by a method known to those skilled in the art, for example, a method of separating mRNA and transcribing mRNA to cDNA using a reverse transcriptase (see, for example, Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual 2), Vols 1-3, Cold Spring Harbor Laboratory, (1989) or Current Protocols in Molecular Biology, F. Ausubel et al., Greene Publishing and Wiley-Interscience, New York (1987) Can be prepared from a wild sample. Genomic DNA from BAC (bacterial artificial chromosome), YAC (yeast artificial chromosome), or TAC (Transformable Artificial Chromosome, Lin et al., Proc. Natl. Acad Sci USA 96: 6535-6540 For example, in a public or private repository, for example, the Arabicopsis Biological Resource Center. BAC / YAC / TAC DNA or cDNA can be mechanically size-fractionated with smaller fragments or can be cleaved by enzymes. The fragment is ligated to the adapter with the tacky end and shotgun cloned into the recombinant viral nucleic acid vector. Alternatively, the fragment may be bridged end-connected to a recombinant viral nucleic acid vector. A recombinant plant viral nucleic acid comprising a nucleic acid sequence derived from a cDNA library or a genomic DNA library is then constructed using conventional techniques. The recombinant viral nucleic acid vector produced contains a nucleic acid insert derived from a donor plant. The nucleic acid sequence of the recombinant viral nucleic acid is transferred from the host plant to the RNA; RNA can regulate the expression of phenotypic characteristics by positive or antisense mechanisms. The nucleic acid sequence can also encode an expression of more than one phenotypic trait. Sequences derived from wheat, rice, corn, potato, barley, tobacco, soybean, canola, maize, oilseed rape, arabicids, and other crop species can be used to assemble DNA libraries. This method can then be used to find useful dominant gene phenotypes from DNA libraries through gene expression.
당업자는 이러한 구현예는 본 발명에 적합한 많은 구축물 중에 단지 대표라는 것을 이해할 것이다. 모든 그러한 구축물이 고려되고 본 발명의 영역 내에있을 의도이다. 본 발명은 임의의 특정한 바이러스 구축물에 제한될 의도가 아니고 구체적으로 모든 작동할 수 있는 구축물을 사용하는 것을 고려한다. 당업자는 당업계에 잘 공지된 분자 생물학 기술을 기초로 하여 식물 바이러스 핵산을 구축할 수 있을 것이다. 적합한 기술은 [Sambrook 등 (제2판), Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor (1989); Methods in Enzymol. (Vols. 68, 100, 101, 118, 및 152-155)(1979, 1983, 1986 및 1987); 및 DNA Cloning, D.M. Clover, 저, IRL Press, Oxford (1985); Walkey, Applied Plant Virology, Chapman & Hall (1991); Matthews, Plant Virology, 제3판, Academic Press, San Diego (1991); Turpen 등, J. of Virological Methods, 42:227-240 (1993); 미국 특허 제 4,885,248, 5,173,410, 5,316,931, 5,466,788, 5,491,076, 5,500,360, 5,589,367, 5,602,242, 5,627,060, 5,811,653, 5,866,785, 5,889,190 및 5,589,367, 미국 특허 출원 제 08/324,003]에 기재된다. 핵산 조작 및 효소 처리는 그러한 구축물을 제조시 제조자의 추천된 절차에 따라 수행된다.Those skilled in the art will appreciate that this embodiment is only representative of many constructions suitable for the present invention. All such constructs are contemplated and are intended to be within the scope of the invention. The present invention is not intended to be limited to any particular viral construct, but specifically contemplates the use of all operable constructs. Those skilled in the art will be able to construct plant viral nucleic acids based on molecular biology techniques well known in the art. Suitable techniques are described in Sambrook et al. (Second Edition), Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor (1989); Methods in Enzymol. (Vols. 68, 100, 101, 118, and 152-155) (1979, 1983, 1986 and 1987); And DNA Cloning, D.M. Clover, H., IRL Press, Oxford (1985); Walkey, Applied Plant Virology, Chapman & Hall (1991); Matthews, Plant Virology, 3rd edition, Academic Press, San Diego (1991); Turpen et al., J. of Virological Methods, 42: 227-240 (1993); U.S. Patent Nos. 4,885,248, 5,173,410, 5,316,931, 5,466,788, 5,491,076, 5,500,360, 5,589,367, 5,602,242, 5,627,060, 5,811,653, 5,866,785, 5,889,190 and 5,589,367, U.S. Patent Application No. 08 / 324,003. Nucleic acid manipulation and enzymatic treatment are carried out according to the manufacturer ' s recommended procedure during manufacture of such constructs.
II.숙주 식물에서 공여자 생물에 의해 유도된 서열 인서트의 일원을 발현시킴 II. Express a member of the sequence insert derived by the donor organism in the host plant
숙주 식물은 식용 작물, 종자 작물, 오일 작물, 관상용 작물 및 임업 작물과 같은, 상업적인 관심이 있는 식물을 포함한다. 예를 들면, 밀, 벼, 옥수수, 감자, 보리, 담배, 대두 캐놀라, 옥수수 (maize), 오일종자 평지, 아라비돕시스, 니코티아나를 숙주 식물로서 사용할 수 있다. 특히, 재조합 바이러스 핵산을 함유한 바이러스에 의해 감염될 수 있는 숙주 식물이 바람직하다. 바람직한 숙주 식물은 니코티아나, 바람직하게는, 니코티아나 벤타미아나, 또는 니코티아나 클레버랜디아이를 포함한다.Host plants include plants of commercial interest, such as edible crops, seed crops, oil crops, ornamental crops and forestry crops. For example, wheat, rice, corn, potato, barley, tobacco, soybean canola, maize, oilseed rape, arabic acid, nicotiana can be used as a host plant. In particular, host plants that are susceptible to infection by viruses containing recombinant viral nucleic acids are preferred. Preferred host plants include Nicotiana, preferably Nicotiana bentamiana, or Nicotiana Clever Landy.
개개의 클론은 숙주 식물로 트랜스펙션될 수 있다: 1) 원형질체; 2)식물 전체; 또는 3) 식물의 잎과 같은 식물 조직 (Dijkstra 등, Practical Plant Virology: Protocols and Exercises, Springer Verlag (1998); Plant Virology Protocol: From Virus Isolation to Transgenic Resistance in Methods in Molecular Biology, Vol. 81, Foster 및 Taylor 저, Humana Press (1998)). 본 발명의 일부 구현예에서, 식물 바이러스 발현 벡터의 식물 내로의 전달은 시험관 내에서 전사된 RNA의 접종, 비리온의 접종, 또는 핵 cDNA로부터 식물 세포의 내부 접종, 또는 임의의 이러한 절차로부터 야기되는 전신성 감염에 의해 영향을 받을 수 있다. 모든 경우에, 동시 감염은 식물 세포 내에서 원하는 핵산 서열의 신속하고 만연하는 전신성 발현을 야기할 수 있다.Individual clones can be transfected into host plants: 1) protoplasts; 2) plant whole; Or 3) plant tissues such as leaves of plants (Dijkstra et al., Practical Plant Virology: Protocols and Exercises, Springer Verlag (1998); Plant Virology Protocol: From Virus Isolation to Transgenic Resistance in Methods in Molecular Biology, Taylor et al., Humana Press (1998)). In some embodiments of the invention, the transfer of the plant virus expression vector into a plant is accomplished by inoculation of in vitro transcribed RNA, inoculation of virions, or inoculation of plant cells from a nuclear cDNA, It can be affected by systemic infection. In all cases, coinfection can cause rapid and rampant systemic expression of the desired nucleic acid sequence within a plant cell.
숙주를 종래 기술에 의해 재조합 바이러스 핵산 또는 재조합 식물 바이러스로써 감염시킬 수 있다. 적당한 기술은 재조합 바이러스 RNA 또는 재조합 식물 바이러스를 함유한 물로써 숙주 종자를 침윤하는 것 외에 잎 연마, 용액 중 연마, 고속 물 스프레이, 및 숙주의 다른 상처를 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 더욱 구체적으로는, 적당한 기술은 하기를 포함한다:The host may be infected with recombinant viral nucleic acid or recombinant plant virus by conventional techniques. Suitable techniques include, but are not limited to, blade abrasion, polishing in solution, high-speed water spray, and other wounds of the host besides infecting the host seed with water containing recombinant viral RNA or recombinant plant virus. More specifically, suitable techniques include the following:
(a) 수동 접종. 수동 접종은 셀라이트 또는 카아버런덤 (통상 약 1%)이 첨가된, 중성 pH, 낮은 몰 농도의 인산 완충액을 사용하여 수행한다. 하나 내지 네 방울의 제제를 잎의 상단 표면에 처리하고 부드럽게 문지른다.(a) Manual inoculation. Manual inoculation is carried out using a neutral pH, low molar concentration of phosphate buffer, with celite or carabundan (usually about 1%) added. One to four drops of the preparation are applied to the top surface of the leaves and gently rubbed.
(b) 식물층의 기계적인 접종. 식물층 접종은 잎을 절단하면서 트랙터 구동 제초기 내로 벡터 용액을 분무 (기체 추진)함으로써 수행한다. 대안적으로, 식물층의 풀을 베고 벡터 용액을 절단된 잎 상에 즉시 분무한다.(b) Mechanical inoculation of plant layers. Plant layer inoculation is accomplished by spraying (gas propulsion) the vector solution into the tractor driven lawnmower while cutting the leaves. Alternatively, the grass of the plant layer is cut and the vector solution is sprayed immediately on the cut leaves.
(c) 단일 잎의 고압 분무. 단일 식물 접종은 또한 완충 벡터 용액 중에 대략 1% 카아버런덤을 함유한 좁은, 방향성 분무 (50psi, 잎으로부터 6-12인치)로써 잎을 분무함으로써 수행할 수 있다.(c) Single-leaf high-pressure spray. Single plant inoculations can also be performed by spraying the leaves with a narrow, directional spray (50 psi, 6-12 inches from the leaves) containing approximately 1% carabundan in the buffered vector solution.
(d) 진공 침윤. 접종을 감염을 촉진시키기 위하여 숙주 생물을 실질적으로 진공 압력 환경에 둠으로써 수행할 수 있다.(d) Vacuum infiltration. The inoculation can be carried out by placing the host organism in a substantially vacuum pressure environment to facilitate infection.
(e) 고속 로보트 접종. 생물이 식물일 때 특히 적용가능하며, 개개의 생물은 미세역가 플레이트와 같은 대량 배열에서 성장할 수 있다. 로보트와 같은 기계 장치를 이어서 관심 있는 핵산을 전달하는데 사용할 수 있다.(e) high-speed robot inoculation. It is particularly applicable when the organism is a plant, and individual organisms can grow in a large array such as a microtiter plate. Mechanisms such as robots can then be used to deliver the nucleic acid of interest.
(f) 충격(ballistics) (고압 총) 접종. 단일 식물 접종은 또한 입자 충격에 의해 수행될 수 있다. 충격 입자 전달 시스템 (BioRad Laboratories, Hercules, (A))은, 이전에 기술된 바와 같이 니코티아나 벤타미아나와 같은 식물을 트랜스펙션시키는데 사용될 수 있다 (Nagar 등, Plant Cell, 7:705-719 (1995)).(f) ballistics (high pressure gun) inoculation. Single plant inoculations can also be performed by particle impact. Impact particle delivery systems (BioRad Laboratories, Hercules, (A)) can be used to transfect plants such as Nicotiana benthamiana as previously described (Nagar et al., Plant Cell, 7: 705-719 1995).
바이러스 핵산을 숙주 식물 내로 도입하는 대안적인 방법은 [Grimsley 등, Nature 325:177 (1987)]에 기술된 것처럼, 아그로감염 또는 아그로박테리움 (Agrobacterium)-매개 형질전환 (또한 아그로-감염으로서 알려짐)으로 알려진 기술이다. 이 기술은 숙주 세포에서 핵 DNA 내로 삽입되는, 그들의 DNA 일부(T-DNA)를 숙주 세포 내로 전이함으로써 식물을 정착시키는 아그로박테리움의 공통적인 특징을 이용한다. T-DNA는 25bp 길이인 경계 서열에 의해 한정되고, 이러한경계 서열 사이의 모든 DNA가 또한 식물 세포 내로 전이된다. T-DNA 경계 서열 사이에 재조합 식물 바이러스 핵산의 삽입은 재조합 식물 바이러스 핵산의 식물 세포내로의 전이를 초래하며, 식물 세포내에서 재조합 식물 바이러스 핵산이 복제되고, 이어서 식물 전체적으로 확산된다. 아그로-감염은 감자방추돌기 바이러스 (PSTV) (Gardner 등, Plant Mol. Biol. 6:221 (1986); CaV (Grimsley 등, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 83:3282 (1986)); MSV (Grimsley 등, Nature 325:177 (1987)), 및 Lazarowitz, S., Nucl. Acids Res. 16:229 (1988)); 디지타리아 줄무늬 바이러스 (Donson 등, Virology 162:248 (1988)), 밀 왜소 바이러스 (Hayes 등, J. Gen. Virol. 69:891 (1988)) 및 토마토 금색 모자이크 바이러스 (TGMV) (Elmer 등, Plant Mol. Biol. 10:225 (1988) 및 Gardiner 등, EMBO J. 7:899 (1988))로써 수행되어 왔다. 그러므로, 감수성 식물의 아그로-감염은 상기 바이러스 중의 임의의 핵산 서열에 기초하여 재조합 식물 바이러스 핵산을 함유한 비리온으로써 수행할 수 있었다. 입자 충격 또는 전기천공법 또는 당업계에 공지된 임의의 다른 방법이 또한 사용될 수 있다.Alternative methods of introducing viral nucleic acids into host plants include Agrobacterium infection or Agrobacterium-mediated transformation (also known as Agrobacterium infection), as described in Grimsley et al., Nature 325: 177 (1987) . This technique utilizes the common feature of Agrobacterium that fixes the plant by transferring a portion of their DNA (T-DNA) into the host cell, which is inserted into the nuclear DNA in the host cell. T-DNA is defined by a 25-bp long border sequence, and all DNA between these border sequences is also transferred into plant cells. Insertion of the recombinant plant viral nucleic acid between the T-DNA border sequences results in the transfer of the recombinant plant viral nucleic acid into the plant cell, wherein the recombinant plant viral nucleic acid is replicated within the plant cell and then spread throughout the plant. Agro-infection has been reported to be associated with potato worm virus (PSTV) (Gardner et al., Plant Mol. Biol. 6: 221 (1986); CaV (Grimsley et al., Proc. Natl. Acad Sci. USA 83: (Grimsley et al., Nature 325: 177 (1987)) and Lazarowitz, S., Nucl. Acids Res. 16: 229 (1988)); (Hayes et al., J. Gen. Virol. 69: 891 (1988)) and tomato gold mosaic virus (TGMV) (Elmer et al. Plant Mol. Biol. 10: 225 (1988) and Gardiner et al., EMBO J. 7: 899 (1988)). Agro-infections of susceptible plants could therefore be carried out as virions containing recombinant plant viral nucleic acid based on any nucleic acid sequence in the virus. Particle impact or electroporation, or any other method known in the art may also be used.
본 발명의 일부 구현예에서, 감염은 또한 대장균 또는 효모와 같은 생물내로 선택된 핵산 서열을 위치시키고 (상기 생물의 게놈내로 삽입 여부에 무관하게), 상기 생물을 숙주 생물의 표면에 적용함으로써 수행될 수 있다. 그러한 기작은 그것에 의해 선택된 핵산 서열의 숙주 생물내로의 이차전이를 생성할 수 있다. 이것은 숙주 생물이 식물일 때 특히 실용적인 구현예이다. 마찬가지로, 감염은 선택된 핵산 서열을 슈도바이러스 내에 먼저 포장함으로써 달성될 수 있다. 그러한 방법은 WO 94/10329에 기재된다. 이 참고 문헌의 교시가 세균에 특이적이지만, 당업자는 동일한 절차가 다른 생물에 쉽게 적응가능하다는 것을 쉽게 인식할 것이다.In some embodiments of the invention, the infection can also be performed by placing the nucleic acid sequence selected in an organism such as E. coli or yeast (whether inserted into the genome of the organism or not) and applying the organism to the surface of the host organism have. Such a mechanism may produce a secondary transfer of a nucleic acid sequence selected thereby into a host organism. This is a particularly practical embodiment when the host organism is a plant. Likewise, infection can be achieved by first packaging the selected nucleic acid sequence into pseudovirus. Such a method is described in WO 94/10329. While the teachings of this reference are specific to bacteria, one of ordinary skill in the art will readily recognize that the same procedure is readily adaptable to other organisms.
식물은 "Peat-Lite MixTM(Speedling, Inc. Sun City, Fl) 및 NutricoteTM" 서방성 비료 14-14-14 (Chiss-Asahi Fertilizer Co., Tokyo, Japan)의 혼합물 중에 종자로부터 성장할 수 있다. 식물은 16시간의 명 및 8시간의 암이 제공된 조절된 환경에서 성장할 수 있다. Sylvania "Gro-Lux/Aquarium" 넓은 스펙트럼 40 와트 형광 성장 등 [Osram Sylvania Products, Inc. Danvers, MA]를 사용할 수 있다. 온도는 명주기 동안 약 80℉ 및 암주기 동안 약 70℉ 에서 유지될 수 있다. 습도는 60 내지 85%일 수 있다.Plants can be grown from seed in a mixture of "Peat-Lite Mix TM (Speedling , Inc. Sun City, Fl) and Nutricote TM" sustained-release fertilizer 14-14-14 (Chiss-Asahi Fertilizer Co., Tokyo, Japan) . Plants can grow in a controlled environment provided 16 hours of cancer and 8 hours of cancer. Sylvania "Gro-Lux / Aquarium" Broad Spectrum 40 Watts Fluorescent Growth Lights [Osram Sylvania Products, Inc. Danvers, MA]. The temperature can be maintained at about 80 동안 during the light cycle and at about 70 동안 during the dark cycle. The humidity can be between 60 and 85%.
III.발현의 결과로서의 표현형 또는 생화학적 변화를 검출함 III. Detect phenotype or biochemical change as a result of expression
숙주 식물을 라이브러리의 개개의 클론으로써 감염시킨 후, 하나 이상의 표현형 또는 생화학적 변화를 검출할 수 있다.After infecting the host plant with individual clones of the library, one or more phenotypic or biochemical changes may be detected.
숙주 식물에서의 표현형 변화는 당업계에서 임의의 공지의 방법에 의해 결정될 수 있다. 표현형 변화는 성장속도, 색, 또는 형태 변화를 포함할 수 있다. 전형적으로, 이러한 방법은 가시적, 거시적 또는 미시적 분석을 포함한다. 예를 들면, 특히 생장저지와 같은 성장 변화, 색 변화 (예를 들면, 잎 황화, 얼룩, 표백, 황백화)가 쉽게 관찰된다. 형태적 변화의 예는 특히, 발생적 결함, 시들음, 괴사를 포함한다.The phenotypic changes in the host plants can be determined by any known method in the art. Phenotypic changes may include growth rate, color, or morphological changes. Typically, such methods include visual, macroscopic, or microscopic analysis. For example, growth changes such as growth inhibition, color change (for example, leaf sulphide, stain, bleaching, yellowing) can be easily observed. Examples of morphological changes include, among others, developmental defects, wilting, and necrosis.
생화학적 변화는 DNA, RNA, 단백질, 항체, 탄수화물, 지질, 및 소분자를 검출, 정량, 또는 분리하는 당업계에 공지된 임의의 분석 방법에 의해 결정될 수 있다. 선택된 방법은 노던, 웨스턴 블롯팅, MALDI-TOF, LC/MS, GC/MS, 이차원 IEF/SDS-PAGE, ELISA 등을 포함할 수 있다. 특히, 적당한 방법을 로보트를 사용하여, 고 처리량의 완전히 자동화된 방식으로 수행할 수 있다. 생화학적 변화의 예는 효소 반응으로부터 기질 또는 생성물의 축적, 생화학 경로의 변화, 세포의 세포질내의 내재 유전자 발현의 저해 또는 증진, RNA 또는 단백질 프로필의 변화를 포함할 수 있다. 예를 들면, 바이러스 벡터 라이브러리 내의 클론은 생물내에서 영향받은 대사 경로 또는 생성된 가시적/선택적 표현형에 기초하여 기능적으로 분류될 수 있다. 이 방법은 숙주 생물외에 공여자 생물의 미지의 핵산 서열에 대한 유전자 기능의 신속산 결정을 가능하게 한다. 더욱이, 이 방법은 미지 기능의 전체 길이 DNA의 기능을 신속하게 확인하는데 사용될 수 있다. 이어서 하나의 생물의 라이브러리에서 미지의 핵산 서열의 기능적 확인은 서열 상동성을 기초로 다른 생물에 대한 발현 라이브러리에서 유사한 미지의 서열을 신속히 확인 가능하게 할 수 있다. 그러한 정보는 인간 의학을 포함하여 많은 국면에서 유용하다.Biochemical changes can be determined by any analytical method known in the art for detecting, quantifying, or separating DNA, RNA, proteins, antibodies, carbohydrates, lipids, and small molecules. Selected methods may include Northern, Western blotting, MALDI-TOF, LC / MS, GC / MS, two-dimensional IEF / SDS-PAGE, ELISA, and the like. In particular, a suitable method can be carried out in a fully automated manner with a high throughput, using a robot. Examples of biochemical changes may include accumulation of substrates or products from enzymatic reactions, changes in biochemical pathways, inhibition or enhancement of endogenous gene expression in the cytoplasm of cells, changes in RNA or protein profile. For example, a clone in a viral vector library can be functionally classified based on the metabolic pathway or the resulting visible / selective phenotype that is affected in the organism. This method enables rapid determination of gene function for unknown nucleic acid sequences of donor organisms in addition to host organisms. Moreover, this method can be used to quickly identify the function of the full-length DNA of the unknown function. Functional identification of the unknown nucleic acid sequence in a library of one organism can then enable rapid identification of similar unknown sequences in expression libraries for other organisms based on sequence homology. Such information is useful in many aspects, including human medicine.
감염된 숙주 식물에서 생화학적 또는 표현형 변화는 감염되지 않은 숙주 식물의 생화학 또는 표현형과 관련될 수 있다. 선택적으로, 감염된 숙주 식물에서의 생화학적 또는 표현형 변화는 더욱이 미지의 서열의 조절 핵산을 함유한 바이러스 벡터로써 감염된 숙주 식물과 연관된다. 조절 핵산은 유사한 크기를 가질수 있으나 라이브러리로부터 유도된 핵산 인서트의 서열과는 서열이 상이하다. 예를 들면, 라이브러리로부터 유도된 핵산 인서트가 안티센스 방향으로 GTP 결합 단백질을 암호화하는 것으로 확인되면, 녹색 형광 단백질을 암호화하는 유전자로부터 유도된 핵산이 조절 핵산으로서 사용될 수 있다. 녹색 형광 단백질은 숙주 식물에서 발현될 때 GTP 결합 단백질과 동일한 효과를 가지지 않는 것으로 알려져 있다.Biochemical or phenotypic changes in an infected host plant may be associated with the biochemistry or phenotype of the uninfected host plant. Alternatively, a biochemical or phenotypic change in an infected host plant is further associated with a host plant infected with a viral vector containing an unknown sequence of regulatory nucleic acid. Regulatory nucleic acids may have similar sizes, but differ in sequence from sequences of nucleic acid inserts derived from libraries. For example, if a nucleic acid insert derived from a library is found to encode a GTP binding protein in the antisense orientation, a nucleic acid derived from the gene encoding the green fluorescent protein can be used as the regulatory nucleic acid. It is known that green fluorescent proteins do not have the same effect as GTP binding proteins when expressed in host plants.
일부 구현예에서, 표현형 또는 생화학적 특성은 상보성 분석에 의해, 즉, 그것의 기능이 관심 있는 핵산을 도입함으로써 대체되거나 확장되는, 내재하는 유전자(들)을 관찰함으로써 결정될 수 있다. 그런 현상의 논의는 [Napoli 등, The Plant Cell 2:279-289 (1990)]에 의해 제공된다. 표현형 또는 생화학적 특성은 (1) 당업자에 의해 공지된 임의의 수단에 따라 효소 반응으로부터 기질 또는 생성물의 축적에서 생화학적 변화를 분석함; (2) 핵산 발현의 결과로 숙주 생물에서 변형될 수 있는 생화학적 경로에서의 임의의 변화를 관찰함; (3) 핵산 발현의 결과로 세포의 세포질내의 내재 유전자 발현의 저해를 관찰하기 위해 당업자에 의해 공지된 기술을 이용함; (4) 핵산 발현의 결과로 RNA 또는 단백질 프로필의 변화를 관찰하기 위해 당업자에 의해 공지된 기술을 이용함; 또는 (5) 예를 들면, 약학적 성분과 같은 해로운 또는 독성 물질의 존재하에서 성장하거나 생존을 유지할 수 있는 생물을 선택함으로써 결정될 수 있다.In some embodiments, the phenotype or biochemical properties can be determined by complementary analysis, i.e., by observing the inherent gene (s) whose function is replaced or expanded by introducing the nucleic acid of interest. Discussion of such phenomena is provided by [Napoli et al., The Plant Cell 2: 279-289 (1990)]. The phenotypic or biochemical characteristics include (1) analyzing biochemical changes in the accumulation of substrate or product from the enzymatic reaction according to any means known to those skilled in the art; (2) observing any changes in the biochemical pathway that can be altered in the host organism as a result of nucleic acid expression; (3) utilizing techniques known by those skilled in the art to observe the inhibition of endogenous gene expression in the cytoplasm of cells as a result of nucleic acid expression; (4) utilizing techniques known by those skilled in the art to observe changes in RNA or protein profiling as a result of nucleic acid expression; Or (5) selecting an organism that can grow or remain viable in the presence of, for example, harmful or toxic substances such as pharmaceutical ingredients.
숙주 식물내로 트랜스펙션된 핵산의 기능을 결정하기 위한 하나의 유용한 수단은 유전자 사일런싱의 효과를 관찰하는 것이다. 전통적으로, 기능성 유전자녹아웃은 염색체 내로의 전이성인자의 삽입 또는 T-DNA의 무작위 삽입으로 인한 불활성화에 이은 역교배시 수득된 조건적, 상동 열성 돌연변이체의 규명에 의해 수행되어 왔다. 이러한 점에서 일부 교시는 참고로 본원에 함입된 WO 97/42210에 의해 제공된다. 전통적인 녹아웃 분석에 대한 대안으로서, 공여자 생물의 EST/DNA 라이브러리가 바이러스 전사 플라스미드 내로 조립될 수 있다. 전사 플라스미드 라이브러리 중의 핵산 서열은 이어서 상동성 표적 유전자를 전사후 사일런싱시키는 기능성 RNA 바이러스의 일부로서 숙주 세포내로 도입될 수 있다. EST/DNA 서열은 양성 또는 안티센스 방향 중 하나의 방향으로 바이러스 벡터내로 도입될 수 있고, 방향은 클로닝 전략에 기초하여 방향성 또는 무작위일 수 있다. 로보트에 기초한 고처리량의 자동화된 클로닝 계획이 라이브러리를 조립하고 규명하는데 사용될 수 있다. 대안적으로, EST/cDNA 서열이 숙주 세포에서 바이러스 복제 동안 게놈 RNA로서 나타나도록 바이러스 벡터의 게놈 RNA내로 삽입될 수 있다. EST 클론의 라이브러리는 이어서 감염성 RNA로 전사되고 바이러스 감염에 감수성인 숙주 생물에 접종된다. 이제 원래의 라이브러리로부터 부여된 EST/cDNA 서열을 함유한 바이러스 RNA는, 숙주 생물내의 내재 유전자의 전사후 유전자 사일런싱을 야기하도록 숙주 생물 세포의 세포질에 충분히 높은 농도로 존재한다. 바이러스의 복제 기작은 센스 및 안티센스 RNA 서열 모두를 생성하기 때문에, EST/cDNA 인서트의 방향은 숙주 생물에서 원하는 표현형을 생산하는 점에서 일반적으로 무관하다.One useful means for determining the function of a nucleic acid transfected into a host plant is to observe the effect of gene silencing. Traditionally, functional gene knockouts have been performed by the identification of conditional, homologous mutants obtained in reverse crossing followed by inactivation of transcription factors into chromosomes or random insertion of T-DNA. In this regard, some of the teachings are provided by WO 97/42210 incorporated herein by reference. As an alternative to traditional knockout analysis, the EST / DNA library of donor organisms can be assembled into a viral transcription plasmid. The nucleic acid sequence in the transcription plasmid library can then be introduced into the host cell as part of a functional RNA virus that transcribes and then silences the homologous target gene. The EST / DNA sequence may be introduced into the viral vector in either positive or antisense orientation, and the orientation may be directional or random based on the cloning strategy. Robot-based, high throughput automated cloning schemes can be used to assemble and identify libraries. Alternatively, the EST / cDNA sequence may be inserted into the genomic RNA of the viral vector so that it appears as genomic RNA during viral replication in the host cell. The library of EST clones is then inoculated into host organisms that are transcribed with infectious RNA and susceptible to viral infection. The viral RNA containing the EST / cDNA sequence conferred from the original library is now present at a sufficiently high level in the cytoplasm of the host organism cell to cause gene silencing after transcription of the endogenous gene in the host organism. Since the replication machinery of the virus produces both sense and antisense RNA sequences, the orientation of the EST / cDNA insert is generally irrelevant in that it produces the desired phenotype in the host organism.
본 발명은 트랜스펙션된 식물에서 바이러스 유래 양성 또는 안티센스 RNA를일시적으로 발현하는 방법을 제공한다. 그러한 방법은 유전적으로 조작된 안티센스 형질전환 생물을 수득하기 위하여 필요한 시간보다 더욱 빠르다. 바이러스 안티센스 RNA의 전신성 감염 및 발현은 접종후 수일만큼 짧게 일어난 반면에, 단일 형질전환 생물을 만들기 위해서는 몇 달 이상 소요된다. 본 발명은 바이러스 벡터를 이용하여 특이적 내재 유전자의 발현을 저해함으로써 성장 조절에 관련된 유전자를 확인하는 방법을 제공한다. 본 발명은 RNA 바이러스 벡터를 이용하여 공여자 생물 또는 숙주 식물에서 특이적 유전자 및 생화학적 경로를 규명하는 방법을 제공한다.The present invention provides a method for transiently expressing virus-positive or antisense RNA in a transfected plant. Such a method is much faster than the time required to obtain genetically engineered antisense transgenic organisms. Systemic infection and expression of viral antisense RNAs occur as short as a few days after inoculation, while it takes several months or longer to produce a single transgenic organism. The present invention provides a method for identifying a gene involved in growth regulation by inhibiting expression of a specific endogenous gene using a viral vector. The present invention provides a method for identifying a specific gene and a biochemical pathway in a donor organism or a host plant using an RNA viral vector.
내재 유전자의 사일런싱이 동일한 식물 패밀리 유래의 상동 서열로써 달성될 수 있다는 것이 공지되어 있다. 예를 들면, Kumagai 등, (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92:1679 (1995))은 피토엔 불포화효소(PDS)에 대한 니코티아나 벤타미아나 유전자가 안티센스 방향으로의, PDS를 암호화하는 부분적 토마토 (리코퍼시콘 에스쿨렌툼(Lycopersicon esculentum)) cDNA를 포함한 클론으로부터 유도된 바이러스 RNA의 트랜스펙션에 의해 사일런싱된다는 것을 보고한다. Kumagai 등은 하나의 식물 유래의 PDS를 암호화하는 유전자가 숙주 식물을 동일한 군의 공여자 식물 유래의 공지의 서열의 핵산, 즉 PDS 유전자로써 트랜스펙션함으로써 사일런싱될 수 있다는 것을 증명한다. 본 발명은 비식물 생물의 cDNA 라이브러리 또는 게놈 DNA 라이브러리 또는 RNA 풀로부터 유도된 핵산 인서트를 함유한 바이러스 핵산으로써 비식물 숙주 생물을 트랜스펙션함으로써 숙주 생물에서 유전자를 사일런싱하는 방법을 제공한다. Kumagai 등과는 상이하게, 본 발명의 핵산 인서트의 서열은 트랜스펙션 전에 확인될 필요가 없다. 본 발명의 또 다른 특징은 비식물 계의 보존된 유전자를 사일런싱하는 방법을 제공하는 것으로; 생물의 안티센스 전사체가 원핵생물, 원생생물, 곰팡이 및 동물 유래 숙주 생물의 내재 유전자의 발현 감소를 초래한다. 본 발명은 GTP 결합 단백질에 의해 예시된다. 진핵 세포에서, GTP 결합 단백질은 신호 전달, 세포골격 조직, 및 단백질 수송을 포함한 다양한 세포 과정에서 기능한다. 저분자량(20-25 킬로달톤)의 GTP-결합 단백질은 ras 및 그것의 가까운 종 (예를 들면, Ran), rho 및 그것의 가까운 종, rab 패밀리, 및 ADP-리보실화 인자 (ARF) 패밀리를 포함한다. 분비 및 세포내 수송에 관련될 수 있는 이질삼합체 및 단량체 GTP-결합 단백질은 두 구조적 부류로 나누어진다: rab 및 ARF 패밀리. 많은 생물의 ARF가 분리되고 규명되었다. ARF는 ras 및 삼합체 GTP-결합 단백질 패밀리 양자와 구조적 특징을 공유한다. 본 발명은 GTP-결합 단백질을 암호화하는, 니코티아나와 같은 식물의 유전자가 아라비돕시스와 같은 상이한 과의 식물로부터 유도되고, 안티센스 방향으로 GTP-결합 단백질 개방형해독틀을 포함한 클론 유래의 감염성 RNA의 트랜스펙션에 의해 사일런싱될 수 있다는 것을 증명한다. 본 발명은 또한 GTP 결합 단백질이 아미노산 수준외에 핵산 수준에서 인간, 개구리, 마우스, 소, 파리 및 효모에서 매우 상동성이라는 것을 증명한다. 본 발명은 그리하여 비식물 생물의 상동 유전자로부터 유도된 감염성 RNA 로써 숙주를 트랜스펙션함으로써, 숙주 생물에서 보존된 유전자를 사일런싱하는 방법을 제공한다.It is known that silencing of an endogenous gene can be achieved as a homologous sequence from the same plant family. For example, Kumagai et al. (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92: 1679 (1995)) disclose that nicotianabentamina gene for phytoene unsaturation enzyme (PDS) And that it is silenced by transfection of viral RNA derived from clones containing partial tomatoes (Lycopersicon esculentum) cDNA. Kumagai et al. Demonstrate that a gene encoding a plant-derived PDS can be silenced by transfecting a host plant with a nucleic acid of known sequence from a donor plant of the same group, i.e. the PDS gene. The present invention provides a method for silencing genes in a host organism by transfecting non-plant host organisms with viral nucleic acids containing nucleic acid inserts derived from cDNA libraries or genomic DNA libraries or RNA pools of non-plant organisms. Unlike Kumagai et al., The sequence of the nucleic acid insert of the present invention need not be confirmed prior to transfection. Another aspect of the present invention is to provide a method for silencing conserved genes of non-plant systems; The antisense transcript of a biological organism results in a reduced expression of the endogenous genes of prokaryotes, protists, fungi and animal-derived host organisms. The present invention is exemplified by GTP binding proteins. In eukaryotic cells, GTP binding proteins function in a variety of cellular processes, including signal transduction, cytoskeletal tissue, and protein transport. The GTP-binding protein of low molecular weight (20-25 kilodalton) contains the ras and its close species (e.g. Ran), rho and its close species, the rab family, and the ADP-ribosomal factor (ARF) family . Heterogeneous trimer and monomeric GTP-binding proteins that may be involved in secretion and intracellular transport are subdivided into two structural classes: rab and the ARF family. Many ARFs have been isolated and identified. ARF shares structural features with both ras and trimer GTP-binding protein families. The present invention relates to a transcription of a gene encoding a GTP-binding protein, in which the gene of a plant such as Nicotiana is derived from a plant of different genus such as Arabidopsis, and a clone-derived infectious RNA containing an open reading frame of GTP- Which can be silenced by the user. The present invention also demonstrates that the GTP binding protein is highly homologous in humans, frogs, mice, cows, flies and yeast at the nucleic acid level besides the amino acid level. The present invention thus provides a method of silencing a conserved gene in a host organism by transfecting the host with an infectious RNA derived from a homologous gene of a non-plant organism.
숙주 표현형의 변화를 초래할 수 있는 핵산 서열은 세포 성장, 증식, 분화및 발생; 세포 통신; 및 세포자살 경로에 관련된 것들을 포함한다. 세포 또는 생물의 성장을 조절하는 유전자는, 예를 들면, GTP 결합 단백질, 리보좀 단백질 L19 단백질, S18 리보좀 단백질 등을 암호화하는 유전자를 포함한다. Henry 등 (Cancer Res., 53:1403-1408 (1993))은 erb B-2 (또는 HER-2 또는 neu) 유전자가 1/3의 유방암, 위암, 및 난소암에서 증폭되고 과발현되고, 리보좀 단백질 L19를 암호화하는 mRNA가 높은 수준의 erbB-2를 발현하는 유방암 시료에서 더욱 풍부하다는 것을 보고한다. Lijsebettens 등 (EMBO J., 13:3378-3388 (1994))은 아라비돕시스에서, PFL에서의 돌연변이는 구멍뚫린 첫번째 잎, 감소된 생중량 및 성장 지연을 야기한다는 것을 보고한다. PFL은 래트 S18 단백질과 매우 상동성인 리보좀 단백질 S18을 암호화한다. 세포 또는 생물의 발생에 관련된 유전자는, 예를 들면, 호메오박스 함유 유전자 및 로돕신 패밀리와 같은 G-단백질 연관된 수용체 단백질을 암호화하는 유전자를 포함한다. 호메오박스 유전자는 공통 183 핵산 서열 (호메오박스)을 포함하고 전사 인자로서 작용하는 특이적 핵 단백질 (호메오단백질)을 암호화하는 조절 유전자의 패밀리이다. 호메오박스 서열 그 자체는 서열 특이적 DNA 모티프의 인지 및 결합에 관련된, 61 아미노산 도메인인 호메오도메인을 암호화한다. 이 결합의 특이성은 호메오단백질이 하류 표적 유전자의 한벌의 발현을 활성화시키나 억제하도록 허용한다. 초파리 발생을 조절하는 유전자에서 초기에 확인된 호메오박스가 이어서 진화적으로 거리가 먼 동물 종, 식물, 및 곰팡이에서 분리되었다. 몇 가지 표시는 세포 성장의 조절에서, 및 이상조절될 때 암발생에서 호메오박스 유전자의 관여를 제안한다 (Cillo 등, Exp. CellRes., 248:1-9 (1999)). 생물의 변화를 초래할 수 있는 다른 핵산 서열은 호르몬 수용체, cAMP 수용체, 세로토닌 수용체, 및 수용체의 칼시토닌 패밀리와 같은 수용체 단백질을 암호화하는 유전자; 및 류신 (Leu) 지퍼 모티프를 암호화하는 광 조절 DNA를 포함한다 (Zheng 등, Plant Physiol. 116:27-35 (1998)). 세포성장, 증식, 분화 및 발생; 세포 통신; 및 세포자살 경로 과정의 탈조절 또는 변화는 암을 초래할 수 있다. 그러므로, 상기 과정에 관련된 핵산 서열을 확인하고 그들의 기능을 결정하는 것은 인간 치료에 이롭고; 또한 암 연구에 대한 도구를 제공한다.Nucleic acid sequences that may result in a change in host phenotype include cell growth, proliferation, differentiation and development; Cell communication; And cell suicide pathways. Genes that regulate cell or organism growth include, for example, genes encoding GTP binding protein, ribosomal protein L19 protein, S18 ribosomal protein, and the like. (Or HER-2 or neu) gene is amplified and overexpressed in one third of breast, stomach, and ovarian cancers, and the ribosomal protein It is reported that mRNA encoding L19 is more abundant in breast cancer samples expressing high levels of erbB-2. Lijsebettens et al. (EMBO J., 13: 3378-3388 (1994)) report that in Arabidopsis, mutations in PFL cause the first perforated leaf, reduced biomass and growth retardation. PFL encodes the ribosomal protein S18, which is highly homologous to the rat S18 protein. Genes involved in cell or organism development include, for example, genes encoding a G-protein-associated receptor protein such as a homeobox-containing gene and a rhodopsin family. The homeobox gene is a family of regulatory genes that contain a common 183 nucleic acid sequence (homeobox) and that encode a specific nuclear protein (homeoprotein) that acts as a transcription factor. The homeobox sequence itself encodes the homeome domain, a 61 amino acid domain, involved in the recognition and binding of sequence-specific DNA motifs. The specificity of this binding allows home proteins to activate or inhibit expression of a single target gene downstream. Homeobox, initially identified in genes controlling Drosophila development, was subsequently isolated from evolutionarily distant animal species, plants, and fungi. Some indications suggest involvement of the homeobox gene in the regulation of cell growth, and in cancer development when abnormal regulation (Cillo et al., Exp. Cell Res., 248: 1-9 (1999)). Other nucleic acid sequences that may result in alterations in the organism include genes encoding receptor proteins such as hormone receptors, cAMP receptors, serotonin receptors, and the calcitonin family of receptors; And light regulatory DNA encoding Leu zipper motifs (Zheng et al., Plant Physiol. 116: 27-35 (1998)). Cell growth, proliferation, differentiation and development; Cell communication; And de-regulation or alteration of apoptotic pathway processes can lead to cancer. Therefore, identifying the nucleic acid sequences involved in the process and determining their function is beneficial to human therapy; It also provides tools for cancer research.
인간 핵산 서열의 라이브러리를 벡터내로 클로닝한다. 벡터를 숙주에 적용하여 감염시킨다. 각각의 감염된 숙주를 감염되지 않은 숙주 및 눌 벡터로 감염시킨 숙주와 함께 성장시킨다. 눌 벡터는 바이러스 그 자체의 효과외의 표현형 또는 생화학적 변화를 보여주지 않을 것이다. 각 숙주를 감염된 숙주 및 그것의 두가지 대조군 사이에 가시적 차이에 대하여 매일 관찰한다. 관찰가능한 표현형 또는 생화학적 변화를 나타내는 각 숙주에서 특성을 확인한다. 공여자 핵산 서열을 확인하고, 전체 길이 유전자 서열을 수득하고, 숙주의 유전자가 특성과 연관된다면, 숙주에서 전체 길이 유전자를 수득한다. 두가지 유전자의 염기서열을 결정하고 상동성을 결정한다. 다양한 생화학적 시험을 또한 원하는 정보에 의존하여 숙주 또는 숙주 조직에서 행할 수 있다. 다양한 표현형 변화 또는 특성 및 생화학적 시험은 본원에 설명된다. 몇 번 과정을 반복함으로써 기능성 유전자 프로필을 수득할 수 있다.A library of human nucleic acid sequences is cloned into the vector. The vector is applied to the host to infect. Each infected host is grown with uninfected host and Nulve vector infected host. Nul Vectors will not show phenotypic or biochemical changes other than the effects of the virus itself. Each host is observed daily for visible differences between the infected host and its two controls. Identify traits in each host showing observable phenotypic or biochemical changes. Identify donor nucleic acid sequences, obtain full length gene sequences, and obtain full length genes in the host if the host genes are associated with traits. The nucleotide sequences of the two genes are determined and their homology is determined. A variety of biochemical tests can also be performed in the host or host tissue depending on the information desired. A variety of phenotypic changes or characteristics and biochemical tests are described herein. The functional gene profile can be obtained by repeating the process several times.
대량의 DNA 서열 정보가 관계되는 데이타베이스를 시작할 수 있는, 공유로 생성되고 있다. 유사한 생화학적 또는 조절 기능을 수행하리라 예상되는 다양한 종 유래의 서열 사이를 연결할 수 있다. 예상된 효소 활성 및 가시적으로 나타난 생화학적 및 조절 경로 사이를 또한 연결시킬 수 있다. 마찬가지로, 예상된 효소 또는 조절 활성 및 공지의 작은 분자 저해제, 활성화제, 기질 또는 기질 유사체 사이를 연결시킬 수 있다. 트랜스펙션된 숙주에서 발현되는 발현 라이브러리로부터의 표현형 자료는 그러한 관련 데이타베이스 내에서 자동적으로 연결될 수 있다. 다른 생물에서 유사한 예상되는 관심 있는 역할을 가진 유전자를 신속하게 발견할 수 있다.A large amount of DNA sequence information is being generated as a share, which can start a database with which it is related. It is possible to link between sequences from various species that are expected to perform similar biochemical or regulatory functions. It is also possible to link between the expected enzymatic activity and the biochemical and regulatory pathways present. Likewise, anticipated enzymes or regulatory activities and known small molecule inhibitors, activators, substrates or substrate analogs can be linked. Phenotypic data from expression libraries expressed in transfected hosts can be automatically linked within such related databases. You can quickly find genes with similar predictive roles of interest in other organisms.
본 발명은 또한 숙주 식물의 분열조직에서 내재하는 유전자 발현을 저해하는, 숙주 식물에서 안티센스 방향으로 공여자 식물의 핵산 서열을 일시적으로 발현시킴으로써 식물의 표현형 또는 생화학을 변화시키는 방법에 관한 것이다. 숙주 식물에서 하나 이상의 표현형 또는 생화학적 변화는 이전에 기술한 방법에 의해 검출한다. 숙주 식물에서 핵산 서열을 일시적으로 발현시키는 것은 분열조직에서의 유전자 발현에 영향을 줄 수 있다. 분열조직은, 식물 성장이 전체 생활주기를 통해 분열조직의 형성 및 활성에 의해 구동되기 때문에, 식물 발생에서 관심이 있다. 본 발명은 리보좀 단백질 S18을 암호화하는 핵산 서열에 의해 예시된다. S18 프로모터의 활성은 분열조직에 제한된다 (Lijsebettesn 등, EMBO J. 13:3378-3388). 숙주 식물에서 핵산 서열의 일시적인 발현은 분열조직에 신호전달을 일으킬 수 있고 분열조직에서의 유전자 발현에 영향을 줄 수 있다.The present invention also relates to a method for altering the phenotype or biochemistry of a plant by transiently expressing a nucleic acid sequence of a donor plant in a host plant antisense direction, which inhibits gene expression inherent in the mitotic tissue of the host plant. One or more phenotypic or biochemical changes in the host plant are detected by the methods described previously. Transient expression of a nucleic acid sequence in a host plant can affect gene expression in the mitotic tissue. Split tissue is of interest in plant development, since plant growth is driven by the formation and activation of mitotic tissue throughout the entire life cycle. The present invention is exemplified by the nucleic acid sequence encoding the ribosomal protein S18. The activity of the S18 promoter is restricted to the mitotic tissue (Lijsebettesn et al., EMBO J. 13: 3378-3388). Transient expression of the nucleic acid sequence in the host plant can cause signaling to the mitotic tissue and can affect gene expression in the mitotic tissue.
숙주 식물에서의 유전자 사일런싱에 따른 하나의 문제는 많은 식물 유전자가 다중 유전자족으로 존재한다는 것이다. 그러므로, 유전자 기능의 효과적인 사일런싱은 특히 문제가 될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따라, 핵산은 바이러스 게놈 내로 삽입되어 효과적으로 특정 유전자 기능 또는 다중 유전자족의 기능을 사일런싱할 수 있다. 약 20%의 식물 유전자가 다중 유전자족으로 존재한다고 현재 여겨진다.One problem with gene silencing in host plants is that many plant genes are multigene families. Therefore, effective silencing of gene function can be particularly problematic. However, according to the present invention, the nucleic acid can be inserted into the viral genome and effectively silence the function of a specific gene function or a multigene family. It is currently believed that about 20% of the plant genes are multigene families.
"유전자 사일런싱" 효과의 일부 국면의 상세한 논의는 동시 계류중인 특허 출원, 미국 특허 일련번호 제 08/260,546 (WO95/34668, 95.12.21 공개)에서 제공되는데, 그것의 개시는 참고로 본원에 포함된다. 세포의 세포질 및/또는 핵에서 일어나는 표적 mRNA와 저해성 RNA의 상호작용을 통해 RNA는 표적 유전자의 발현을 감소시킬 수 있다.A detailed discussion of some aspects of the " gene silencing " effect is provided in co-pending patent application, U.S. Patent Serial No. 08 / 260,546 (WO 95/34668, published on Dec. 22, 1995), the disclosure of which is incorporated herein by reference do. Through interaction of the inhibitory RNA with the target mRNA that occurs in the cytoplasm and / or nucleus of the cell, the RNA can reduce the expression of the target gene.
아라비돕시스 탈리아나와 같은 식물의 EST/cDNA 라이브러리가 식물 바이러스 전사 플라스미드 배경내로 조립될 수 있다. 전사 플라스미드 라이브러리내의 cDNA 서열을 이어서 세포질 RNA로서 식물 세포내로 도입하여 내재 유전자를 전사후 사일런싱할 수 있다. EST/cDNA 서열을 양성 또는 안티센스 방향 중 하나의 방향 (또는 양 방향)으로 식물 바이러스 전사 플라스미드내로 도입할 수 있고, 방향은 클로닝 전략에 기초하여 방향성 또는 무작위 중 하나일 수 있다. 로보트를 사용한 고처리량의 자동화된 클로닝 전략을 사용하여 라이브러리를 조립할 수 있다. EST 클론을, 식물 세포에서 바이러스 복제 동안 서브게놈 전사체로서 나타나도록 복제된 서브게놈 프로모터 뒤에 삽입할 수 있다. 대안적으로, EST/cDNA서열을 식물 세포에서 바이러스 복제 동안 게놈 RNA로서 나타나도록 식물 바이러스 벡터의 게놈 RNA내로 삽입할 수 있다. EST 클론의 라이브러리는 이어서 감염성 RNA로 전사되고 바이러스 감염에 감수성인 숙주 식물에 접종한다. 이제 원래의 라이브러리로부터 부여된 EST/cDNA 서열을 함유한 바이러스 RNA는 숙주 식물에서 내재하는 유전자의 전사후 유전자 사일런싱을 야기하도록 숙주 식물 세포의 세포질에 충분히 높은 농도로 존재한다. 바이러스의 복제 기작은 센스 및 안티센스 RNA 서열 모두를 생성하기 때문에, EST/cDNA 인서트의 방향은 숙주 식물에서 원하는 표현형을 생산하는 점에서 정상적으로 무관하다.EST / cDNA libraries of plants such as Arabidopsis thaliana can be assembled into the plant virus transcription plasmid background. The cDNA sequence in the transcription plasmid library can then be introduced into plant cells as cytoplasmic RNA to transcribe and silence the endogenous gene. The EST / cDNA sequence may be introduced into the plant viral transcription plasmid in one direction (or both directions) of the positive or antisense orientation, and the orientation may be either directional or random, based on the cloning strategy. The library can be assembled using a high throughput automated cloning strategy using robots. An EST clone can be inserted after the subgenomic promoter replicated to appear as a subgenomic transcript during viral replication in plant cells. Alternatively, the EST / cDNA sequence can be inserted into the genomic RNA of the plant virus vector so that it appears as genomic RNA during viral replication in plant cells. The library of EST clones is then inoculated into host plants transcribed with infectious RNA and susceptible to viral infection. The viral RNA containing the EST / cDNA sequence conferred from the original library is now present in a high enough concentration in the cytoplasm of the host plant cell to cause post-transcriptional gene silencing of the gene in the host plant. Since the replication machinery of the virus produces both sense and antisense RNA sequences, the orientation of the EST / cDNA insert is normally independent of producing the desired phenotype in the host plant.
본 발명은 또한 분리될 유전자와 상동성을 가지는 또다른 유전자를 이용하여, 벼, 보리, 옥수수, 대두, 옥수수(maize), 오일종자, 및 상업적으로 관심 있는 다른 식물 유래의 GTP 결합 단백질을 암호화하는 유전자와 같은 보존된 유전자를 분리하는 방법을 제공한다. 벼, 보리, 옥수수, 대두 및 다른 중요한 작물과 같은 공여자 식물의 전체 길이 cDNA를 함유한 라이브러리는 공유 및 개인 원천으로부터 수득될 수 있거나 식물 mRNA로부터 제조될 수 있다. cDNA를 바이러스 벡터 또는 pBluescript (Strategene), pUC18, M13, 또는 pBR322와 같은 작은 서브클로닝 벡터내로 삽입한다. 형질전환된 세균을 이어서 도말하고 개개의 클론을 표준 방법에 의해 선택한다. 세균 형질전환체 또는 DNA를 막 필터 또는 유리 슬라이드 상에 고밀도로 재배열한다. GTP 결합 단백질을 암호화하는 전체 길이 cDNA는 숙주 식물에서 변화를 초래하는 표지된 핵산 인서트 또는 아라비돕시스 유래의 GTP 결합 단백질을 암호화하는 DNA로부터 제조된 표지된 프로브로써 필터 또는 슬라이드를 프로빙함으로써 확인될 수 있다. 유용한 표지는 방사성, 형광, 또는 화학발광 분자, 효소 등을 포함한다.The present invention also relates to a method for producing a gene encoding a GTP binding protein derived from rice, barley, maize, soybean, maize, oilseed, and other plants of commercial interest, using another gene having homology with the gene to be isolated A method for isolating a conserved gene such as a gene. Libraries containing full length cDNAs of donor plants such as rice, barley, corn, soybeans and other important crops can be obtained from shared and personal sources or can be prepared from plant mRNA. The cDNA is inserted into a viral vector or small subcloning vector such as pBluescript (Strategene), pUC18, M13, or pBR322. The transformed bacteria are then blotted and individual clones are selected by standard methods. Bacterial transformants or DNA are rearranged at high density on membrane filters or glass slides. The full-length cDNA encoding the GTP-binding protein can be identified by probing the filter or slide with a labeled probe made from DNA encoding a GTP-binding protein from a labeled nucleic acid insert or Arabidopsis resulting in a change in the host plant. Useful labels include radioactive, fluorescent, or chemiluminescent molecules, enzymes, and the like.
대안적으로, 벼, 보리, 옥수수, 대두 및 다른 중요한 작물 유래의 서열을 함유한 게놈 라이브러리는 공유 및 개인 원천으로부터 수득될 수 있거나, 식물 게놈 DNA로부터 제조될 수 있다. 전체 식물 게놈을 함유한 BAC 클론이 최소의 중복 순서로 구축되고 조직되었다. 개개의 BAC은 절편으로 전단되고 직접 바이러스 벡터내로 클로닝된다. 전체 BAC을 완전히 포괄하는 클론은 BAC 바이러스 벡터 서브라이브러리를 형성한다. 게놈 클론은 BAC을 함유한 필터를 숙주 식물에서 변화를 초래하는 표지된 핵산 인서트 또는 아라비돕시스 유래의 GTP 결합 단백질을 암호화하는 DNA로부터 제조된 표지된 프로브로써 프로빙함으로써 확인될 수 있다. 유용한 표지는 방사성, 형광, 또는 화학발광 분자, 효소 등을 포함한다. 프로브에 혼성화하는 BAC이 선택되고 그들의 해당하는 BAC 바이러스 벡터가 감염성 RNA를 생성하기 위해 사용된다. BAC 서브라이브러리로써 트랜스펙션된 식물을 기능의 변화, 예를 들면, 성장 속도 또는 색의 변화에 대해 스크리닝한다. 기능의 변화가 관찰되면, 이러한 클론 또는 해당하는 플라스미드 DNA의 인서트는 디데옥시 염기 서열 결정에 의해 규명된다. 이것은 식물 단백질, 예를 들면, GTP 결합 단백질에 대한 게놈 서열을 수득하는 신속한 방법을 제공한다. 이 방법을 사용하여, 아라비돕시스 탈리아나와 같은 하나의 식물에서 DNA 서열이 확인되면, 다른 식물 라이브러리에 존재하는 유사한 기능의 보존된 서열을 확인하는데 사용될 수 있다.Alternatively, genomic libraries containing sequences from rice, barley, corn, soy, and other important crops can be obtained from shared and personal sources, or can be prepared from plant genomic DNA. BAC clones containing the entire plant genome were constructed and organized in minimal redundant order. Individual BACs are sheared into sections and cloned directly into viral vectors. Clones that fully encompass the entire BAC form the BAC viral vector sub-library. Genomic clones can be identified by probing a filter containing BAC with a labeled probe made from DNA encoding a GTP binding protein from a labeled nucleic acid insert or Arabidopsis resulting in a change in the host plant. Useful labels include radioactive, fluorescent, or chemiluminescent molecules, enzymes, and the like. BACs that hybridize to the probe are selected and their corresponding BAC viral vectors are used to generate the infectious RNA. Plants transfected with the BAC sub-library are screened for changes in function, e. G. Growth rate or changes in color. When a change in function is observed, the insert of such a clone or corresponding plasmid DNA is identified by dideoxy sequencing. This provides a rapid method of obtaining a genomic sequence for a plant protein, e. G., A GTP binding protein. Using this method, once a DNA sequence has been identified in one plant, such as Arabidopsis thaliana, it can be used to identify conserved sequences of similar functions present in other plant libraries.
기능 게놈학 스크린은 공통의 담배 식물과 관련된 식물인, 니코티아나 벤타미아나의 감염에 대해 담배 모자이크 바이러스 TMV-O 외피 단백질 캡시드를 사용하여 시작된다. 아라비돕시스 탈리아나에 대해 cDNA 라이브러리는 아라비돕시스 생물학 자원 센터로부터 수득되고, Bluescript파아지미드 벡터는 Not I 절단에 의해 회수된다. cDNA를 플라스미드내로 형질전환한다. 플라스미드를 바이러스 벡터 RNA로 전사한다. 각 cDNA 라이브러리의 모든 cDNA가 바이러스 벡터에 나타날 때까지 인서트는 도에서 처럼 안티센스 방향이다. 각 바이러스 벡터를 2주된 니코티아나 벤타미아나 숙주 식물의 잎에 충분한 힘으로써 분무하여 조직 상처 및 국부적인 바이러스 감염을 일으킨다. 각각의 감염된 식물을 감염되지 않은 식물 및 대조군으로서 눌 인서트 벡터로써 감염된 식물과 나란히 키운다. 모든 식물을 16시간의 명주기 및 8시간의 암주기를 가진 인공 환경에서 키운다. 루멘은 각 식물에서 대략 동일하다. 2일 간격으로 표현형의 가시적 및 사진 관찰을 행하고, 각각의 감염된 식물 및 그것의 대조군의 각각에 대해 기록하고 비교를 한다. 자료를 실험실 정보 관리 시스템(Laboratory Information Management System) 데이타베이스에 수록한다. 관찰 주기의 말기에 생장저지된 식물을 분석을 위해 분류한다. 바이러스 벡터 클론 740AT#120에 포함된 핵산 인서트는 식물 중의 하나의 심한 생장저지에 관련 있다. 클론 740AT#120의 염기서열을 결정한다. 숙주 식물로부터의 상동물의 염기서열을 또한 결정한다. 클론 740AT#120은 숙주 식물 핵산 서열과 80% 상동성을 가지는 것으로 나타났다. 아미노산 서열의 상동성은 96%이다. 인서트의 전체 cDNA 서열은 염기서열 결정에의해 수득되고 GTP 결합 단백질을 암호화하는 것으로 발견되었다. 숙주 식물 상동물을 선발하고 염기서열을 결정한다. 그것은 또한 GTP 결합 단백질을 암호화한다. 우리는 이 GTP 결합 단백질 암호화 서열이 자연에서 매우 보존되어 있다고 결론짓는다. 이 정보는 독성학 연구외에 약제 개발에 유용하다.Functional genomic screens are initiated using the tobacco mosaic virus TMV-O coat protein capsid for the infection of Nicotiana benthamiana, a plant associated with a common tobacco plant. The cDNA library for Arabidopsis thaliana was obtained from the Arabidopsis Biology Resource Center, The phage mid vector is recovered by Not I cleavage. The cDNA is transformed into a plasmid. The plasmid is transcribed into viral vector RNA. The insert is antisense orientation as shown in the figure until all the cDNAs in each cDNA library appear in the viral vector. Each viral vector is sprayed with enough force on the leaves of the two-week old Nicotiana benthamiana or host plant to cause tissue injury and local viral infection. Each infected plant is grown along with the infected plant as a non-infected plant and control as a null insert vector. All plants are grown in an artificial environment with a 16 hour light cycle and an 8 hour cancer cycle. The lumens are about the same in each plant. Visible and photographic observations of the phenotype are performed at intervals of two days, and each infected plant and each of its control groups are recorded and compared. The data is stored in the Laboratory Information Management System database. Plants that are inhibited from growing at the end of the observation period are classified for analysis. The nucleic acid insert contained in the viral vector clone 740AT # 120 is associated with severe growth arrest of one of the plants. The nucleotide sequence of clone 740AT # 120 is determined. The base sequence of the phage animal from the host plant is also determined. Clone 740AT # 120 appeared to have 80% homology with the host plant nucleic acid sequence. The homology of the amino acid sequence is 96%. The entire cDNA sequence of the insert was obtained by sequencing and was found to encode a GTP binding protein. The host plant animal is selected and the base sequence is determined. It also encodes a GTP-binding protein. We conclude that this GTP-binding protein coding sequence is highly conserved in nature. This information is useful for drug development besides toxicological studies.
완전히 염기서열이 결정된 진핵 생물에 대한 유전자 기능성의 완전한 분류 체계가 효모에 대해 설립되었다. 이 분류 체계는 식물에 대해 변형될 수 있고 적합한 범주로 구분될 수 있다. 그러한 조직적 구조는 우성의 치명적인 표현형을 부여할 수 있는 제초제 표적좌를 신속하게 확인하는데 이용될 수 있고, 그것에 의해 합리적인 제초제 프로그램을 고안하는 것을 돕는데 유용하다.A complete classification system of gene functionality for fully sequenced eukaryotes was established for yeast. This classification system can be modified for plants and divided into appropriate categories. Such an organizational structure can be used to quickly identify herbicide target sites that can confer a lethal phenotype of dominance, thereby being useful in helping to design reasonable herbicide programs.
본 발명은 또한 곡물 작물의 수확량을 증가시키는 방법에 관한 것이다. [Rice Biotechnology Quarterly 37:4 (1999) 및 Ashikari 등, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96:10284-10289 (1999)]에서, 벼의 작은 GTP 결합 단백질을 암호화하는 rgpl 유전자로써 형질전환된 형질전환 벼 식물이 대조 식물보다 더 짧았으나, 대조 식물보다 더 많은 종자를 생산하였다는 것이 보고된다. 곡물 작물의 수확량을 증가시키기 위하여, 본 방법은 곡물 작물에서 안티센스 방향으로 공여자 식물의 핵산 서열을 일시적으로 발현시키는 것을 포함하는데, 상기 발현은 상기 곡물 작물의 생장저지된 성장 및 증가된 종자 생산을 초래한다. 바람직한 방법은 핵산 서열을 식물 바이러스 벡터내로 클로닝하는 단계 및 곡물 작물을 상기 핵산 서열을 함유한 재조합 바이러스 핵산으로써 감염시키는 단계를 포함한다. 바람직한 식물 바이러스 벡터는 브롬 모자이크 바이러스, 벼 괴사 바이러스, 또는 제미니바이러스로부터 유도된다. 바람직한 곡물 작물은 벼, 밀, 및 보리를 포함한다. 숙주 식물에서 발현된 핵산은, 예를 들면, 안티센스 방향인 GTP 결합 단백질 개방형해독틀을 함유한다. 본 방법은 생장저지된 식물을 수득하기 위해 유전자의 일시적 발현을 제공한다. 더 적은 에너지가 식물 성장에 투입되기 때문에, 더 많은 에너지가 곡물 작물의 수확량을 증가시키는 종자의 생산에 이용가능하다. 본 방법은, 숙주 식물의 게놈에는 영향을 미치지 않기 때문에, 형질전환 식물을 이용한 다른 방법에 비해 이점을 가진다.The present invention also relates to a method for increasing the yield of cereal crops. [Rice Biotechnology Quarterly 37: 4 (1999) and Ashikari et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96: 10284-10289 (1999), transgenic rice plants transformed with the rgpl gene coding for rice GTP-binding protein were shorter than control plants but produced more seeds than control plants Reported. In order to increase the yield of grain crops, the method involves transiently expressing the nucleic acid sequence of the donor plant in a grain crop antisense direction, which results in growth inhibition and increased seed production of the grain crop do. A preferred method comprises the steps of cloning a nucleic acid sequence into a plant viral vector and infecting the crop with a recombinant viral nucleic acid containing said nucleic acid sequence. Preferred plant virus vectors are derived from brom mosaic virus, rice necrosis virus, or gemini virus. Preferred grain crops include rice, wheat, and barley. The nucleic acid expressed in the host plant contains, for example, the GTP binding protein open reading frame, which is antisense orientation. The method provides transient expression of the gene to obtain a plant inhibited from growth. As less energy is invested in plant growth, more energy is available for the production of seeds, which increases crop yields. The method has advantages over other methods using transgenic plants because it does not affect the genome of the host plant.
본원에 그러한 용어에 주어진 범주를 포함하여, 명세서 및 청구범위의 더욱 명확하고 일관된 이해를 제공하기 위해, 하기 정의가 제공된다:In order to provide a more clear and consistent understanding of the specification and claims, including the categories given in such terms herein, the following definitions are provided:
인접: 정의된 서열에 근접하고 5' 또는 3'인 핵산 서열의 위치. 일반적으로, 인접함은 관련 자리의 2 또는 3 뉴클레오티드 내를 의미한다.Adjacent: the position of the nucleic acid sequence that is 5 'or 3' close to the defined sequence. Generally, contiguous means within 2 or 3 nucleotides of the relevant site.
안티센스 저해: 번역될 mRNA의 적어도 일부에 상보적인 RNA 분자의 세포에서의 존재로 인한 유전자 발현의 세포질, 핵 또는 소기관 저해에 기초한 유전자 조절의 유형. RNA 분자는 RNA 바이러스 또는 숙주 세포 게놈 또는 DNA 바이러스 유래의 mRNA 중 하나일 수 있다는 것이 구체적으로 고려된다.Antisense Inhibition: A type of gene regulation based on cytoplasmic, nuclear or organelle inhibition of gene expression due to the presence of RNA molecules in cells that are complementary to at least a portion of the mRNA to be translated. It is specifically contemplated that the RNA molecule may be one of an RNA virus or an mRNA from a host cell genome or DNA virus.
세포 배양: 인접해서 또는 비인접해서 자라는, 미분화 또는 분화된 상태 중 하나일 수 있는 세포의 증식군.Cell culture: a proliferating group of cells that can be one of undifferentiated or differentiated, growing adjacent or non-adjacent.
키메라 서열 또는 유전자: 두 개 이상의 이종성 부분으로부터 유도된 핵산 서열. 서열은 DNA 또는 RNA를 함유할 수 있다.Chimeric sequence or gene: A nucleic acid sequence derived from two or more heterologous portions. The sequence may contain DNA or RNA.
암호화 서열: 전사 및 번역 또는 단지 번역될 때, 세포 폴리펩티드의 형성을초래하는 데옥시리보핵산 또는 리보핵산 서열, 또는 번역될 때, 세포 폴리펩티드의 형성을 초래하는 리보핵산 서열.Encoding sequence: A ribonucleic acid sequence that results in the formation of a cell polypeptide when transcribed and translated or merely translated, resulting in the formation of a cell polypeptide, or a ribonucleic acid or ribonucleic acid sequence when translated.
상용성: 시스템의 다른 성분과 함께 작용할 수 있는 능력. 숙주와 상용성인 벡터 또는 식물 또는 동물 바이러스 핵산은 그 숙주에서 복제할 수 있는 것이다. 바이러스 핵산 서열과 상용성인 외피 단백질은 그 바이러스 서열을 포막할 수 있는 것이다.Compatibility: Ability to work with other components of the system. A vector or plant or animal viral nucleic acid that is compatible with the host can be replicated in the host. A coat protein that is compatible with the viral nucleic acid sequence is capable of encapsulating the viral sequence.
상보성 분석: 본원에 사용된, 이 용어는 그것의 정상적인 역할로 충분히 더 이상 기능하지 않도록, 선택된 유전자를 삭제하거나 돌연변이 시킨 후에 핵산 서열을 생물내로 도입할 때 생물에서 생성된 변화를 관찰하는 것을 언급한다. 삭제되거나 돌연변이된 유전자에 상보적인 유전자는, 선택된 유전자의 유전적 표현형을 회복할 수 있다.Complementarity analysis: As used herein, the term refers to observing changes in the organism when introducing the nucleic acid sequence into the organism, after deletion or mutagenesis of the selected gene, so that it no longer functions well in its normal role . A gene that is complementary to a deleted or mutated gene can restore the genetic phenotype of the selected gene.
이중의 이종성 서브게놈 프로모터 발현 시스템 (DHSPES): 단백질, 펩티드 또는 RNA의 발현을 증가, 감소, 또는 변화시키기 위한 이중의 이종성 서브게놈 프로모터 발현 시스템을 가진 양성 가닥 RNA 벡터, 바람직하게는 그것의 개시가 참고로 본원에 포함된 미국 특허 제 5,316,931, 5,811,653, 5,589,367, 및 5,866,785에 기재된 것들.Dual heterologous subgenomic promoter expression system (DHSPES): A positive strand RNA vector with a dual heterologous subgenomic promoter expression system for increasing, decreasing, or altering the expression of a protein, peptide or RNA, preferably its initiation For example, those described in U.S. Patent Nos. 5,316,931, 5,811,653, 5,589,367, and 5,866,785, which are incorporated herein by reference.
발현된 서열 태그 (EST): cDNA 클론들 및 그로부터 유도된 RNA의 하나 이상의 말단으로부터 수득된 비교적 짧은 단일 통과 DNA 서열. 그들은 5' 또는 3' 방향 중 어느 한 방향일 수 있다. EST는 특정 유전자를 확인하는데 유용하다고 보여진다.Expressed sequence tag (EST): A relatively short single-pass DNA sequence obtained from cDNA clones and at least one end of RNA derived therefrom. They may be in either the 5 'or 3' direction. EST appears to be useful in identifying specific genes.
발현: 본원에 사용된 용어는 하나 이상의 전사, 역전사 및 번역을 혼입하는 것을 의미한다.Expression: As used herein, the term is meant to include the incorporation of one or more transcription, reverse translation and translation.
기능성 유전자 프로필: 생화학적 또는 표현형 특성을 암호화하는 생물의 유전자의 집합. 생물의 기능성 유전자 프로필은 숙주 생물에서 유전자의 과발현 또는 억제에 의해 공여자 생물로부터의 핵산 서열을 스크리닝함으로써 발견된다. 기능성 유전자 프로필은 공여자 생물 유래의 핵산 서열의 집합 또는 라이브러리를 필요로 한다. 기능성 유전자 프로필은 숙주 생물에서 과발현 또는 억제를 야기하는 공여자 핵산의 집합 또는 라이브러리의 능력에 의존할 것이다. 그러므로, 기능성 유전자 프로필은 숙주 유전자의 과발현 또는 억제를 야기하거나 상동성 숙주 유전자의 부재하에 숙주 생물에서 발현될 수 있는 공여자 유전자의 양에 의존할 것이다.Functional gene profile: A set of genes of an organism that encode biochemical or phenotypic characteristics. The functional gene profile of an organism is found by screening the nucleic acid sequence from the donor organism by overexpression or inhibition of the gene in the host organism. The functional gene profile requires a collection or library of nucleic acid sequences from the donor organism. The functional gene profile will depend on the ability of the library or collection of donor nucleic acids to cause overexpression or inhibition in the host organism. Thus, the functional gene profile will depend on the amount of donor gene that can be over expressed or suppressed in the host gene or that can be expressed in the host organism in the absence of the homologous host gene.
유전자: 하나 이상의 세포 생성물을 생산하고/하거나, 하나 이상의 세포간 또는 세포내 기능을 수행하는 역할을 하는 별개의 핵산 서열.Gene: A separate nucleic acid sequence that serves to produce one or more cell products and / or perform one or more intercellular or intracellular functions.
유전자 사일런싱: 유전자 발현의 감소. 숙주의 유전자 서열을 발현하는 바이러스 벡터는 상동성 유전자 서열의 유전자 사일런싱을 유도할 수 있다.Gene silencing: reduction of gene expression. The viral vector expressing the gene sequence of the host may induce gene silencing of the homologous gene sequence.
상동성: 핵산 서열을 안티센스 방향으로 전달할 때 유전자 억제를 초래하기에 충분한 유전자 서열의 모두 또는 일부 부분에서의 핵산 유사성의 정도.Homology: The degree of nucleic acid similarity in all or part of a gene sequence sufficient to cause gene suppression when the nucleic acid sequence is delivered in antisense orientation.
숙주: 벡터 또는 바이러스 핵산과 같은 핵산을 복제할 수 있고 바이러스 벡터 또는 바이러스 핵산을 포함한 바이러스에 의해 감염될 수 있는 세포, 조직 또는 생물. 이 용어는 적당한 곳에서, 원핵 및 진핵 세포, 기관, 조직 또는 생물을포함할 의도이다. 세균, 곰팡이, 효모, 및 동물 (세포, 조직, 또는 생물)이 숙주의 예이다.Host: A cell, tissue or organism capable of replicating a nucleic acid, such as a vector or viral nucleic acid, and capable of being infected by a virus, including a viral vector or viral nucleic acid. The term is intended to include, where appropriate, prokaryotic and eukaryotic cells, organs, tissues or organisms. Bacteria, fungi, yeast, and animals (cells, tissues, or organisms) are examples of hosts.
감염: 핵산을 숙주로 전달하거나 바이러스 핵산을 숙주내로 도입하는 바이러스의 능력이며, 숙주 내에서 바이러스 핵산이 복제되고, 바이러스 단백질이 합성되고, 새로운 바이러스 입자가 조립된다. 본 내용에서, 용어 "전파성" 및 "감염성"은 본원에서 상호교환하여 사용된다. 용어는 또한 선택된 핵산 서열의 표적 생물의 게놈, 염색체 또는 유전자내로 삽입되는 능력을 포함하는 것을 의미한다.Infection: The ability of a virus to deliver nucleic acid to a host or to introduce a viral nucleic acid into a host, where the viral nucleic acid is replicated, the virus protein is synthesized, and new virus particles are assembled. In the present context, the terms " propagation " and " infectious " are used interchangeably herein. The term also includes the ability of the selected nucleic acid sequence to be inserted into the genome, chromosome or gene of the target organism.
인서트: 전형적으로 20bp 길이 초과의, 핵산 서열의 범위.Insert: A range of nucleic acid sequences, typically over 20 bp in length.
다중 유전자족: 일부 조상 유전자로부터 복제 및 변이에 의해 전해지는 유전자 셋트. 그러한 유전자는 동일한 염색체상에 함께 군집을 이루거나 상이한 염색체상에 분산될 수 있다. 다중 유전자족의 예는 히스톤, 헤모글로빈, 면역글로불린, 조직적합성 항원, 액틴, 튜불린, 케라틴, 콜라겐, 열충격 단백질, 타액 아교 단백질, 융모막 단백질, 각피 단백질, 난황 단백질, 및 파세올린을 암호화하는 것들을 포함한다.Multigene family: A set of genes transmitted by replication and mutation from some ancestral genes. Such genes may be clustered together on the same chromosome or may be dispersed on different chromosomes. Examples of multigene families include those encoding histones, hemoglobin, immunoglobulins, histocompatibility antigens, actin, tubulin, keratin, collagen, heat shock proteins, saliva glue proteins, chorionic proteins, corpus proteins, egg yolk proteins, do.
비천연: 그것이 위치한 곳에 세포 또는 생물에 정상적으로 나타나지 않는 임의의 RNA 또는 DNA 서열. 예는 재조합 바이러스 핵산 및 유전자 또는 거기에 포함된 EST를 포함한다. 즉, RNA 또는 DNA 서열은 바이러스 핵산에 대하여 비천연일 수 있다. 그러한 RNA 또는 DNA 서열은 바이러스 핵산에 천연으로 나타나지 않는다. 또한, RNA 또는 DNA 서열은 숙주 생물에 대하여 비천연일 수 있다. 즉, 그러한 RNA 또는 DNA 서열은 숙주 생물에 천연으로 나타나지 않는다.Non-native: Any RNA or DNA sequence that does not normally appear in cells or organisms where it is located. Examples include recombinant viral nucleic acids and genes or ESTs contained therein. That is, the RNA or DNA sequence may be non-canolaic for viral nucleic acid. Such RNA or DNA sequences do not naturally appear in viral nucleic acids. In addition, the RNA or DNA sequence may be non-ternary to the host organism. That is, such RNA or DNA sequences do not appear naturally in the host organism.
핵산: 본원에 사용된 용어는 1 이상의 뉴클레오티드에서 완전한 유전자 서열 이하 크기의 임의의 DNA 또는 RNA 서열을 포함하는 것을 의미한다. 용어는 특정 세포 또는 생물에 천연으로 나타나는 또는 특정 세포 또는 생물에 비천연으로 나타나는 모든 핵산을 포함할 의도이다.Nucleic acid: As used herein, the term is intended to include any DNA or RNA sequence of full gene sequence sub-size at one or more nucleotides. The term is intended to include all nucleic acids that occur naturally in a particular cell or organism or that appear non-naturally in a particular cell or organism.
관심 있는 핵산: 용어는 기능이 결정되어야 할 핵산 서열을 언급할 의도이다. 서열은 바이러스 벡터에 대하여 정상적으로 비천연일 것이나 숙주 생물에 대하여 천연이거나 비천연일 수 있다.The nucleic acid of interest: the term is intended to refer to the nucleic acid sequence whose function is to be determined. Sequences are normally non-linear with respect to viral vectors, but may be natural or non-natural to the host organism.
표현형 특성: 유전자(들)의 발현 또는 억제에 기인한, 관찰가능, 측정가능 또는 검출가능한 성질.Phenotypic characteristics: observable, measurable or detectable properties due to the expression or inhibition of the gene (s).
식물 세포: 원형질체 및 세포벽으로 구성된, 식물의 구조적 및 생리적 단위.Plant cells: Structural and physiological units of plants, consisting of protoplasts and cell walls.
식물 기관: 뿌리, 줄기, 잎 또는 배와 같은, 식물의 구별되고 가시적으로 분화된 부분.Plant organ: a distinct and visible part of a plant, such as a root, stem, leaf or stomach.
식물 조직: 식물 또는 배양물에서의 식물의 임의의 조직. 이 용어는 전체 식물, 식물 세포, 식물 기관, 원형질체, 세포 배양물, 또는 구조적 및 기능적 단위로 조직된 식물 세포의 임의의 군을 포함하기 위한 것이다.Plant tissue: Any tissue of a plant in a plant or culture. The term is intended to encompass any group of whole plants, plant cells, plant organs, protoplasts, cell cultures, or plant cells organized in structural and functional units.
양성 센스 저해: 번역될 mRNA의 적어도 일부에 실질적으로 상동성인 RNA 분자의 세포에서의 존재로 인한 유전자 발현의 세포질 저해에 기초한 유전자 조절의 유형.Positive sense inhibition: a type of gene regulation based on cytoplasmic inhibition of gene expression due to the presence of RNA molecules that are substantially homologous to at least a portion of the mRNA to be translated.
프로모터: 암호화 서열의 전사 개시에 관련된 암호화 서열에 실질적으로 인접한 5'-측면(flanking), 비암호화 서열.Promoter: A 5'-flanking, unencrypted sequence substantially contiguous to the coding sequence associated with the initiation of transcription of the coding sequence.
원형질체: 세포벽의 일부 또는 모두가 없는 분리된 식물 또는 세균 세포.Protoplast: isolated plant or bacterial cell without some or all of the cell wall.
재조합 바이러스 핵산: 비천연 핵산 서열을 포함하기 위해 변형된 바이러스 핵산. 이러한 비천연 핵산 서열은 임의의 생물 유래 또는 순수하게 합성일 수 있으나, 그들은 또한 재조합 바이러스 핵산이 도입되는 생물에 천연으로 나타나는 핵산 서열을 포함할 수 있다.Recombinant viral nucleic acid: A viral nucleic acid modified to include a non-native nucleic acid sequence. Such unnatural nucleic acid sequences may be any biologically or purely synthetic, but they may also include nucleic acid sequences that occur naturally in the organism into which the recombinant viral nucleic acid is introduced.
재조합 바이러스: 재조합 바이러스 핵산을 함유한 바이러스.Recombinant virus: a virus containing a recombinant viral nucleic acid.
서브게놈 프로모터: 바이러스 핵산의 서브게놈 mRNA의 프로모터.Subgenomic promoter: Promoter of subgenomic mRNA of viral nucleic acid.
실질적인 서열 상동성: 실질적으로 기능적으로 서로 동등한 핵산 서열을 나타낸다. 실질적인 서열 상동성을 가지는 그러한 서열 사이의 핵산 차이는 그러한 서열에 의해 암호화되는 유전자 산물 또는 RNA의 기능에 영향을 줄 때 중요하지 않다.Substantial sequence homology: Represents nucleic acid sequences that are substantially functionally equivalent to each other. Nucleic acid differences between such sequences having substantial sequence homology are not important when they affect the function of the gene product or RNA encoded by such sequence.
전신성 감염: 단순한 직접적인 세포 접종이외에 하나의 감염된 세포에서 근처 또는 거리가 먼 추가적인 세포로 수송을 포함하는 확산 기작을 포함하는 생물의 실질적인 부분을 통한 감염을 나타낸다.Systemic infection: refers to infection through a substantial portion of an organism, including a diffusion mechanism, including transport from one infected cell to a nearby or distant additional cell in addition to mere direct cell inoculation.
일시적 발현: 바이러스 벡터를 경유하는 것과 같은, 숙주 게놈내로 핵산 서열의 삽입없이 숙주 내에서의 핵산 서열의 발현.Transient expression: expression of a nucleic acid sequence in a host without the insertion of a nucleic acid sequence into the host genome, such as via a viral vector.
트랜스포존: 유전자, 염색체 또는 게놈 내에서 위치를 옮기거나 움직일 수 있는 DNA 또는 RNA 서열과 같은 핵산 서열.Transposon: A nucleic acid sequence, such as a DNA or RNA sequence, that can be moved or moved within a gene, chromosome, or genome.
본 발명은 숙주 식물에서 안티센스 또는 양성 센스 방향으로 공여자 생물에 의해 유래된 핵산 서열을 발현함으로써 숙주 식물에서 특성의 존재를 검출하는 방법을 제공한다. 특성의 존재가 표현형 변화에 의해 확인되면, cDNA 클론 또는 벡터내의 핵산 인서트의 염기서열을 결정한다. 본 발명은 공여자 생물의 핵산 서열로써 트랜스펙션된 숙주 식물에서 표현형 또는 생화학적 변화를 스크리닝함으로써 숙주 식물에서 특성의 존재를 결정하는 신속한 방법 및 핵산 서열 및 그것의 기능을 확인하는 방법을 제공한다.The present invention provides a method for detecting the presence of a property in a host plant by expressing a nucleic acid sequence derived from a donor organism in a antisense or positive sense direction in a host plant. Once the presence of the property is confirmed by phenotypic changes, the nucleotide sequence of the nucleic acid insert in the cDNA clone or vector is determined. The present invention provides a rapid method of determining the presence of a property in a host plant by screening for phenotypic or biochemical changes in a transfected host plant as a nucleic acid sequence of a donor organism and a method for identifying the nucleic acid sequence and its function.
발명의 개요Summary of the Invention
본 발명은 본질적으로 (1) 양성 또는 안티센스 방향으로 숙주 생물에 의해 유도된 서열 인서트의 라이브러리를 바이러스 벡터내로 도입하는 단계; (2) 각 인서트를 숙주 식물에서 발현하는 단계, 및 (3) 발현의 결과로 숙주 식물의 표현형 또는 생화학적 변화를 검출하는 단계가 관여된다. 숙주 식물은 단자엽 또는 쌍자엽 식물, 식물 조직 또는 식물 세포일 수 있다. 공여자 생물은 인간, 마우스, 초파리 등과 같은, 원핵생물, 원생생물, 곰팡이, 식물 또는 동물 계 유래의 종을 포함한다. 공여자 생물이 또한 식물이라면, 공여자 식물 및 숙주 식물은 전형적으로 상이한 속, 과, 목, 강, 아문, 또는 문에 속한다. 라이브러리에서 서열 인서트의 기능은 전형적으로 미지이다. 라이브러리에서 서열 인서트의 수는 약 10, 15, 20, 50, 100, 200, 500, 1000, 5000, 또는 15,000 등보다 전형적으로 크다. 각 인서트의 길이는 약 50, 100, 200, 또는 500 염기쌍보다 전형적으로 길다.The present invention relates in principle to: (1) introducing into a viral vector a library of sequence inserts derived by a host organism in a positive or antisense orientation; (2) expressing each insert in a host plant, and (3) detecting phenotypic or biochemical changes in the host plant as a result of expression. Host plants can be terminal or dicot plants, plant tissues or plant cells. Donor organisms include species derived from prokaryotes, protists, fungi, plants or animals, such as humans, mice, fruit flies, and the like. If the donor organism is also a plant, the donor plant and the host plant typically belong to different genus, tree, tree, river, moon, or gate. The function of a sequence insert in a library is typically unknown. The number of sequence inserts in the library is typically greater than about 10, 15, 20, 50, 100, 200, 500, 1000, 5000, or 15,000, The length of each insert is typically longer than about 50, 100, 200, or 500 base pairs.
더욱 구체적으로는, 본 발명은 숙주 식물의 표현형 또는 생화학을 변화시키는 방법, 숙주 식물에서 표현형 또는 생화학의 변화를 결정하는 방법, 및 숙주 식물에서 특성의 존재를 결정하는 방법에 관한 것이다. 방법은 숙주 식물에서 안티센스 또는 양성 센스 방향으로 공여자 생물의 핵산 서열을 일시적으로 발현하는 단계, 숙주 식물에서 변화를 확인하는 단계, 및 표현형 또는 생화학적 변화와 서열 발현을 연관시키는 단계를 포함한다. 핵산 서열은 숙주 생물로 트랜스펙션 전에 분리, 확인, 또는 특성규명이 될 필요가 없다.More particularly, the invention relates to a method of altering the phenotype or biochemistry of a host plant, a method of determining phenotypic or biochemical changes in a host plant, and a method of determining the presence of a property in a host plant. The method comprises transiently expressing a nucleic acid sequence of a donor organism in a host plant in the antisense or positive sense direction, identifying the change in the host plant, and correlating the phenotype or biochemical change with sequence expression. The nucleic acid sequence does not need to be isolated, identified, or characterized prior to transfection with the host organism.
본 발명은 또한 숙주 생물에서 핵산 서열 라이브러리를 일시적으로 발현시키고, 숙주 식물에서 표현형 또는 생화학적 변화를 결정하고, 그 변화와 관련된 특성을 확인하고, 그 특성과 관련된 공여자 유전자를 확인하고, 존재한다면 상동성 숙주 유전자를 확인하고, 그 서열을 그것과 관련된 표현형 또는 기능으로써 주석함으로써 기능성 유전자 프로필을 만드는 방법에 관한 것이다.The present invention also relates to a method of transiently expressing a nucleic acid sequence library in a host organism, determining a phenotypic or biochemical change in the host plant, identifying characteristics associated with the change, identifying the donor gene associated with the trait, Identifying a homologous host gene and annotating the sequence as a phenotype or function associated therewith.
본 발명은 또한 숙주 식물에서 표현형 또는 생화학적 변화에 영향을 주기 위한 방식으로 숙주 식물내에 핵산 서열을 트랜스펙션함으로써, 공여자 생물 내의 유전자를 포함하여, 핵산 서열의 기능을 결정하는 방법에 관한 것이다. 하나의구현예에서, 재조합 바이러스 핵산이 공여자의 핵산 인서트를 포함하도록 제조된다. 재조합 바이러스 핵산은 숙주 식물을 감염시키고 숙주 생물에서 내재하는 세포 유전자의 감소된 또는 증가된 발현을 일으키는 세포질에서의 안티센스 또는 양성 센스 RNA을 생산한다. 특성의 존재가 표현형 또는 생화학적 변화에 의해 확인되면, 핵산의 기능이 결정된다. cDNA 클론 또는 벡터내의 핵산 인서트가 이어서 염기서열이 결정된다. 핵산 서열은 표준 서열 분석에 의해 결정된다.The present invention also relates to a method for determining the function of a nucleic acid sequence, including a gene in a donor organism, by transfecting the nucleic acid sequence in a host plant in a manner to effect phenotypic or biochemical changes in the host plant. In one embodiment, the recombinant viral nucleic acid is prepared to include a donor nucleic acid insert. The recombinant viral nucleic acid produces antisense or positive sense RNA in the cytoplasm that infects the host plant and causes a reduced or increased expression of the cellular gene that is inherent in the host organism. Once the presence of the property is confirmed by phenotypic or biochemical changes, the function of the nucleic acid is determined. Nucleic acid inserts in cDNA clones or vectors are then sequenced. The nucleic acid sequence is determined by standard sequence analysis.
본 발명의 한 국면은 공여자 생물내의 핵산 서열을 확인하고 결정하는 방법으로, 상기 서열의 기능은 트랜스펙션된 식물에서 핵산을 발현하기에 적합한 바이러스 핵산을 통해 숙주 식물내로 핵산을 도입함으로써, 숙주 식물에서 내재하는 유전자의 기능을 잃게 하는 것이다. 이 방법은 내재하는 숙주 유전자 상동물, 예를 들면, 안티센스 RNA, 또는 양성 센스 RNA의 전사후 유전자 사일런싱의 원리를 이용한다. 특히, 이 사일런싱 기능은 공여자 생물에서 다중 유전자족을 사일런싱하는데 유용하다. 게다가, 단백질의 과생산을 초래하는 양성 센스 RNA의 과발현은 숙주에서 표현형 또는 생화학적 변화를 야기할 수 있다.One aspect of the present invention is a method for identifying and determining a nucleic acid sequence in a donor organism wherein the function of the sequence is to introduce the nucleic acid into the host plant via a viral nucleic acid suitable for expressing the nucleic acid in the transfected plant, The function of the inherent gene is lost. This method utilizes the principle of post-transcriptional gene silencing of an inherent host genetic animal, such as antisense RNA, or positive sense RNA. In particular, this silencing function is useful for silencing multigene families in donor organisms. In addition, overexpression of positive sense RNA, which results in overproduction of the protein, can lead to phenotypic or biochemical changes in the host.
본 발명의 다른 국면은 숙주 식물에서의 유전자와 동일한 기능을 가지는 공여자 생물에서의 유전자를 발견하는 것이다. 방법은 예를 들면, 인간, 마우스, 또는 초파리의 조직 또는 세포로부터 공여자 생물의 cDNA 라이브러리, 또는 게놈 DNA 라이브러리, 또는 RNA의 풀을 구축함으로써 시작한다. 이어서, 라이브러리로부터 유도된 핵산 인서트를 함유한 재조합 바이러스 핵산을 제조하고 숙주 식물을 감염시키기 위해 사용한다. 감염된 숙주 식물은 표현형 또는 생화학적 변화에 대해 조사된다. 숙주 식물에서 표현형 또는 생화학적 변화를 초래하는 재조합 바이러스 핵산이 확인되고 핵산 인서트의 서열이 표준 방법에 의해 결정된다. 공여자 생물에서 그러한 핵산 서열은 숙주 식물에서의 서열과 실질적인 서열 상동성을 가질 수 있는데, 예를 들면 핵산 서열은 공여자와 숙주 식물 사이에 보존된다. 핵산 서열이 결정되면, 그것은 표지될 수 있고 공여자 생물로부터 전체 길이 cDNA를 분리하기 위한 프로브로서 사용될 수 있다. 본 발명은 공여자 생물 핵산의 기능 및 서열을 밝히는 신속한 수단을 제공하고; 그렇게 신속하게 확장되는 정보는 이어서 게놈학의 분야에 이용될 수 있다.Another aspect of the present invention is to find a gene in a donor organism having the same function as a gene in a host plant. The method begins by constructing a pool of cDNA libraries, or genomic DNA libraries, or RNAs of donor organisms from, for example, tissues or cells of a human, mouse, or fruit fly. The recombinant viral nucleic acid containing the nucleic acid insert derived from the library is then prepared and used to infect the host plant. Infected host plants are examined for phenotypic or biochemical changes. Recombinant viral nucleic acids that result in phenotypic or biochemical changes in the host plant are identified and the sequence of the nucleic acid insert is determined by standard methods. Such a nucleic acid sequence in a donor organism may have substantial sequence homology to the sequence in the host plant, for example the nucleic acid sequence is conserved between the donor and the host plant. Once the nucleic acid sequence is determined, it can be labeled and used as a probe to isolate the full-length cDNA from the donor organism. The present invention provides a rapid means of identifying the function and sequence of a donor bio-nucleic acid; Information that expands so rapidly can then be used in the field of genomics.
본 발명의 다른 국면은 곡물 작물의 수확량을 증가시키는 방법에 관한 것이다. 방법은 곡물 작물 내에서 안티센스 또는 양성 센스 방향으로 공여자 식물의 핵산 서열을 일시적으로 발현하는 것을 포함하는데, 상기 발현은 곡물 작물의 저해된 성장 및 증가된 종자 생산을 초래한다. 바람직한 방법은 핵산 서열을 식물 바이러스 벡터에 클로닝하고 곡물 작물을 상기 핵산 서열을 함유한 재조합 바이러스 핵산으로써 감염시키는 단계를 포함한다.Another aspect of the invention relates to a method for increasing the yield of grain crops. The method involves transiently expressing a nucleic acid sequence of a donor plant in the antisense or positive sense direction in a grain crop, which results in inhibited growth and increased seed production of the grain crop. A preferred method involves the step of cloning a nucleic acid sequence into a plant viral vector and infecting the crop with a recombinant viral nucleic acid containing said nucleic acid sequence.
본 발명의 다른 국면은 상이한 식물에서 동일한 기능을 가지는 유전자를 발견하는 것이다. 방법은 첫번째 식물의 cDNA, 게놈 DNA 라이브러리, 또는 RNA 풀로써 시작한다. 이어서, 라이브러리로부터 유도된 핵산 인서트를 함유한 재조합 바이러스 핵산을 제조하고 상이한 숙주 식물을 감염시키는데 사용한다. 감염된 숙주 식물을 표현형 또는 생화학적 변화에 대해 조사한다. 숙주 식물에서 표현형 또는 생화학적 변화를 일으키는 재조합 바이러스 핵산을 확인하고 핵산인서트의 서열을 표준 방법으로 결정한다. 첫번째 식물에서의 그러한 핵산 서열은 숙주 식물의 서열과 실질적인 서열 상동성을 가지며: 핵산 서열은 두 식물체 사이에 보존된다. 본 발명은 관심 있는 핵산의 기능 및 서열을 밝히는 신속한 수단을 제공하며; 그러한 신속하게 확장되는 정보는 이어서 게놈학의 분야에서 이용될 수 있다.Another aspect of the invention is to find genes with the same function in different plants. The method starts with the first plant cDNA, genomic DNA library, or RNA pool. The recombinant viral nucleic acid containing the nucleic acid insert derived from the library is then prepared and used to infect different host plants. Infected host plants are examined for phenotypic or biochemical changes. Identify recombinant viral nucleic acids that cause phenotypic or biochemical changes in host plants and determine the sequence of nucleic acid inserts by standard methods. Such a nucleic acid sequence in the first plant has substantial sequence homology with the sequence of the host plant: the nucleic acid sequence is conserved between the two plants. The present invention provides a rapid means of revealing the function and sequence of a nucleic acid of interest; Such rapidly expanding information can then be used in the field of genomics.
본 발명의 다른 국면은 숙주 식물에서 인간 단백질을 생산하는 것이다. 인간 및 숙주 식물로부터 유사한 기능의 핵산을 분리하고 확인한 후에, DNA로부터 유도된 아미노산 서열을 비교한다. 식물 핵산 서열을 인간 단백질과 동일한 아미노산 서열을 암호화하도록 변화시킨다. 핵산 서열은 위치지정 돌연변이 또는 중합효소 기재 DNA 합성과 같은 임의의 종래의 방법에 따라 변화될 수 있다.Another aspect of the invention is the production of human proteins in host plants. After isolating and identifying nucleic acids of similar function from human and host plants, the amino acid sequences derived from the DNA are compared. The plant nucleic acid sequence is changed to encode the same amino acid sequence as the human protein. The nucleic acid sequence may be changed according to any conventional method such as site-directed mutagenesis or polymerase-based DNA synthesis.
숙주 식물은 식용 작물, 종자 작물, 오일 작물, 관상용 작물 및 임업 작물과 같은 상업적으로 관심 있는 식물을 포함한다. 예를 들면, 밀, 벼, 옥수수, 감자, 보리, 담배, 대두 캐놀라, 옥수수 (maize), 오일종자 평지, 아라비돕시스, 니코티아나 (Nicotiana)를 숙주 식물로서 선택할 수 있다. 특히, 재조합 바이러스 핵산을 포함한 바이러스에 의해 감염될 수 있는 숙주 식물이 바람직하다.Host plants include commercially interested plants such as edible crops, seed crops, oil crops, ornamental crops, and forestry crops. For example, wheat, rice, corn, potato, barley, tobacco, soybean canola, maize, oilseed rape, arabic acid, Nicotiana can be selected as host plants. In particular, host plants that can be infected by viruses, including recombinant viral nucleic acids, are preferred.
식물 바이러스 벡터는 천연 또는 비천연 서브게놈 프로모터, 외피 단백질 암호화 서열, 및 하나 이상의 비천연 핵산 서열을 함유할 수 있다. 본 발명에 따라 사용되는 일부의 바이러스 벡터는 재조합 바이러스에 의해 암호화되는 외피 단백질에 의해 포막될 수 있다. 재조합 바이러스 핵산은 숙주 식물에서 복제될 수 있고, 숙주 식물에서 비천연 핵산의 전사 또는 발현으로 표현형 또는 생화학적변화를 일으킬 수 있다. 숙주 식물에서 핵산의 국부적인 또는 전신성 발현을 야기하기에 유용한 임의의 적합한 벡터 구축물은 본 발명의 범주 내에 있다.The plant virus vector may contain a natural or non-native subgenomic promoter, a coat protein coding sequence, and one or more non-native nucleic acid sequences. Some viral vectors used in accordance with the present invention may be encapsulated by a coat protein encoded by a recombinant virus. The recombinant viral nucleic acid can be replicated in the host plant and can cause phenotypic or biochemical changes in the host plant by transcription or expression of the non-native nucleic acid. Any suitable vector construct useful for causing local or systemic expression of a nucleic acid in a host plant is within the scope of the present invention.
하기 실시예는 본 발명을 더욱이 예증한다. 이 실시예는 단지 본 발명을설명하기 위한 것으로, 이를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.The following examples further illustrate the present invention. This embodiment is for illustrative purposes only and should not be construed as limiting the same.
실시예 1Example 1
이중 서브게놈 프로모터 벡터 내의 아라비돕시스 탈리아나 cDNA 라이브러리 구축Construction of Arabidopsis thaliana cDNA library in double subgenomic promoter vector
아라비돕시스 탈리아나 cDNA 라이브러리는 아라비돕시스 생물학 자원 센터 (ABRC)로부터 수득되었다. ABRC로부터의 4개의 라이브러리를 0.5-1kb (CD4-13), 1-2kb (CD4-14), 2-3kb (CD4-15), 및 3-6kb (CD4-16)의 인서트로 크기별 분획하였다. 모든 라이브러리는 고 품질이고, 유전자를 분리하기 위해 몇 다스 군에 의해 사용되었다. Lambda ZAP II 벡터 유래의 pBluescript파아지미드를 대량으로 절단하여, 라이브러리를 표준 절차에 따라 플라스미드로서 회수하였다.The Arabidopsis thaliana cDNA library was obtained from the Arabidopsis Biology Resource Center (ABRC). Four libraries from ABRC were size-sorted by inserts of 0.5-1 kb (CD4-13), 1-2 kb (CD4-14), 2-3 kb (CD4-15), and 3-6 kb (CD4-16). All libraries are high quality and used by dozens of families to isolate genes. PBluescript from Lambda ZAP II vector The phageomide was cut in bulk and the library was recovered as a plasmid according to standard procedures.
대안적으로, CD4-13 (Lambda ZAP II 벡터) 내의 cDNA 인서트는 NotI으로 절단하여 회수하였다. 대개의 경우에 NotI으로의 절단은, 원래의 라이브러리가 NotI 어댑터로써 조립되기 때문에 완전한 아라비돕시스 탈리아나 cDNA 인서트를 유리하였다. NotI은 식물 DNA 를 드물게 절단하는 8-염기 절단기이다. NotI 절편을 전사 플라스미드내로 삽입하기 위해, pBS735 전사 플라스미드 (도 1)를 PacI/XhoI으로 절단하고, 올리고뉴클레오티드 5'-TCGAGCGGCCGCAT-3'(서열 번호:1) 및 5'-GCGGCCGC-3' 로부터 생성된 어댑터 DNA 서열에 연결하였다. 생성되는 플라스미드 pBS740 (도 2)는 CD4-13 라이브러리로부터의 NotI 절편의 양방향 삽입을 위해 하나의 NotI 제한효소 자리를 함유한다. 회수된 콜로니를 Qiagen BioRobot 9600로써 플라스미드 미니제조를 위해 이것으로부터 준비한다.BioRobot 9600상에서 수행된 플라스미드 DNA 제조는 96-웰 포맷에서 행하고 전사 품질의 DNA를 수득한다. 아라비돕시스 cDNA 라이브러리를 플라스미드내로 형질전환하고 인서트를 가진 클론을 확인하기 위해 아가로오스 겔 전기영동으로 분석하였다. 인서트를 가진 클론을 시험관 내에서 전사하고 니코티아나 벤타미아나 또는 아라비돕시스 탈리아나에 접종하였다. 트랜스펙션된 식물로부터 선택된 잎 디스크를 이어서 생화학 분석을 위해 취했다.Alternatively, cDNA inserts in CD4-13 (Lambda ZAP II vector) were digested with NotI and recovered. In most cases, cleavage into NotI favored a complete Arabidopsis thaliana cDNA insert because the original library was assembled as a NotI adapter. NotI is an 8-base cutter that rarely cleaves plant DNA. To insert the NotI fragment into the transcription plasmid, the pBS735 transcription plasmid (Figure 1) was digested with PacI / XhoI and generated from the oligonucleotides 5'-TCGAGCGGCCGCAT-3 '(SEQ ID NO: 1) and 5'-GCGGCCGC-3'Lt; / RTI > adapter DNA sequence. The resulting plasmid, pBS740 (Figure 2) contains one NotI restriction site for bi-directional insertion of the NotI fragment from the CD4-13 library. The recovered colonies were collected on a Qiagen BioRobot 9600 From this for preparation of plasmid minis. The BioRobot 9600 Lt; RTI ID = 0.0 > 96-well < / RTI > format and obtain DNA of transcriptional quality. The Arabidopsis cDNA library was transformed into plasmids and analyzed by agarose gel electrophoresis to identify clones with inserts. Clones with inserts were transplanted in vitro and inoculated into Nicotiana benthamiana or Arabidopsis thaliana. Leaf disks selected from transfected plants were then taken for biochemical analysis.
실시예 2Example 2
재조합 바이러스 핵산 벡터내의 게놈 DNA 라이브러리 구축Genomic DNA library construction in recombinant viral nucleic acid vector
BAC (세균 인공 염색체) 또는 YAC (효모 인공 염색체) 라이브러리에서 나타나는 게놈 DNA는 아라비돕시스 생물학 자원 센터 (ABRC)로부터 수득되었다. BAC/YAC DNA를 기계적으로 크기 분획하고, 점착말단을 가진 어댑터에 연결하고, 재조합 바이러스 핵산 벡터내로 숏건 클로닝하였다. 대안적으로, 기계적으로 크기 분획된 게놈 DNA를 재조합 바이러스 핵산 벡터내에 평활말단 연결시킨다. 회수된 콜로니를 Qiagen BioRobot 9600로써 플라스미드 미니제조를 위해 준비한다. BioRobot 9600상에서 수행된 플라스미드 DNA 제조는 96-웰 포맷에서 조립하고 전사 품질의 DNA를 수득한다. 인서트를 가진 클론을 확인하기 위해 재조합 바이러스 핵산/아라비돕시스 게놈 DNA 라이브러리를 아가로오스 겔 전기영동 (주형 품질 조절 단계)으로 분석한다. 인서트를 가진 클론을 시험관 내에서 전사하고 니코티아나 벤타미아나 및/또는 아라비돕시스 탈리아나에 접종하였다.트랜스펙션된 식물로부터 선택된 잎 디스크를 이어서 생화학 분석을 위해 취했다.Genomic DNA appearing in the BAC (bacterial artificial chromosome) or YAC (yeast artificial chromosome) library was obtained from the Arabidopsis Biology Resource Center (ABRC). The BAC / YAC DNA was mechanically size-fractionated, ligated to an adapter with an adherend end, and cloned into a recombinant viral nucleic acid vector. Alternatively, the mechanically sized genomic DNA is blunt end ligated into the recombinant viral nucleic acid vector. The recovered colonies were collected on a Qiagen BioRobot 9600 To prepare plasmid mini. BioRobot 9600 Lt; RTI ID = 0.0 > 96-well < / RTI > format and obtained DNA of transcriptional quality. The recombinant viral nucleic acid / Arabidopsis genomic DNA library is analyzed by agarose gel electrophoresis (template quality control step) to identify clones with inserts. Clones with inserts were transplanted in vitro and inoculated into Nicotiana benthamiana and / or Arabidopsis thaliana. Leaf disks selected from transfected plants were then taken for biochemical analysis.
아라비돕시스의 게놈 DNA는 전형적으로 평균하여 2.5kb (킬로염기) 유전자를 함유한다. DNA의 무작위 전단에 의해 수득된 0.5 내지 2.5kb의 게놈 DNA 절편을 재조합 바이러스 핵산 발현/녹아웃 벡터 라이브러리 내에 숏건 조립하였다. 아라비돕시스의 게놈 크기가 대략 120,000kb 로 주어지면, 무작위 재조합 바이러스 핵산 게놈 DNA 라이브러리는 아라비돕시스 게놈의 1회 범위를 달성하기 위해 최소한 2.5kb 크기의 48,000 독립적인 인서트를 포함할 필요가 있다. 대안적으로, 무작위 재조합 바이러스 핵산 게놈 DNA 라이브러리는 아라비돕시스 게놈의 1회 범위를 달성하기 위해 최소한 0.5kb 크기의 240,000 독립적인 인서트를 포함할 필요가 있다. cDNA 보다 게놈 DNA로부터 재조합 바이러스 핵산 발현/녹아웃 벡터 라이브러리를 조립하는 것은 cDNA 라이브러리에서 희귀하고 낮은 빈도를 갖는 mRNA를 클로닝하고자 할 때 만나는 공지의 어려움을 극복할 잠재력을 가진다. 게놈 DNA로써 제조된 재조합 바이러스 핵산 발현/녹아웃 벡터 라이브러리는 유전자 사일런싱 녹아웃 라이브러리로서 특히 유용할 것이다. 게다가, 게놈 DNA로써 제조된 이중의 이종성 서브게놈 프로모터 발현 시스템 (DHSPES) 발현/녹아웃 벡터 라이브러리는 인트론이 없는 유전자의 발현에 특히 유용할 것이다. 더욱이, 중간 내지 작은 게놈 (예를 들면, 장미, 대략 80,000kb)을 가진 다른 식물 종은 게놈 DNA로써 제조된 재조합 바이러스 핵산 발현/녹아웃 벡터 라이브러리에 대해 특히 유용할 것이다. 재조합 바이러스 핵산 발현/녹아웃 벡터 라이브러리는 존재하는 BAC/YAC 게놈 DNA 또는 임의의 식물 종에 대한 새로 제조된 게놈 DNA로부터 제조될 수 있다.The genomic DNA of Arabidopsis typically contains a 2.5 kb (kilo base) gene on average. Genomic DNA fragments of 0.5 to 2.5 kb obtained by random shearing of DNA were shorthornly assembled into a recombinant viral nucleic acid expression / knockout vector library. Given that the genome size of Arabidopsis is approximately 120,000 kb, the randomized recombinant viral nucleic acid genomic DNA library needs to include 48,000 independent inserts of at least 2.5 kb in size to achieve a single range of Arabidopsis genome. Alternatively, a randomized recombinant viral nucleic acid genomic DNA library needs to include 240,000 independent inserts of at least 0.5 kb in size to achieve a single range of Arabidopsis genome. Assembling the recombinant viral nucleic acid expression / knockout vector library from the genomic DNA rather than the cDNA has the potential to overcome the known difficulties encountered when attempting to clone a rare and low frequency mRNA in a cDNA library. Recombinant viral nucleic acid expression / knockout vector libraries prepared with genomic DNA will be particularly useful as gene silencing knockout libraries. In addition, the dual heterologous subgenomic promoter expression system (DHSPES) expression / knockout vector library prepared with genomic DNA would be particularly useful for the expression of intronless genes. Moreover, other plant species with medium to small genomes (e. G., Roses, approximately 80,000 kb) would be particularly useful for recombinant viral nucleic acid expression / knockout vector libraries prepared with genomic DNA. Recombinant viral nucleic acid expression / knockout vector libraries can be prepared from existing BAC / YAC genomic DNA or newly prepared genomic DNA for any plant species.
실시예 3Example 3
DHSPES 벡터 내의 게놈 DNA 또는 cDNA 라이브러리 구축, 및 상기 벡터 라이브러리의 개개의 클론의 T-DNA 표지 또는 트랜스포존 표지된 또는 돌연변이된 식물로의 트랜스펙션Construction of a genomic DNA or cDNA library in the DHSPES vector, and transfection of the individual clones of the vector library to T-DNA markers or transposons labeled or mutated plants
재조합 바이러스 핵산 벡터 내의 게놈 DNA 또는 cDNA 라이브러리 구축, 및 상기 벡터 라이브러리의 개개의 클론의 T-DNA 표지된 또는 트랜스포존 표지된 또는 돌연변이된 식물로의 트랜스펙션을 실시예 1 및 2에 설명된 절차에 따라 수행할 수 있다. 그러한 절차는 T-DNA 서열 또는 트랜스포존 서열의 무작위 삽입 돌연변이생성에 의해 도입된 돌연변이를 보충하기 위해 쉽게 고안될 수 있다.Construction of a genomic DNA or cDNA library in a recombinant viral nucleic acid vector and transfection of the individual clones of said vector library into T-DNA labeled or transposon labeled or mutated plants are carried out as described in the procedures described in Examples 1 and 2 . Such procedures can be readily devised to complement mutations introduced by random insertion mutagenesis of T-DNA sequences or transposon sequences.
실시예 4Example 4
니코티아나 벤타미아나 cDNA 라이브러리의 구축Construction of Nicotiana bentamiana cDNA library
영양체 니코티아나 벤타미아나 식물을 파종후 3.3 주에 수확하고, 잎, 줄기 및 뿌리의 3군의 조직으로 얇게 썰었다. 각 조직 군을 액체 질소에서 순간 냉동시키고 총 RNA를 하기 고온 보레이트 방법을 사용하여 별개로 각 군으로부터 분리하였다. 냉동시킨 조직을 미리 냉각시킨 막자사발 및 막자로써 미세 분말로 갈고, 이어서 추가로 미리 냉각된 유리 조직 분쇄기에서 균질화하였다. 그 후에 즉시, 2.5ml/g 조직을 뜨거운 (∼82℃) XT 완충액 (0.2M 보레이트 데카히드레이트, 30mM EGTA, 1%(w/v) SDS)에 첨가하였다. 5N NaOH로써 pH를 9.0으로 조정하고, 0.1% DEPC로써 처리하고, 오토클레이브하였다. 사용 전에, 1% 데옥시콜레이트 (나트륨염), 10mM 디티오트레이톨, 15 Nonidet P-40 (NP-40) 및 2%(w/v) 폴리비닐피롤리돈, MW 40,000 (PVP-40)을 분쇄된 조직에 첨가하였다. 조직을 1-2분 균질화하고 DEPC 처리된 물 중에 105㎕의 20mg/ml proteinase K를 함유한 미리 냉각된 Oak Ridge 원심분리 튜브에 신속하게 따랐다. 조직 분쇄기를 g 조직당 추가의 1ml 뜨거운 XT 완충액으로써 헹구고, 이어서 이 완충액을 나머지 균질물에 첨가하였다. 균질물을 1.5시간 동안 100rpm, 42℃에서 인큐베이션하였다. 2M KCl을 최종 농도가 160mM이 되도록 균질물에 첨가하고, 혼합물을 단백질을 침전시키기 위해 1시간 동안 얼음에서 인큐베이션하였다. 균질물을 4℃에서 20분 동안 12,000 x g에서 원심분리하고, 상징액을 멸균된 미라클로스를 통해 깨끗한 50ml Oak Ridge 원심분리 튜브로 여과시켰다. 8M LiCl을 최종 농도가 2M LiCl이 되도록 첨가하고 밤새 얼음에서 인큐베이션하였다. 침전된 RNA를 4℃에서 20분 동안 12,000 x g에서 원심분리하여 수집했다. 펠렛을 3-5ml 4℃ 2M LiCl 중에 3회 세척하였다. 매번 펠렛을 유리막대로써 재현탁시키고 이어서 4℃에서 20분 동안 12,000 x g에서 원심분리하였다. RNA 펠렛을 2ml 10mM Tris-HCl (pH 7.5)에서 현탁시키고, 불용성 세포 성분으로부터 4℃에서 20분 동안 12,000 x g에서 원심분리하여 정제하였다. 상징액을 함유한 RNA를 15ml Corex 튜브에 옮기고 2.5 부피의 100% 에탄올로써 -20℃에서 밤새 침전시켰다. RNA를 4℃에서 30분 동안 9,800 x g에서 원심분리하여 펠렛화시켰다. RNA 펠렛을 1-2ml 냉각 70% 에탄올 중에 세척하고 4℃에서 5분 동안 9,800 x g에서 원심분리하였다. 잔류 에탄올을 진공 하에 RNA 펠렛으로부터 제거하고, RNA를 200㎕ DEPC 처리된 이차 증류수중에 재현탁시키고 1.5ml 원심분리 튜브에 옮겼다. Corex 튜브를 100㎕ DEPC 처리된 이차 증류수에서 헹구고, 이어서 나머지 RNA에 첨가하였다. RNA를 이어서 1-2시간 동안 -20℃에서 1/10 부피의 3M 소듐 아세테이트, pH 6.0 및 2.5 부피의 냉각 100% 에탄올로써 침전시켰다. 튜브를 16,000 x g에서 20분 동안 원심분리하고, RNA 펠렛을 냉각 70% 에탄올로 세척하고, 16,000 x g에서 5분 동안 원심분리하였다. 펠렛을 진공하에 건조시킨 후, RNA를 DEPC 처리된 물 중에 재현탁시켰다. 이것이 총 RNA이다.Nutrient Nicotiana botendamiana plants were harvested at 3.3 weeks after sowing and sliced into three groups of tissues: leaves, stems and roots. Each tissue group was instantaneously frozen in liquid nitrogen and total RNA was isolated from each group separately using the following hot borate method. The frozen tissue was ground into fine powder with pre-cooled mortar and pestle, and then homogenized in a further pre-cooled glassy tissue mill. Immediately thereafter, 2.5 ml / g tissue was added to hot (~ 82 ° C) XT buffer (0.2 M borate decahydrate, 30 mM EGTA, 1% (w / v) SDS). The pH was adjusted to 9.0 with 5 N NaOH, treated with 0.1% DEPC and autoclaved. Before use, 1% deoxycholate (sodium salt), 10 mM dithiothreitol, 15 Nonidet P-40 (NP-40) and 2% (w / v) polyvinylpyrrolidone, MW 40,000 (PVP- Was added to the milled tissue. Tissues were homogenized for 1-2 minutes and quickly poured into pre-cooled Oak Ridge centrifuge tubes containing 105 μl of 20 mg / ml proteinase K in DEPC-treated water. The tissue mill was rinsed with an additional 1 ml of hot XT buffer per g tissue, and this buffer was then added to the remaining homogenate. The homogenates were incubated at 100 rpm, 42 [deg.] C for 1.5 hours. 2M KCl was added to the homogenate to a final concentration of 160mM and the mixture was incubated on ice for 1 hour to precipitate the protein. The homogenate was centrifuged at 12,000 x g for 20 minutes at 4 DEG C, and the supernatant was filtered through sterile Miraclose through a clean 50 mL Oak Ridge centrifuge tube. 8M LiCl was added to a final concentration of 2M LiCl and incubated on ice overnight. The precipitated RNA was collected by centrifugation at 12,000 x g for 20 minutes at 4 ° C. The pellet was washed three times in 3-5 ml of 4 ° C 2M LiCl. Each time the pellet was resuspended with a glass rod and then centrifuged at 12,000 x g for 20 minutes at 4 ° C. The RNA pellet was suspended in 2 ml 10 mM Tris-HCl (pH 7.5) and purified from insoluble cell components by centrifugation at 12,000 x g for 20 min at 4 [deg.] C. RNA containing the supernatant was transferred to a 15 ml Corex tube and precipitated overnight at -20 ° C with 2.5 volumes of 100% ethanol. RNA was pelleted by centrifugation at 9,800 x g for 30 minutes at 4 < 0 > C. The RNA pellet was washed in 1-2 ml of cold 70% ethanol and centrifuged at 9,800 x g for 5 minutes at 4 < 0 > C. Residual ethanol was removed from the RNA pellet under vacuum, and the RNA was resuspended in 200 μl DEPC-treated secondary distilled water and transferred to a 1.5 ml centrifuge tube. Corex tubes were rinsed in 100 占 퐇 DEPC treated secondary distilled water and then added to the remaining RNA. The RNA was then precipitated with 1/10 volume of 3M sodium acetate, pH 6.0 and 2.5 volumes of cold 100% ethanol at -20 ° C for 1-2 hours. The tubes were centrifuged at 16,000 x g for 20 minutes, and the RNA pellet was washed with cold 70% ethanol and centrifuged at 16,000 x g for 5 minutes. After drying the pellet under vacuum, the RNA was resuspended in DEPC-treated water. This is total RNA.
전령 RNA를 제조자의 지시를 따라서, Poly(A) Pure 키트 (Ambion, Austin TX)를 사용하여 총 RNA로부터 정제하였다. 역전사 반응을 Stratagene (La Jolla, CA) 또는 Gibco BRL (Gaithersburg, MD) cDNA 클로닝 키트를 사용하여, mRNA 주형으로부터 cDNA를 합성하기 위해 사용하였다. Stratagene 라이브러리에 대해, cDNA를 제조자의 지시에 따라서, Gigapack III Gold 키트 (Stratagene, La Jolla, CA)를 사용하여 팔을 연결함으로써 EcoRI/XhoI 자리에서 박테리오파아지내로 서브클로닝하였다. Gibco BRL 라이브러리에 대해, cDNA를 NotI/XhoI 자리에서 TMV-U1 및 TMV-U5의 융합을 포함한 토바모바이러스 벡터내로 서브클로닝하였다.Messenger RNA was purified from total RNA using the Poly (A) Pure kit (Ambion, Austin TX) following the manufacturer's instructions. The reverse transcription reaction was used to synthesize cDNA from the mRNA template using a Stratagene (La Jolla, CA) or Gibco BRL (Gaithersburg, MD) cDNA cloning kit. For the Stratagene library, the cDNA was subcloned into the bacteriophage at the EcoRI / XhoI site by linking arms using the Gigapack III Gold kit (Stratagene, La Jolla, Calif.) According to the manufacturer's instructions. For the Gibco BRL library, cDNA was subcloned into tovomovirus vectors containing the fusion of TMV-U1 and TMV-U5 at the NotI / XhoI site.
실시예 5Example 5
양성 센스 방향으로 트랜스펙션된 식물에서의 차이니즈 오이 cDNA 클론 pQ21D의 발현은 그것이 알파-트리코산틴을 암호화한다는 것을 확인한다.Expression of Chinese cucumber cDNA clone pQ21D in plants transfected in the positive sense direction confirms that it encodes alpha-tricosanthin.
우리는 트랜스펙션된 식물에서 알파-트리코산틴을 발현시키는 식물 바이러스벡터를 개발하였다. 게놈 클론 SEO로부터, 알파-트리코산틴에 대한 개방형해독틀(ORF)는 TMV 외피 단백질 서브게놈 프로모터의 조절하에 위치하였다. TTU51A QSEO #3 (도 3; 서열 번호 2 로서 핵산 서열 및 서열 번호 3으로서 아미노산 서열)로부터의 감염성 RNA를 SP6 DNA-의존성 RNA 중합효소를 사용하여 시험관 내에서의 전사에 의해 제조하고, 니코티아나 벤타미아나를 기계적으로 접종하기 위해 사용한다. 하이브리드 바이러스는 국부적 손상 감염성 검정 및 PCR 증폭에 의해 확인된 것처럼, 모든 비접종된 상단 잎에 확산된다. 바이러스 증상은 부드러운 황백화 및 전신성 잎의 뒤틀림과 함께 식물 생장저지로 구성된다. 27kDa 알파-트리코산틴은 상단 잎에 축적되고 (접종 후 14일), 항트리코산틴 항체와 교차반응하였다.We have developed a plant virus vector that expresses alpha-tricoxanthin in transfected plants. From the genomic clone SEO, the open reading frame (ORF) for alpha-trichosanthin was located under the control of the TMV envelope protein subgenome promoter. TTU51A Infectious RNA from QSEO # 3 (FIG. 3: nucleic acid sequence as SEQ ID NO: 2 and amino acid sequence as SEQ ID NO: 3) was prepared by in vitro transcription using SP6 DNA-dependent RNA polymerase, I use it to mechanically inoculate my child. Hybrid viruses spread to all non-inoculated top leaves, as confirmed by local damage infectivity assays and PCR amplification. Viral symptoms consist of mild yellowing and systemic leaf distortion and plant growth inhibition. 27 kDa alpha-tricoxanthin accumulated on the upper leaf (14 days after inoculation) and cross-reacted with anti-tricosanthin antibody.
플라스미드 구축Plasmid construction
알파-트리코산틴 암호화 서열을 포함한 0.88kb XhoI, AvrII 절편을 트리코산테스 키리로위 막시모윅스(Trichosanthes kirilowii Maximowicz)로부터 분리된 게놈 DNA로부터 올리고뉴클레오티드 QMIX: 5'-GCC TCG AGT GCA GCA TGA TCA GAT TCT TAG TCC TCT CTT TGC-3' (상류)(서열 번호 4) 및 Q1266A 5'-TCC CTA GGC TAA ATA GCA TAA CTT CCA CAT CAA AGC-3' (하류)(서열 번호 5)를 사용하여 PCR 돌연변이유발에 의해 증폭하였다. 알파-트리코산틴 개방형해독틀을 디데옥시 염기서열 결정에 의해 확인하였고, TTU51A내로 서브클로닝함으로써 TMV-U1 외피 단백질 서브게놈 프로모터의 조절하에 위치하고, 플라스미드 TTU51A QSEO #3를 생성하였다.The 0.88 kb XhoI, AvrII fragment containing the alpha-trichosanthin coding sequence was amplified from the genomic DNA isolated from Trichosanthes kirilowii Maximowicz by the oligonucleotide QMIX: 5'-GCC TCG AGT GCA GCA TGA TCA GAT (SEQ ID NO: 4) and Q1266A 5'-TCC CTA GGC TAA ATA GCA TAA CTT CCA CAT CAA AGC-3 '(downstream) (SEQ ID NO: 5) And amplified by induction. The alpha-tricoxanthin open reading frame was identified by dideoxy sequencing and was located under the control of the TMV-U1 envelope protein subgenomic promoter by subcloning into TTU51A to generate the plasmid TTU51A QSEO # 3.
시험관 내 전사, 접종, 및 트랜스펙션된 식물의 분석Analysis of in vitro transcription, inoculation, and transfected plants
니코티아나 벤타미아나 식물에 KpnI-절단된 TTU51A QSEO #3의 시험관 내 전사체를 접종하였다. 비리온을 TTU51A QSEO #3 전사체로써 감염된 니코티아나 벤타미아나 잎으로부터 분리하였다.Nicotiana benthamiana plants were inoculated with the in vitro transfectants of KpnI-cleaved TTU51A QSEO # 3. Virion was isolated from infected Nicotiana benthamiana leaf with TTU51A QSEO # 3 transcript.
알파-트리코산틴의 정제, 면역학적 검출, 및 시험관 내 검정Purification, < RTI ID = 0.0 > immunological < / RTI > detection, and in vitro testing of alpha-
접종 후 2주에, 총 가용성 단백질을 상단의 접종되지 않은 니코티아나 벤타미아나 잎 조직으로부터 분리하고 알파-트리코산틴 항체에 대한 교차반응성으로부터 검정하였다. 전신성으로 감염된 조직의 단백질을 0.1% SDS/12.5% 폴리아크릴아미드 겔 상에서 분석하고 니트로셀룰로오스 막에 1시간 동안 전기블롯팅에 의해 옮겼다. 블롯팅된 막을 2000배 희석의 염소 항-알파-트리코산틴 항혈청으로 1시간 동안 처리하였다. 증가된 화학발광 겨자무 과산화효소 연결된 토끼 항-염소 IgG 검정 (Cappel Laboratories)을 제조자 (Amersham)의 설명서에 따라 수행하였다. 블롯팅된 막을 10초 동안까지 필름 노출을 시켰다. 블롯팅된 막의 더 짧은 발광 노출 시간 및 긴 화학발광 노출 시간은 동일한 정량적인 결과를 주었다.At 2 weeks after inoculation, the total soluble protein was separated from the upper non-inoculated Nicotiana benthamiana leaf tissue and assayed for cross reactivity against alpha-tricoxanthin antibody. Systemically infected tissue proteins were analyzed on 0.1% SDS / 12.5% polyacrylamide gels and transferred to nitrocellulose membranes by electroblotting for 1 hour. The blotted membranes were treated with goat anti-alpha-trichosanthin antiserum for 2000 hr dilution for 1 hour. Increased chemiluminescence mustard radish peroxidase linked rabbit anti-goat IgG assays (Cappel Laboratories) were performed according to the manufacturer's instructions (Amersham). The blotted film was exposed for 10 seconds. The shorter luminescent exposure times and the longer chemiluminescent exposure times of the blotted films gave the same quantitative results.
실시예 6Example 6
양성 센스 방향으로 트랜스펙션된 식물에서의 피망 cDNA의 발현은 그것이 캡산틴-캡소루빈 합성효소를 암호화한다는 것을 확인한다.Expression of the bell pepper cDNA in the plant transfected in the positive sense direction confirms that it encodes capsanthin-capsorubin synthase.
니코티아나 벤타미아나에서 잎 카로티노이드의 생합성을 RNA 바이러스 벡터를 사용하여, 비천연 잡색체-특이적인 크산토필인 캡산틴의 합성 경로의 순서를 다시 정함으로써 변경하였다. 캡산틴-캡소루빈 합성효소 (Ccs)를 암호화하는cDNA를 토바모바이러스 서브게놈 프로모터의 전사 조절하에 두었다. Ccs를 발현하는 트랜스펙션된 식물의 잎은 오렌지 표현형을 나타냈고 높은 수준의 캡산틴을 축적하였다. 이 현상은 틸라코이드 막 뒤틀림 및 그라나 스태킹의 감소와 연관있다. 잡색체에서 우세한 상황과 대조적으로, 캡산틴은 에스테르화되지 않았고 그것의 증가된 수준은 주요 잎 크산토필의 동시의 감소에 의해 균형을 이루었는데, 이는 엽록체 카로티노이드 조성의 자가조절을 제시한다. 캡산틴은 배타적으로 삼합체 및 단량체의 광계 II의 광-수확 복합체로 보충된다. 고등 식물 안테나 복합체가 비천연 카로티노이드를 수용할 수 있다는 이 증명은 카로티노이드의 합당한 고안에 의해 광합성 막의 기능적 재모델링에 대한 강제적인 증거를 제공한다.The biosynthesis of leaf carotenoids in Nicotiana bentamiana was altered by reordering the synthetic pathways of non-natural color-specific xanthophyll capsanthin using RNA viral vectors. The cDNA encoding capsanthin-capsorubin synthase (Ccs) was placed under the transcriptional control of the tovomovirus subgenomic promoter. The leaves of transfected plants expressing Ccs exhibited orange phenotype and accumulated high levels of capsanthin. This phenomenon is associated with a reduction in tilacoid membrane distortion and granny stacking. In contrast to the predominant situation in color variants, capsaicin was not esterified and its increased level was balanced by simultaneous reduction of major leaf xanthophylls, suggesting self-regulation of chloroplast carotenoid composition. Capsanthin is exclusively supplemented with light-harvesting complexes of pomegranate & monomer II. The proof that higher plant antenna complexes can accommodate non-natural carotenoids provides compelling evidence for functional remodeling of photosynthetic membranes by proper design of carotenoids.
Ccs 발현 벡터의 구축. 하나의 XhoI, AvrII 자리를 올리고뉴클레오티드: 5'-GCCTCGAGTGCAGCATGGAAACCCTTCTAAAGCTTTTCC-3'(상류)(서열 번호 6), 5'-TCCCTAGGTCAAAGGCTCTCTATTGCTAGATTGCCC-3'(하류)(서열 번호 7)를 사용하여 중합효소 연쇄 반응(PCR) 돌연변이유발에 의해 피망 캡산틴-캡소루빈 합성효소 (Ccs) cDNA내로 삽입하였다. 1.6kb XhoI, AvrII cDNA 절편을 TTO1A내로 서브클로닝함으로써 TMV-U1 외피 단백질 서브게놈 프로모터의 조절하에 위치하였고, 도 4에 나타난 것과 같은 센스 방향으로 플라스미드 TTO1A CCS+ (도 4; 서열 번호 8로서의 핵산 서열 및 서열 번호 9로서의 아미노산 서열)를 생성하였다. Construction of Ccs expression vector . One XhoI, AvrII site was amplified by polymerase chain reaction (PCR) using the oligonucleotides: 5'-GCCTCGAGTGCAGCATGGAAACCCTTCTAAAGCTGTAATCCCTTCTAAAGCTTTTCC-3 '(upstream) (SEQ ID NO: 6), 5'-TCCCTAGGTCAAAGGCTCTCTATTGCTAGATTGCCC-3' (Ccs) cDNA by pepsin mutagenesis in the cytoplasmic capsaicin-capsorubin synthase (Ccs) cDNA. The 1.6 kb XhoI, AvrII cDNA fragment was placed under the control of the TMV-U1 envelope protein subgenomic promoter by subcloning into TTO1A, and the plasmid TTO1A CCS + (Figure 4: nucleic acid sequence as SEQ ID NO: 8 and Amino acid sequence as SEQ ID NO: 9).
카로티노이드 분석.접종후 12일에 12 식물로부터 상단 잎을 수확하고 동결건조시켰다. 생성되는 비누화되지 않은 추출물을 아르곤하에 증발하여 건조하고 총 지질 함량을 결정하기 위해 무게를 달았다. 총 지질 함량으로부터의색소 분석은 HPLC에 의해 수행하였고 또한 헥산/아세톤(60:40(V/V))을 사용하여 실리카 겔 G 상에서 박막 크로마토그래피에 의해 분리하였다. TTO1A CCS+로써 트랜스펙션된 식물은 높은 수준의 캡산틴을 축적하였다 (총 카로티노이드의 36%). Carotenoid analysis. On the 12th day after inoculation, the upper leaves were harvested from 12 plants and lyophilized. The resulting non-saponified extract was evaporated to dryness under argon and weighed to determine the total lipid content. Pigment analysis from total lipid content was performed by HPLC and also by thin layer chromatography on silica gel G using hexane / acetone (60:40 (V / V)). Plants transfected with TTO1A CCS + accumulated high levels of capsanthin (36% of total carotenoids).
실시예 7Example 7
니코티아나 벤타미아나에서의 양성 및 안티센스 방향으로 토마토 피토엔 합성효소 및 피토엔 불포화효소를 암호화하는 cDNA의 발현Expression of cDNA Encoding Tomato Phytoene Synthetic Enzyme and Phytoene Unsaturated Enzyme in the Positive and Antisense Direction in Nicotiana bentamiana
토마토 모자이크 바이러스 cDNA의 분리.추정 외피 단백질 서브게놈 프로모터, 외피 단백질 유전자, 및 3' 말단을 함유한 토마토 모자이크 바이러스 (과일 괴사 계통 F; tom-F)로부터의 861bp 절편(5524-6384)을 프라이머 5'-CTCGCAAAGTTTCGAACCAAATCCTC-3'(상류)(서열 번호 10) 및 5'-CGGGGTACCTGGGCCCCAACCGGGGGTTCCGGGGG-3' (하류)(서열 번호 11)을 사용하여 PCR에 의해 분리하고, pBluescript KS- 의 HincII 자리에 서브클로닝하였다. TMV-U1 및 ToMV-F로 구성된 하이브리드 바이러스를 874bp BamHI-KpnI ToMV 절편을 pBGC152에 교환함으로써 구축하여, 플라스미드 TTO1을 생성하였다. 삽입된 절편을 디데옥시뉴클레오티드 염기서열 결정에 의해 확인하였다. 하나의 AvrII 자리를 하기 올리고뉴클레오티드: 5'-TCCTCGAGCCTAGGCTCGCAAAGTTTCGAACCAAATCCTCA-3'(상류)(서열 번호 12), 5'-CGGGGTACCTGGGCCCCAACCGGGGGTTCCGGGGG-3'(하류)(서열 번호 13)를 사용하여, PCR 돌연변이유발에 의해 TTO1의 XhoI 자리의 하류에 삽입하여, 플라스미드 TTO1A를 생성하였다. Isolation of Tomato Mosaic Virus cDNA. The 861 bp fragment (5524-6384) from the putative coat protein subgenomic promoter, coat protein gene, and tomato mosaic virus (fruit necropsy line F; tom-F) containing the 3 'end was amplified with primers 5'-CTCGCAAAGTTTCGAACCAAATCCTC-3' Upstream) (SEQ ID NO: 10) and 5'-CGGGTACCTGGGCCCCAACCGGGGGTTCCGGGGG-3 '(downstream) (SEQ ID NO: 11) and subcloned into the HincII site of pBluescript KS-. A hybrid virus consisting of TMV-U1 and ToMV-F was constructed by exchanging the 874 bp BamHI-KpnI ToMV fragment with pBGC152 to generate the plasmid TTO1. The inserted fragment was confirmed by dideoxynucleotide sequencing. One AvrII site was amplified by PCR mutagenesis using the following oligonucleotides: 5'-TCCTCGAGCCTAGGCTCGCAAAGTTTCGAACCAAATCCTCA-3 '(upstream) (SEQ ID NO: 12), 5'- CGGGGTACCTGGGCCCCAACCGGGGGTTCCGGGGGTTCCGGGGGGTTCCGGGGGG-3' (downstream) At the downstream of the XhoI site of the plasmid TTO1A.
토마토 피토엔 합성효소를 암호화하는 cDNA 및 토마토 피토엔 불포화효소를암호화하는 부분적인 cDNA의 분리.부분적인 cDNA를 숙성하는 토마토 과일 RNA로부터 하기 올리고뉴클레오티드: PSY, 5'-TATGTATGGTGCAGAAGAACAGAT-3'(상류)(서열 번호 14), 5'-AGTCGACTCTTCCTCTTCTGGCATC-3'(하류)(서열 번호 15); PDS, 5'-TGCTCGAGTGTGTTCTTCAGTTTTCTGTCA-3'(상류)(서열 번호 16), 5'-AACTCGAGCGCTTTGATTTCTCCGAAGCTT-3'(하류)(서열 번호 17)를 사용하여 중합효소 연쇄 반응(PCR)에 의해 분리하였다. 라이코퍼시콘 에스쿨렌튬(Lycopersicon esculentum) cDNA 라이브러리로부터의 대략 3 ×104개 콜로니를32P 표지된 토마토 피토엔 합성효소 PCR 산물을 사용하여 콜로니 혼성화에 의해 스크리닝하였다. 혼성화를 50% 포름아미드, 5X SSC, 0.02M 포스페이트 완충액, 5X 덴하르트(Denhart's) 용액, 및 0.1mg/ml 전단된 암송아지 흉선 DNA에서 48시간 동안 42℃에서 수행하였다. 필터를 방사선자동사진법 전에 0.1X SSC, 0.1% SDS에서 65℃에서 세척하였다. PCR 산물 및 피토엔 합성효소 cDNA 클론을 디데옥시뉴클레오티드 염기서열 결정에 의해 확인하였다. Separation of cDNA encoding tomato phytoene synthase and partial cDNA encoding tomato phytoene unsaturation. The following oligonucleotide: PSY, 5'-TATGTATGGTGCAGAAGAACAGAT-3 '(upstream) (SEQ ID NO: 14), 5'-AGTCGACTCTTCCTCTTCTGGCATC-3' (downstream) (SEQ ID NO: 15) from tomato fruit RNA aging partial cDNA PDS, 5'-TGCTCGAGTGTGTTCTTCAGTTTTCTGTCA-3 '(upstream) (SEQ ID NO: 16), 5'-AACTCGAGCGCTTTGATTTCTCCGAAGCTT-3' (downstream) (SEQ ID NO: 17). Approximately 3 x 10 4 colonies from the Lycopersicon esculentum cDNA library were screened by colony hybridization using the 32 P-labeled tomato phytoene synthase PCR product. Hybridization was performed at 42 ° C for 48 hours in 50% formamide, 5X SSC, 0.02M phosphate buffer, 5X Denhart's solution, and 0.1mg / ml sheared female calf thymus DNA. Filters were washed at 65 ° C in 0.1X SSC, 0.1% SDS before radiometry. PCR products and phytoene synthase cDNA clones were identified by nucleotide sequencing of dideoxynucleotides.
DNA 서열 결정 및 컴퓨터 분석.피토엔 합성효소 cDNA 및 부분적인 피토엔 불포화효소 cDNA를 함유한 PstI, BamHI 절편을 pBluescriptKS+(Stratagene, La Jolla, California)내로 서브클로닝하였다. KS+/PDS #38 및 KS+/5'3'PSY의 핵산 서열 결정을 단일 가닥 주형을 사용하여 디데옥시 종결에 의해 수행하였다 (Maniatis, Molecular Cloning, 제1판). 핵산 서열 분석 및 아미노산 서열 비교를 PCGENE및 DNA InspectorIIE 프로그램을 사용하여 수행하였다. DNA sequencing and computer analysis. The PstI and BamHI fragments containing the phytoene synthetase cDNA and the partial phytoene-unsaturated enzyme cDNA were ligated into pBluescript KS + (Stratagene, La Jolla, Calif.). Nucleic acid sequence determination of KS + / PDS # 38 and KS + / 5'3'PSY was performed by dideoxy termination using a single stranded template (Maniatis, Molecular Cloning, First Edition). Nucleotide sequence analysis and amino acid sequence comparison were performed with PCGENE And DNA Inspector IIE program.
토마토 피토엔 합성효소 발현 벡터의 구축.토마토 피토엔 합성효소 cDNA를 함유한 XhoI 절편을 TTO1 에 서브클로닝하였다. 벡터 TTO1/PSY + (도 5; 서열 번호 18로서의 핵산 서열 및 서열 번호 19로서의 아미노산 서열)는 TMV-U1 외피 단백질 서브게놈 프로모터의 조절하에 양성 방향으로 피토엔 합성효소 cDNA를 함유하나; 벡터 TTO1/PSY-는 안티센스 방향으로 피토엔 합성효소 cDNA를 함유한다. Construction of Tomato Phytoene Synthetic Enzyme Expression Vector. The XhoI fragment containing the cDNA of the tomato phytoene synthase was subcloned into TTO1. Vector TTO1 / PSY + (Figure 5: nucleic acid sequence as SEQ ID NO: 18 and amino acid sequence as SEQ ID NO: 19) contained phytoene synthase cDNA in the positive direction under the control of the TMV-U1 envelope protein subgenomic promoter; The vector TTO1 / PSY- contains phytoene synthase cDNA in antisense orientation.
부분적인 토마토 피토엔 불포화효소 cDNA 를 함유하는 바이러스 벡터의 구축.부분적인 토마토 피토엔 불포화효소 cDNA를 함유한 XhoI 절편을 TTO1 에 서브클로닝하였다. 벡터 TTO1A/PDS + (도 6)는 TMV-U1 외피 단백질 서브게놈 프로모터의 조절하에 양성 방향으로 피토엔 불포화효소 cDNA를 함유하나; 벡터 TTO1A/PDS-는 안티센스 방향으로 피토엔 불포화효소 cDNA를 함유한다. Construction of viral vectors containing partial tomato phytoenetra unsaturated cDNA. The XhoI fragment containing the partial tomato phytoene-unsaturated enzyme cDNA was subcloned into TTO1. The vector TTO1A / PDS + (Figure 6) contains the phytoene-unsaturated enzyme cDNA in the positive orientation under the control of the TMV-U1 envelope protein subgenomic promoter; The vector TTO1A / PDS- contains the phytoene-unsaturated enzyme cDNA in the antisense orientation.
TTO1/PSY+, TTO1/PSY-, TTO1/PDS+, TTO1/PDS- 에 의해 트랜스펙션된 니코티아나 벤타미아나 의 분석.TTO1/PSY+, TTO1/PSY-, TTO1/PDS+, 및 TTO1/PDS- 로부터의 감염성 RNA를 이전에 기재된 것처럼 SP6 DNA-의존성 RNA 중합효소를 사용하여 시험관 내 전사에 의해 제조하였고 (Dawson 등, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85:1832 (1986)), 니코티아나 벤타미아나를 기계적으로 접종하기 위해 사용하였다. 하이브리드 바이러스는 투과전자현미경, 국부적인 손상 감염성 검정, 및 중합효소 연쇄 반응 (PCR) 증폭에 의해 확인된 것처럼 모든 접종되지 않은 상단 잎에 확산된다. 감염에 기인한 바이러스 증상은 전신성 잎의 뒤틀림 및 부드러운 황백화와 함께 식물 생장저지로 구성되었다. TTO1/PSY+ 로 트랜스펙션된 식물의 잎은 오렌지로 변했고 높은 수준의 피토엔을 축적한 반면, TTO1/PDS+ 및 TTO1/PDS- 로 트랜스펙션된 것은 백색으로 변했다. 비리온 RNA 로부터 분리된 PCR cDNA의 아가로오스 겔 전기영동 및 비리온 RNA의 노던 블롯 분석은 벡터가 염색체외 상태로 유지되고 어떤 검출가능한 분자내 재배열이 일어나지 않았다는 것을 나타낸다. TTO1 / PSY +, TTO1 / PSY-, TTO1 / PDS +, TTO1 / PDS-. Infectious RNA from TTO1 / PSY +, TTO1 / PSY-, TTO1 / PDS +, and TTO1 / PDS- was prepared by in vitro transcription using SP6 DNA-dependent RNA polymerase as previously described (Dawson et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85: 1832 (1986)) and used to mechanically inoculate nicotianabentamia. Hybrid viruses spread to all inoculated upper leaves as confirmed by transmission electron microscopy, local damage infectivity assays, and polymerase chain reaction (PCR) amplification. Viral symptoms due to infection consisted of plant growth inhibition with systemic leaf twisting and mild yellowing. The leaves of the plants transfected with TTO1 / PSY + changed to orange and accumulate high levels of phytoene, while those transfected with TTO1 / PDS + and TTO1 / PDS- turned white. Northern blot analysis of agarose gel electrophoresis and virion RNA of PCR cDNAs isolated from virion RNA indicates that the vector is maintained in an extrachromosomal state and no detectable intramolecular rearrangement has occurred.
트랜스펙션된 식물로부터의 카로티노이드의 정제 및 분석.카로티노이드를 전신성으로 감염된 조직으로부터 분리하고 HPLC 크로마토그래피에 의해 분석하였다. 카로티노이드를 에탄올에서 추출하고, 1ml/분의 유속으로 전개 용매로서 아세토니트릴/메탄올/2-프로판올(85:10:5)을 사용하여 25-cm SpherisorbODS-15-m 칼럼 상에서 그들의 피크 잔류 시간 및 흡수 스펙트럼에 의해 확인하였다. 그들은 합성 피토엔 표준물질 및 당근 및 토마토의 베타-카로틴 표준물질과 동일한 잔류 시간을 가졌다. TTO1/PSY+로써 트랜스펙션된 니코티아나 벤타미아나의 피토엔 피크는 276, 285, 및 298nm 에서 최대 광학 흡광도를 가졌다. 바이러스에 의해 암호화되는 피토엔 합성효소로써 트랜스펙션된 식물은 감염되지 않은 식물의 수준과 비교하여 피토엔에서 10배의 증가를 보여 주었다. 트랜스펙션된 식물에서 부분적인 피토엔 불포화효소에 대한 센스 및 안티센스 RNA의 발현은 피토엔의 수준을 증가시켰고 생화학 경로를 변경하였고; 그것은 그리하여 유색 카로티노이드의 합성을 저해했고 전신성으로 감염된 잎을 백색으로 변화시켰다. 이러한 식물의 HPLC 분석은 그들이 또한 피토엔을 축적했다는 것을 드러냈다. 백색 잎 표현형이 피토엔 불포화효소를 특이적으로 저해하는 제초제 노르플루라존으로 처리된 식물에서 또한 관찰되었다. Purification and analysis of carotenoids from transfected plants. Carotenoids were separated from infected tissues systemically and analyzed by HPLC chromatography. The carotenoids were extracted from ethanol and eluted with 25-cm Spherisorb (R) solution using acetonitrile / methanol / 2-propanol (85: 10: 5) ODS-15-m column by their peak residence time and absorption spectrum. They had the same retention time as the synthetic phytoene standard and the beta-carotene standard of carrot and tomato. Nicotiana bentamiana phytonene peak transfected with TTO1 / PSY + had maximum optical absorbance at 276, 285, and 298 nm. Plants transfected with phytoene synthase encoded by the virus showed a 10-fold increase in phytoene compared to levels of uninfected plants. Expression of sense and antisense RNAs to partial phytoene-unsaturated enzymes in transfected plants increased levels of phytoene and altered biochemical pathways; It inhibited the synthesis of colored carotenoids and changed systemically infected leaves to white. HPLC analysis of these plants revealed that they also accumulated phytoene. White leaf phenotypes were also observed in plants treated with the herbicide Norflurazone, which specifically inhibits phytoene unsaturation.
피토엔의 수준에서 이 변화는 임의의 유전적으로 조작된 식물에서 임의의 카로티노이드 (이차 대사산물)의 가장 큰 증가 중의 하나를 나타낸다. 양성 센스로 바이러스에 의해 암호화되는 피토엔 합성효소로써 트랜스펙션된 식물은 감염되지 않은 식물에서 수준과 비교하여 피토엔의 10배 증가를 보여 주었다. 게다가, 안티센스 피토엔 불포화효소로써 트랜스펙션된 식물에서 피토엔의 축적은 바이러스 벡터가 세포질 안티센스 저해를 통한 이차 대사산물의 생산에서 경로를 조작하는 강력한 수단으로서 사용될 수 있다는 것을 제시한다. 전신성으로 감염된 TTO1A/PDS+ 식물의 잎은 또한 피토엔을 축적했고 표백성 백색 표현형을 나타냈고; 저해의 실질적인 기작은 명확하지 않다. 이러한 자료는 [Kumagai 등, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92:1679-1683 (1995)]에 의해 제시된다.At the level of phytoene this change represents one of the largest increases in any carotenoid (secondary metabolite) in any genetically engineered plant. Plants transfected with phytoene synthase encoded by the virus with a positive sense showed a 10-fold increase in phytoene compared to levels in the uninfected plants. In addition, the accumulation of phytoene in plants transfected with antisense phytoene-unsaturated enzymes suggests that viral vectors can be used as powerful means of manipulating pathways in the production of secondary metabolites through cytoplasmic antisense inhibition. The leaves of systemically infected TTO1A / PDS + plants also accumulated phytoene and showed a white pigment phenotype; The actual mechanism of inhibition is unclear. These data are described in Kumagai et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92: 1679-1683 (1995).
실시예 8Example 8
다분자 바이러스 벡터를 사용하는 트랜스펙션된 식물에서의 피토엔 불포화효소의 발현Expression of phytoene-unsaturated enzymes in transfected plants using multimeric viral vectors
단자엽 바이러스 벡터의 구축.BSMV는 귀리, 밀 및 보리와 같은 많은 농업적으로 중요한 단자엽 종을 감염시키는 삼분자 RNA 바이러스이다 (McKinney 및 Greeley, "Biological characteristics of barley stripe mosaic virus strains and their evolution" Technical Bulletin U.S. Department of Agriculture 1324 (1965)). 보리 줄무늬 모자이크 바이러스 (BSMV)로부터 유도된 발현 벡터를 BSMV 감마 cDNA를 변형함으로써 구축하였다 (Gustafson 등, Virology 158(2):394-406 (1987))(도 7A). 이 실시예에서, 우리는 트랜스펙션된 식물에서 핵산 서열의 발현을 이끄는 단자엽 바이러스 벡터를 개발하였다. 외래 인서트를 감마b 서브게놈 프로모터의 조절하에 위치할 수 있다. 감염성 BSMV 감마 cDNA (감마42)를 위치 지정 돌연변이에 의해 변형하였다. 감마42의 뉴클레오티드 5098-5103을 NheI 자리로써 대체하였다. 중합효소 연쇄 반응 (PCR) 돌연변이유발을 사용하여, 클로닝 마커로서 제오마이신 저항성 유전자를 포함한 646bp NheI 절편을 올리고뉴클레오티드 5'-TATGCTAGCTGATTAATTAAGTCGACGAGCTGATTTAACAAATTTTAAC-3'(상류)(서열 번호 20) 및 5'-TATGCTAGCTGAGCGGCCGCGCACGTGTCAGTCCTGCTCCTCGG-3'(하류)(서열 번호 21)을 사용하여 pZErO (Invitrogen Corporation, Carlsbad, CA, USA)로부터 증폭하고, BSMV 감마 cDNA의 Nhe 자리에 삽입하였다. 이것은 PacI 및 NotI 자리가 제오마이신 저항성 유전자에 접한, 두 개의 플라스미드, γ.γb.st.P/N-zeo (양성 방향) 및 γ.γb.st.N/P-zeo (음성 방향)을 생성하였다 (도 7B). Construction of terminal viral vectors. BSMV is a trimer RNA virus that infects many agriculturally important terminal lobes such as oats, wheat and barley (McKinney and Greeley, " Biological characteristics of barley stripe mosaic virus strains and their evolution ", Technical Bulletin US Department of Agriculture 1324 1965). An expression vector derived from barley stripe mosaic virus (BSMV) was constructed by modifying BSMV gamma cDNA (Gustafson et al., Virology 158 (2): 394-406 (1987)) (Fig. 7A). In this example, we developed a terminal viral vector that leads to the expression of nucleic acid sequences in transfected plants. The foreign insert may be located under the control of the gamma b subgenomic promoter. Infectious BSMV gamma cDNA (gamma 42) was modified by site-directed mutagenesis. Nucleotide 5098-5103 of gamma 42 was replaced by NheI site. Using the polymerase chain reaction (PCR) mutagenesis, a 646 bp NheI fragment containing the zeomycin resistance gene was cloned into the oligonucleotides 5'-TATGCTAGCTGATTAATTAAGTCGACGAGCTGATTTAACAAATTTTAAC-3 '(upstream) (SEQ ID NO: 20) and 5'-TATGCTAGCTGAGCGGCCGCGCACGTGTCAGTCCTGCTCCTCGG-3 Was amplified from pZErO (Invitrogen Corporation, Carlsbad, Calif., USA) using (downstream) (SEQ ID NO: 21) and inserted into the Nhe site of BSMV gamma cDNA. This produces two plasmids, gamma bbst.P / N-zeo (positive orientation) and gamma bst.N / P-zeo (negative direction), in which the PacI and NotI sites are in contact with the zeomycin resistance gene (Fig. 7B).
γ서브게놈 RNA1의 발현을 개선하기 위해, 감염성 BSMV 베타(b) cDNA (β42SpI)(Petty 등, Virology 179(2):712-8 (1990))를 외피 단백질 ORF의 대부분을 PCR 돌연변이유발에 의해 치환함으로써 변형하였다. 423bp 절편을 올리고뉴클레오티드 5'-GGAAAGCCGGCGAACGTGGCG-3'(상류)(서열 번호 22) 및 5'-TATATTCGAATCTAGAATCGATGCTAGCTTGCATGCTGTGAAGTGGTAAAAGAAATGC-3'(하류)(서열 번호 23) 을 사용하여 β42SpI으로부터 증폭하고 생성된 플라스미드 β.Δβa 의 NgoMIV 및 BstBI 자리에 클로닝하였다. 이 구축물은 단지 이은 βRNA ORF 의 발현에 필요한 외피 단백질 ORF의 번역되지 않은 부분을 포함한다 (도 7C).(Petty et al., Virology 179 (2): 712-8 (1990)) were used to amplify most of the envelope protein ORF by PCR mutagenesis to improve the expression of gamma subgenomic RNA1 . The 423 bp fragment was amplified from? 42 SpI using oligonucleotides 5'-GGAAAGCCGGCGAACGTGGCG-3 '(upstream) (SEQ ID NO: 22) and 5'-TATATTCGAATCTAGAATCGATGCTAGCTTGCATGCTGTGAAGTGGTAAAAGAAATGC-3' (downstream) NgoMIV and BstBI sites. This construct only contains the untranslated portion of the envelope protein ORF required for the expression of the < RTI ID = 0.0 > oRNA < / RTI > ORF (Figure 7C).
부분적인 옥수수 피토엔 불포화효소 cDNA를 함유하는 단자엽 바이러스 벡터의 구축.피토엔 불포화효소 (PDS)를 암호화하는 부분적인 cDNA를 옥수수 잎 조직 RNA 로부터 PDS Met1-Leu290을 암호화하는 올리고뉴클레오티드 쌍 175 5'-ATATTAATTAACATGGACACTGGCTGCCTGTC-3'(상류)(서열 번호 24) 및 180 5'-TATGCGGCCGCCTACAAAGCAATCAAAATGCACTG-3'(하류)(서열 번호 25), PDS Lys134-Cys431을 암호화하는 쌍 177 5'-ATATTAATTAACAAGGTAGCTGCTTGGAAGGATG-3'(상류)(서열 번호 26) 및 178 5'-TATGCGGCCGCCTAGCAGGTTACTGACATGTCTGC-3'(하류)(서열 번호 27), 및 PDS Gln284-Ser571을 암호화하는 쌍 179 5'-ATATTAATTAACCAGTGCATTTTGATTGCTTTG-3'(상류)(서열 번호 28) 및 176 5'-TATGCGGCCGCCTAAGATGGGACGGGAACTTCTCC-3'(하류)(서열 번호 29) 을 사용하여 RT-PCR 에 의해 증폭하였다. 옥수수 PDS를 암호화하는 부분적인 cDNA를 함유한 0.8Kb 증폭된 Pac I 및 Not I 절편을 γ.γb.st.P/N-zeo 및 γ.γb.st.N/P-zeo 의 Pac I 및 Not I 자리에 서브클로닝함으로써 BSMV γb 서브게놈 프로모터의 조절하에 두었다. 이것은 제오신 저항성 유전자를 제거하고 양성 방향 (γ.γb.st.P/N-mPDS-N, γ.γb.st.P/N-mPDS-M, 및 γ.γb.st.P/N-mPDS-C) 및 음성 방향(γ.γb.st.P/N-mPDS-N, γ.γb.st.P/N-mPDS-M, 및 γ.γb.st.P/N-mPDS-C)으로 PDS 인서트를 가진 플라스미드를 생성하였다. Construction of Terminal Viral Vectors Containing Partial Maize Phytoene Enzymes. The partial cDNA encoding the phytoene unsaturation enzyme (PDS) was amplified from the corn leaf tissue RNA by the oligonucleotide pair 175 5'-ATATTAATTAACATGGACACTGGCTGCCTGTC-3 '(upstream) (SEQ ID NO: 24) encoding the PDS Met 1 -Leu 290 and 180 5 5 '-ATATTAATTAACAAGGTAGCTGCTTGGAAGGATG-3' (upstream) (SEQ ID NO: 26) and 178 5'-TATGCGGCCGCCTAGCAGGTTACTGACATGTCTGC-3 '(downstream) (SEQ ID NO: 25) encoding PDS Lys 134 -Cys 431 (downstream) (SEQ ID NO: 27), and PDS Gln 284 -Ser pair to encrypt the 571 179 5'-ATATTAATTAACCAGTGCATTTTGATTGCTTTG-3 ' ( upstream) (SEQ ID NO: 28) and 176 5'-TATGCGGCCGCCTAAGATGGGACGGGAACTTCTCC-3' (downstream) (SEQ ID NO: No. 29) was used for amplification by RT-PCR. The 0.8 Kb amplified Pac I and Not I fragments containing the partial cDNA encoding maize PDS were amplified with Pac I and Not I fragments of < RTI ID = 0.0 > ybst.P / N-zeo and y.yb.st.N / Lt; / RTI > sub-genomic promoter by subcloning into the < RTI ID = 0.0 > I < / RTI > This removes the myelin resistance gene and cleaves it in the positive direction ([gamma] [beta] st.P / N-mPDS-N, [gamma] mPDS-C) and the negative direction ([gamma] [beta] st.P / N-mPDS-N, [gamma] ) To generate plasmids with PDS inserts.
γ.γb.st.P/N-mPDS 로써 트랜스펙션된 보리 식물의 분석.cDNA 클론으로부터 감염성 BSMV RNA를 이전에 기재된 것처럼 T7 DNA-의존성 RNA 중합효소(Ambion)를 사용하여 시험관 내 전사에 의해 제조하였다 (Petty 등,Virology 171(2):342-9 (1989)). 3개의 BSMV 게놈 각각의 전사체를 1:1:1 비율로 혼합하였다. 7㎕ 분취량의 전사 혼합물을 40㎕의 FES와 합하고 12일된 적외피 보리 식물에 직접 적용하였다. BSMV::mPDS 하이브리드 바이러스는 접종되지 않은 잎에 확산하였다. 구축물을 함유한 PDS에 기인한 초기 바이러스 증상 (접종 후 1-7일)은 야생형 BSMV 감염과 유사한 증상을 보여 주었다. 접종 후 8-10일에, BSMV-PDS 식물은 줄무늬 및 이상하게 백색인 조직의 패치를 나타내기 시작했다. 영향을 받은 영역은 BSMV 유도된 표백과 종종 관련있는 괴사 또는 건조가 부족하고 더욱 표백된 조직은 PDS의 화학 저해제인 노르플루라존으로 처리된 식물에서 발견되었다. 표백의 가장 광대한 영역이 일반적으로 센스 방향으로 PDS를 함유한 BSMV 로써 감염된 식물에서 발견되었지만, 이러한 백색 줄무늬는 모든 BSMV::mPDS 감염된 식물에서 어느 정도 관찰되었다. Analysis of barley plants transfected with y.y.b.st.P / N-mPDS. Infectious BSMV RNA from cDNA clones was prepared by in vitro transcription using T7 DNA-dependent RNA polymerase (Ambion) as previously described (Petty et al., Virology 171 (2): 342-9 (1989)). Transcripts of each of the three BSMV genomes were mixed at a 1: 1: 1 ratio. A 7 [mu] l aliquot of the transcription mixture was combined with 40 [mu] l of FES and applied directly to the 12-day old bovine plant. BSMV :: mPDS hybrid viruses spread on uninoculated leaves. Early virus symptoms (1-7 days post-vaccination) due to PDS containing the constructs showed symptoms similar to wild-type BSMV infection. At 8-10 days after inoculation, BSMV-PDS plants began to show patches of striated and strangely white tissue. The affected areas were found in plants treated with NorfluRAZONE, a chemical inhibitor of PDS, which lacked necrosis or dryness, often associated with BSMV-induced bleaching, and more bleached tissue. Although the most extensive area of bleaching was generally found in infected plants with BSMV containing PDS in the sense direction, this white stripe was observed to some extent in all BSMV :: mPDS infected plants.
트랜스펙션된 보리 식물로부터 카로티노이드의 정제 및 분석.카로티노이드를 접종 후 18일에 50mg의 전신성으로 감염된 잎 조직으로부터 분리하고 HPLC 크로마토그래피에 의해 분석하였다. 카로티노이드를 메탄올 중에 어둠속에서 추출하고, 2ml/분의 유속으로 전개 용매로서 아세토니트릴/메탄올/2-프로판올(85:10:5)을 사용하여 Zorbax 4.6 X 15cm C-18 칼럼 상에서 그들의 피크 잔류 시간 및 흡수 스펙트럼으로 확인하였다. 그들은 합성 피토엔 표준물질 및 토마토 및 당근의 베타-카로틴 표준물질과 동일한 잔류 시간을 가졌다. 트랜스펙션된 보리에서 부분적인 옥수수 피토엔 불포화효소에 대한 센스 및 안티센스 RNA의 발현은 유색 카로티노이드의 합성을 저해했고 전신성으로 감염된 조직을 백색으로 변화시켰다. 이러한 식물의 HPLC 분석은 그들이 또한 피토엔을 축적했다는 것을 드러냈다. 백색 잎 표현형이 피토엔 불포화효소를 특이적으로 저해하는 제초제 노르플루라존으로 처리된 보리 식물에서 또한 관찰되었다. BSMV-PDS로써 트랜스펙션된 보리로부터 추출된 피토엔을 HPLC에 의해 분석하였고, 이것은 피토엔 표준물질의 것과 유사한 잔류 시간을 가졌고, BSMV 트랜스펙션된 대조 식물의 수준에 비해 10-60배 증가를 보였다. Purification and analysis of carotenoids from transfected barley plants. Carotenoids were isolated from 50 mg of systemically infected leaf tissue on day 18 after inoculation and analyzed by HPLC chromatography. The carotenoids were extracted in the dark in methanol and their peak residence time on a Zorbax 4.6 X 15 cm C-18 column using acetonitrile / methanol / 2-propanol (85: 10: 5) as eluent at a flow rate of 2 ml / And absorption spectrum. They had the same retention time as the synthetic phytoene standard and the beta-carotene standard of tomato and carrot. Expression of sense and antisense RNAs in partial corn phytoene - unsaturated enzymes in transfected barley inhibited the synthesis of colored carotenoids and changed systemically infected tissues to white. HPLC analysis of these plants revealed that they also accumulated phytoene. White leaf phenotypes were also observed in barley plants treated with herbicide norfluracone, which specifically inhibits phytoene unsaturation. Phytoenes extracted from barley transfected with BSMV-PDS were analyzed by HPLC, which had a residence time similar to that of the phytoene standard and showed a 10- to 60-fold increase over the level of BSMV transfected control plants Respectively.
피토엔이 부분적인 안티센스 및 양성 센스 피토엔 불포화효소로써 트랜스펙션된 보리 식물에서 축적된다는 우리의 결과는 식물 바이러스 벡터가 내재하는 유전자 발현의 세포질 저해를 통해 단자엽에서 생합성 경로를 조작하는데 사용될 수 있다는 것을 제시한다.Our findings that phytoene accumulates in transgenic barley plants with partial antisense and positive sense phytoene-unsaturated enzymes can be used to manipulate the biosynthetic pathway in the terminal lobe through cytoplasmic inhibition of the gene expression inherent in the plant virus vector .
실시예 9Example 9
양성 센스 방향으로 트랜스펙션된 식물에서 세균 CrtB 유전자의 발현은 그것이 피토엔 합성효소를 암호화한다는 것을 확인한다.Expression of the bacterial CrtB gene in plants transfected in the positive sense direction confirms that it encodes phytoene synthase.
우리는 담배 모자이크 바이러스 계통 U1 (TMV-U1)(Goelet 등, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 79:5818-5822 (1982)), 및 담배 부드러운 녹색 모자이크 바이러스 (TMGMV; U5 계통)(Solis 등, 177:553-8 (1990))로 구성된, 새로운 바이러스 벡터인 TTU51을 개발하였다. 어위니아 허비콜라 (Erwinia herbicola) 피토엔 합성효소 (CrtB)에 대한 개방형해독틀(ORF)(Armstrong 등, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87:9975-9979 (1990))을 벡터 TTU51에서 담배 모자이크 바이러스 (TMV) 외피 단백질 서브게놈 프로모터의 조절하에 두었다. 이 구축물은 또한 리불로오스-1,5-비스포스페이트 카르복실라아제 (RUBISCO) 의 작은 서브유닛에 대한 엽록체 표적 펩티드 (CTP)를 암호화하는 유전자를 함유하고 (O'Neal 등, Nucl. Acids Res. 15:8661-8677 (1987)) 도 8에 나타난 것처럼 TTU51 CTP CrtB로 명명되었다 (서열 번호 30으로서의 핵산 서열 및 서열 번호 31로서의 아미노산 서열). 감염성 RNA를 SP6 DNA-의존성 RNA 중합효소를 사용하여 시험관 내 전사에 의해 제조하였고 (Dawson 등, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 83:1832-1836 (1986)); Susek 등, Cell 74:787-799 (1993)), 니코티아나 벤타미아나를 기계적으로 접종하기 위해 사용하였다. 하이브리드 바이러스는 모든 접종되지 않은 상단 잎에 확산되고 국부적인 손상 감염성 검정 및 중합효소 연쇄 반응 (PCR) 증폭에 의해 확인되었다. TTU51 CTP CrtB로써 트랜스펙션된 식물의 잎은 식물 성장 및 바이러스 복제 동안 전신성으로 확산하는 오렌지 색소를 나타냈다.We have shown that the tobacco mosaic virus strain U1 (TMV-U1) (Goell et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 79: 5818-5822 (1982)) and tobacco mild green mosaic virus (TMGMV; U5 strain) , 177: 553-8 (1990)). An open reading frame (ORF) (Armstrong et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87: 9975-9979 (1990)) against Erwinia herbicola phytogen synthetase (CrtB) Mosaic virus (TMV) coat protein subgenomic promoter. This construct also contains a gene encoding a chloroplast target peptide (CTP) for a small subunit of ribulose-1, 5-bisphosphate carboxylase (RUBISCO) (O'Neal et al., Nucl. Acids Res 15: 8661-8677 (1987)) was named TTU51 CTP CrtB as shown in Figure 8 (nucleic acid sequence as SEQ ID NO: 30 and amino acid sequence as SEQ ID NO: 31). Infectious RNA was prepared by in vitro transcription using SP6 DNA-dependent RNA polymerase (Dawson et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 83: 1832-1836 (1986)); Susek et al., Cell 74: 787-799 (1993)) and used to mechanically inoculate nicotianabentamia. Hybrid viruses were spread on all uninoculated upper leaves and confirmed by local damage infectivity assays and PCR amplification. The leaves of plants transfected with TTU51 CTP CrtB exhibited systemic spreading orange pigment during plant growth and viral replication.
TTU51 CTP CrtB로써 트랜스펙션된 식물의 잎은 바이러스 감염 동안 통상 관찰되는 경미한 감소를 초과하는 클로로필 함량의 감소를 가졌다 (결과 미제시). 이전의 연구는 카로티노이드 및 클로로필 생합성 경로가 상호 연결된다는 것을 제시하기 때문에 (Susek 등, Cell 74:787-799 (1993)), 우리는 클로로필에 대한 피토엔의 합성 속도를 비교하기로 결정하였다. 접종 후 2주에, TTU51 CTP CrtB 전사체로써 트랜스펙션된 식물의 엽록체를 분리하고 효소 활성에 대해 검정하였다. 클로로필 합성효소에 대한 피토엔 합성효소의 비율은 트랜스펙션된 식물에서 0.55이고, 접종되지 않은 식물 (대조군)에서 0.033이었다. TTU51 CTP CrtB로써 트랜스펙션된 식물의 피토엔 합성효소 활성을 분리된 엽록체 및 표지된 [14C] 제라닐제라닐 PP를 사용하여 검정하였다. CrtB 식물에서 크게 증가된 피토엔 및 확인되지 않은 C40알콜이 있었다.The leaves of the plants transfected with the TTU51 CTP CrtB had a reduction in chlorophyll content exceeding the slight reduction normally observed during viral infection (results not shown). Since previous studies suggest that the carotenoid and chlorophyll biosynthetic pathways are interconnected (Susek et al., Cell 74: 787-799 (1993)), we decided to compare the rate of synthesis of phytoene to chlorophyll. At 2 weeks after inoculation, the chloroplasts of the transfected plants with the TTU51 CTP CrtB transcript were isolated and assayed for enzyme activity. The ratio of phytoene synthase to chlorophyll synthase was 0.55 in transfected plants and 0.033 in uninoculated plants (control). The phytoene synthase activity of plants transfected with TTU51 CTP CrtB was assayed using isolated chloroplasts and labeled [ 14 C] geranyl geranyl PP. There was greatly increased phytoene and unidentified C 40 alcohol in CrtB plants.
피토엔 합성효소 검정.Phytoene synthase assay.
엽록체를 이전에 기술된 것처럼 제조하였다 (Camara, Methods Enzymol. 214:352-365 (1993)). 피토엔 합성효소 검정을 Tris-HCl, pH 7.6으로 완충되고, [14C] 제라닐제라닐 PP (100,000 cpm)(대장균에서 발현된 고추 GGPP 합성효소를 사용하여 제조), 1mM ATP, 5mM MnCl2, 1mM MgCl2, Triton X-100 (엽록체 단백질 mg 당 20mg) 및 2mg 단백질과 동등한 엽록체 현탁액을 함유한 인큐베이션 혼합물 (0.5ml 최종 부피)에서 수행하였다. 30℃에서 2시간 동안 인큐베이션한 후에, 반응 산물을 클로로포름 메탄올 (Camara, 상기문헌)으로써 추출하고 벤젠/에틸 아세테이트(90/10)로써 전개된 실리카겔 판 상에서 TLC 한 후 방사선자동사진법을 하였다.The chloroplasts were prepared as previously described (Camara, Methods Enzymol. 214: 352-365 (1993)). The phytoene synthetase assay was carried out by adding [ 14 C] geranyl geranyl PP (100,000 cpm) (prepared using pepper GGPP synthase expressed in Escherichia coli), 1 mM ATP, 5 mM MnCl 2 , 1 mM MgCl 2 , Triton X-100 (20 mg per chloroplast protein) and a chloroplast suspension equivalent to 2 mg protein (0.5 ml final volume). After incubation at 30 ° C for 2 hours, the reaction product was extracted with chloroform methanol (Camara, supra) and TLC on a silica gel plate developed with benzene / ethylacetate (90/10) followed by radiometric autoradiography.
클로로필 합성효소 검정Chlorophyll synthase assay
클로로필 합성효소 검정에 대해, 분리된 엽록체를 인큐베이션 전에 삼투 쇼크에 의해 분해시켰다. [14C] 제라닐제라닐 PP (100,000 cpm), 5mM MgCl2, 1mM ATP, 및 1mg 단백질과 동등한 파열된 플라스미드 현탁액을 함유한 50mM Tris-HCl(pH 7.6)으로 구성된 반응 혼합물 (0.2ml, 최종 부피)을 30℃에서 1시간 동안보온하였다. 반응 산물을 이전에 기술된 것처럼 분석하였다.For the chlorophyll synthase assay, isolated chloroplasts were degraded by osmotic shock prior to incubation. (0.2 ml, final) consisting of [ 14 C] geranyl geranyl PP (100,000 cpm), 5 mM MgCl 2 , 1 mM ATP, and 50 mM Tris-HCl (pH 7.6) containing a ruptured plasmid suspension equivalent to 1 mg protein Volume) was kept at 30 DEG C for 1 hour. The reaction products were analyzed as previously described.
플라스미드 구축Plasmid construction
도 8에 나타난 것처럼, 엽록체로 향하는, 피토엔 합성효소 발현 벡터인 TTU51 CTP CrtB를 몇 번의 서브클로닝 단계로 구축하였다. 먼저, 하나의 SphI 자리를 올리고뉴클레오티드 CrtB MIS 5'-CCA AGC TTC TCG AGT GCA GCA TGC AGC AAC CGC CGC TGC TTG AC-3'(상류)(서열 번호 32) 및 CrtB P300 5'-AAG ATC TCT CGA GCT AAA CGG GAC GCT GCC AAA GAC CGG CCG G-3'(하류)(서열 번호 33)을 사용하여 중합효소 연쇄 반응 (PCR) 돌연변이유발에 의해 어위니아 허비콜라(Erwinia herbicola) 피토엔 합성효소 유전자에 대한 개시 코돈에 삽입하였다 (Saiki 등, Science 230:1350-1354 (1985)). CrtB PCR 절편을 EcoRV 자리에서 pBluescript(Stratagene) 내로 서브클로닝하여, 플라스미드 pBS664를 생성하였다. 이어서 pBS664로부터의 938bp SphI, XhoI CrtB 절편을 RUBISCO의 작은 서브유닛에 대한 니코티아나 타바쿰 엽록체 표적 펩티드 (CTP)를 암호화하는 서열을 함유하는 벡터내로 서브클로닝하여, 플라스미드 pBS670을 생성하였다. 다음, 토바모 바이러스 벡터, TTU51을 구축하였다. 바이러스 서브게놈 프로모터, 외피 단백질 유전자, 및 3' 말단을 함유한 담배 부드러운 녹색 모자이크 바이러스 (TMGMV; U5 계통)로부터의 1020bp 절편을 TMGMV 프라이머 5'-GGC TGT GAA ACT CGA AAA GGT TCC GG-3'(상류)(서열 번호 34) 및 5'-CGG GGT ACC TGG GCC GCT ACC GGC GGT TAG GGG AGG-3'(하류)(서열 번호 35)을 사용하여 PCR에 의해 분리하고, pBluescript KS- 의 HincII 자리에 서브클로닝하고, 디데옥시뉴클레오티드 서열 결정에 의해 확인하였다.이 클론은 3' 비암호화 영역에 전체 상류 슈도놋(pseudoknot) 도메인을 포함하는 147 염기의 천연으로 발생하는 중복을 포함한다. TMV-U1 및 TMGMV 로 구성된 하이브리드 바이러스 cDNA를 TTO1 내로 1kb XhoI-KpnI TMGMV 절편을 교환함으로써 구축하여 (Kumagai 등, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92:1679-1683 (1995)), 플라스미드 TTU51을 생성하였다. 최종적으로, pBS670으로부터의 1.1kb XhoI CTP CrtB 절편을 TTU51의 XhoI 에 서브클로닝하여, 플라스미드 TTU51 CTP CrtB를 생성하였다. CTP 음성 대조군으로서, pBS664 로부터의 CrtB 유전자를 함유한 942bp XhoI 절편을 TTU51 내로 서브클로닝하여, 플라스미드 TTU51 CrtB #15를 생성하였다.As shown in Fig. 8, a phytoene synthase expression vector, TTU51 CTP CrtB, directed to the chloroplast was constructed in several subcloning steps. (SEQ ID NO: 32) and CrtB P300 5'-AAG ATC TCT CGA (upstream) (SEQ ID NO: 32) and nucleotide CrtB MIS 5'-CCA AGC TTC TCG AGT GCA GCA TGC AGC AAC CGC CGC TGC TTG AC- (PCR) mutagenesis using the GCT AAA CGG GAC GCT GCC AAA GAC CGG CCG G-3 '(downstream) (SEQ ID NO: 33) to the Erwinia herbicola phytoene synthase gene (Saiki et al., Science 230: 1350-1354 (1985)). The CrtB PCR fragment was ligated with pBluescript (Stratagene) to generate the plasmid pBS664. Subsequently, the 938 bp SphI, XhoI CrtB fragment from pBS664 was subcloned into a vector containing a sequence encoding the Nicotiana tabacum chloroplast target peptide (CTP) for the small subunit of RUBISCO to generate plasmid pBS670. Next, the tovomovirus vector, TTU51, was constructed. A 1020 bp fragment from tobacco soft green mosaic virus (TMGMV; U5 strain) containing the viral subgenomic promoter, coat protein gene, and 3 'end was inserted into TMGMV primer 5'-GGC TGT GAA ACT CGA AAA GGT TCC GG-3' (SEQ ID NO: 34) and 5'-CGG GGT ACC TGG GCC GCT ACC GGC GGT TAG GGG AGG-3 '(downstream) (SEQ ID NO: 35) and isolated by PCR at the HincII site of pBluescript KS- Subcloning and confirmed by dideoxynucleotide sequencing. This clone contains naturally occurring duplications of 147 bases, including the entire upstream pseudoknot domain in the 3 'unencrypted region. The hybrid virus cDNA composed of TMV-U1 and TMGMV was constructed by exchanging the 1 kb XhoI-KpnI TMGMV fragment into TTO1 (Kumagai et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92: 1679-1683 (1995)), plasmid TTU51 Respectively. Finally, a 1.1 kb XhoI CTP CrtB fragment from pBS670 was subcloned into XhoI of TTU51 to generate the plasmid TTU51 CTP CrtB. As a CTP negative control, a 942 bp Xho I fragment containing CrtB gene from pBS664 was subcloned into TTU51 to generate plasmid TTU51 CrtB # 15.
실시예 10Example 10
바이러스 유도된 RNA를 사용하여 양성 센스 방향으로 유전자 발현의 세포질 저해에 의한 식물 성장의 조절에 관련된 핵산 서열의 확인Identification of nucleic acid sequences involved in the regulation of plant growth by cytoplasmic inhibition of gene expression in the positive sense direction using virus-induced RNA
이 실시예에서, 우리는 (1) RNA 바이러스 벡터를 사용하여 양성 센스 RNA를 제조하는 방법, (2) 세포질에서 바이러스에 의해 유도된 센스 RNA를 제조하는 방법, (3) 바이러스 안티센스 RNA에 의해 세포질내의 내재하는 식물 단백질의 발현을 증가시키거나 억제하는 방법, 및 (4) 바이러스 양성 센스 RNA를 함유한 트랜스펙션된 식물을 제조하는 방법을 보여주고; 그러한 방법은 유전적으로 조작된 센스 형질전환 식물을 수득하기 위해 필요한 시간보다 더욱 빠르다. 바이러스 양성 센스 RNA의 전신성 감염 및 발현은 접종 후 4일 정도로 짧게 일어나는 반면, 단일 형질전환 식물을 만들기 위해서는 몇 달 이상이 소요된다. 이 실시예는 세포질에서만 복제하는, 신규한 양성 가닥 바이러스 벡터가 특이적 내재 유전자의 발현을 증가시키거나 저해함으로써 식물 성장의 조절에 관련된 유전자를 확인하는데 사용될 수 있다는 것을 증명한다. 이 실시예는 또한 RNA 바이러스 벡터를 사용하여 트랜스펙션된 식물에서 특이적 유전자 및 생화학 경로를 규명하게 한다.In this embodiment, we describe a method for producing positive sense RNA using (1) an RNA viral vector, (2) a method for producing a sense RNA derived from viruses in the cytoplasm, (3) A method for increasing or inhibiting the expression of an inherent plant protein in a plant, and (4) a method for producing a transfected plant containing a virus positive sense RNA; Such a method is faster than the time required to obtain a genetically engineered sense transgenic plant. Systemic infection and expression of virus-positive sense RNAs occurs as short as four days after inoculation whereas it takes several months or more to produce a single transgenic plant. This example demonstrates that a novel positive strand viral vector, which replicates only in the cytoplasm, can be used to identify genes involved in the regulation of plant growth by increasing or inhibiting the expression of specific endogenous genes. This example also allows the identification of specific gene and biochemical pathways in plants transfected using RNA viral vectors.
토바모바이러스 벡터가 트랜스펙션된 식물에서 규명되지 않은 핵산 서열의 이종성 발현을 위해 개발되었다. 부분적인 아라비돕시스 탈리아나 cDNA 라이브러리를 RNA 바이러스 벡터에서 토바모바이러스 서브게놈 프로모터의 전사 조절하에 두었다. 형질전환된 대장균으로부터의 콜로니를 Flexys 로보트를 이용하여 자동적으로 취하고, 테리픽 브로트(terrific broth) (TB) Amp 50㎍/ml를 함유한 96 웰 평판 바닥 블록에 옮겼다. 대략 2000개의 플라스미드 DNA를 BioRobot 를 사용하여 밤새 배양물로부터 분리하고, 430개의 독립적인 클론으로부터의 감염성 RNA를 직접 식물에 적용하였다. 접종후 1-2 주에, 트랜스펙션된 니코티아나 벤타미아나 식물을 성장 속도, 형태, 및 색깔의 변화에 대해 시각적으로 모니터하였다. 740 AT #2441로써 트랜스펙션된 한 세트의 식물은 심하게 생장이 저지되었다. DNA 서열 분석은 이 클론이 양성 센스 방향으로 아라비돕시스 Ran GTP 결합 단백질 개방형해독특 (ORF)를 함유하고 있다는 것을 밝혔다. 이것은 에피솜 RNA 바이러스 벡터가 대사 경로를 일부러 변경하고 식물 생장저지를 야기하는데 사용될 수 있다는 것을 증명한다. 게다가, 우리의 결과는 아라비돕시스 양성 센스 전사체가 니코티아나 벤타미아나 에서 표현형 변화를 야기할 수 있다는 것을 보여준다.Tovamovirus vectors have been developed for heterologous expression of nucleic acid sequences that have not been identified in plants transfected. A partial Arabidopsis thaliana cDNA library was placed under the transcriptional control of the tovarmovirus subgenomic promoter in the RNA viral vector. Colonies from the transformed E. coli were automatically taken using a Flexys robot and transferred to a 96 well flat bottom block containing 50 [mu] g / ml of terrific broth (TB) Amp. Approximately 2000 plasmid DNAs were separated from the overnight culture using BioRobot and infectious RNA from 430 independent clones was directly applied to the plants. At 1-2 weeks after inoculation, the transfected Nicotiana benthamiana plants were visually monitored for changes in growth rate, morphology, and color. One set of plants transfected with 740 AT # 2441 was heavily inhibited from growing. DNA sequencing revealed that this clone contained an Arabidopsis Ran GTP binding protein open-cell unique (ORF) in the positive sense direction. This demonstrates that the episomal RNA viral vector can be used to deliberately alter the metabolic pathway and cause plant growth arrest. In addition, our results show that Arabidopsis positive sense transcripts can cause phenotypic changes in Nicotiana bentamiana.
RNA 바이러스 벡터에서 아라비돕시스 탈리아나 cDNA 라이브러리의 구축Construction of Arabidopsis thaliana cDNA library from RNA virus vector
아라비돕시스 탈리아나 CD4-13 cDNA 라이브러리를 NotI 으로 절단하였다. 500 내지 1000bp 의 DNA 절편을 홈통 용출에 의해 분리하고, pBS740의 NotI 자리에 서브클로닝하였다. 대장균 C600 수용성 세포를 pBS740 AT 라이브러리로써 형질전환하고, 아라비돕시스 cDNA 서열을 함유한 콜로니를 LB Amp 50㎍/ml 상에서 선발하였다. 재조합 C600 세포를 Flexys 로보트를 이용하여 자동적으로 취하고, 이어서 테리픽 브로트(terrific broth) (TB) Amp 50㎍/ml를 함유한 96 웰 평판 바닥 블록에 옮겼다. 대략 2000개의 플라스미드 DNA를 BioRobot(Qiagen)를 사용하여 밤새 배양물로부터 분리하고, 430개의 독립적인 클론으로부터의 감염성 RNA를 직접 식물에 적용하였다.The Arabidopsis thaliana or CD4-13 cDNA library was digested with NotI. A DNA fragment of 500 to 1000 bp was isolated by trough extraction and subcloned into the NotI site of pBS740. Escherichia coli C600 water-soluble cells were transformed with the pBS740 AT library, and colonies containing the Arabidopsis cDNA sequence were selected on 50 μg / ml of LB Amp. Recombinant C600 cells were automatically harvested using a Flexys robot and then transferred to a 96 well flat bottom block containing 50 [mu] g / ml of terrific broth (TB) Amp. Approximately 2000 plasmid DNAs were isolated from overnight cultures using BioRobot (Qiagen) and infectious RNA from 430 independent clones was directly applied to the plants.
GTP 결합 단백질을 암호화하는 유전자의 분리Isolation of Gene Encoding GTP Binding Protein
접종 후 1-2 주에, 트랜스펙션된 니코티아나 벤타미아나 식물을 성장 속도, 형태, 및 색깔의 변화에 대해 시각적으로 모니터하였다. 740 AT #2441 (도 9)로써 트랜스펙션된 식물은 심하게 생장이 저지되었다. 플라스미드 740 AT #2441은 126-, 183-, 및 30-kDa 단백질을 암호화하는 TMV-U1 개방형해독틀 (ORF), TMV-U5 외피 단백질 유전자 (U5 cp), T7 프로모터, 아라비돕시스 탈리아나 CD4-13 NotI 절편, 및 pUC19 플라스미드의 일부를 포함한다. 30kDa ORF 의 음성 가닥 내에 위치한 TMV-U1 서브게놈 프로모터는 CD4-13 서브게놈 RNA의 합성을 조절한다.At 1-2 weeks after inoculation, the transfected Nicotiana benthamiana plants were visually monitored for changes in growth rate, morphology, and color. Plants transfected with 740 AT # 2441 (Figure 9) were heavily inhibited from growing. The plasmid 740 AT # 2441 contains the TMV-U1 open reading frame (ORF) encoding the 126-, 183- and 30-kDa proteins, the TMV-U5 coat protein gene (U5 cp), the T7 promoter, the Arabidopsis thaliana CD4-13 NotI fragment, and a portion of the pUC19 plasmid. The TMV-U1 subgenomic promoter located within the negative strand of the 30 kDa ORF regulates the synthesis of CD4-13 subgenomic RNA.
DNA 서열 결정 및 컴퓨터 분석DNA sequencing and computer analysis
Ran GTP 결합 단백질 cDNA를 포함한 740 AT #2441의 841bp NotI 절편 (도 10; 서열 번호 각각 36 및 37로서의 핵산 서열 및 아미노산 서열)을 규명하였다.740 AT #2441의 핵산 서열 결정을 이중 가닥 주형을 이용하여 디데옥시 종결에 의해 수행하였다. 핵산 서열 분석 및 아미노산 서열 비교를 DNA Strider, PCGENE 및 NCBI Blast 프로그램을 사용하여 수행하였다. 740 AT #2441은 겉보기 분자량이 25,058 Da 인 221 아미노산의 단백질을 암호화하는, 양성 방향의 개방형해독틀 (ORF)을 함유하였다. 단백질의 질량을 Voyager 프로그램 (Perceptive Biosystems)을 사용하여 계산하였다. 도 11은 아라비돕시스 탈리아나 염 스트레스 유도성 작은 GTP 결합 단백질 Ran1 인 AF017991에 대한 740 AT #2441의 핵산 서열 정렬 (각각, 서열 번호 38 및 39)을 보여준다. 도 12는 니코티아나 타바쿰 작은 ras 유사 GTP 결합 단백질인 L16787에 대한 740 AT #2441의 핵산 정렬 (각각, 서열 번호 40 및 41)을 보여준다. 도 13은 담배 Ran-B1 GTP 결합 단백질에 대한 740 AT #2441의 아미노산 비교 (각각, 서열 번호 42 및 43)를 보여준다.The 841 bp NotI fragment of 740 AT # 2441 containing the Ran GTP binding protein cDNA was identified (Figure 10: nucleic acid sequence and amino acid sequence as SEQ ID NOs 36 and 37 respectively). Nucleic acid sequence determination of 740 AT # 2441 was performed using double stranded template And was performed by dideoxy termination. Nucleic acid sequence analysis and amino acid sequence comparison were performed using the DNA Strider, PCGENE and NCBI Blast programs. 740 AT # 2441 contained an open reading frame (ORF) of positive orientation, encoding a protein of 221 amino acids with an apparent molecular weight of 25,058 Da. Protein mass was calculated using a Voyager program (Perceptive Biosystems). Figure 11 shows the nucleic acid sequence alignment of 740 AT # 2441 (SEQ ID NOS: 38 and 39, respectively) for AF017991, an Arabidopsis thaliana salt stress inducible small GTP-binding protein Ran1. Figure 12 shows nucleic acid alignments of 740 AT # 2441 (SEQ ID NOS: 40 and 41, respectively) for Lichtmannata tachumum ras-like GTP binding protein L16787. Figure 13 shows amino acid comparison (SEQ ID NOS: 42 and 43, respectively) of 740 AT # 2441 to tobacco Ran-B1 GTP binding protein.
아라비돕시스 탈리아나 cDNA 는 아라비돕시스 탈리아나, 토마토 (L. esculentum), 담배 (니코티아나 타바쿰), 라이코퍼시콘 자포니쿠스(L. japonicus) 및 콩 (V. faba) GTP 결합 단백질 cDNA에 대해 높은 상동성 (99 내지 82%)을 나타낸다 (표 1). 740 AT #2441의 핵산 서열은 아라비돕시스 탈리아나, 토마토, 담배, 및 콩 GTP 결합 단백질에 대해 강한 유사성 (100 내지 95%)을 가지는 단백질을 암호화한다 (표 2).The Arabidopsis thaliana cDNA was cloned into Arabidopsis thaliana cDNA library using high-phasic images of Arabidopsis thaliana, tomato (L. esculentum), tobacco (Nicotiana tabacum), L. japonicus and V. faba GTP binding protein cDNA (99 to 82%) (Table 1). The nucleic acid sequence of 740 AT # 2441 encodes a protein with strong homology (100 to 95%) to Arabidopsis thaliana, tomato, tobacco, and soy GTP binding protein (Table 2).
#2441 DNA 는 또한 인간, 효모, 마우스 및 초파리 GTP 결합 단백질 cDNA에 대해 높은 정도의 상동성 (67 내지 83%)을 나타낸다 (표 3). 단백질은 또한 효모, 인간과 같은 포유동물에 67%-97% 동일성, 및 79%-98%의 양성을 가진다 (표 4).The # 2441 DNA also shows a high degree of homology (67-83%) to human, yeast, mouse, and Drosophila GTP binding protein cDNAs (Table 3). The protein also has 67% -97% identity to yeast, mammals such as humans, and 79% -98% positivity (Table 4).
740 AT #2441로써 트랜스펙션된 니코티아나 벤타미아나 의 MALDI-TOF 분석MALDI-TOF analysis of Nicotiana bentamiana transfected with 740 AT # 2441
접종후 10일에, 740 AT #2441로써 트랜스펙션된 니코티아나 벤타미아나의 정단분열조직, 잎, 및 줄기를 액체 질소에서 동결시켰다. 가용성 단백질을 분쇄 완충액 (100mM Tris, pH7.5, 2mM EDTA, 1mM PMSF, 10mM BME)에서 막자사발 및 막자를 사용하여 추출하였다. 균질물을 4 층의 치즈클로스를 통해 여과하고 15분 동안 10,000 X g 에서 원심분리하였다. 상징액을 따르고 1시간 동안 100,000 X g 에서 원심분리하였다. 500㎕ 분취량의 상징액을 500㎕ 20% TCA (아세톤/0.07% BME)와 혼합하고 4℃에서 밤새 저장하였다. 상징액을 MALDI-TOF에 의해 분석하였다 (Karas 등, Anal. Chem. 60:2299-2301 (1988)). 결과는 가용성 단백질이 분자량이 25,058인 신규로 발현된 단백질을 함유하고 있다는 것을 보여 주었다.Ten days after inoculation, the phyllotaxis, leaves and stems of Nicotiana benthamiana transfected with 740 AT # 2441 were frozen in liquid nitrogen. Soluble proteins were extracted in crushing buffer (100 mM Tris, pH 7.5, 2 mM EDTA, 1 mM PMSF, 10 mM BME) using a mortar and pestle. The homogenate was filtered through four layers of cheese cloth and centrifuged at 10,000 x g for 15 minutes. The supernatant was then centrifuged at 100,000 x g for 1 hour. A 500 μl aliquot of the supernatant was mixed with 500 μl 20% TCA (acetone / 0.07% BME) and stored at 4 ° C overnight. The supernatant was analyzed by MALDI-TOF (Karas et al., Anal. Chem. 60: 2299-2301 (1988)). The results showed that the soluble protein contained a newly expressed protein with a molecular weight of 25,058.
아라비돕시스 탈리아나 GTP 결합 단백질 게놈 클론의 분리Isolation of Arabidopsis thaliana GTP-binding protein genomic clones
아라비돕시스 탈리아나 GTP 결합 단백질을 암호화하는 게놈 클론을32P-표지된 740 AT #2441 NotI 인서트를 사용하여 아라비돕시스 탈리아나 BAC 클론을 함유한 필터를 프로빙함으로써 분리할 수 있다. 아라비돕시스 탈리아나 ARF 다중 유전자족의 다른 일원을 위스콘신 대학의 유전학 컴퓨터 그룹의 프로그램을 사용하여 확인하였다.Genomic clones encoding the Arabidopsis thaliana GTP binding protein can be isolated by probing a filter containing arabicitabine thaliana or BAC clones using a 32 P-labeled 740 AT # 2441 NotI insert. Other members of the Arabidopsis thaliana ARF multigene family were identified using the program of the Genetics Computer Group of the University of Wisconsin.
실시예 11Example 11
바이러스 유도된 RNA (GTP 결합 단백질)를 사용하여 안티센스 방향으로 유전자 발현의 세포질 저해에 의한 식물 성장의 조절에 관련된 핵산 서열의 확인Identification of nucleic acid sequences involved in the regulation of plant growth by cytoplasmic inhibition of gene expression in antisense orientation using virus-induced RNA (GTP binding protein)
이 실시예에서, 우리는 (1) RNA 바이러스 벡터를 사용하여 안티센스 RNA를 제조하는 방법, (2) 세포질에서 바이러스에 의해 유도된 안티센스 RNA를 제조하는 방법, (3) 바이러스 안티센스 RNA에 의해 세포질내의 내재하는 식물 단백질의 발현을 저해하는 방법, 및 (4) 바이러스 안티센스 RNA를 함유한 트랜스펙션된 식물을 제조하는 방법을 보여주고, 그러한 방법은 유전적으로 조작된 안티센스 형질전환 식물을 수득하기 위해 필요한 시간보다 더욱 빠르다. 바이러스 안티센스 RNA의 전신성 감염 및 발현은 접종 후 수 일 정도 짧게 일어나는 반면, 단일 형질전환 식물을 만들기 위해서는 몇 달 이상이 소요된다. 이 실시예는 세포질에서 복제하는, 신규한 양성 가닥 바이러스 벡터가 특이적 내재 유전자의 발현을 저해함으로써 식물 성장의 조절에 관련된 유전자를 확인하는데 사용될 수 있다는 것을 증명한다. 이 실시예는 RNA 바이러스 벡터를 사용하여 트랜스펙션된 식물에서 특이적 유전자 및 생화학 경로를 규명한다.In this example, we describe a method for producing antisense RNA using (1) an RNA viral vector, (2) a method for producing antisense RNA induced by a virus in the cytoplasm, (3) A method for inhibiting the expression of an inherent plant protein, and (4) a method for producing a transfected plant containing a virus antisense RNA, which method is useful for obtaining a genetically engineered antisense transgenic plant It is faster than time. Systemic infection and expression of viral antisense RNA occurs several days after inoculation, while it takes several months to produce a single transgenic plant. This example demonstrates that a novel positive strand viral vector that replicates in the cytoplasm can be used to identify genes involved in the regulation of plant growth by inhibiting the expression of specific endogenous genes. This example identifies specific gene and biochemical pathways in plants transfected using RNA viral vectors.
토바모바이러스 벡터가 트랜스펙션된 식물에서 규명되지 않은 핵산 서열의 이종성 발현을 위해 개발되었다. 부분적인 아라비돕시스 탈리아나 cDNA 라이브러리를 RNA 바이러스 벡터에서 토바모바이러스 서브게놈 프로모터의 전사 조절하에 두었다. 형질전환된 대장균으로부터의 콜로니를 Flexys 로보트를 이용하여 자동적으로 취하고 테리픽 브로트(terrific broth) (TB) Amp 50㎍/ml를 함유한 96 웰 평판 바닥 블록에 옮겼다. 대략 2000개의 플라스미드 DNA를 BioRobot 를 사용하여 밤새 배양물로부터 분리하고, 430개의 독립적인 클론으로부터의 감염성 RNA를 직접 식물에 적용하였다. 접종후 1-2 주에, 트랜스펙션된 니코티아나 벤타미아나 식물을 성장 속도, 형태, 및 색깔의 변화에 대해 시각적으로 모니터하였다. 740 AT #120으로써 트랜스펙션된 한 세트의 식물은 심하게 생장이 저지되었다. DNA 서열 분석은 이 클론이 안티센스 방향으로 아라비돕시스 GTP 결합 단백질 개방형해독특 (ORF)를 함유하고 있다는 것을 밝혔다. 이것은 에피솜 RNA 바이러스 벡터가 대사 경로를 일부러 변경하고 식물 생장저지를 야기하는데 사용될 수 있다는 것을 증명한다. 게다가, 우리의 결과는 아라비돕시스 안티센스 전사체가 니코티아나 벤타미아나 유전자의 발현을 정지시킬 수 있다는 것을 제안한다.Tovamovirus vectors have been developed for heterologous expression of nucleic acid sequences that have not been identified in plants transfected. A partial Arabidopsis thaliana cDNA library was placed under the transcriptional control of the tovarmovirus subgenomic promoter in the RNA viral vector. Colonies from the transformed E. coli were automatically taken using a Flexys robot and transferred to a 96 well flat bottom block containing 50 [mu] g / ml of terrific broth (TB) Amp. Approximately 2000 plasmid DNAs were separated from the overnight culture using BioRobot and infectious RNA from 430 independent clones was directly applied to the plants. At 1-2 weeks after inoculation, the transfected Nicotiana benthamiana plants were visually monitored for changes in growth rate, morphology, and color. One set of plants transfected with 740 AT # 120 was severely inhibited from growing. DNA sequencing revealed that this clone contained an Arabidopsis GTP binding protein open-cell unique (ORF) in the antisense orientation. This demonstrates that the episomal RNA viral vector can be used to deliberately alter the metabolic pathway and cause plant growth arrest. In addition, our results suggest that the Arabidopsis antisense transcript may stop the expression of nicotianabentamia gene.
RNA 바이러스 벡터 내에서 아라비돕시스 탈리아나 cDNA 라이브러리의 구축Construction of Arabidopsis thaliana cDNA library in RNA virus vector
아라비돕시스 탈리아나 CD4-13 cDNA 라이브러리를 NotI 으로 절단하였다. 500 내지 1000bp 의 DNA 절편을 홈통 용출에 의해 분리하고 pBS740의 NotI 자리에 서브클로닝하였다. 대장균 C600 수용성 세포를 pBS740 AT 라이브러리로써 형질전환하고 아라비돕시스 cDNA 서열을 함유한 콜로니를 LB Amp 50㎍/ml 상에서 선발하였다. 재조합 C600 세포를 Flexys 로보트를 이용하여 자동적으로 취하고 이어서 테리픽 브로트(terrific broth) (TB) Amp 50㎍/ml를 함유한 96 웰 평판 바닥 블록에 옮겼다. 대략 2000개의 플라스미드 DNA를 BioRobot(Qiagen)를 사용하여 밤새 배양물로부터 분리하고, 430개의 독립적인 클론으로부터 감염성 RNA를 직접 식물에 적용하였다.The Arabidopsis thaliana or CD4-13 cDNA library was digested with NotI. DNA fragments of 500 to 1000 bp were isolated by trough extraction and subcloned into the NotI site of pBS740. Escherichia coli C600 water-soluble cells were transformed with the pBS740 AT library and colonies containing Arabidopsis cDNA sequences were selected on 50 μg / ml of LB Amp. Recombinant C600 cells were automatically harvested using a Flexys robot and then transferred to a 96 well flat bottom block containing 50 [mu] g / ml of terrific broth (TB) Amp. Approximately 2000 plasmid DNAs were isolated from overnight cultures using BioRobot (Qiagen) and infectious RNA was directly applied to plants from 430 independent clones.
GTP 결합 단백질을 암호화하는 유전자의 분리Isolation of Gene Encoding GTP Binding Protein
접종후 1-2 주에, 트랜스펙션된 니코티아나 벤타미아나 식물을 성장 속도, 형태, 및 색깔의 변화에 대해 시각적으로 모니터하였다. 740 AT #120 (도 14)로써 트랜스펙션된 식물은 심하게 생장이 저지되었다. 플라스미드 740 AT #120은 TMV-U1 126, 183, 및 30 kDa ORF, TMV-U5 외피 단백질 유전자 (U5 cp), T7 프로모터, 아라비돕시스 탈리아나 CD4-13 NotI 절편, 및 pUC19 플라스미드의 일부를 포함한다. 30kDa ORF 의 음성 가닥 내에 위치한 TMV-U1 서브게놈 프로모터는 CD4-13 안티센스 서브게놈 RNA의 합성을 조절한다.At 1-2 weeks after inoculation, the transfected Nicotiana benthamiana plants were visually monitored for changes in growth rate, morphology, and color. Plants transfected with 740 AT # 120 (Figure 14) were heavily inhibited from growing. Plasmid 740 AT # 120 includes TMV-U1 126,183, and 30 kDa ORF, TMV-U5 coat protein gene (U5 cp), T7 promoter, Arabidopsis thaliana CD4-13 NotI fragment, and part of pUC19 plasmid. The TMV-U1 subgenomic promoter located within the negative strand of the 30 kDa ORF regulates the synthesis of CD4-13 antisense subgenomic RNA.
DNA 서열 결정 및 컴퓨터 분석DNA sequencing and computer analysis
ADP-리보실화 인자 (ARF) cDNA를 포함한 740 AT #120의 782bp NotI 절편을 규명하였다. 740 AT #120의 NotI 절편의 DNA 서열 (774 bp)은 하기와 같다: 5'-A 782 bp NotI fragment of 740 AT # 120 containing ADP-ribosylation factor (ARF) cDNA was identified. The DNA sequence (774 bp) of the NotI fragment of 740 AT # 120 is as follows: 5'-
740 AT #120의 핵산 서열 결정을 이중 가닥 주형을 이용하여 디데옥시 종결에 의해 수행하였다. 핵산 서열 분석 및 아미노산 서열 비교를 DNA Strider, PCGENE 및 NCBI Blast 프로그램을 사용하여 수행하였다. 740 AT #120은 겉보기 분자량이 20,579Da 인 181개 아미노산의 단백질을 암호화하는, 안티센스 방향의 개방형해독틀 (ORF)을 함유하였다.Nucleic acid sequence determination of 740 AT # 120 was performed by dideoxy termination using a double stranded template. Nucleic acid sequence analysis and amino acid sequence comparison were performed using the DNA Strider, PCGENE and NCBI Blast programs. 740 AT # 120 contained an open reading frame (ORF) in the antisense orientation, encoding a protein of 181 amino acids with an apparent molecular weight of 20,579 Da.
서열 비교Sequence comparison
도 15는 아라비돕시스 탈리아나 740 AT #120 및 아라비돕시스 탈리아나 est AA042085 (서열 번호 각각 45 및 46)의 핵산 서열 비교를 보여준다. 740 AT #120의 핵산 서열을 벼 (Oryza sativa) ADP 리보실화 인자 AF012896과 또한 비교하고 (서열 번호 47 및 48)(도 16); 이는 82%(456/550) 양성 및 동일성을 보여준다.Figure 15 shows a nucleic acid sequence comparison of Arabidopsis thaliana 740 AT # 120 and Arabidopsis thaliana est AA042085 (SEQ ID NOs 45 and 46, respectively). The nucleic acid sequence of 740 AT # 120 was also compared to the rice (Oryza sativa) ADP ribosylating factor AF012896 (SEQ ID NOs: 47 and 48) (Figure 16); This shows 82% (456/550) positive and identifiable.
740 AT #120의 핵산 서열은 ARF를 암호화하는 벼, 보리, 당근, 옥수수 및 아라비돕시스 탈리아나 DNA와 높은 정도의 상동성 (81-84% 동일성 및 양성)을 나타내고, 또한 ARF를 암호화하는 효모, 식물, 파리와 같은 곤충, 개구리와 같은 양서류, 소, 인간, 및 마우스와 같은 포유동물 DNA와 높은 정도의 상동성 (71-84% 동일성 및 양성)을 나타낸다 (표 5).The nucleotide sequence of 740 AT # 120 represents a high degree of homology (81-84% identity and affinity) with rice, barley, carrot, maize and arabicidus tallia DNA encoding ARF, (71-84% identity and positive) with mammalian DNA such as insects such as insects, flies, amphibians such as frogs, cows, humans, and mice (Table 5).
740 AT #120으로부터 유도된 아미노산 서열은 벼, 당근, 옥수수 및 아라비돕시스 탈리아나 유래의 ARF와 더욱 높은 정도의 상동성 (96-98% 동일성 및 97-98% 양성)을 나타내고, 효모, 식물, 파리와 같은 곤충, 소, 인간, 및 마우스와 같은 포유동물 유래의 ARF와 높은 정도의 상동성 (61-98% 동일성 및 78-98% 양성; 핵산 서열 상동성보다 더욱 높다)을 나타낸다 (표 6).The amino acid sequence derived from 740 AT # 120 represents a higher degree of homology (96-98% identity and 97-98% positive) with ARF from rice, carrot, maize and Arabidopsis thaliana, (61-98% identity and 78-98% positive; higher than nucleic acid sequence homology) with ARFs from mammals such as insects, cows, humans, .
효모, 식물, 곤충, 인간, 마우스, 및 양서류 유래의 GTP 결합 단백질을 암호화하는 DNA의 높은 상동성은 하나의 공여자 생물로부터의 DNA가 다른 숙주 생물로 트랜스펙션될 수 있고, 숙주 생물의 내재 유전자를 사일런싱시킬 수 있다는 것을 나타낸다.The high homology of DNA encoding GTP-binding proteins from yeast, plants, insects, humans, mice, and amphibians suggests that DNA from one donor organism can be transfected into another host organism, Indicating that it can be silenced.
740 AT #120에 의해 암호화되는 단백질인 120P는 3개의 보존된 도메인: 포스페이트 결합 루프 모티프, GLDAAGKT (서열 번호 49), (공통 서열 GXXXXGKS/T, 서열 번호 50); G' 모티프, DVGGQ (서열 번호 51), (공통 서열 DXXGQ, 서열 번호 52), GTP의 감마-포스페이트와 상호작용하는 서열; 및 구아니디닐 결합에 특이적인 G 모티프 NKQD (서열 번호 53), (공통 서열 NKXD, 서열 번호 54)을 함유했다. 120P는 위치 2에 추정의 글리신-미리스토일화 자리, 위치 60에 잠재적인 N-글리코실화 자리 (NXS), 및 몇 개의 추정의 세린/트레오닌 인산화 자리를 함유한다.The 120P, a protein encoded by 740 AT # 120, has three conserved domains: the phosphate binding loop motif, GLDAAGKT (SEQ ID NO: 49), (common sequence GXXXXGKS / T, SEQ ID NO: 50); G 'motif, DVGGQ (SEQ ID NO: 51), (common sequence DXXGQ, SEQ ID NO: 52), sequence interacting with gamma-phosphate of GTP; And the G motif NKQD (SEQ ID NO: 53), (common sequence NKXD, SEQ ID NO: 54) specific for guanidinyl linkages. 120P contains an estimated glycine-myristoylation site at position 2, a potential N-glycosylation site (NXS) at position 60, and several putative serine / threonine phosphorylation sites.
인간화 DNAHumanized DNA
740 AT #120의 핵산 서열을 또한 인간 ADP 리보실화 인자 (ARF3) M33384와 비교한 결과, 강한 유사성 (핵산 수준에서 76% 동일성 및 아미노산 수준에서 87% 동일성)을 보여준다. 인간 ADP-리보실화 인자 (ARF3) P16587에 대한 740 AT #120의 아미노산 정렬을 도 17 (서열 번호 55-57)에서 비교한 결과, 87% 동일성 및 90% 양성을 보여준다.The nucleic acid sequence of 740 AT # 120 is also compared to the human ADP ribosylation factor (ARF3) M33384, showing strong similarity (76% identity at the nucleic acid level and 87% identity at the amino acid level). The amino acid alignments of 740 AT # 120 to human ADP-ribosylation factor (ARF3) P16587 are shown in Figure 17 (SEQ ID NOs: 55-57) showing 87% identity and 90% positivity.
둘 사이의 핵산 및 아미노산 서열의 높은 상동성은 인간화된 740 AT #120을 실용적으로 만든다. 인간화된 서열 740 AT #120 H 핵산 서열을 인간 M33384 가 암호화하는 아미노산 서열과 동일하게 암호화하도록 740 AT #120 핵산 서열을 바꿈으로써 제조한다. 핵산을 위치 지정 돌연변이 또는 DNA 합성과 같은 표준 방법에 의해 변화시킨다. 도 18 (핵산 서열에 대해 서열 번호 58 및 59 및 아미노산 서열에 대해 서열 번호 60)은 인간 ARF3 M33384에 대한 740 AT #120 H 의 서열 정렬을 보여준다.The high homology of nucleic acid and amino acid sequences between the two makes humanized 740 AT # 120 practical. The humanized sequence 740 AT # 120 H nucleic acid sequence is prepared by altering the 740 AT # 120 nucleic acid sequence to encode the same amino acid sequence encoding human M33384. The nucleic acid is altered by standard methods such as site-directed mutagenesis or DNA synthesis. Figure 18 (SEQ ID NOs: 58 and 59 for the nucleic acid sequence and SEQ ID NO: 60 for the amino acid sequence) shows the sequence alignment of 740 AT # 120 H to human ARF3 M33384.
아라비돕시스 탈리아나 ARF 게놈 클론의 분리Isolation of Arabidopsis thaliana ARF genomic clones
아라비돕시스 탈리아나 ARF를 암호화하는 게놈 클론을32P-표지된 740 AT #120 NotI 인서트를 사용하여 아라비돕시스 탈리아나 BAC 클론을 함유한 필터를 프로빙함으로써 분리할 수 있다. 아라비돕시스 탈리아나 ARF 다중 유전자족의 다른 일원을 위스콘신 대학의 유전학 컴퓨터 그룹의 프로그램을 사용하여 확인하였다. 염색체 II상에 위치한 BAC 클론 T08I13은 740 AT #120과 높은 정도의 상동성 (핵산 수준에서 78 내지 86% 동일성)을 가진다.Genomic clones encoding Arabidopsis thaliana ARF can be isolated by probing a filter containing an Arabidopsis thaliana or BAC clone using a 32 P-labeled 740 AT # 120 NotI insert. Other members of the Arabidopsis thaliana ARF multigene family were identified using the program of the Genetics Computer Group of the University of Wisconsin. The BAC clone T08I13 located on chromosome II has a high degree of homology (78-86% identity at the nucleic acid level) with 740 AT # 120.
니코티아나 벤타미아나 ARF 를 암호화하는 cDNA의 분리 및 규명Isolation and Identification of cDNA Encoding Nicotiana bentamiana ARF
니코티아나 벤타미아나 줄기 cDNA 라이브러리의 488bp cDNA를 하기 올리고뉴클레오티드: ATARFK15, 5'-AAG AAG GAG ATG CGA ATT CTG ATG GT-3'(상류)(서열 번호 61), ATARFN176, 5'-ATG TTG TTG GAG AGC CAG TCC AGA CC-3'(하류)(서열 번호 62)를 사용하여 중합효소 연쇄 반응 (PCR)에 의해 분리하였다. 반응에서 벤트(vent) 중합효소를 페놀/클로로포름을 사용하여 불활성화시키고, PCR 산물을 Bluescript KS+ (Stratagene)내의 HincII 자리 내로 직접 클로닝하였다. pBluescript KS+ 내의 니코티아나 벤타미아나 ARF ORF를 포함하는, KS+Nb ARF #3의 플라스미드 지도는 도 19에 보여진다. 부분적인 ADP-리보실화 인자 ORF를 포함하는, 니코티아나 벤타미아나 KS+Nb ARF #3의 핵산 서열을 디데옥시뉴클레오티드 서열 결정에 의해 결정하였다. KS+Nb ARF #3의 핵산 서열은 다른 식물 ADP-리보실화 인자 서열과 강한 유사성을 가졌다 (핵산 수준에서 82 내지 87% 동일성). 니코티아나 벤타미아나 KS+Nb ARF #3 및 아라비돕시스 탈리아나 740 AT #120의 핵산 서열 비교는 그들 사이의 높은 상동성을 보여준다 (도 20, 서열 번호 각각 63 및 64). KS+Nb ARF #3의 핵산 서열은 ARF를 암호화하는, 식물, 효모 및 포유동물 DNA와 높은 정도의 상동성 (77-87% 동일성 및 양성)을 나타낸다 (표 7). 다시, 효모, 식물, 인간, 소 및 마우스의 GTP 결합 단백질을 암호화하는 DNA의 높은상동성은 하나의 공여자 생물의 DNA를 다른 숙주 생물에 트랜스펙션할 수 있고 숙주 생물의 내재 유전자를 효과적으로 사일런싱할 수 있다는 것을 나타낸다.The 488 bp cDNA of the Nicotiana benthamiana cDNA library was amplified by PCR using the following oligonucleotides: ATARFK15, 5'-AAG AAG GAG ATG CGA ATT CTG ATG GT-3 '(upstream) (SEQ ID NO: 61), ATARFN176, 5'- ATG TTG TTG (PCR) using GAG AGC CAG TCC AGA CC-3 '(downstream) (SEQ ID NO: 62). In the reaction, the vent polymerase was inactivated with phenol / chloroform and the PCR product was cloned directly into the HincII site in Bluescript KS + (Stratagene). A plasmid map of KS + Nb ARF # 3, including the nicotienabantamidine ARF ORF in pBluescript KS +, is shown in FIG. The nucleotide sequence of Nicotiana benthamiana or KS + Nb ARF # 3, containing the partial ADP-ribosylation factor ORF, was determined by dideoxynucleotide sequencing. The nucleic acid sequence of KS + Nb ARF # 3 had strong similarity to other plant ADP-ribosylation factor sequences (82-87% identity at the nucleic acid level). Nucleotide sequence comparisons of Nicotiana benthamiana KS + Nb ARF # 3 and Arabidopsis thaliana 740 AT # 120 show high homology between them (Figure 20, SEQ ID NOs 63 and 64 respectively). The nucleic acid sequence of KS + Nb ARF # 3 shows a high degree of homology (77-87% identity and affinity) with plant, yeast and mammalian DNA encoding ARF (Table 7). Again, the high homology of the DNA encoding the GTP-binding proteins of yeast, plants, humans, cows and mice can transfuse the DNA of one donor organism into another host organism and effectively silence the endogenous genes of the host organism Lt; / RTI >
ARF를 암호하하는 전체 길이 cDNA를32P-표지된 니코티아나 벤타미아나 KS+Nb ARF #3 프로브를 사용하여 콜로니 혼성화에 의해 니코티아나 벤타미아나 cDNA 라이브러리를 스크리닝함으로써 분리한다. 혼성화를 50% 포름아미드, 5XSSC, 0.02M 포스페이트 완충액, 5X 덴하르트 용액, 및 0.1mg/ml 전단된 암송아지 흉선 DNA에서 48시간 동안 42℃에서 수행한다. 필터를 방사선자동사진법 전에 0.1X SSC, 0.1% SDS에서 65℃에서 세척한다.Full-length cDNA coding for ARF is isolated by screening a Nicotiana benthamiana cDNA library by colony hybridization using a 32 P-labeled Nicotiana benthamiana or KS + Nb ARF # 3 probe. Hybridization is performed at 42 ° C for 48 hours in 50% formamide, 5XSSC, 0.02M phosphate buffer, 5X Denhardt's solution, and 0.1mg / ml sheared female calf thymus DNA. The filters are washed at 65 ° C in 0.1X SSC, 0.1% SDS prior to radiography.
벼, 보리, 옥수수, 대두, 및 다른 식물의 ARF, GTP 결합 단백질을 암호화하는 cDNA의 신속한 분리Rapid Separation of cDNA Encoding ARF, GTP Binding Proteins in Rice, Barley, Corn, Soybean, and Other Plants
벼, 보리, 옥수수, 대두, 및 다른 중요한 작물 유래의 전체 길이 cDNA 를 포함한 라이브러리를 공유 및 개인 원천으로부터 수득하거나 식물 mRNA로부터 제조할 수 있다. cDNA를 바이러스 벡터 또는 pBluescript (Stratagene), pUC18, M13, 또는 pBR322와 같은 작은 서브클로닝 벡터에 삽입한다. 형질전환된 세균 (E. coli)을 이어서 적당한 배지 및 항생제를 함유한 큰 페트리 플레이트 또는 생물검정 플레이트에 도말한다. 개개의 클론을 로보트 콜로니 피커를 사용하여 선발하고 96 웰 미세역가 플레이트 내에 배열한다. 배양물을 형질전환된 세포가 대수기에 도달할 때까지 37℃에서 배양한다. 분취량을 취하여 -80℃에서 장기간 보관을 위해 글리세롤 스톡을 제조한다. 배양물의 나머지를 선택적인 배지를 함유한 추가의 96 웰 미세역가 플레이트를 접종하기 위해 사용하고 밤새 키운다. DNA를 배양물로부터 분리하고 -20℃에서 저장한다. Qbot (Genetix)와 같은 로보트 단위를 사용하여, 대장균 형질전환체 또는 DNA를 나일론 필터 또는 유리 슬라이드에 고밀도로 재배열한다. 벼, 보리, 옥수수, 대두, 및 다른 중요한 작물 유래의 ARF를 암호화하는 전체 길이 cDNA를32P-표지된 또는 형광 니코티아나 벤타미아나 KS+/Nb ARF #3 프로브, 또는 아라비돕시스 740 AT #120 NotI 인서트를 사용하여 혼성화에 의해 다양한 필터 또는 슬라이드를 스크리닝하여 분리한다.Libraries containing full-length cDNAs from rice, barley, corn, soy, and other important crops can be obtained from shared and personal sources or prepared from plant mRNA. The cDNA is inserted into a small subcloning vector such as a viral vector or pBluescript (Stratagene), pUC18, M13, or pBR322. The transformed bacterium (E. coli) is then plated onto a large petri plate or bioassay plate containing the appropriate medium and antibiotic. Individual clones were selected using a robotic colony picker and arrayed in a 96 well microtiter plate. The cultures are incubated at 37 [deg.] C until the transformed cells reach the extinction period. Aliquots are taken and glycerol stocks are prepared for long term storage at -80 ° C. The remainder of the culture is used to inoculate additional 96 well microtiter plates containing selective medium and incubated overnight. DNA is isolated from the culture and stored at -20 ° C. Using a robotic unit such as Qbot (Genetix), the E. coli transformant or DNA is rearranged to a nylon filter or glass slide at a high density. Full-length cDNA encoding ARF from rice, barley, corn, soy, and other important crops was cloned into a 32 P-labeled or fluorescent Nicotiana benthamiana or KS + / Nb ARF # 3 probe, or Arabidopsis 740 AT # 120 NotI insert By screening various filters or slides by hybridization.
벼, 보리, 옥수수, 대두, 및 다른 식물의 ARF, GTP 결합 단백질을 암호화하는 게놈 클론의 신속한 분리Rapid separation of genomic clones encoding ARF, GTP binding proteins in rice, barley, corn, soy, and other plants
벼, 보리, 옥수수, 대두 및 다른 중요한 작물 유래의 서열을 함유한 게놈 라이브러리를 공유 및 개인 원천으로부터 수득하거나, 식물 게놈 DNA로부터 제조한다. 전체 식물 게놈을 함유한 BAC 클론을 최소로 중복되는 순서로 구축하고 조직한다. 개개의 BAC을 500-1000bp 절편으로 전단하고 직접 바이러스 벡터에 클로닝한다. 전체 BAC을 완전히 포괄하는 대략 200-500 클론은 BAC 바이러스 벡터 서브라이브러리를 형성할 것이다. 이러한 라이브러리는 -80℃에서 세균 글리세롤 스톡 및 -20℃에서 DNA로서 저장될 수 있다. 게놈 클론을32P-표지된 또는 형광 니코티아나 벤타미아나 KS+/Nb ARF #3 프로브, 또는32P-표지된 아라비돕시스 740 AT #120 NotI 인서트를 사용하여 BAC의 필터를 먼저 프로빙하여 확인한다. 프로브에 혼성화하는 BAC을 선발하고 그들의 해당하는 BAC 바이러스 벡터 서브라이브러리를 감염성 RNA를 제조하기 위해 사용한다. BAC 서브라이브러리로써 트랜스펙션된 식물을 기능의 상실에 대해 스크리닝한다 (예를 들면, 생장저지된 식물). 이러한 클론 또는 그들의 해당하는 플라스미드 DNA의 인서트를 디데옥시 서열 결정에 의해 규명한다. 이것은 식물 ARF 또는 GTP 결합 단백질에 대한 게놈 서열을 수득하기 위한 신속한 방법을 제공한다.Genomic libraries containing sequences from rice, barley, maize, soy and other important crops are obtained from shared and personal sources or are prepared from plant genomic DNA. BAC clones containing the entire plant genome are constructed and organized in order of least redundancy. Individual BACs are sheared into 500-1000 bp fragments and cloned directly into viral vectors. Approximately 200-500 clones, which completely encompass the entire BAC, will form the BAC virus vector sub-library. These libraries can be stored as bacterial glycerol stocks at -80 ° C and as DNA at -20 ° C. Genomic clones are identified by first probing the BAC filter using a 32 P-labeled or fluorescent Nicotiana benthamiana or KS + / Nb ARF # 3 probe, or a 32 P-labeled Arabidopsis 740 AT # 120 NotI insert. BACs that hybridize to the probe are selected and their corresponding BAC viral vector sub-libraries are used to produce infectious RNA. Plants transfected with the BAC sub-library are screened for loss of function (e. G., Growth inhibited plants). The inserts of these clones or their corresponding plasmid DNAs are identified by dideoxy sequencing. This provides a rapid method for obtaining genomic sequences for plant ARF or GTP binding proteins.
인간 ADP-리보실화 인자를 암호화하는 cDNA의 신속한 분리Rapid separation of cDNA encoding human ADP-ribosylation factor
뇌, 간, 가슴, 폐 등과 같은 생물 유래의 전체 길이 cDNA를 함유한 라이브러리를 공유 및 개인 원천으로부터 수득하거나 인간 mRNA로부터 제조한다. cDNA를 바이러스 벡터 또는 pBluescript (Stratagene), pUC18, M13, 또는 pBR322와 같은 작은 서브클로닝 벡터에 삽입한다. 형질전환된 세균 (E. coli)을 이어서 적당한 배지 및 항생제를 함유한 큰 페트리판 또는 생물검정 판에 도말한다. 개개의 클론을 로보트 콜로니 피커를 사용하여 선발하고 96 웰 미세역가 판 내에 배열한다. 배양물을 형질전환된 세포가 대수기에 도달할 때까지 37℃에서 배양한다. 분취량을 취하여 -80℃에서 장기간 보관을 위해 글리세롤 스톡을 제조한다. 배양물의 나머지를 선택적인 배지를 함유한 추가의 96 웰 미세역가 판을 접종하기 위해 사용하고 밤새 키운다. DNA를 배양물로부터 분리하고 -20℃에서 저장한다. Qbot (Genetix)와 같은 로보트 단위를 사용하여, 대장균 형질전환체 또는 DNA를 나일론 또는 니트로셀룰로오스 필터 또는 유리 슬라이드에 고밀도로 재배열한다. 인간 뇌, 간, 가슴, 폐 등 유래의 ARF를 암호화하는 전체 길이 cDNA를32P-표지된 또는 형광 니코티아나 벤타미아나 KS+/Nb ARF #3 프로브 또는 아라비돕시스 740 AT #120 NotI 인서트를 사용하여 혼성화에 의해 다양한 필터 또는 슬라이드를 스크리닝하여 분리한다.Libraries containing full-length cDNAs from living organisms such as the brain, liver, heart, lung, etc. are obtained from a shared and personal source or prepared from human mRNA. The cDNA is inserted into a small subcloning vector such as a viral vector or pBluescript (Stratagene), pUC18, M13, or pBR322. The transformed bacterium (E. coli) is then plated on a large Petri plate or biopsy plate containing the appropriate medium and antibiotics. Individual clones are selected using a robotic colony picker and arranged in a 96 well microtiter plate. The cultures are incubated at 37 [deg.] C until the transformed cells reach the extinction period. Aliquots are taken and glycerol stocks are prepared for long term storage at -80 ° C. The remainder of the culture is used to inoculate additional 96 well microtiter plates containing selective medium and incubated overnight. DNA is isolated from the culture and stored at -20 ° C. Using a robotic unit such as Qbot (Genetix), the E. coli transformant or DNA is rearranged to a nylon or nitrocellulose filter or glass slide at high density. Length cDNA encoding ARFs derived from human brain, liver, heart, lung, etc. was hybridized using a 32 P-labeled or fluorescent Nicotiana benthamiana or KS + / Nb ARF # 3 probe or Arabidopsis 740 AT # 120 NotI insert By screening various filters or slides.
인간 cDNA를 함유한 바이러스 벡터의 구축Construction of viral vectors containing human cDNA
인간 뇌 cDNA 라이브러리의 핵산 인서트를 함유한 ARF5 클론 (Bobak 등,Proc. Natl. Acad. Sci. USA 86:6101-6105 (1989))을 중합효소 연쇄 반응 (PCR)에 의해 하기 올리고뉴클레오티드: HARFMIA, 5'-TAC CTA GGG CAA TAT CTT TGG AAA CCT TCT CAA G-3'(상류)(서열 번호 65), HARFK181X, 5'-CGC TCG AGT CAC TTC TTG TTT TTG AGC TGA TTG GCC AG-3'(하류)(서열 번호 66)를 사용하여 분리한다. 반응물 중의 벤트 중합효소를 페놀/클로로포름을 사용하여 불활성화시킨다. PCR 산물을 TTO1A의 XhoI, AvrII 자리 내로 직접 클로닝한다.ARF5 clone containing a nucleic acid insert of human brain cDNA library (Bobak et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 86: 6101-6105 (1989)) was amplified by polymerase chain reaction (PCR) using the following oligonucleotides: HARFMIA, 5'-TAC CTA GGG CAA TAT CTT TGG AAA CCT TCT CAA G-3 '(upstream) (SEQ ID NO: 65), HARFK181X, 5'- CGC TCG AGT CAC TTC TTG TTT TTG AGC TGA TTG GCC AG- ) (SEQ ID NO: 66). The vent polymerase in the reaction is inactivated using phenol / chloroform. The PCR product is cloned directly into the XhoI and AvrII sites of TTO1A.
실시예 12Example 12
토브라바이러스 벡터를 사용하여 니코티아나 벤타미아나에서의 피토엔 불포화효소의 사일런싱Using a tobruvirus vector, the silencing of phytoene-unsaturated enzymes in Nicotiana benthamiana
담배 래틀 토브라바이러스 (TRV)는 이분자 양성 센스, 단일 가닥 RNA 바이러스이다. TRV는 아라비돕시스 탈리아나 (미발표 자료), 니코티아나 종, 브라시카 캄페스트리스 (Brassica campestris), 캅시쿰 안늄 (Capsicum annuum), 케노포디움 아마란티콜라 (Chenopodium amaranticolor), 글리신 맥스 (Glycine max), 리코퍼시콘 에스쿨렌툼 (Lycopersicon esculentum), 나르시수스 슈도나르시수스 (Narcissus pseudonarcissus), 페튜니아 엑스 하이브리다 (Petunia X hybrida), 피숨 사티붐 (Pisum sativum), 솔라눔 투베로숨 (Solanum tuberosum), 스피나시아 올레라시아 (Spinacia oleracea), 비시아 파바 (Vicia faba)를 포함하여, 다양한 범위의 숙주 식물을 감염시킬 수 있다 (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ICTVdb/ICTVdB/72010004.htm#SymptHost). TRV RNA-1은 시스테인 풍부 단백질 ((CRP) 16kDa)은 물론, 바이러스 복제 (복제효소,134/194kDa) 및 이동 (이동 단백질 (mp) 29kDa)에 관련된 단백질을 암호화한다 (도 21.A). TRV RNA-1의 개선된 돌연변이체인 pLSB-1을, 다른 니코티아나 벤타미아나 식물로부터 PpK20의 통과 수액 추출물 (MacFarlane 및 Popovich. Efficient expression of foreign proteins in roots from tobravirus vectors. Virology, 267, 29-35 (2000))로써 접종된 니코티아나 벤타미아나 식물로부터 분리하였다. pLSB-1 RNA-1로써 접종된 식물은 PpK20 RNA-1으로써 접종된 식물과 비교하여 더욱 광대하게 유전자 사일런싱을 나타낸다. 비리온을 잎 조직으로부터 PEG 침전 방법에 의해 정제하고 (Gooding GV Jr, Hebert TT (1967) A simple technique for purification of tobacco mosaic virus in large quantities. Phytopathology 57(11):1285), RNA를 RNeasy Mini Kit (Qiagen)을 사용하여 분리하고, 이어서 cDNA를 cDNA 합성 시스템 (Gibco BRL)을 사용하여 올리고뉴클레오티드 5'-TTAATTAAGCATGCGGATCCCGTACGGGCGTAATAACGCTTACGTAGGCGAGGGGTTTTAC-3'을 사용하여 제조하였다. 전체 길이 TRV RNA-1을 올리고뉴클레오티드 5'-ATGAAGAGCATGCTAATACGACTCACTATAGATAAAACATTTCAATCCTTTGAACGC-3'(상류) 및 5'-TTCATCTGGATCCCGGGCGTAATAACGCTTACGTAGGCG-3'(하류)을 사용하여 PCR 증폭하고 SphI/BamHI 자리에서 pUC18내로 클로닝하였다. 이 TRV RNA-1 구축물인 pLSB-1을 디데옥시 핵산 서열 결정에 의해 확인하고, PpK20 RNA-1에 대한 발표된 서열과 비교하여 29 점 돌연변이를 가지는 것을 발견하였다 (Visser, P.B. 및 Bol, J. F. (1999). ACCESSION AF 166084). 모든 이러한 점 돌연변이는 복제효소 유전자 내에 존재하고, 많은 것은 아미노산 치환을 암호화한다. pLSB-1 내에 포함된돌연변이 TRV RNA-1 바이러스 서열은 하기와 같다. 5'-Tobacco rattletombirus (TRV) is a bispecific sense, single-stranded RNA virus. TRV can be used in a variety of forms including Arabidopsis thaliana (unpublished data), Nicotiana species, Brassica campestris, Capsicum annuum, Chenopodium amaranticolor, Glycine max, Lycopersicon esculentum, Narcissus pseudonarcissus, Petunia X hybrida, Pisum sativum, Solanum tuberosum, Spirometer sp. It can infect a wide range of host plants, including Spinacia oleracea, Vicia faba (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ICTVdb/ICTVdB/) 72010004.htm # SymptHost). TRV RNA-1 encodes a protein associated with viral replication (replication enzyme, 134/194 kDa) as well as cysteine-rich protein (CRP 16 kDa) and migration (29 kDa of transfer protein (mp)) (Fig. PLSB-1, an improved mutant of TRV RNA-1, was isolated from the passage extract of PpK20 from other Nicotiana benthamiana plants (MacFarlane and Popovich. Efficient expression of foreign proteins in roots from tobravirus vectors. Virology, 267, 29-35 (2000)). ≪ / RTI > Plants inoculated with pLSB-1 RNA-1 exhibit gene silencing more extensively than plants inoculated with PpK20 RNA-1. Virion was purified from leaf tissues by PEG precipitation method (Gooding GV Jr, Hebert TT (1967) A simple technique for purification of tobacco mosaic virus in large quantities. Phytopathology 57 (11): 1285) (Qiagen ), Followed by cDNA synthesis using the cDNA synthesis system (Gibco BRL ) Using oligonucleotides 5'-TTAATTAAGCATGCGGATCCCGTACGGGCGTAATAACGCTTACGTAGGCGAGGGGTTTTAC-3 '. The full length TRV RNA-1 was PCR amplified using the oligonucleotides 5'-ATGAAGAGCATGCTAATACGACTCACTATAGATAAAACATTTCAATCCTTTGAACGC-3 '(upstream) and 5'-TTCATCTGGATCCCGGGCGTAATAACGCTTACGTAGGCG-3' (downstream) and cloned into pUC18 at the SphI / BamHI site. This TRV RNA-1 construct, pLSB-1, was identified by dideoxy nucleic acid sequencing and found to have a 29 point mutation compared to the published sequence for PpK20 RNA-1 (Visser, PB and Bol, JF 1999) ACCESSION AF 166084). All these point mutations are present in the replication enzyme gene, many of which encode amino acid substitutions. The mutant TRV RNA-1 viral sequences contained in pLSB-1 are as follows. 5'-
RNA-2는 캡시드 단백질 및 두 개의 비구조적 단백질인 2b 및 2c를 암호화한다 (도 21.A). GFP를 발현하는 TRV RNA-2 구축물은 TRV 분리균인 PpK20의 RNA2의 전체 길이 클론으로부터 유도되었다 (Mueller 등, 1997. Journal of General Virology, 78, 2085-2088 (1997), MacFarlane 및 Popovich. Efficient expression of foreign proteins in roots from tobravirus vectors. Virology, 267, 29-35 (2000)). 이 TRV-GFP 구축물은 GFP에 연결된 완두 조기갈변 바이러스 (PEBV) 외피 단백질 프로모터로써 대체된 TRV RNA-2의 2c 유전자를 가진다 (MacFarlane 및 Popovich, 2000). 이 TRV-GFP 구축물을 추가로 GFP 유전자를 PstI 및 NotI 클로닝 자리로써 대체함으로써 변형하여 플라스미드 pK20-2b-P/N을 제조하였다. 니코티아나 벤타미아나의 피토엔 불포화효소 (PDS) 유전자를 플라스미드 pWPF187로부터 하기 올리고뉴클레오티드 5'-TGGTTCTGCAGTTATGCATGCCCCAAATTGGACTTG-3'(상류) 및 5'-TTTTCCTTTTGCGGCCGCTAAACTACGCTTGCTTCTG-3'(하류)를 사용하여 PCR 증폭하였다. 이 PCR 산물을 이어서 양성 방향으로 pK20-2b-P/N 내로 서브클로닝하였다. 생성되는 구축물인 TRV-PDS (도 21.B)을 SmaI으로 선형화하고 T7 RNA 중합효소 (Ambion mMessage mMachine)을 사용하여 전사하였다. 전사체 RNA2를 TRV RNA-1의 전체 길이 클론(pLSB-1)의 전사체와 혼합하였다.RNA-2 encodes a capsid protein and two unstructured proteins, 2b and 2c (Fig. 21.A). The TRV RNA-2 construct expressing GFP was derived from a full length clone of RNA2 of TRV isolate, PpK20 (Mueller et al., 1997. Journal of General Virology, 78, 2085-2088 (1997), MacFarlane and Popovich. Efficient expression of foreign proteins in roots from tobravirus vectors. Virology, 267, 29-35 (2000)). This TRV-GFP construct has the 2c gene of TRV RNA-2 replaced by a pea-early-browning virus (PEBV) coat protein promoter linked to GFP (MacFarlane and Popovich, 2000). The TRV-GFP construct was further modified by replacing the GFP gene with the PstI and NotI cloning sites to produce the plasmid pK20-2b-P / N. (PDS) gene was PCR amplified from the plasmid pWPF187 using the following oligonucleotides 5'-TGGTTCTGCAGTTATGCATGCCCCAAATTGGACTTG-3 '(upstream) and 5'-TTTTCCTTTTGCGGCCGCTAAACTACGCTTGCTTCTG-3' (downstream). This PCR product was then subcloned into pK20-2b-P / N in the positive direction. The resulting construct, TRV-PDS (Figure 21.B), was linearized with SmaI and transcribed using T7 RNA polymerase (Ambion mMessage mMachine). Transcript RNA2 was mixed with a transcript of the full-length clone of TRV RNA-1 (pLSB-1).
TRV-PDS를 니코티아나 벤타미아나 상에 접종하였다. 6-7일 후에, 황백화 영역은 상단에서 생기는 잎에서 나타나기 시작했다. 8-10 일 후에, 이러한 황백화 영역은 백색 영역으로 나타나기 시작했다. TRV-PDS 감염된 식물의 시료를 HPLC를 사용하여 분석하였다. HPLC 분석은 접종되지 않은 대조군과 비교할 때TRV-PDS 감염된 식물에서 현저하게 증가된 수준의 피토엔을 나타냈다.TRV-PDS was inoculated on Nicotiana benthamianaa. After 6-7 days, the yellowish white area began to appear on the leaves at the top. After 8-10 days, this yellowing area began to appear as a white area. Samples of TRV-PDS infected plants were analyzed using HPLC. HPLC analysis showed a significantly increased level of phytoene in the TRV-PDS infected plants when compared to the uninoculated control.
실시예 13Example 13
바이러스 유도된 RNA (G-단백질 연관 수용체)를 사용하여 안티센스 방향으로 유전자 발현의 세포질 저해에 의한 식물 발생의 조절에 관련된 핵산 서열의 확인Identification of nucleic acid sequences involved in the regulation of plant development by cytoplasmic inhibition of gene expression in the antisense orientation using virus-induced RNA (G-protein associated receptor)
본 실시예는 다시 에피솜 RNA 바이러스 벡터가 식물에서 신호 전달 경로를 일부러 조작하는데 사용될 수 있다는 것을 증명한다. 게다가, 우리의 결과는 아라비돕시스 안티센스 전사체가 니코티아나 벤타미아나 유전자의 발현을 차단할 수 있다는 것을 제안한다.This example again demonstrates that episomal RNA viral vectors can be used to deliberately manipulate signaling pathways in plants. In addition, our results suggest that the Arabidopsis antisense transcript may block the expression of nicotianabentamia gene.
부분적인 아라비돕시스 탈리아나 cDNA 라이브러리를 RNA 바이러스 벡터 내의 토바모바이러스 서브게놈 프로모터의 전사 조절하에 위치하였다. 형질전환된 대장균의 콜로니를 Flexys 로보트를 이용하여 자동적으로 취하고, 테리픽 브로트(terrific broth) (TB) Amp 50㎍/ml를 함유한 96 웰 평판 바닥 블록에 옮겼다. 대략 2000개의 플라스미드 DNA를 BioRobot를 사용하여 밤새 배양물로부터 분리하고, 430개의 독립적인 클론으로부터의 감염성 RNA를 직접 식물에 적용하였다. 접종후 1-2 주에, 트랜스펙션된 니코티아나 벤타미아나 식물을 성장 속도, 형태, 및 색깔의 변화에 대해 시각적으로 모니터하였다. 740 AT #88 (도 22)로써 트랜스펙션된 한 세트의 식물은 감염된 잎 조직 상에 백색 표현형을 나타냈다. DNA 서열 분석은 이 클론이 안티센스 방향으로 아라비돕시스 G-단백질 연관 수용체 개방형해독틀(ORF)을 포함하고 있다는 것을 드러냈다.A partial Arabidopsis thaliana cDNA library was placed under the transcriptional control of the tovomovirus subgenomic promoter in the RNA viral vector. Colonies of the transformed Escherichia coli were automatically taken using a Flexys robot and transferred to a 96 well flat bottom block containing 50 μg / ml of terrific broth (TB) Amp. Approximately 2000 plasmid DNAs were separated from the overnight culture using BioRobot and infectious RNA from 430 independent clones was directly applied to the plants. At 1-2 weeks after inoculation, the transfected Nicotiana benthamiana plants were visually monitored for changes in growth rate, morphology, and color. A set of plants transfected with 740 AT # 88 (Figure 22) showed a white phenotype on infected leaf tissue. DNA sequencing revealed that this clone contains the Arabidopsis G-protein-linked receptor open reading frame (ORF) in the antisense orientation.
DNA 서열 결정 및 컴퓨터 분석DNA sequencing and computer analysis
G-단백질 연관 수용체 cDNA를 함유한 740 AT #88의 758bp NotI 절편을 규명하였다. 740 AT #88의 핵산 서열 결정을 이중 가닥 주형을 이용하여 디데옥시 종결에 의해 수행하였다. 핵산 서열 분석 및 아미노산 서열 비교를 DNA Strider, PCGENE 및 NCBI Blast 프로그램을 사용하여 수행하였다. 도 23은 740 AT #88 인서트의 부분적인 핵산 서열 (서열 번호 69) 및 아미노산 서열 (서열 번호 70)을 보여준다. 740 AT #88의 핵산 서열을 브라시카 라파 (Brassica rapa) cDNA L35812 와 비교한 결과 (도 24, 서열 번호 71 및 72), 91% 동일성 및 양성이었고; 낙지 로돕신 cDNA X07797 (도 25, 서열 번호 73 및 74)과 68% 동일성 및 양성이었다. 식물 및 동물 로돕신 유래의 로돕신을 암호화하는 DNA의 상동성은 하나의 계 유래의 유전자는 다른 계의 유전자의 발현을 저해할 수 있다는 것을 나타낸다. 740 AT #88로부터 유도된 아미노산 서열을 낙지 로돕신 P31356 (도 26, 서열 번호 75-77)과 비교한 결과, 65% 동일성 및 양성이었다. 표 8은 740 AT #88과 디. 디스코이데움 (D. discoideum) 및 낙지 로돕신과의 아미노산 서열 비교를 보여주는데: 58-62% 동일성 및 63-65% 양성이었다.The 758 bp NotI fragment of 740 AT # 88 containing the G-protein associated receptor cDNA was identified. The nucleotide sequence determination of 740 AT # 88 was performed by dideoxy termination using a double stranded template. Nucleic acid sequence analysis and amino acid sequence comparison were performed using the DNA Strider, PCGENE and NCBI Blast programs. Figure 23 shows the partial nucleic acid sequence (SEQ ID NO: 69) and amino acid sequence (SEQ ID NO: 70) of the 740 AT # 88 insert. The nucleotide sequence of 740 AT # 88 was compared with Brassica rapa cDNA L35812 (Fig. 24, SEQ ID NOs: 71 and 72), 91% identical and positive; Was 68% identical and positive to the octopus rhodopsin cDNA X07797 (Figure 25, SEQ ID NOs: 73 and 74). The homology of the DNA encoding rhodopsin from plants and animals with rhodopsin indicates that one system of genes can inhibit the expression of genes of other systems. The amino acid sequence derived from 740 AT # 88 was compared with Octopus rhodopsin P31356 (FIG. 26, SEQ ID NO: 75-77) and was 65% identical and positive. ≪ tb > TABLE 8 < tb > A comparison of amino acid sequence with D. discoideum and octopus rhodopsin is shown: 58-62% identity and 63-65% positive.
실시예 14Example 14
아라비돕시스 S18 리보좀 단백질 개방형 해독틀을 포함한 핵산 서열의 확인Identification of nucleic acid sequences including Arabidopsis S18 ribosomal protein open reading frames
접종 후 1-2주에, 트랜스펙션된 니코티아나 벤타미아나 식물을 성장 속도, 형태, 및 색깔의 변화에 대해 시각적으로 모니터하였다. 740 AT #377 (도 27)로써 트랜스펙션된 한 세트의 식물은 심하게 생장이 저지되었다. DNA 서열 분석 (도 28, 서열 번호 78)은 이 클론이 안티센스 방향으로 아라비돕시스 S18 리보좀 단백질 개방형해독틀(ORF)을 포함하고 있다는 것을 드러냈다.At 1-2 weeks after inoculation, the transfected Nicotiana benthamiana plants were visually monitored for changes in growth rate, morphology, and color. One set of plants transfected with 740 AT # 377 (Figure 27) was severely inhibited from growing. DNA sequence analysis (Figure 28, SEQ ID NO: 78) revealed that this clone contained the Arabidopsis S18 ribosomal protein open reading frame (ORF) in the antisense orientation.
실시예 15Example 15
바이러스 유도된 RNA를 사용한 유전자 발현의 세포질 저해에 의한 식물 성장의 조절에 관련된 L19 리보좀 단백질 유전자의 확인Identification of L19 ribosomal protein genes involved in the regulation of plant growth by cytoplasmic inhibition of gene expression using virus-induced RNAs
접종 후 1-2주에, 트랜스펙션된 니코티아나 벤타미아나 식물을 성장 속도, 형태, 및 색깔의 변화에 대해 시각적으로 모니터하였다. 740 AT #2483 (도 29)로써 트랜스펙션된 한 세트의 식물은 심하게 생장이 저지되었다. DNA 서열 분석 (도 30, 서열 번호 79)은 이 클론이 안티센스 방향으로 아라비돕시스 L19 리보좀 단백질 개방형해독틀(ORF)을 포함하고 있다는 것을 드러냈다. 740 AT #2483 핵산 서열은 식물, L19 리보좀 단백질 유전자에 대해 높은 정도의 상동성 (77-78% 동일성 및 양성)을 나타냈다 (표 9). 게다가, 740 AT #2483 핵산 서열은 효모, 곤충 및 인간 L19 리보좀 단백질 유전자에 대해 높은 정도의 상동성 (71-79% 동일성 및 양성)을 나타냈다 (표 9). 740 AT #2483 아미노산 서열과 인간, 곤충 및 효모 리보좀 단백질 L19의 비교는 38-88% 동일성 및 61-88% 양성을 보여준다 (표 10). 인간, 식물, 효모 및 곤충 유래의 리보좀 L19 단백질을 암호화하는 DNA의 높은 상동성은 하나의 생물의 유전자가 다른 계로부터의 생물의 유전자 발현을 저해할 수 있다는 것을 나타낸다.At 1-2 weeks after inoculation, the transfected Nicotiana benthamiana plants were visually monitored for changes in growth rate, morphology, and color. One set of plants transfected with 740 AT # 2483 (Figure 29) was severely inhibited from growing. DNA sequencing (Figure 30, SEQ ID NO: 79) revealed that this clone contained the Arabidopsis L19 ribosomal protein open reading frame (ORF) in the antisense orientation. The 740 AT # 2483 nucleic acid sequence showed a high degree of homology (77-78% identity and positivity) to the plant, L19 ribosomal protein gene (Table 9). In addition, the 740 AT # 2483 nucleic acid sequence showed a high degree of homology (71-79% identity and positivity) to yeast, insect and human L19 ribosomal protein genes (Table 9). Comparison of the amino acid sequence of 740 AT # 2483 with human, insect and yeast ribosomal protein L19 shows 38-88% identity and 61-88% positivity (Table 10). The high homology of the DNA encoding human, plant, yeast and insect-derived ribosomal L19 protein indicates that the gene of one organism can inhibit the gene expression of an organism from another system.
DNA 서열 결정 및 컴퓨터 분석DNA sequencing and computer analysis
리보좀 단백질 L19 cDNA를 함유한 740 AT #909의 NotI 절편을 규명하였다. 740 AT #909의 핵산 서열 결정 (도 31)을 이중 가닥 주형을 이용하여 디데옥시 종결에 의해 수행하였다. 핵산 서열 분석 및 아미노산 서열 비교를 DNA Strider, PCGENE 및 NCBI Blast 프로그램을 사용하여 수행하였다. 도 32는 인간 S56985 리보좀 단백질 L19 cDNA에 대한 740 AT #909의 핵산 정렬 (서열 번호 각각 80 및 81)을 보여준다. 도 33 (서열 번호 82-84)은 인간 P14118 60S 리보좀 단백질 L19에 대한 740 AT #909 의 아미노산 정렬을 보여준다. 표 11은 식물, 초파리, 효모, 및 인간에 대한 740 AT #909 핵산 서열 비교를 보여준다: 63-79% 동일성 및 양성. 표 12는 식물, 인간, 마우스, 효모, 및 곤충 L19 리보좀 단백질에 대한 740 AT #909 아미노산 서열 비교를 보여준다: 65-88% 동일성 및 80-92% 양성.The NotI fragment of 740 AT # 909 containing the ribosomal protein L19 cDNA was identified. The nucleotide sequence determination of 740 AT # 909 (Figure 31) was performed by dideoxy termination using double stranded templates. Nucleic acid sequence analysis and amino acid sequence comparison were performed using the DNA Strider, PCGENE and NCBI Blast programs. Figure 32 shows nucleic acid alignment (sequence numbers 80 and 81, respectively) of 740 AT # 909 to the human S56985 ribosomal protein L19 cDNA. Figure 33 (SEQ ID NO: 82-84) shows amino acid alignment of 740 AT # 909 to human P14118 60S ribosomal protein L19. Table 11 shows the 740 AT # 909 nucleic acid sequence comparison for plants, fruit flies, yeast, and humans: 63-79% identity and positive. Table 12 shows a comparison of 740 AT # 909 amino acid sequences for plant, human, mouse, yeast, and insect L19 ribosomal proteins: 65-88% identity and 80-92% positive.
실시예 16Example 16
아라비돕시스 탈리아나 HAT7 호메오박스-류신 지퍼 핵산 서열을 함유한, 양성 센스로 세포질 저해 벡터의 구축Construction of cytoplasmic inhibition vector with positive sense containing Arabidopsis thaliana HAT7 homeobox-leucine zipper nucleic acid sequence
아라비돕시스 탈리아나 CD4-13 cDNA 라이브러리를 NotI 으로 절단하였다.500 내지 1000bp 의 DNA 절편을 홈통 용출에 의해 분리하고 pBS740의 NotI 자리에 서브클로닝하였다. 대장균 C600 수용성 세포를 pBS740 AT 라이브러리로써 형질전환하고 아라비돕시스 cDNA 서열을 함유한 콜로니를 LB Amp 50㎍/ml 상에서 선발하였다.The Arabidopsis thaliana CD4-13 cDNA library was digested with Not I. DNA fragments of 500 to 1000 bp were separated by trough extraction and subcloned into the NotI site of pBS740. Escherichia coli C600 water-soluble cells were transformed with the pBS740 AT library and colonies containing Arabidopsis cDNA sequences were selected on 50 μg / ml of LB Amp.
HAT7 호메오박스-류신 지퍼를 암호화하는 유전자의 분리HAT7 Homebone - Segregation of genes encoding leucine zipper
접종 후 1-2주에, 트랜스펙션된 니코티아나 벤타미아나 식물을 성장 속도, 형태, 및 색깔의 변화에 대해 시각적으로 모니터하였다. 740 AT #855 (도 34)로써 트랜스펙션된 식물은 적당하게 생장이 저지되었다. 플라스미드 740 AT #855는 TMV-U1 126, 193, 및 30kDa ORF, TMV-U5 외피 단백질 유전자 (U5 cp), T7 프로모터, 아라비돕시스 탈리아나 CD4-13 NotI 절편, 및 pUC19 플라스미드의 부분을 함유한다. 30kDa ORF의 음성 가닥내에 위치한 TMV-U1 서브게놈 프로모터는 CD4-13 서브게놈 RNA의 합성을 조절한다.At 1-2 weeks after inoculation, the transfected Nicotiana benthamiana plants were visually monitored for changes in growth rate, morphology, and color. Plants transfected with 740 AT # 855 (Figure 34) were adequately inhibited from growing. Plasmid 740 AT # 855 contains the portions of TMV-U1 126, 193, and 30 kDa ORF, the TMV-U5 coat protein gene (U5 cp), the T7 promoter, the Arabidopsis thaliana CD4-13 NotI fragment, and the pUC19 plasmid. The TMV-U1 subgenomic promoter located within the negative strand of the 30 kDa ORF regulates the synthesis of CD4-13 subgenomic RNA.
DNA 서열 결정 및 컴퓨터 분석DNA sequencing and computer analysis
740 AT #855의 NotI 절편을 규명하였다: 핵산 서열 분석 및 아미노산 서열 비교를 DNA Strider, PCGENE 및 NCBI Blast 프로그램을 사용하여 수행하였다. 740 AT #855는 아라비돕시스 탈리아나 HAT7 호메오박스-류신 지퍼 cDNA 서열을 함유했다. 740 AT #855 및 아라비돕시스 탈리아나 HAT7 호메오박스 단백질 ORF (UO9340)의 핵산 서열 정렬을 비교하였다. 도 36 (서열 번호 85-87)은 740 AT #855 및 아라비돕시스 탈리아나 HAT7 호메오박스 단백질 ORF의 핵산 서열, 및 아라비돕시스 탈리아나 HAT7 호메오박스 단백질 ORF의 아미노산 서열을 보여준다.이 결과는 740 AT #855가 양성 방향으로 아라비돕시스 탈리아나 HAT7 호메오박스 단백질 ORF의 3'-비번역 영역 (UTR)을 포함하여, 트랜스펙션된 니코티아나 벤타미아나에서 HAT7 호메오박스 단백질의 발현을 저해한다는 것을 보여준다. 표 13은 740 AT #855와 아라비돕시스 탈리아나, 래트 및 인간과의 핵산 서열 비교를 보여준다: 65-98% 동일성 및 양성.740 AT # 855 was identified. Nucleic acid sequence analysis and amino acid sequence comparison were performed using the DNA Strider, PCGENE and NCBI Blast programs. 740 AT # 855 contained the Arabidopsis thaliana HAT7 homeobox-leucine zipper cDNA sequence. 740 AT # 855 and Arabidopsis thaliana HAT7 Homo box protein ORF (UO9340). Figure 36 (SEQ ID NO: 85-87) shows the nucleic acid sequence of 740 AT # 855 and Arabidopsis thaliana HAT7 homeobox protein ORF, and the amino acid sequence of Arabidopsis thaliana HAT7 homeobox protein ORF. 855 inhibits the expression of the HAT7 humobox protein in transfected Nicotiana bentamiana, including the 3'-untranslated region (UTR) of the Arabidopsis thaliana or HAT7 humobox protein ORF in the positive direction . Table 13 shows the nucleic acid sequence comparison between 740 AT # 855 and Arabidopsis thaliana, rat and human: 65-98% identity and positive.
실시예 17Example 17
인간 핵산 서열을 함유한 바이러스 유도된 RNA를 사용하여 유전자 발현의 세포질 저해에 의한 식물 성장의 조절에 관련된 인간 핵산 서열의 확인Identification of human nucleic acid sequences involved in the regulation of plant growth by cytoplasmic inhibition of gene expression using viral-derived RNA containing human nucleic acid sequences
인간 뇌 cDNA 라이브러리를 공유 및 개인 원천으로부터 수득하거나 인간mRNA로부터 제조한다. cDNA를 바이러스 벡터 또는 작은 서브클로닝 벡터 내에 삽입하고, cDNA 인서트를 적당한 효소로써 클로닝 벡터로부터 분리하고, 변형하고, NotI 링커를 cDNA 평활 말단에 첨부한다. 인간 cDNA 인서트를 pBS740의 NotI 자리 내로 서브클로닝한다. 대장균 C600 수용성 세포를 pBS740 서브라이브러리로써 형질전환하고, 인간 cDNA 서열을 함유한 콜로니를 LB Amp 50㎍/ml 상에서 선발한다. 바이러스 인간 뇌 cDNA 라이브러리를 함유한 DNA를 형질전환된 콜로니로부터 정제하고 식물에 직접 적용한 감염성 RNA를 제조하는데 사용한다. 트랜스펙션 후 1-3주에, 심한 생장저지 표현형을 나타내는 식물을 확인하고, 그들의 해당하는 바이러스 벡터 인서트를 핵산 서열 결정에 의해 규명한다.Human brain cDNA libraries are obtained from shared and personal sources or prepared from human mRNA. The cDNA is inserted into a viral vector or a small subcloning vector, the cDNA insert is separated from the cloning vector with the appropriate enzyme, modified, and the NotI linker is attached to the cDNA blunt end. The human cDNA insert is subcloned into the NotI site of pBS740. Escherichia coli C600 water-soluble cells are transformed with the pBS740 sub-library, and colonies containing the human cDNA sequence are selected on 50 mu g / ml of LB Amp. DNA containing the viral human brain cDNA library is purified from transformed colonies and used to produce infectious RNA directly applied to plants. At 1-3 weeks after transfection, plants expressing the severe growth retardation phenotype are identified and their corresponding viral vector inserts are identified by nucleic acid sequencing.
인간 핵산 서열을 함유한 바이러스 유도된 RNA를 사용하여 내재하는 유전자 발현의 저해에 의한 숙주 생물의 성장 조절에 관련된 인간 핵산 서열의 확인Identification of human nucleic acid sequences involved in the growth control of host organisms by inhibition of the inherent gene expression using virus-derived RNAs containing human nucleic acid sequences
인간 뇌 cDNA 라이브러리를 공유 및 개인 원천으로부터 수득하거나 인간 mRNA로부터 제조한다. cDNA를 바이러스 벡터 또는 작은 서브클로닝 벡터 내에 삽입하고 cDNA 인서트를 적당한 효소로써 클로닝 벡터로부터 분리하고, 변형하고, NotI 링커를 cDNA 평활 말단에 첨부한다. 인간 cDNA 인서트를 pFastBac1의 NotI 자리 내로 서브클로닝한다. 인간 cDNA 인서트를 Condreay 등 (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 96:127-132 (1999))에 따라 EcoRI-XbaI 절편으로서 pFastBacMam1 내에 인간 cDNA 인서트를 함유한 셔틀 플라스미드 pFastBac-HcDNA로부터 제거하여 pFastBacMam1-HcDNA를 구축하였다. 재조합 바이러스를 Bac-to-Bac 시스템 (Life Technologies)을 사용하여 생성한다. 바이러스를 추가로 스포돕테라 프루기퍼다 (Spodoptera frugiperda) 세포에서의 번식에 의해 증식한다. 배가 속도, 모양, 크기, 키나아제 활성, 시토카인 해리, 부형제에 대한 반응 (예를 들면, 독성 화합물, 병원균 등), 세포 배양의 분열, 무혈청 성장, 유전자 활성화, 및 수용체 발현과 같은 표현형 변화는 미시적으로, 거시적으로, 또는 생화학적 방법에 의해 검출된다. 표현형 또는 생화학적 변화를 가진 세포가 검출되고 변화를 초래하는 cDNA 클론 또는 벡터내의 핵산 인서트를 이어서 서열 결정한다.Human brain cDNA libraries are obtained from shared and personal sources or prepared from human mRNA. The cDNA is inserted into a viral vector or small subcloning vector, the cDNA insert is separated from the cloning vector with the appropriate enzyme, modified, and the NotI linker is attached to the cDNA blunt end. The human cDNA insert is subcloned into the NotI site of pFastBacl. Human cDNA inserts were removed from the shuttle plasmid pFastBac-HcDNA containing human cDNA inserts in pFastBacMaml as an EcoRI-XbaI fragment according to Condreay et al. (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 96: 127-132 -H cDNA was constructed. Recombinant viruses are generated using the Bac-to-Bac system (Life Technologies). Virus is further propagated by propagation in Spodoptera frugiperda cells. Phenotypic changes such as rate, shape, size, kinase activity, cytokine dissociation, response to excipients (eg, toxic compounds, pathogens, etc.), cell culture cleavage, serum free growth, gene activation, , Macroscopically, or by biochemical methods. Cells with phenotypic or biochemical changes are detected and subsequent sequencing of the cDNA clone or nucleic acid insert in the vector leading to the change is sequenced.
식물 유도된 인간 단백질의 발현을 위한 식물 동족체의 인간화Humanization of plant analogs for the expression of plant-derived human proteins
해당하는 식물 cDNA를 수득하기 위해, 트랜스펙션된 식물 표현형 (예를 들면, 생장저지)에서 변화를 야기하는데 관련된 인간 클론을 프로브로서 사용한다. 전체 길이 식물 cDNA를32P-표지된 또는 형광 인간 cDNA 인서트 프로브를 사용하여 니코티아나 벤타미아나 cDNA 를 함유한 필터 또는 슬라이드를 혼성화함으로써 분리한다. 양성 식물 클론을 핵산 서열 결정에 의해 규명하고 그들의 인간 동족체와 비교한다. 상이한 아미노산을 암호화하는 식물 코돈을 위치 지정 돌연변이에 의해 그들의 인간 동족체와 동일한 아미노산을 암호화하는 코돈으로 변화시킨다. 생성되는 "인간화된" 식물 cDNA는 인간 클론과 동일한 단백질을 암호화한다. "인간화된" 식물 클론을 표준 기술에 의해 트랜스펙션된 또는 형질전환된 식물에서 인간 단백질을 제조하기 위해 사용한다. "인간화된" cDNA는 식물 유래이므로, 식물에서 발현하기에 적합하다.To obtain the corresponding plant cDNA, human clones involved in causing changes in the transfected plant phenotype (e. G., Growth inhibition) are used as probes. The full-length plant cDNA is separated by hybridizing filters or slides containing the Nicotiana bentamiana cDNA using a 32 P-labeled or fluorescent human cDNA insert probe. Positive plant clones are identified by nucleic acid sequencing and compared with their human homologues. Plant codons encoding different amino acids are changed to codons that encode the same amino acids as their human homologues by site-directed mutagenesis. The resulting " humanized " plant cDNA encodes the same protein as the human clone. &Quot; Humanized " plant clones are used for the production of human proteins in transgenic or transformed plants by standard techniques. Because " humanized " cDNA is plant-derived, it is suitable for expression in plants.
실시예 18Example 18
이중 가닥 영역을 형성하기 위해 자체내 염기쌍을 형성할 수 있는 RNA를 전달함으로써 유도된 유전자의 유전자 사일런싱/동시 억제Gene silencing / simultaneous repression of genes induced by the transfer of RNA capable of forming its own base pairs to form double-stranded regions
유전자 사일런싱은 형질전환된 식물에서 유전자 발현을 하향 조절하는데 사용되었다. 최근의 실험적인 증거는 이중 가닥 RNA가 형질전환된 식물에서 유전자 사일런싱/동시 억제 현상의 효과적인 자극제일 수 있다는 것을 제안한다. 예를 들면, Waterhouse 등 (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95:13959-13964 (1998), 참고로 본원에 포함됨)은 식물에서 바이러스 저항성 및 유전자 사일런싱이 센스 및 안티센스 RNA의 동시 발현에 의해 유도될 수 있다는 것을 기재하였다. 식물 유전자의 유전자 사일런싱/동시 억제는 이중 가닥 영역을 형성하기 위해 자체내 염기쌍을 형성할 수 있는 RNA를 전달함으로써 유도될 수 있다.The gene silencing was used to down-regulate gene expression in transgenic plants. Recent experimental evidence suggests that double-stranded RNA may be an effective stimulus for gene silencing / co-suppression in transformed plants. For example, Waterhouse et al. (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95: 13959-13964 (1998), incorporated herein by reference) discloses that virus resistance and gene silencing in plants are caused by simultaneous expression of sense and antisense RNA Lt; / RTI > Genetic silencing / simultaneous repression of plant genes can be induced by delivering RNA that can form its own base pairs to form double stranded regions.
이 실시예는 (1) 이중 가닥 영역을 형성할 수 있는 RNA를 제조할 수 있는 RNA 바이러스 벡터를 생성하는 신규 방법, 및 (2) 그러한 바이러스 벡터를 사용함으로써 식물 유전자를 사일런싱하는 방법을 보여준다.This example shows a novel method for generating (1) RNA viral vectors capable of producing RNA capable of forming double stranded regions, and (2) silencing plant genes by using such viral vectors.
단계 1: 전사된 후에 자체내 염기쌍을 형성할 수 있는 RNA 분자를 생성하는 DNA 서열의 구축. 두 개의 동일한, 또는 거의 동일한, 이중 가닥 DNA 서열을 서로에 대해 역방향으로 (즉, 머리-꼬리 또는 꼬리-머리 방향으로) 상동성 서열 사이에 연결 핵산 서열의 존재 또는 부재하에 함께 연결한다. 생성되는 DNA 서열을 이어서 식물 바이러스 벡터 게놈의 cDNA 카피내로 클로닝한다.Step 1: Construction of a DNA sequence that generates an RNA molecule capable of forming its own base pair after being transcribed. Two identical, or nearly identical, double-stranded DNA sequences are ligated together in the reverse direction (i.e., head-tail or tail-head direction) with respect to each other, with or without a linking nucleic acid sequence between homologous sequences. The resulting DNA sequence is then cloned into a cDNA copy of the plant virus vector genome.
단계 2: 당업계에 공지된 방법을 사용하는 관심 있는 클론의 클로닝, 스크리닝, 전사.Step 2: Cloning, screening, and transcription of clones of interest using methods known in the art.
단계 3: 클론의 전사체로써 식물 세포를 감염.Step 3: Infect plant cells with transcripts of clones.
바이러스가 외래 유전자 서열을 발현할 때, 외래 유전자의 RNA는 자체내 염기쌍을 형성하여, 이중 가닥 RNA 영역을 형성한다. 이 접근은 임의의 식물 또는 비식물 유전자로써 이용되고 특정 유전자 서열의 기능의 확인을 돕기 위해 상동성 식물 유전자를 사일런싱하는데 사용된다.When the virus expresses a foreign gene sequence, the RNA of the foreign gene forms its own base pair to form a double-stranded RNA region. This approach is used as an arbitrary plant or non-plant gene and is used to silence a homologous plant gene to aid in the identification of the function of a particular gene sequence.
본 발명이 현재 바람직한 구현예에 관하여 기재하지만, 본 발명의 취지로부터 벗어나지 않은 채 다양한 변형이 행해질 수 있다는 것이 이해되어야 한다.Although the present invention is described with respect to currently preferred embodiments, it should be understood that various modifications may be made without departing from the spirit of the invention.
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Applications Claiming Priority (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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