DE10207582A1 - New expression cassette for transgene expression, useful particularly in selection of transformed plants, contain specific constitutive Arabidopsis promoters - Google Patents
New expression cassette for transgene expression, useful particularly in selection of transformed plants, contain specific constitutive Arabidopsis promotersInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft Expressionskassetten und Vektoren, die pflanzliche konstitutive Promotoren enthalten, sowie die Verwendung dieser Expressionskassetten oder Vektoren zur transgenen Expression von Nukleinsäuresequenzen - bevorzugt Selektionsmarkern - in Organismen, bevorzugt in Pflanzen. Die Erfindung betrifft ferner mit diesen Expressionskassetten oder Vektoren transformierte transgene Pflanzen, davon abgeleitete Kulturen, Teile oder Vermehrungsgut, sowie die Verwendung derselben zur Herstellung von Nahrungs-, Futtermitteln, Saatgut, Pharmazeutika oder Feinchemikalien. The invention relates to expression cassettes and vectors that contain herbal constitutive promoters, as well as the Use of these expression cassettes or vectors for transgenic Expression of nucleic acid sequences - preferred Selection markers - in organisms, preferably in plants. The invention also relates to these expression cassettes or vectors transformed transgenic plants, cultures derived from them, Parts or propagation material, and the use of the same for Manufacture of food, animal feed, seeds, pharmaceuticals or fine chemicals.
Ziel biotechnologischer Arbeiten an Pflanzen ist die Herstellung von Pflanzen mit verbesserten Eigenschaften zum Beispiel zur Steigerung der landwirtschaftlichen Produktivität. Die Herstellung transgener Pflanzen ist eine grundlegende Technik der Pflanzenbiotechnologie und damit eine unerlässliche Voraussetzung für die pflanzliche Grundlagenforschung, sowie für die Herstellung von Pflanzen mit verbesserten, neuen Eigenschaften für die Landwirtschaft, zur Qualitätssteigerung bei Nahrungsmitteln oder zur Produktion bestimmter Chemikalien oder Pharmazeutika (Dunwell JM, J Exp Bot. 2000; 51 Spec No: 487-96). Oft sind die natürlichen Abwehrmechanismen der Pflanze zum Beispiel gegen Pathogene unzureichend. Die Einführung fremder Gene aus Pflanzen, Tieren oder mikrobiellen Quellen kann die Abwehr verstärken. Beispiele sind der Schutz gegen Insektenfraß in Tabak durch Expression des Bacillus thuringiensis Endotoxin unter Kontrolle des 35S CaMV Promotors (Vaeck et al. (1987) Nature 328: 33-37) oder der Schutz des Tabaks gegen Pilzbefall durch Expression einer Chitinase aus der Bohne unter Kontrolle des CaMV Promotors (Broglie et al. (1991) Science 254: 1194-1197). Ferner kann durch die Einführung fremder Gene eine Herbizidresistenz erzielt werden, was die Anbaubedingungen optimiert und Ernteverluste verringert (Ott KH et al. (1996) J Mol Biol 263(2): 359-368). Auch kann die Qualität der Erzeugnisse verbessert werden. So kann die Haltbarkeit und Lagerfähigkeit von Ernteerzeugnissen zum Beispiel durch Inaktivierung bestimmter Reifungsgene erhöht werden. Gezeigt wurde dies zum Beispiel an der Tomate durch Inaktivierung der Polygalacturonase (Hamilton AJ et al. (1995) Curr Top Microbiol Immunol 197: 77-89). The aim of biotechnological work on plants is to manufacture them of plants with improved properties, for example for Increase agricultural productivity. The Production of transgenic plants is a basic technique of Plant biotechnology and therefore an essential requirement for basic plant research, as well as for Production of plants with improved new properties for agriculture, to improve the quality of food or for the production of certain chemicals or pharmaceuticals (Dunwell JM, J Exp Bot. 2000; 51 Spec No: 487-96). Often they are natural defense mechanisms of the plant, for example against Inadequate pathogens. The introduction of foreign genes from plants, Defense can be enhanced by animals or microbial sources. Examples are protection against insect caused by tobacco Expression of Bacillus thuringiensis endotoxin under control of the 35S CaMV promoter (Vaeck et al. (1987) Nature 328: 33-37) or the protection of tobacco against fungal attack by expression a bean chitinase under the control of the CaMV promoter (Broglie et al. (1991) Science 254: 1194-1197). Furthermore, by the introduction of foreign genes achieves herbicide resistance be what optimizes the growing conditions and crop losses decreased (Ott KH et al. (1996) J Mol Biol 263 (2): 359-368). Also the quality of the products can be improved. So it can Shelf life and shelf life of crops, for example can be increased by inactivating certain maturation genes. This was shown, for example, on the tomato by inactivation polygalacturonase (Hamilton AJ et al. (1995) Curr Top Microbiol Immunol 197: 77-89).
Eine Grundvoraussetzung für die transgene Expression bestimmter Gene in Pflanzen ist die Bereitstellung pflanzenspezifischer Promotoren. Verschiedene pflanzliche Promotoren sind bekannt. Dabei kann zwischen konstitutiven Promotoren, die eine lokal und zeitlich nur wenig beschränkte Expression in verschiedenen Teilen einer Pflanze ermöglichen, und spezifischen Promotoren, die eine Expression nur in bestimmten Teilen oder Zellen einer Pflanze (z. B. Wurzel, Samen, Pollen, Blättern etc.) oder nur zu bestimmten Zeitpunkten der Entwicklung gestatten, unterschieden werden. Konstitutive Promotoren werden beispielsweise für die Expression sogenannter Selektionsmarker verwendet. Selektionsmarker (z. B. Antibiotika- oder Herbizidresistenzgene) erlauben es, das Transformationsereignis aus der Vielzahl der nicht transformierten, aber ansonsten identischen pflanzlichen Individuen herauszufiltern. A basic requirement for the transgenic expression of certain Genes in plants are more plant-specific Promoters. Various plant promoters are known. You can choose between constitutive promoters that are local and Expression in different parts limited in time a plant, and specific promoters that a Expression only in certain parts or cells of a plant (e.g. root, seeds, pollen, leaves etc.) or just too allow certain points in time of development become. For example, constitutive promoters are used for Expression of so-called selection markers is used. Allow selection markers (e.g. antibiotic or herbicide resistance genes) it, the transformation event from the multitude of not transformed, but otherwise identical plant individuals filter out.
Konstitutive in Pflanzen aktive Promotoren sind bislang relativ selten geschrieben. Zu nennen sind der TR-Doppelpromotor aus Agrobacterium tumefaciens, die Promotoren der vakuolären ATPase Untereinheiten oder der Promotor eines prolinreichen Proteins aus Weizen (WO 91/13991) sowie der Ppc1 Promotor aus Mesembryanthemum cryctallinum (Cushman et al. (1993) Plant Mol Biol 21: 561-566). Constitutive promoters active in plants have so far been relative rarely written. Worth mentioning are the TR double promoter Agrobacterium tumefaciens, the promoters of vacuolar ATPase Subunits or the promoter of a proline-rich protein Wheat (WO 91/13991) and the Ppc1 promoter from Mesembryanthemum cryctallinum (Cushman et al. (1993) Plant Mol Biol 21: 561-566).
Die derzeit in Pflanzen überwiegend verwendeten konstitutiven Promotoren sind fast ausschließlich virale oder aus Agrobacterium isolierte Promotoren. Dabei handelt es sich im einzelnen um den Nopalinsynthase (nos) Promotor (Shaw et al. (1984) Nucleic Acids Res. 12(20): 7831-7846), den Mannopinsynthase (mas) promotor (Comai et al. (1990) Plant Mol Biol 15 (3): 373-381) und den Octopinsynthase (ocs) Promotor (Leisner and Gelvin (1988) Proc Natl Acad Sci USA 85(5): 2553-2557) aus Agrobacterium tumefaciens oder der CaMV35S Promotor aus dem Blumenkohl-Mosaikvirus. Letzterer ist der am häufigsten verwendete Promotor in Expressionssystemen mit ubiquitärer und andauernder Expression (Odell et al. (1985) Nature 313: 810-812; Battraw and Hall (1990) Plant Mol Biol 15: 527-538; Benfey et al. (1990) EMBO J 9(69): 1677-1684; US 5,612,472). Der häufig als konstitutiver Promoter angewandte CaMV35S Promotor zeigt jedoch Variationen in der Aktivität in unterschiedlichen Pflanzen und in unterschiedlichen Geweben derselben Pflanze (Atanassova et al. (1998) Plant Mol Biol 37: 275-85; Battraw and Hall (1990) Plant Mol Biol 15: 527-538; Holtorf et al. (1995) Plant Mol Biol 29: 637-646; Jefferson et al. (1987) EMBO J 6: 3901-3907). Ein weiterer Nachteil des 35S Promotors ist, das bei einer Infektion mit dem Blumenkohlmosaikvirus und seinen typischen pathogenen Varianten die Expression des Transgens verändert wird. So sind Pflanzen, die das BAR Gen unter der Kontrolle des 35S Promotors exprimieren nicht mehr resistent nach Infektion mit dem Virus, der in der Natur typischerweise vorkommt (Al-Kaff et al. (2000) Natur Biotechnology 18: 995-99). The constitutive predominantly currently used in plants Promoters are almost exclusively viral or from Agrobacterium isolated promoters. This is the individual Nopaline synthase (nos) promoter (Shaw et al. (1984) Nucleic Acids Res. 12 (20): 7831-7846), the mannopine synthase (mas) promoter (Comai et al. (1990) Plant Mol Biol 15 (3): 373-381) and the Octopine synthase (ocs) promoter (Leisner and Gelvin (1988) Proc Natl Acad Sci USA 85 (5): 2553-2557) from Agrobacterium tumefaciens or the CaMV35S promoter from the cauliflower mosaic virus. The latter is the most commonly used promoter in Expression systems with ubiquitous and permanent expression (Odell et al. (1985) Nature 313: 810-812; Battraw and Hall (1990) Plant Mol Biol 15: 527-538; Benfey et al. (1990) EMBO J 9 (69): 1677-1684; US 5,612,472). Often as a constitutive However, CaMV35S promoter applied promoter shows variations in activity in different plants and in different tissues of the same plant (Atanassova et al. (1998) Plant Mol Biol 37: 275-85; Battraw and Hall (1990) Plant Mol Biol 15: 527-538; Holtorf et al. (1995) Plant Mol Biol 29: 637-646; Jefferson et al. (1987) EMBO J 6: 3901-3907). Another The disadvantage of the 35S promoter is that when infected with the Cauliflower mosaic virus and its typical pathogenic variants the expression of the transgene is changed. So plants are that express the BAR gene under the control of the 35S promoter no longer resistant after infection with the virus that is in the Nature typically occurs (Al-Kaff et al. (2000) Natur Biotechnology 18: 995-99).
Als Alternative zum CaMV35S Promotor aus dem Bereich viraler Promotoren wurde der Sugarcane bacilliform badnavirus (ScBV) beschrieben (Schenk et al. (1999) Plant Mol Biol 39(6): 1221-1230), der ein dem CamV ähnliches Expressionsmuster vermittelt. Die Aktivität des ScBV Promotors wurde in transienten Expressionsanalysen mit verschiedenen zweikeimblättrigen Pflanzen, darunter Nicotiana tabacum und N. benthamiana, Sonnenblume und Raps, und einkeimblättrigen Pflanzen, hier anhand von Banane, Mais und Hirse, analysiert. In den transienten Analysen in Mais war das ScBV Promotor vermittelte Expressionsniveau vergleichbar mit dem des Ubiquitin-Promotors aus Mais (s. unten). Weiterhin wurde die ScBV Promotor vermittelte Expressionsrate in transgenen Bananen- und Tabakpflanzen getestet und zeigte in beiden Pflanzenspezies im wesentlichen konstitutive Expression. As an alternative to the CaMV35S promoter from the viral area The Sugarcane bacilliform badnavirus (ScBV) was promoted (Schenk et al. (1999) Plant Mol Biol 39 (6): 1221-1230), which conveys an expression pattern similar to the CamV. The ScBV promoter activity was transient Expression analysis with various dicotyledonous plants, including Nicotiana tabacum and N. benthamiana, sunflower and rapeseed, and monocotyledonous plants, here using banana, maize and Millet, analyzed. That was in the transient analyzes in maize ScBV promoter mediated expression level comparable to that of the ubiquitin promoter from maize (see below). Furthermore, the ScBV promoter mediated expression rate in transgenic banana and tobacco plants tested and showed in both plant species essentially constitutive expression.
Als gängige Promotoren zur Expression von Selektionsmarkern in Pflanzen werden vor allem der nos-Promotor, aber auch der mas- und ocs-Promotor verwendet, die allesamt aus Agrobacterium- Stämmen isoliert wurden. As common promoters for the expression of selection markers in Plants are primarily the nos promoter, but also the mass and ocs promoter used, all of which are from Agrobacterium Strains were isolated.
Der Verwendung viraler Sequenzen wird seitens des Verbrauchers oft mit großem Vorbehalt begegnet. Diese Bedenken werden nicht zuletzt durch Untersuchungen genährt, die die Sicherheit des 35S CaMV Promotors - aufgrund eines möglichen horizontalen Gentransfers bedingt durch einen Rekombinations-"Hot Spot" - in Frage stellen (Ho MW et al. (1999) Microbial Ecology in Health and Disease 11: 194-197; Cummins J et al. (2000) Nature Biotechnology 18: 363). Ein Ziel künftiger biotechnologischer Arbeiten an Pflanzen ist daher der Ersatz viraler genetischer Elemente durch regulatorische pflanzliche Elemente, um so nah wie möglich am pflanzlichen System zu bleiben. The use of viral sequences is on the part of the consumer often met with great reservations. These concerns will not last nourished by examinations that the safety of the 35S CaMV promoters - due to a possible horizontal Gene transfers due to a recombination "hot spot" - in question (Ho MW et al. (1999) Microbial Ecology in Health and Disease 11: 194-197; Cummins J et al. (2000) Nature Biotechnology 18: 363). A goal of future biotechnological work Plants are therefore the replacement of viral genetic elements by regulatory herbal elements to be as close as possible to herbal system to stay.
Aufgrund der herrschenden Bedenken hinsichtlich viraler Promotoren gibt es umfangreiche Bemühungen, diese durch pflanzliche Promotoren zu ersetzen. Ein den viralen Elementen vergleichbarer Promotor pflanzlicher Herkunft ist bislang jedoch noch nicht beschrieben worden. Because of the prevailing concerns about viral There are extensive efforts to promote this through promoters to replace herbal promoters. One of the viral elements comparable promoter of plant origin is so far has not yet been described.
Beschrieben wurde ein pflanzlicher Ubiquitin-Promotor aus Arabidopsis thaliana (Callis et al. (1990) J Biol Chem 265: 12486-12493; Holtorf S et al. (1995) Plant Mol Biol 29: 637-747). Entgegen den Befunden in den genannten Artikeln, ergaben eigene Untersuchungen, dass der Arabidopsis Ubiquitin Promotor für die Expression von Selektionsmarkergenen ungeeignet ist und seine allgemeine Anwendbarkeit aus diesem Grund in Frage gestellt werden muss (s. Vergleichsbeispiel 1 und 3). A herbal ubiquitin promoter has been described Arabidopsis thaliana (Callis et al. (1990) J Biol Chem 265: 12,486 to 12,493; Holtorf S et al. (1995) Plant Mol Biol 29: 637-747). Contrary to the findings in the articles mentioned, our own results Studies show that the Arabidopsis ubiquitin promoter for the Expression of selection marker genes is unsuitable and its general applicability questioned for this reason must be (see Comparative Examples 1 and 3).
Das vom Mais-Ubiquitin Promotor vermittelte Expressionsmuster wurde für die Ubi-1 and Ubi-2 Promotoren aus Mais beschrieben (Christensen et al. (1992) Plant Mol Biol 18(4): 675-689). Während der Ubi-1 Promotor in Mais und anderen monokotylen Pflanzen gute Expressionsaktivität aufweist, zeigt er in dikotylen Tabakpflanzen nur 10% der Aktivität, die in vergleichbaren Experimenten mit dem viralen 35S Promotor erzielt worden war. Ferner wurde gezeigt, dass der Mais Ubi-1 Promotor für die Überexpression von Genen in monokotylen Pflanzensystemen geeignet ist und darüber hinaus auch hinreichend stark ist, um eine Herbizid-Resistenz durch Expression von Selektionsmarkern zu vermitteln (Christensen and Quail (1996) Transgenic Res 5(3): 213-218). Für dikotyle Expressionssysteme erwies sich der Ubi-1 promotor als ungeeignet. The expression pattern mediated by the maize ubiquitin promoter has been described for the maize Ubi-1 and Ubi-2 promoters (Christensen et al. (1992) Plant Mol Biol 18 (4): 675-689). While the Ubi-1 promoter in maize and other monocotyledonous plants has good expression activity, it shows in dicotyledons Tobacco plants only 10% of the activity in comparable Experiments with the 35S viral promoter had been achieved. Further was demonstrated that the maize Ubi-1 promoter for overexpression of Genes in monocotyledonous plant systems and above is also sufficiently strong to be herbicide resistant through expression of selection markers (Christensen and Quail (1996) Transgenic Res 5 (3): 213-218). For dicotyledons The Ubi-1 promoter proved to be unsuitable for expression systems.
Ein Vergleich der Organspezifität und Stärke verschiedener konstitutiver Promotoren wurde von Holtorf (Holtorf et al. (1995) Plant Mol Biol 29(4): 637-646) anhand stabil transformierter Arabidopsis-Pflanzen durchgeführt. Die Studie umfasste u. a. den CaMV35S-Promotor, den blattspezifischen Thionin-Promotor aus Gerste und den Arabidopsis Ubiquitin-Promotor (UBQ1). Die höchste Expressionsrate zeigte der CaMV35S-Promotor. Anhand der Verwendung eines zusätzlichen translationalen Enhancers (TMV omega element) konnte die Expressionsrate des Promotors bei unveränderter Organspezifität um das Zwei- bis Dreifache gesteigert werden. Der blattspezifische Thionin-Promotor aus Gerste war in der Mehrzahl der transformierten Linien inaktiv, während der UBQ1 Promotor aus Arabidopsis mittlere Expressionsraten ergab. A comparison of the organ specificity and strength of different constitutive promoters was developed by Holtorf (Holtorf et al. (1995) Plant Mol Biol 29 (4): 637-646) using stably transformed Arabidopsis plants performed. The study included a. the CaMV35S promoter, the leaf-specific thionine promoter Barley and the Arabidopsis Ubiquitin Promoter (UBQ1). The highest The CaMV35S promoter showed expression rate. Based on Use of an additional translational enhancer (TMV omega element) was able to contribute to the expression rate of the promoter unchanged organ specificity increased by two to three times become. The leaf-specific thionine promoter from barley was in the majority of the transformed lines become inactive while the UBQ1 Arabidopsis promoter revealed medium expression rates.
McElroy und Mitarbeiter berichteten von einem auf dem Reis Actin 1 (Act1) Promotor basierenden Konstrukt zur Transformation monokotyler Pflanzen (McElroy et al. (1991) Mol Gen Genet 231: 150-160). Insgesamt wurde aus den zuvor beschriebenen Untersuchungen geschlussfolgert, dass die auf dem Act1-Promotor basierenden Expressionsvektoren dazu geeignet sind, eine hinreichend starke und konstitutive Expression von Fremd-DNA in transformierten Zellen monokotyler Pflanzen zu steuern. McElroy and co-workers reported one on the rice Actin 1 (Act1) promoter-based construct for transformation monocotyledonous plants (McElroy et al. (1991) Mol Gen Genet 231: 150-160). Overall, was from the previously described Studies concluded that those on the Act1 promoter based expression vectors are suitable for a sufficiently strong and constitutive expression of foreign DNA in to control transformed cells of monocotyledonous plants.
Als konstitutiver Promotor ist ferner der Promotor einer S-Adenosyl-L-Methionin Synthetase beschrieben (WO 00/37662). Nachteilig ist hier vor allem eine Abhängigkeit der Expressionstärke von der Methioninkonzentration (siehe WO 00/37662; Fig. 7). The promoter of an S-adenosyl-L-methionine synthetase is also described as a constitutive promoter (WO 00/37662). The main disadvantage here is that the expression level is dependent on the methionine concentration (see WO 00/37662; FIG. 7).
WO 99/31258 beschreibt chimäre, konstitutive pflanzliche Promotoren, die sich aus verschiedenen Elementen verschiedener Promotoren mit komplementären Expressionsmustern zusammensetzen, so dass die Kombination einzelner Gewebespezifitäten additiv zu einem konstitutiven Expressionsmuster führt. WO 99/31258 describes chimeric, constitutive plant Promoters made up of different elements different Assemble promoters with complementary expression patterns, so the combination of individual tissue specificities is additive to leads to a constitutive expression pattern.
Die Ferredoxin NADPH Oxidoreduktase (FNR) ist ein Protein der Elektronentransportkette und reduziert NADP+ zu NADPH. Experimente in Spinat mit dem Spinat-FNR Promotor, der mit dem GUS Gen fusioniert wurde, deuten auf ein lichtinduzierbares Element im FNR Promotor (Oelmüller et al. (1993) Mol. Gen. Genet. 237: 261-72). Aufgrund seiner Funktion wäre für den Promotor ein streng blattspezifisches Expressionsmuster zu erwarten gewesen. Aufgrund des gewebeabhängigen Expressionsmusters wäre der Promotor schlecht geeignet für die Expression von Selektionsmarkern. Hier ist eine Selektion in möglichst allen Gewebeteilen erforderlich, um eine effiziente Selektion zu gewährleisten. Ferredoxin NADPH oxidoreductase (FNR) is a protein the electron transport chain and reduces NADP + to NADPH. Experiments in spinach with the spinach FNR promoter, which with the GUS gene was merged, suggest a light-inducible Element in the FNR promoter (Oelmüller et al. (1993) Mol. Gen. Genet. 237: 261-72). Because of its function would be for the promoter to expect a strictly leaf-specific expression pattern been. Because of the tissue dependent expression pattern the promoter is poorly suited for the expression of Selection markers. Here is a selection in as many tissue parts as possible required to ensure an efficient selection.
Der Promotor des Triose-Phosphat-Translokators (TPT) sollte aufgrund seiner Funktion während der Photosynthese vorwiegend blattspezifisch sein. Beschrieben sind die cDNAs von Kartoffel (Schulz et al. (1993) Mol Gen Genet 238: 357-61), Blumenkohl (Fischer et al. (1997) Plant Cell 9: 453-62), Raps (WO 97/25346) und Mais Kammerer B (1998) The Plant Cell 10: 105-117). Kammerer et al. zeigen, dass die Mais TPT mRNA Expression stark in den Blättern und den Staubgefäßen erfolgt. Keine Expression ist hingegen im Stengel oder den Wurzeln zu beobachten. Aufgrund des gewebeabhängigen Expressionsmusters wäre der Promotor schlecht für die Expression von Selektionsmarkern geeignet. Hier ist eine Selektion in möglichst allen Gewebeteilen erforderlich, um eine effiziente Selektion zu gewährleisten. The triose phosphate translocator (TPT) promoter should mainly due to its function during photosynthesis be leaf-specific. The cDNAs from Kartoffel (Schulz et al. (1993) Mol Gen Genet 238: 357-61), cauliflower (Fischer et al. (1997) Plant Cell 9: 453-62), rapeseed (WO 97/25346) and maize Kammerer B (1998) The Plant Cell 10: 105-117). Kammerer et al. show that the maize TPT mRNA expression is high in the leaves and the stamens. However, no expression is in the To observe stems or roots. Because of the tissue dependent expression pattern the promoter would be bad for the expression of selection markers suitable. Here is one Selection in as many tissue parts as possible is necessary in order to to ensure efficient selection.
Die im Stand der Technik beschriebenen, sogenannten
"konstitutiven" Promotoren weisen einen oder mehrere der nachfolgenden
Nachteile auf:
- 1. Mangelhafte Homogenität der Expression:
Die bekannten, sogenannten "konstitutiven" Promotoren zeigen vielfach eine unterschiedliche Expressionshöhe je nach Gewebe- oder Zelltyp. Zudem ist die Expressionseigenschaft oft stark von dem Insertionsort des Wirtsgenoms abhängig. Dies hat zur Folge, dass die durch heterologe Expression zu erzielenden Effekte nicht in dem gleichen Ausmaß homogen in der Pflanze erreicht werden können. Es kann zu Unter- oder Überdosierungen kommen. Dies kann sich nachteilig auf das Pflanzenwachstum oder den Pflanzenwert auswirken. - 2. Mangelhaftes Zeitprofil:
Die im Stand der Technik bekannten sogenannten "konstitutiven" Promotoren zeigen oft eine nicht konsistente Aktivität während der Entwicklung eines Gewebes. Damit können zum Beispiel in der frühen Phase der somatischen Embryogenese keine wünschenswerten Effekte (wie Selektion) erzielt werden, was gerade hier - aufgrund der Empfindlichkeit des Embryos gegen in vitro Bedingungen und Stressfaktoren - vorteilhaft wäre. - 3. Mangelnde Anwendbarkeit auf viele Pflanzenarten:
Die im Stand der Technik beschriebenen sogenannten "konstitutiven" Promotoren sind oft nicht in allen Arten in gleicher Weise aktiv. - 4. Beim Vorliegen mehrerer Expressionskassetten mit jeweils dem gleichen "konstitutiven" Promotor in einem Organismus kann es zu Wechselwirkungen zwischen denselben und sogar zum Abschalten ("Gene Silencing") einzelner Expressionskassetten kommen (Mette et al. (1999) EMBO J 18: 241-248).
- 5. Promotoren viralen Ursprungs können durch Virusinfektionen der transgenen Pflanze beeinflusst werden und die gewünschte Eigenschaft dann nicht mehr ausprägen (Al-Kaff et al. (2000) Natur Biotechnology 18: 995-99).
- 6. Die öffentliche Akzeptanz gegenüber der Verwendung von Promotoren und Elementen aus pflanzlichen Systemen ist höher als bei viralen Systemen.
- 7. Die Zahl der für die Expression von Selektionsmarkern in Pflanzen geeigneten Promotoren ist gering und sie sind gewöhnlicher Weise viralen oder bakteriellen Ursprungs.
- 8. Pollen/Antheren-Expression: Die genannten Promotoren (wie beispielsweise 35S CaMV) zeigen eine starke Aktivität im Pollen oder den Staubbeuteln (Antheren). Dies kann unvorteilhafte Auswirkungen auf die Umwelt haben. So hatte eine unspezifische Expression von Bacillus thuringiensis Endotoxinen nicht nur den gewünschten Effekt auf Fraßinsekten durch Expression in der Wurzel, sondern auch infolge einer Expression im Pollen bedeutende Schäden im Bestand des Monarchfalters zur Folge, der den Pollen als Hauptnahrungsquelle nutzt (Losey JE et al. (1999) Nature 399, 214).
- 1. Poor homogeneity of expression:
The known, so-called "constitutive" promoters often show a different level of expression depending on the tissue or cell type. In addition, the expression property is often strongly dependent on the insertion site of the host genome. As a result, the effects to be achieved by heterologous expression cannot be achieved to the same extent in the plant to the same extent. Underdosing or overdosing may occur. This can adversely affect plant growth or plant value. - 2. Poor time profile:
The so-called "constitutive" promoters known in the prior art often show inconsistent activity during the development of a tissue. In the early phase of somatic embryogenesis, for example, no desirable effects (such as selection) can be achieved with this, which would be advantageous here - due to the sensitivity of the embryo to in vitro conditions and stress factors. - 3. Inapplicability to many plant species:
The so-called "constitutive" promoters described in the prior art are often not equally active in all types. - 4. If there are several expression cassettes with the same "constitutive" promoter in an organism, there may be interactions between them and even gene silencing of individual expression cassettes (Mette et al. (1999) EMBO J 18: 241- 248).
- 5. Promoters of viral origin can be influenced by virus infections of the transgenic plant and then no longer express the desired property (Al-Kaff et al. (2000) Natur Biotechnology 18: 995-99).
- 6. Public acceptance of the use of promoters and elements from plant systems is higher than that of viral systems.
- 7. The number of promoters suitable for the expression of selection markers in plants is small and they are usually of viral or bacterial origin.
- 8. Pollen / anther expression: The promoters mentioned (such as 35S CaMV) show a strong activity in the pollen or the anthers. This can have an unfavorable environmental impact. Nonspecific expression of Bacillus thuringiensis endotoxins not only had the desired effect on feeding insects by expression in the root, but also, as a result of expression in pollen, resulted in significant damage to the population of the monarch butterfly, which uses pollen as the main food source (Losey JE et al. (1999) Nature 399, 214).
Ein idealer konstitutiver Promotor sollte möglichst zahlreiche
der nachfolgenden Eigenschaften haben:
- a) Möglichst homogene lokale und zeitliche Genexpression d. h. eine Expression in möglichst vielen Zelltypen oder Geweben eines Organismus während der verschiedenen Phasen des Entwicklungszyklus. Gewünscht wird ferner eine effiziente Selektion in dedifferentierten Zellen (verschiedenen Kallus- Phasen) aus einer Gewebekultur und weiteren Entwicklungsstadien, die für die Gewebekultur geeignet sind.
- b) Möglichst breite Anwendbarkeit auf verschiedene Pflanzenarten bzw. Anwendbarkeit auf Arten, in denen mit den bisher bekannten "konstitutiven" Promotoren keine Expression erreicht werden kann.
- c) Um eine Kombination von mehreren Transgenen in einer Pflanze zu realisieren, ist es wünschenswert, mehrere Transformationen hintereinander zu schalten oder Konstrukte mit mehreren Promotor-Kassetten zu verwenden, ohne dass durch die mehrmalige Verwendung identischer regulatorischer Sequenzen Silencing-Effekte erzeugt werden.
- d) Einen pflanzlichen Ursprung zur Vermeidung von Akzeptanzproblemen beim Konsumenten und eventuellen zukünftigen Zulassungsproblemen.
- e) Nebenaktivitäten eines Promotors in den Antheren/Pollen sind nicht wünschenswert, zum Beispiel um Umweltschäden zu vermeiden (s. o.).
- a) As homogeneous as possible local and temporal gene expression ie an expression in as many cell types or tissues of an organism as possible during the different phases of the development cycle. What is also desired is an efficient selection in dedifferentiated cells (different callus phases) from a tissue culture and further development stages which are suitable for the tissue culture.
- b) The broadest possible applicability to different plant species or applicability to species in which no expression can be achieved with the "constitutive" promoters known to date.
- c) In order to realize a combination of several transgenes in one plant, it is desirable to connect several transformations in series or to use constructs with several promoter cassettes without the silencing effects being generated by the repeated use of identical regulatory sequences.
- d) A vegetable origin to avoid consumer acceptance problems and possible future approval problems.
- e) Secondary activities of a promoter in the anthers / pollen are not desirable, for example to avoid environmental damage (see above).
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bestand also in der Bereitstellung von pflanzlichen regulatorischen Sequenzen, die möglichst viele der oben genannten Eigenschaften erfüllen, vor allem eine ubiquitäre und entwicklungsunabhängige (konstitutive) Expression einer zu exprimierenden Nukleinsäuresequenz - bevorzugt kodierend für einen Selektionsmarker - vermitteln. Trotz verschiedener pflanzlicher Promotoren für die eine konstitutive Expression zumindest in einzelnen Arten beansprucht wird, wurde bislang kein Promotor mit den oben aufgezählten gewünschten Eigenschaften beschrieben. Es bestand daher die Aufgabe, entsprechende Promotoren zu identifizieren. The object underlying the present invention was so in the provision of herbal regulatory Sequences that have as many of the above properties as possible fulfill, especially a ubiquitous and development-independent (constitutive) expression of an expression to be expressed Nucleic acid sequence - preferably coding for a selection marker - convey. Despite various herbal promoters for which is a constitutive expression at least in individual species No promoter with the above has been claimed Desired properties described. It therefore existed the task of identifying appropriate promoters.
Diese Aufgabe wurde gelöst durch Bereitstellung von Expressionskassetten basierend auf den Promotoren eines putativen Ferredoxin Gens (infolge pFD "putative Ferredoxin") aus Arabidopsis thaliana, des Ferredoxin NADPH Oxidoreduktase (infolge FNR) Gens aus Arabidopsis thaliana und des Triose-Phosphat Translokator (TPT) Gens aus Arabidopsis thaliana: This task was solved by providing Expression cassettes based on the putative ferredoxin promoters Gens (as a result of pFD "putative ferredoxin") from Arabidopsis thaliana, the ferredoxin NADPH oxidoreductase (as a result of FNR) gene Arabidopsis thaliana and the Triose-Phosphate Translocator (TPT) Arabidopsis thaliana gene:
Bei der Analyse des Arabidopsis Genoms wurde der ORF eines putativen Ferredoxingens identifiziert. Die isolierte 836 bp 5'-flankierende Sequenz fusioniert mit dem Gen der Glucuronidase zeigte in transgenem Tabak überraschenderweise ein konstitutives Expressionsmuster. Die Sequenz entspricht einem Sequenzabschnitt auf Chromosom 4 von Arabidopsis thaliana wie er in der GenBank unter der Acc.-No. Z97337 hinterlegt ist (Version Z97337.2; Basenpaar 85117 bis 85952; das Gen beginnend ab bp 85953 ist mit "strong similarity to ferredoxin [2Fe-2S] I, Nostoc muscorum" annotiert). (Das Gen ist nicht zu verwechseln mit dem unter der GenBank Acc.-No: X51370 annotierten A. thaliana Gen für Preferredoxin; Vorst O et al. (1990) Plant Mol Biol 14(4): 491-499). When analyzing the Arabidopsis genome, ORF became one putative ferredoxin gene identified. The isolated 836 bp 5 'flanking sequence fused to the gene of Surprisingly, glucuronidase showed up in transgenic tobacco constitutive expression pattern. The sequence corresponds to one Sequence section on chromosome 4 of Arabidopsis thaliana as he at GenBank under Acc.-No. Z97337 is deposited (Version Z97337.2; base pair 85117 to 85952; the gene starting from bp 85953 is with "strong similarity to ferredoxin [2Fe-2S] I, Nostoc muscorum "annotated). (The gene is not to be confused with that under GenBank Acc.-No: X51370 annotated A. thaliana gene for preferredoxin; Vorst O et al. (1990) Plant Mol Biol 14 (4): 491-499).
In den Antheren/Pollen der geschlossenen Blütenknospen konnte nur eine schwache Aktivität, in reifen Blüten gar keine mehr detektiert werden. Entgegen den aus den Literaturbefunden abgeleiteten Vorbehalten gegen eine Eignung des Promotors zur effektiven Expression von Selektionsmarkern (zum Beispiel aufgrund der vermuteten Blattspezifität oder der Funktion im photosynthetischen Elektronentransport), konnte eine hocheffiziente Selektion durch Kombination mit beispielsweise dem Kanamycin-Resistenzgen (nptII) demonstriert werden. In the anthers / pollen of the closed flower buds could only a weak activity, none at all in ripe flowers can be detected. Contrary to those found in the literature derived reservations against suitability of the promoter for effective expression of selection markers (for example due to the suspected leaf specificity or the function in the photosynthetic electron transport), could highly efficient selection by combination with, for example the kanamycin resistance gene (nptII).
Ausgehend von den Informationen über die FNR-kodierende cDNA aus N. tabacum (GenBank Acc.-No.: Y14032) wurde in der Arabidopisdatenbank nach einem homologen Gen gesucht. Entsprechend dieser Sequenzinformationen wurden Primer synthetisiert. Der über PCR aus genomischer DNA von Arabidopsis thaliana amplifizierte Promotor (635 bp), von dem eine blattspezifische Expression erwartet wurde, zeigte in transgenen Tabakpflanzen eine überraschend ubiquitäre und vom Insertionsort unabhängige Expression. Based on the information about the FNR-encoding cDNA from N. tabacum (GenBank Acc.-No .: Y14032) was published in the Arabidopis database searched for a homologous gene. Corresponding this sequence information, primers were synthesized. The via PCR from Arabidopsis thaliana genomic DNA amplified promoter (635 bp), one of which is leaf-specific Expression was expected to show in transgenic tobacco plants a surprisingly ubiquitous and from the insertion site independent expression.
Die Promotorsequenz entspricht teilweise einem Sequenzabschnitt auf Chromosom 5 von Arabidopsis thaliana wie er in der GenBank unter der Acc.-No. AB011474 hinterlegt ist (Version AB011474.1 vom 27.12.2000; Basenpaar 70127 bis 69493; das Gen beginnend ab bp 69492 ist mit "ferredoxin-NADP+ reductase" annotiert). The promoter sequence corresponds in part to one Sequence section on chromosome 5 of Arabidopsis thaliana as described in the GenBank under Acc.-No. AB011474 is deposited (Version AB011474.1 from December 27, 2000; base pair 70127 to 69493; the gene starting from bp 69492 is with "ferredoxin-NADP + reductase "annotated).
In den Pollen konnte keine Aktivität detektiert werden. Entgegen den aus den Literaturbefunden abgeleiteten Vorbehalten gegen eine Eignung des Promotors zur effektiven Expression von Selektionsmarkern (zum Beispiel aufgrund der vermuteten Blattspezifität oder der Funktion im photosynthetischen Elektronentransport), konnte eine hocheffiziente Selektion durch Kombination mit beispielsweise dem Phosphinothricin- Resistenzgen (bar/pat) demonstriert werden. No activity could be detected in the pollen. Contrary to the reservations derived from the literature against suitability of the promoter for effective expression of selection markers (for example, based on the suspected Leaf specificity or function in photosynthetic Electron transport), could make a highly efficient selection by combination with, for example, the phosphinothricin Resistance gene (bar / pat) can be demonstrated.
Die nicht nachweisbare Aktivität des FNR-Promoters in Samen erlaubt eine Nutzung zur Expression von Genen deren Genprodukte in anderen Pflanzenteilen erwünscht und in den Samen unerwünscht sind. Beispielsweise kann eine Abwehr von Schädlingen durch Expression entsprechender Toxine, wie beispielsweise Bacillus thuringiensis Kristallproteinen erfolgen. So kann in Kartoffel eine Expression in den oberirdischen Pflanzenorganen (und damit z. B. eine Abwehr von Schädlingen, wie dem Kartoffelkäfer) erreicht werden, ohne dass zu gleich eine Expression in der als Nahrungs- oder Futtermittel genutzen Knolle erfolgt, was die Eignung und Akzeptanz erhöhen könnte. The undetectable activity of the FNR promoter in seeds allows use for the expression of genes Genetic products desired in other parts of plants and in the seeds are undesirable. For example, a defense against Pests by expression of appropriate toxins, such as for example Bacillus thuringiensis crystal proteins. So can be an expression in the above ground in potato Plant organs (and thus e.g. a defense against pests, such as the Colorado beetle) can be achieved without one Expression in the use as food or feed Tuber occurs, which could increase suitability and acceptance.
Ein 2038 bp langes PCR Fragment wurde amplifiziert ausgehend von Arabidopsis Genbankdaten vom Chromosom V, clone MCL19. Die Promotorsequenz entspricht zum Teil einem Sequenzabschnitt auf Chromosom 5 von Arabidopsis thaliana wie er in der GenBank unter der Acc.-No. AB006698 hinterlegt ist (Version AB006698.1 vom 27.12.2000; Basenpaar 53242 bis 55281; das Gen beginnend ab bp 55282 ist mit "phosphate/triosephosphate translocator" annotiert). A 2038 bp PCR fragment was amplified starting of Arabidopsis gene bank data from chromosome V, clone MCL19. The promoter sequence corresponds in part to one Sequence section on chromosome 5 of Arabidopsis thaliana as described in the GenBank under Acc.-No. AB006698 is deposited (Version AB006698.1 from December 27, 2000; base pair 53242 to 55281; the gene starting with bp 55282 is with "phosphate / triosephosphate translocator" annotated).
Transgene Tabakpflanzen zeigten überraschender Weise nicht nur eine starke Aktivität in zahlreichen Pflanzenteilen. In den Pollen konnte keine Aktivität detektiert werden. Entgegen den aus den Literaturbefunden abgeleiteten Vorbehalten gegen eine Eignung des Promotors zur effektiven Expression von Selektionsmarkern (zum Beispiel aufgrund der vermuteten Blattspezifität), konnte eine hocheffiziente Selektion durch Kombination mit beispielsweise dem Phosphinothricin- Resistenzgen (bar/pat) demonstriert werden. Surprisingly, transgenic tobacco plants did not show only a strong activity in numerous parts of plants. In no activity could be detected in the pollen. opposite the reservations derived from the literature findings against a suitability of the promoter for the effective expression of Selection markers (for example, based on the suspected Leaf specificity), could make a highly efficient selection by combination with, for example, the phosphinothricin Resistance gene (bar / pat) can be demonstrated.
Das ubiquitäre Expressionsmuster, vor allem aber auch die Fähigkeit des TPT Promotors hinsichtlich der Expression von Selektionsmarkern stellt eine große Überraschung für den Fachmann dar, da der Triosephosphattranslokator verantwortlich für den Austausch von C3 Zuckerphosphaten zwischen Cytosol und Plastiden in photosynthetischen Blättern ist. Der TPT ist in der inneren Chloroplasten Membran lokalisiert. Farblose Plastiden enthalten typischerweise Hexosetransporter über den der C6-Zuckerphosphat Austausch erfolgt. Es ist nicht zu erwarten, dass solche Gene in den frühen Callus und Embryogenese Stadien aktiv sind (Stitt (1997) Plant Metabolism, 2nd ed., Dennis eds. Longman Press, Harlow, UK, 382-400). The ubiquitous expression pattern, but above all that Ability of the TPT promoter to express Selection markers are a big surprise for the Specialist because the triose phosphate translocator responsible for the exchange of C3 sugar phosphates between There is cytosol and plastids in photosynthetic leaves. The TPT is located in the inner chloroplast membrane. Colorless plastids typically contain hexose transporters through which the C6 sugar phosphate exchange takes place. It is not expected such genes in the early callus and embryogenesis stages are active (Stitt (1997) Plant Metabolism, 2nd ed., Dennis eds. Longman Press, Harlow, UK, 382-400).
Sowohl der pFD, FNR als auch der TPT Promotor erwiesen sich als hinreichend stark, um Nukleinsäuresequenzen insbesondere Selektionsmarkergene erfolgreich zu exprimieren. Ferner erwiesen sich verschiedene Deletionsvarianten der oben genannten Promotoren, insbesondere eine verkürzte Variante des pFD Promotors (699 bp) und des TPT Promotors (1318 bp), als geeignet die Expression von beispielsweise Selektionsmarkern wie der Kanamycin-Resistenz (nptII) zu gewährleisten. Both the pFD, FNR and the TPT promoter were found to be as sufficiently strong to nucleic acid sequences in particular Successfully express selection marker genes. Further different deletion variants of the above were shown Promoters, especially a shortened variant of pFD Promoter (699 bp) and the TPT promoter (1318 bp), as suitable the expression of, for example, selection markers such as the Ensure kanamycin resistance (nptII).
Weiterhin wurden im Rahmen der genannten Arbeiten der Arabidopsis thaliana Ubiquitin-Promotor (Holtorf et al. (1995) Plant Mol Biol 29: 637-646) und der Squalen Synthase-Promotor (Kribii et al. (1997) Eur J Biochem 249: 61-69) untersucht, die aber beide überraschenderweise nicht geeignet waren, Selektionsmarkergen- Expression zu vermitteln, obwohl die Literaturdaten der Ubiquitin-Promotoren aus Monokotylen (siehe oben) hatten vermuten lassen, dass insbesondere der Ubiquitin-Promotor einer dikotylen Pflanze als Promotor eines Selektionsmarkersystems hätte funktionieren müssen (siehe Vergleichsbeispiele 1 und 3). Ähnliches gilt für den Squalensynthase-Promotor, dessen Charakterisierung hätte erwarten lassen, dass ausreichend hohe Expressionsraten für die erfolgreiche Steuerung eines Selektionsmarkergens erzielt werden können (Del Arco and Boronat (1999) 4th European Symposium on Plant Isoprenoids, 21.-23.4.1999, Barcelona, Spanien) (siehe Vergleichsbeispiele 2 und 3). Furthermore, the Arabidopsis thaliana ubiquitin promoter (Holtorf et al. (1995) Plant Mol Biol 29: 637-646) and the squalene synthase promoter (Kribii et al. (1997) Eur J Biochem 249: 61-69), but both were surprisingly not suitable for selection marker gene To convey expression, although the literature data of Ubiquitin promoters from monocots (see above) had suspected let that in particular the ubiquitin promoter of a dicotyledon Plant as a promoter of a selection marker system must work (see comparative examples 1 and 3). The same applies for the squalene synthase promoter whose characterization would have can be expected to have sufficiently high expression rates for the successful control of a selection marker gene can be achieved (Del Arco and Boronat (1999) 4th European Symposium on Plant Isoprenoids, April 21-23, 1999, Barcelona, Spain) (see Comparative Examples 2 and 3).
Ein erster Gegenstand der Erfindung betrifft daher
Expressionskassetten zur transgenen Expression von Nukleinsäuren umfassend
- a) einen Promotor gemäß SEQ ID NO: 1, 2 oder 3,
- b) ein funktionelles Äquivalent oder äquivalentes Fragment von a), das im wesentlichen die gleiche Promotoraktivität wie a) besitzt,
- a) a promoter according to SEQ ID NO: 1, 2 or 3,
- b) a functional equivalent or equivalent fragment of a) which has essentially the same promoter activity as a),
Ferner betrifft die Erfindung Verfahren zur transgenen Expression
von Nukleinsäuren, dadurch gekennzeichnet, dass eine
Nukleinsäuresequenz in funktioneller Verknüpfung mit
- a) einem Promotor gemäß SEQ ID NO: 1, 2 oder 3, oder
- b) einem funktionellen Äquivalent oder äquivalente Fragment von a), das im wesentlichen die gleichen Promotoraktivitäten wie a) besitzt,
- a) a promoter according to SEQ ID NO: 1, 2 or 3, or
- b) a functional equivalent or equivalent fragment of a) which has essentially the same promoter activities as a),
Expression umfasst die Transkription der transgen zu exprimierenden Nukleinsäuresequenz, kann aber - im Falle eines offenen Leserasters in "sense"-Orientierung - auch die Translation der transkribierten RNA der transgen zu exprimierenden Nukleinsäuresequenz in ein korrespondierendes Polypeptid mit einschließen. Expression includes transcription of the transgene expressing nucleic acid sequence, but can - in the case of an open Reading frames in "sense" orientation - also the translation of the transcribed RNA of the nucleic acid sequence to be expressed transgenically include in a corresponding polypeptide.
Expressionskassette zur transgenen Expression von Nukleinsäuren
oder Verfahren zur transgenen Expression von Nukleinsäuren
umfasst alle solche durch gentechnische Methoden zustande gekommene
Konstruktionen oder Verfahren, in denen entweder
- a) ein Promotor gemäß SEQ ID NO: 1, 2 oder 3 oder ein funktionelles Äquivalent oder äquivalentes Fragment derselben, oder
- b) die zu exprimierende Nukleinsäuresequenz, oder
- c) (a) und (b)
- a) a promoter according to SEQ ID NO: 1, 2 or 3 or a functional equivalent or equivalent fragment thereof, or
- b) the nucleic acid sequence to be expressed, or
- c) (a) and (b)
Die erfindungsgemäßen Expressionskassetten, von ihnen abgeleitete Vektoren oder die erfindungsgemäßen Verfahren können funktionelle Äquivalente zu den unter SEQ ID NO: 1, 2 oder 3 beschriebenen Promotorsequenzen umfassen. Funktionell äquivalente Sequenzen umfassen auch all die Sequenzen, die von dem komplementären Gegenstrang der durch SEQ ID NO: 1, 2 oder 3 definierten Sequenzen abgeleitet sind und im wesentlichen die gleiche Promotoraktivität aufweisen. The expression cassettes according to the invention, derived from them Vectors or the methods according to the invention can be functional Equivalents to those described in SEQ ID NO: 1, 2 or 3 Include promoter sequences. Functionally equivalent sequences also include all the sequences that are of the complementary Counter strand of the sequences defined by SEQ ID NO: 1, 2 or 3 are derived and essentially the same promoter activity exhibit.
Funktionelle Äquivalente in bezug auf die erfindungsgemäßen Promotoren meint insbesondere natürliche oder künstliche Mutationen der unter SEQ ID NO: 1, 2 oder 3 beschriebenen Promotorsequenzen sowie deren Homologen aus anderen Pflanzengattungen und -arten, welche weiterhin im wesentlichen die gleiche Promotoraktivität aufweisen. Functional equivalents with respect to those of the invention Promoter means in particular natural or artificial mutations of the promoter sequences described under SEQ ID NO: 1, 2 or 3 as well as their homologues from other plant genera and species, which continues to have essentially the same promoter activity exhibit.
Eine Promotoraktivität wird im wesentlichen als gleich bezeichnet, wenn die Transkription eines bestimmten zu exprimierenden Gens unter Kontrolle eines bestimmten von SEQ ID NO: 1, 2 oder 3 abgeleiteten Promotors unter ansonsten unveränderten Bedingungen eine Lokalisation innerhalb der Pflanze aufweist, die zu mindestens 50%, bevorzugt mindestens 70%, besonders bevorzugt mindesten 90% ganz besonders bevorzugt mindestens 95% deckungsgleich ist mit einer Vergleichsexpression erhalten unter Verwendung eines des durch SEQ ID NO: 1, 2 oder 3 beschriebenen Promotors. Dabei kann die Expressionshöhe sowohl nach unten als auch nach oben im Vergleich zu einem Vergleichswert abweichen. Bevorzugt sind dabei solche Sequenzen, deren Expressionshöhe, gemessen anhand der transkribierten mRNA oder dem infolge translatierten Protein, unter ansonsten unveränderten Bedingungen quantitativ um nicht mehr als 50%, bevorzugt 25%, besonders bevorzugt 10% sich von einem Vergleichswert erhalten mit einem durch SEQ ID NO: 1, 2 oder 3 beschriebenen Promotor unterscheidet. Besonders bevorzugt sind solche Sequenzen, deren Expressionshöhe, gemessen anhand der transkribierten mRNA oder dem infolge translatierten Protein, unter ansonsten unveränderten Bedingungen quantitativ um mehr als 50%, bevorzugt 100%, besonders bevorzugt 500%, ganz besonders bevorzugt 1000% eines Vergleichswert erhalten mit dem durch SEQ ID NO: 1, 2 oder 3 beschriebenen Promotor übersteigt. Bevorzugt ist als Vergleichswert die Expressionshöhe der natürlichen mRNA des jeweiligen Gens oder des natürlichen Genproduktes. Bevorzugt ist ferner als Vergleichswert die Expressionshöhe erhalten mit einer beliebigen, aber bestimmten Nukleinsäuresequenz, bevorzugt solchen Nukleinsäuresequenzen, die für leicht quantifizierbare Proteine kodieren. Ganz besonders bevorzugt sind dabei Reporter-Proteine (Schenborn E, Groskreutz D. Mol Biotechnol. 1999; 13(1): 29-44) wie das "green fluorescence protein" (GFP) (Chui WL et al., Curr Biol 1996, 6: 325-330; Leffel SM et al., Biotechniques. 23(5): 912-8, 1997), die Chloramphenicoltransferase, eine Luziferase (Millar et al., Plant Mol Biol Rep 1992 10: 324-414) oder die β-Galactosidase, ganz besonders bevorzugt ist die β-Glucuronidase (Jefferson et al. (1987) EMBO J. 6: 3901-3907). Promoter activity is considered essentially the same denotes when the transcription of a particular to be expressed Gene under the control of a particular one of SEQ ID NO: 1, 2 or 3 derived promoters under otherwise unchanged conditions has a localization within the plant that is too at least 50%, preferably at least 70%, particularly preferred at least 90% very particularly preferably at least 95% congruent is obtained using a comparison expression one of the promoters described by SEQ ID NO: 1, 2 or 3. The expression level can go down as well as down above compared to a comparison value. Prefers such sequences, their level of expression, are measured on the basis of the transcribed mRNA or the one translated as a result Protein, quantitatively under otherwise unchanged conditions not more than 50%, preferably 25%, particularly preferably 10% obtained from a comparative value with one by SEQ ID NO: 1, 2 or 3 promoter differs. Particularly preferred are those sequences, the expression level of which is measured using the transcribed mRNA or the protein translated as a result, under otherwise unchanged conditions, quantitatively by more than 50%, preferably 100%, particularly preferably 500%, very particularly preferably 1000% of a comparison value obtained with the SEQ ID NO: 1, 2 or 3 promoter described. The expression level of the natural is preferred as a comparison value mRNA of the respective gene or of the natural gene product. The expression level is also preferred as a comparison value obtained with any but certain nucleic acid sequence, prefers those nucleic acid sequences that are easy encode quantifiable proteins. Are particularly preferred Reporter proteins (Schenborn E, Groskreutz D. Mol Biotechnol. 1999; 13 (1): 29-44) like the "green fluorescence protein" (GFP) (Chui WL et al., Curr Biol 1996, 6: 325-330; Leffel SM et al., Biotechniques. 23 (5): 912-8, 1997), which Chloramphenicol transferase, a luciferase (Millar et al., Plant Mol Biol Rep 1992 10: 324-414) or the β-galactosidase, very particularly preferred is the β-glucuronidase (Jefferson et al. (1987) EMBO J. 6: 3901-3907).
Ansonsten unveränderte Bedingungen bedeutet, dass die Expression, die durch eine der zu vergleichenden Expressionskassetten initiiert wird, nicht durch Kombination mit zusätzlichen genetischen Kontrollsequenzen, zum Beispiel Enhancer-Sequenzen, modifiziert wird. Unveränderte Bedingungen bedeutet ferner, dass alle Rahmenbedingungen wie beispielsweise Pflanzenart, Entwicklungsstadium der Pflanzen, Zuchtbedingungen, Assaybedingungen (wie Puffer, Temperatur, Substrate etc.) zwischen den zu vergleichenden Expressionen identisch gehalten werden. Otherwise unchanged conditions means that the expression, through one of the expression cassettes to be compared is initiated, not by combination with additional ones genetic control sequences, for example enhancer sequences, is modified. Unchanged conditions also means that all framework conditions such as plant species, Stage of development of plants, growing conditions, assay conditions (such as buffers, temperature, substrates etc.) between the comparative expressions are kept identical.
Mutationen umfassen Substitutionen, Additionen, Deletionen, Inversionen oder Insertionen eines oder mehrerer Nukleotidreste. Somit werden beispielsweise auch solche Nukleotidsequenzen durch die vorliegende Erfindung mit umfasst, welche man durch Modifikation eines Promotors gemäß SEQ ID NO: 1, 2 oder 3 erhält. Ziel einer solchen Modifikation kann die weitere Eingrenzung der darin enthaltenen Sequenz oder z. B. auch die Einfügung weiterer Restriktionsenzymschnittstellen, die Entfernung überflüssiger DNA oder das Hinzufügen weiterer Sequenzen, zum Beispiel weiterer regulatorischer Sequenzen, sein. Mutations include substitutions, additions, deletions, Inversions or insertions of one or more nucleotide residues. Such nucleotide sequences are thus also carried out, for example the present invention encompasses, which one by Modification of a promoter according to SEQ ID NO: 1, 2 or 3 is obtained. The aim of such a modification can be to further limit the contained sequence or z. B. also the insertion of more Restriction enzyme interfaces, the removal of superfluous DNA or adding more sequences, for example more regulatory sequences.
Wo Insertionen, Deletionen oder Substitutionen, wie z. B. Transitionen und Transversionen, in Frage kommen, können an sich bekannte Techniken, wie in vitro-Mutagenese, "primer repair", Restriktion oder Ligation verwendet werden. Durch Manipulationen, wie z. B. Restriktion, "chewing-back" oder Auffüllen von Überhängen für "blunt ends" können komplementäre Enden der Fragmente für die Ligation zur Verfügung gestellt werden. Zu analogen Ergebnissen kann man auch unter Verwendung der Polymerasekettenreaktion (PCR) unter Verwendung spezifischer Oligonukleotid-Primer kommen. Where insertions, deletions or substitutions, such as. B. Transitions and transversions, in themselves, can be considered known techniques, such as in vitro mutagenesis, "primer repair", Restriction or ligation can be used. Through manipulations, such as B. restriction, "chewing-back" or replenishment of Overhangs for "blunt ends" can be complementary ends of the fragments for the ligation will be made available. Too analog Results can also be obtained using the polymerase chain reaction (PCR) using specific oligonucleotide primers.
Unter Homologie zwischen zwei Nukleinsäuren wird die Identität
der Nukleinsäuresequenz über die jeweils gesamte Sequenzlänge
verstanden, die durch Vergleich mit Hilfe des Programmalgorithmus
GAP (Wisconsin Package Version 10.0, University of Wisconsin,
Genetics Computer Group (GCG), Madison, USA) unter Einstellung
folgender Parameter berechnet wird:
Gap Weight: 12; Length Weight: 4;
Average Match: 2,912; Average Mismatch: -2,003.
Homology between two nucleic acids is understood to mean the identity of the nucleic acid sequence over the entire entire length of the sequence, which can be determined by comparison using the program algorithm GAP (Wisconsin Package Version 10.0, University of Wisconsin, Genetics Computer Group (GCG), Madison, USA) with the following parameters is calculated:
Gap Weight: 12; Length Weight: 4;
Average match: 2,912; Average mismatch: -2.003.
Beispielhaft wird unter einer Sequenz, die eine Homologie von mindestens 50% auf Nukleinsäurebasis mit der Sequenz SEQ ID NO: 1, 2 oder 3 aufweist, eine Sequenz verstanden, die bei einem Vergleich mit der Sequenz SEQ ID NO. 1, 2 oder 3 nach obigem Programmalgorithmus mit obigem Parametersatz eine Homologie von mindestens 50% aufweist. An example is a sequence that has a homology of at least 50% nucleic acid based on the sequence SEQ ID NO: 1, 2 or 3, understood a sequence that when compared with the sequence SEQ ID NO. 1, 2 or 3 after the above program algorithm with the above parameter set one Has at least 50% homology.
Funktionelle Homologe zu den obengenannten Promotoren zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Expressionskassetten umfasst bevorzugt solche Sequenzen, die eine Homologie aufweisen von mindestens 50%, bevorzugt 70%, vorzugsweise mindestens 80%, besonders bevorzugt mindestens 90%, ganz besonders bevorzugt mindestens 95%, am meisten bevorzugt 99% über eine Länge von von mindestens 100 Basenpaaren, bevorzugt mindestens 200 Basenpaaren, besonders bevorzugt von mindestens 300 Basenpaaren, ganz besonders bevorzugt von mindestens 400 Basenpaaren, am meistens bevorzugt von mindestens 500 Basenpaaren. Functional homologs to the above promoters Use in the expression cassettes according to the invention comprises preferably those sequences which have a homology of at least 50%, preferably 70%, preferably at least 80%, particularly preferably at least 90%, very particularly preferably at least 95%, most preferably 99% over a length of of at least 100 base pairs, preferably at least 200 Base pairs, particularly preferably of at least 300 base pairs, entirely particularly preferred of at least 400 base pairs, most often preferably of at least 500 base pairs.
Weitere Beispiele für die in den erfindungsgemäßen Expressionskassetten oder Vektoren zum Einsatz kommenden Promotorsequenzen lassen sich beispielsweise in verschiedenen Organismen, deren genomische Sequenz bekannt ist, wie beispielsweise Arabidopsis thaliana, Brassica napus, Nicotiana tabacum, Solanum tuberosum, Helianthium anuus, Linum sativum durch Homologievergleiche in Datenbanken leicht auffinden. Further examples of those in the invention Expression cassettes or vectors used promoter sequences can be found in various organisms, for example genomic sequence is known, such as Arabidopsis thaliana, Brassica napus, Nicotiana tabacum, Solanum tuberosum, Helianthium anuus, Linum sativum by comparing homology in Easily find databases.
Funktionelle Äquivalente meint ferner DNA Sequenzen, die unter Standardbedingungen mit der Nukleinsäuresequenz kodierend für einen Promotor gemäß SEQ ID NO: 1, 2 oder 3 oder der zu ihr komplementären Nukleinsäuresequenzen hybridisieren und die im wesentlichen gleichen Eigenschaften haben. Standardhybridisierungsbedingungen ist breit zu verstehen und meint sowohl stringente als auch weniger stringente Hybridisierungsbedingungen. Solche Hybridisierungsbedingungen sind unter anderem bei Sambrook J, Fritsch EF, Maniatis T et al., in Molecular Cloning - A Laboratory Manual, 2. Auflage, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989, Seiten 9.31-9.57 oder in Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, N. Y. (1989), 6.3.1-6.3.6. beschrieben. Functional equivalents also means DNA sequences that are under Standard conditions with the nucleic acid sequence coding for a promoter according to SEQ ID NO: 1, 2 or 3 or to it hybridize complementary nucleic acid sequences and the have essentially the same properties. Standard hybridization conditions are to be understood broadly and mean both stringent as well as less stringent Hybridization conditions. Such hybridization conditions are among others at Sambrook J, Fritsch EF, Maniatis T et al., in Molecular Cloning - A Laboratory Manual, 2nd edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989, pages 9.31-9.57 or in Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, N.Y. (1989), 6.3.1-6.3.6. described.
Beispielhaft können die Bedingungen während des Waschschrittes
ausgewählt sein aus dem Bereich von Bedingungen begrenzt von
solchen mit geringer Stringenz (mit ungefähr 2 × SSC bei 50°C) und
solchen mit hoher Stringenz (mit ungefähr 0.2 × SSC bei 50°C
bevorzugt bei 65°C) (20 × SSC: 0,3 M Natriumcitrat, 3 M NaCl, pH 7.0).
Darüber hinaus kann die Temperatur während des Waschschrittes von
niedrig stringenten Bedingungen bei Raumtemperatur, ungefähr 22°C,
bis zu stärker stringenten Bedingungen bei ungefähr 65°C angehoben
werden. Beide Parameter, Salzkonzentration und Temperatur, können
gleichzeitig variiert werden, auch kann einer der beiden
Parameter konstant gehalten und nur der andere variiert werden.
Während der Hybridisierung können auch denaturierende Agenzien
wie zum Beispiel Formamid oder SDS eingesetzt werden. In
Gegenwart von 50% Formamid wird die Hybridisierung bevorzugt bei 42°C
ausgeführt. Einige beispielhafte Bedingungen für Hybridisierung
und Waschschritt sind infolge gegeben:
- 1. Hybridisierungsbedingungen mit zum Beispiel
- a) 4 × SSC bei 65°C, oder
- b) 6 × SSC, 0.5% SDS, 100 µg/ml denaturierte, fragmentierte Lachssperma-DNA bei 65°C, oder
- c) 4 × SSC, 50% Formamid, bei 42°C, oder
- d) 6 × SSC, 0.5% SDS, 100 µg/ml denaturierte, fragmentierte Lachssperma-DNA, 50% Formamid bei 42°C, oder
- e) 2 × oder 4 × SSC bei 50°C (schwach stringente Bedingung), oder
- f) 2 × oder 4 × SSC, 30 bis 40% Formamid bei 42°C (schwach stringente Bedingung).
- g) 6 × SSC bei 45°C, oder,
- h) 50% Formamid, 4 × SSC bei 42°C, oder
- i) 50% (vol/vol) Formamid, 0,1% Rinderserumalbumin, 0,1% Ficoll, 0,1% Polyvinylpyrrolidon, 50 mM Natriumphosphatpuffer pH 6,5, 750 mM NaCl, 75 mM Natriumcitrate bei 42°C, oder
- j) 0,05 M Natriumphosphatpuffer pH 7,0, 2 mM EDTA, 1% BSA und 7% SDS.
- 2. Waschschritte mit zum Beispiel
- a) 0,1 × SSC bei 65°C, oder
- b) 0,1 × SSC, 0,5% SDS bei 68°C, oder
- c) 0,1 × SSC, 0,5% SDS, 50% Formamid bei 42°C, oder
- d) 0,2 × SSC, 0,1% SDS bei 42°C, oder
- e) 2 × SSC bei 65°C (schwach stringente Bedingung), oder
- f) 40 mM Natriumphosphatpuffer pH 7,0, 1% SDS, 2 mM EDTA.
- 1. Hybridization conditions with for example
- a) 4 × SSC at 65 ° C, or
- b) 6 × SSC, 0.5% SDS, 100 µg / ml denatured, fragmented salmon sperm DNA at 65 ° C, or
- c) 4 × SSC, 50% formamide, at 42 ° C, or
- d) 6 × SSC, 0.5% SDS, 100 µg / ml denatured, fragmented salmon sperm DNA, 50% formamide at 42 ° C, or
- e) 2 × or 4 × SSC at 50 ° C (weakly stringent condition), or
- f) 2 × or 4 × SSC, 30 to 40% formamide at 42 ° C (weakly stringent condition).
- g) 6 × SSC at 45 ° C, or,
- h) 50% formamide, 4 × SSC at 42 ° C, or
- i) 50% (vol / vol) formamide, 0.1% bovine serum albumin, 0.1% Ficoll, 0.1% polyvinyl pyrrolidone, 50 mM sodium phosphate buffer pH 6.5, 750 mM NaCl, 75 mM sodium citrate at 42 ° C, or
- j) 0.05 M sodium phosphate buffer pH 7.0, 2 mM EDTA, 1% BSA and 7% SDS.
- 2. Washing steps with for example
- a) 0.1 × SSC at 65 ° C, or
- b) 0.1 × SSC, 0.5% SDS at 68 ° C, or
- c) 0.1 × SSC, 0.5% SDS, 50% formamide at 42 ° C, or
- d) 0.2 × SSC, 0.1% SDS at 42 ° C, or
- e) 2 × SSC at 65 ° C (weakly stringent condition), or
- f) 40 mM sodium phosphate buffer pH 7.0, 1% SDS, 2 mM EDTA.
Verfahren zur Herstellung erfindungsgemäßer funktioneller Äquivalente umfasst bevorzugt die Einführung von Mutationen in einen Promotor gemäß SEQ ID NO: 1, 2 oder 3. Eine Mutagenese kann ungerichtet ("random") erfolgen, wobei die mutagenisierten Sequenzen anschließend bezüglich ihrer Eigenschaften nach einer "trial- by-error" Prozedur durchmustert werden. Besonders vorteilhafte Selektionskriterien umfassen beispielsweise eine erhöht Resistenz gegenüber einem Selektionsmarker, die Höhe der resultierenden Expression der eingeführten Nukleinsäuresequenz. Process for the production of functional Equivalents preferably include the introduction of mutations into one Promoter according to SEQ ID NO: 1, 2 or 3. Mutagenesis can undirected ("random"), the mutagenized sequences subsequently with regard to their properties after a "trial by-error "procedure. Particularly advantageous Selection criteria include, for example, increased resistance versus a selection marker, the amount of the resulting Expression of the introduced nucleic acid sequence.
Alternativ können nicht-essentielle Sequenzen eines erfindungsgemäßen Promotors deletiert werden ohne die genannten Eigenschaften signifikant zu beeinträchtigen. Derartige Deletionsvarianten stellen funktionell äquivalente Fragmente der Promotoren beschrieben durch SEQ ID NO: 1, 2 oder 3 dar. Beispielhaft sei für derartige Deletionsmutanten oder funktionell äquivalente Fragmente die verkürzte pFD-Promotorsequenz (pFDs) gemäß SEQ ID NO: 4 oder die verkürzte TPT-Promotorsequenz gemäß SEQ ID NO: 27 zu nennen, die als funktionell äquivalente Teile ihrer jeweiligen Ausgangspromotoren ausdrücklich mit umfasst sind. Alternatively, non-essential sequences of a Promotors according to the invention are deleted without the mentioned To significantly impair properties. such Deletion variants represent functionally equivalent fragments of the Promoters described by SEQ ID NO: 1, 2 or 3. Examples of such deletion mutants or functional equivalent fragments the truncated pFD promoter sequence (pFDs) according to SEQ ID NO: 4 or the shortened TPT promoter sequence according to SEQ ID NO: 27 to be called the functionally equivalent parts their respective output promoters expressly included are.
Die Eingrenzung der Promotorsequenz auf bestimmte, essentielle regulatorische Regionen kann auch mit Hilfe von Suchroutine zur Suche von Promotorelementen vorgenommen werden. Oft sind in den für die Promotoraktivität relevanten Regionen bestimmte Promotorelemente gehäuft vorhanden. Diese Analyse kann beispielsweise mit Computerprogrammen wie dem Programm PLACE ("Plant Cis-acting Regulatory DNA Elements") vorgenommen werden (K. Higo et al., (1999) Nucleic Acids Research 27: 1, 297-300) oder der BIOBASE Datenbank "Transfac" (Biologische Datenbanken GmbH, Braunschweig). The restriction of the promoter sequence to certain essential ones regulatory regions can also be searched with the help of Search of promoter elements can be made. Are often in the regions relevant for promoter activity Promoter elements are abundant. This analysis can be done with, for example Computer programs such as the program PLACE ("Plant Cis-acting Regulatory DNA Elements ") (K. Higo et al., (1999) Nucleic Acids Research 27: 1, 297-300) or BIOBASE Database "Transfac" (Biological Databases GmbH, Braunschweig).
Verfahren zur Mutagenisierung von Nukleinsäuresequenzen sind dem Fachmann bekannt und schließen beispielhaft die Verwendung von Oligonukleotiden mit einer oder mehr Mutationen im Vergleich zu der zu mutierenden Region ein (z. B. im Rahmen einer "Sitespecific mutagenesis"). Typischerweise kommen Primer mit ungefähr 15 bis ungefähr 75 Nukleotiden oder mehr zum Einsatz, wobei bevorzugt ca. 10 bis ca. 25 oder mehr Nukleotidreste an beiden Seiten der zu verändernden Sequenz lokalisiert sind. Details und Durchführung besagter Mutageneseverfahren sind dem Fachmann geläufig (Kunkel et al., Methods Enzymol, 154: 367-382, 1987; Tomic et al. (1990) Nucl Acids Res 12: 1656; Upender, Raj, Weir (1995) Biotechniques 18(1): 29-30; US 4,237,224). Eine Mutagenese kann auch durch Behandlung von beispielsweise Vektoren, die eine der erfindungsgemäßen Nukleinsäuresequenzen enthalten, mit mutagenisierenden Agentien wie Hydroxylamin realisiert werden. Methods for mutagenizing nucleic acid sequences are Known to those skilled in the art and include, for example, the use of Comparison of oligonucleotides with one or more mutations to the region to be mutated (e.g. as part of a "Sitespecific mutagenesis"). Typically primers come with approx 15 to about 75 nucleotides or more are used, wherein preferably about 10 to about 25 or more nucleotide residues on both Pages of the sequence to be changed are localized. details and carrying out said mutagenesis methods are known to the person skilled in the art common (Kunkel et al., Methods Enzymol, 154: 367-382, 1987; Tomic et al. (1990) Nucl Acids Res 12: 1656; Upender, Raj, Weir (1995) Biotechniques 18 (1): 29-30; US 4,237,224). A mutagenesis can also be done by treating, for example, vectors that contain one of the nucleic acid sequences according to the invention, with mutagenizing agents such as hydroxylamine can be realized.
Die in den erfindungsgemäßen Expressionskassetten enthaltenen transgen zu exprimierenden Nukleinsäuresequenzen können mit weiteren genetischen Kontrollsequenzen neben einem der erfindungsgemäßen Promotoren funktionell verknüpft sein. The contained in the expression cassettes according to the invention Nucleic acid sequences to be expressed transgenically with additional genetic control sequences next to one of the promoters according to the invention can be functionally linked.
Unter einer funktionellen Verknüpfung versteht man zum Beispiel die sequentielle Anordnung eines Promotors, der transgen zu exprimierenden Nukleinsäuresequenz und ggf. weiterer regulativer Elemente wie zum Beispiel einem Terminator derart, dass jedes der regulativen Elemente seine Funktion bei der transgenen Expression der Nukleinsäuresequenz, je nach Anordnung der Nukleinsäuresequenzen zu sense oder anti-sense RNA, erfüllen kann. Dazu ist nicht unbedingt eine direkte Verknüpfung im chemischen Sinne erforderlich. Genetische Kontrollsequenzen, wie zum Beispiel Enhancer-Sequenzen, können ihre Funktion auch von weiter entfernten Positionen oder gar von anderen DNA-Molekülen aus auf die Zielsequenz ausüben. Bevorzugt sind Anordnungen, in denen die transgen zu exprimierenden Nukleinsäuresequenz hinter der als Promotor fungierenden Sequenz positioniert wird, so dass beide Sequenzen kovalent miteinander verbunden sind. Bevorzugt ist dabei der Abstand zwischen der Promotorsequenz und der transgen zu exprimierende Nukleinsäuresequenz geringer als 200 Basenpaare, besonders bevorzugt kleiner als 100 Basenpaare, ganz besonders bevorzugt kleiner als 50 Basenpaare. A functional link is, for example the sequential arrangement of a promoter that is transgenic expressing nucleic acid sequence and possibly other regulatory Elements such as a terminator such that each of the regulative elements its function in transgenic expression the nucleic acid sequence, depending on the arrangement of the Nucleic acid sequences to sense or anti-sense RNA can meet. Is to not necessarily a direct link in the chemical sense required. Genetic control sequences, such as Enhancer sequences can also continue their function distant positions or even from other DNA molecules on the Exercise target sequence. Arrangements are preferred in which the nucleic acid sequence to be expressed transgenically behind the as Promoter acting sequence is positioned so that both Sequences are covalently linked. Is preferred the distance between the promoter sequence and the transgene nucleic acid sequence to be expressed less than 200 base pairs, particularly preferably less than 100 base pairs, very particularly preferably less than 50 base pairs.
Die Herstellung einer funktionellen Verknüpfung kann mittels gängiger Rekombinations- und Klonierungstechniken realisiert werden, wie sie beispielsweise in T. Maniatis, E. F. Fritsch und J. Sambrook, Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY (1989) sowie in T. J. Silhavy, M. L. Berman und L. W. Enquist, Experiments with Gene Fusions, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY (1984) und in Ausubel, F. M. et al., Current Protocols in Molecular Biology, Greene Publishing Assoc. and Wiley Interscience (1987) beschrieben sind. Zwischen beide Sequenzen können aber auch weitere Sequenzen positioniert werden, die zum Beispiel die Funktion eines Linkers mit bestimmten Restriktionsenzymschnittstellen oder eines Signalpeptides haben. Auch kann die Insertion von Sequenzen zur Expression von Fusionsproteinen führen. A functional link can be created using common recombination and cloning techniques realized as described, for example, in T. Maniatis, E. F. Fritsch and J. Sambrook, Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY (1989) and T. J. Silhavy, M. L. Berman and L. W. Enquist, Experiments with Gene Mergers, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY (1984) and in Ausubel, F.M. et al., Current Protocols in Molecular Biology, Greene Publishing Assoc. and Wiley Interscience (1987). However, between the two sequences other sequences can also be positioned, for example the Function of a linker with certain Restriction enzyme interfaces or a signal peptide. The insertion can also of sequences lead to the expression of fusion proteins.
Der Begriff der genetischen Kontrollsequenzen ist breit zu verstehen und meint all solche Sequenzen, die einen Einfluss auf das Zustandekommen oder die Funktion der erfindungsgemäßen Expressionskassette haben. Genetische Kontrollsequenzen modifizieren zum Beispiel die Transkription und Translation in prokaryotischen oder eukaryotischen Organismen. Vorzugsweise umfassen die erfindungsgemäßen Expressionskassetten 5'-stromaufwärts von der jeweiligen transgen zu exprimierenden Nukleinsäuresequenz einen der erfindungsgemäßen Promotoren und 3'-stromabwärts eine Terminatorsequenz als zusätzliche genetische Kontrollsequenz, sowie gegebenenfalls weitere übliche regulative Elemente, und zwar jeweils funktionell verknüpft mit der transgen zu exprimierenden Nukleinsäuresequenz. The concept of genetic control sequences is broad understand and mean all those sequences that have an impact on the creation or function of the invention Expression cassette. Genetic control sequences modify, for example, transcription and translation in prokaryotic or eukaryotic organisms. Preferably include the expression cassettes according to the invention 5 'upstream of the respective transgene to be expressed Nucleic acid sequence one of the promoters according to the invention and 3'-downstream a terminator sequence as an additional genetic Control sequence, as well as any other usual regulatory Elements, each functionally linked to the transgene nucleic acid sequence to be expressed.
Genetische Kontrollsequenzen umfassen auch weitere Promotoren, Promotorelemente oder Minimalpromotoren, die die expressionsteuernden Eigenschaften modifizieren können. So kann durch genetische Kontrollsequenzen zum Beispiel die gewebespezifische Expression zusätzlich abhängig von bestimmten Stressfaktoren erfolgen. Entsprechende Elemente sind zum Beispiel für Wasserstress, Abscisinsäure (Lam E und Chua NH (1991) J Biol Chem 266(26): 17131-17135) und Hitzestress (Schöffl F et al. (1989) Molecular & General Genetics 217(2-3): 246-53) beschrieben. Genetic control sequences also include other promoters Promoter elements or minimal promoters that the can modify expression-controlling properties. So through genetic control sequences, for example the tissue-specific ones Expression also depends on certain stress factors respectively. Corresponding elements are for example for Water stress, abscisic acid (Lam E and Chua NH (1991) J Biol Chem 266 (26): 17131-17135) and heat stress (Schöffl F et al. (1989) Molecular & General Genetics 217 (2-3): 246-53).
Es können ferner weitere Promotoren funktionell mit der zu exprimierenden Nukleinsäuresequenz verknüpft sein, die eine Expression in weiteren Pflanzengeweben oder in anderen Organismen, wie zum Beispiel E. coli Bakterien ermöglichen. Als Pflanzenpromotoren kommen im Prinzip alle oben beschriebenen Promotoren in Frage. Vorstellbar ist zum Beispiel, dass eine bestimmte Nukleinsäuresequenz durch einen Promotor (zum Beispiel einen der erfindungsgemäßen Promotoren) in einem Pflanzengewebe als sense-RNA transkribiert und in das entsprechende Protein translatiert wird, während die gleiche Nukleinsäuresequenz durch einen anderen Promotor mit einer anderen Spezifität in einem anderen Gewebe zu anti-sense-RNA transkribiert und das entsprechende Protein herunterreguliert wird. Dieses kann durch eine erfindungsgemäße Expressionskassette realisiert werden, indem der eine Promotor vor die transgen zu exprimierende Nukleinsäuresequenz positioniert wird und der andere Promotor dahinter. Further promoters can also functionally function with the expressing nucleic acid sequence can be linked that a Expression in other plant tissues or in others Enable organisms such as E. coli bacteria. As In principle, plant promoters come all described above Promoters in question. For example, it is conceivable that a determined nucleic acid sequence by a promoter (for example one of the promoters according to the invention) in a plant tissue transcribed as sense RNA and into the corresponding protein is translated while the same nucleic acid sequence a different promoter with a different specificity in one transcribed other tissues to anti-sense RNA and that corresponding protein is downregulated. This can be done through a Expression cassette according to the invention can be realized by the a promoter before the transgene to be expressed Nucleic acid sequence is positioned and the other promoter behind it.
Genetische Kontrollsequenzen umfassen ferner auch die 5'-untranslatierte Region, Introns oder die nichtkodierende 3'-Region von Genen, bevorzugt der pFD, FNR oder TPT-Gene. Es ist gezeigt worden, dass diese eine signifikante Funktionen bei der Regulation der Genexpression spielen können. So wurde gezeigt, dass 5'-untranslatierte Sequenzen die transiente Expression heterologer Gene verstärken können. Sie können ferner die Gewebespezifität fördern (Rouster J et al. (1998) Plant J. 15: 435-440.). Umgekehrt unterdrückt die 5'-untranslatierte Region des opaque-2 Gens die Expression. Eine Deletion der entsprechenden Region führt zu einer Erhöhung der Genaktivität (Lohmer S et al. (1993) Plant Cell 5: 65-73). Die unter SEQ ID NO: 1, 2 oder 3 angegebene Nukleinsäuresequenz enthält den Abschnitt der pFD, FNR oder TPT- Gene, der den Promotor und die 5'-untranslatierte Region bis vor das ATG-Startcodon des jeweiligen Proteins repräsentiert. Genetic control sequences also include the 5 'untranslated region, introns or the 3' non-coding region of Genes, preferably the pFD, FNR or TPT genes. It is shown that these have significant functions in the Regulation of gene expression can play. So it was shown that 5'-untranslated sequences the transient expression can amplify heterologous genes. You can also use the Promote tissue specificity (Rouster J et al. (1998) Plant J. 15: 435-440.). Conversely, the 5'-untranslated region of the opaque-2 suppresses Gene expression. A deletion of the corresponding region leads to an increase in gene activity (Lohmer S et al. (1993) Plant Cell 5: 65-73). The one specified under SEQ ID NO: 1, 2 or 3 Nucleic acid sequence contains the section of pFD, FNR or TPT Genes that extend the promoter and the 5 'untranslated region before the ATG start codon of the respective protein.
McElroy und Mitarbeiter (McElroy et al. (1991) Mol Gen Genet 231(1): 150-160) berichteten von einem auf dem Reis Actin 1 (Act1) Promotor basierenden Konstrukt zur Transformation monokotyler Pflanzen. In transgenen Reiszellen führte die Verwendung des Act1-Introns in Kombination mit dem 35S-Promotor zu einer gegenüber dem isolierten 35S-Promotor um das Zehnfache gesteigerten Expressionsrate. Eine Optimierung der Sequenzumgebung der Translations-Initiationsstelle des Reportergen-Gens (GUS) resultierte in einer vierfachen Steigerung der GUS-Expression in transformierten Reiszellen. Eine Kombination der optimierten Translations-Initiationsstelle und des Act1-Introns resultierte in einer 40-fachen Steigerung der GUS-Expression durch den CaMV35S-Promotor in transformierten Reiszellen; ähnliche Ergebnisse wurden anhand von transformierten Maiszellen erzielt. Insgesamt wurde aus den zuvor beschriebenen Untersuchungen geschlussfolgert, dass die auf dem Act1-Promotor basierenden Expressionsvektoren dazu geeignet sind, eine hinreichend starke und konstitutive Expression von Fremd-DNA in transformierten Zellen monokotyler Pflanzen zu steuern. McElroy et al. (McElroy et al. (1991) Mol Gen Genet 231 (1): 150-160) reported one on the rice Actin 1 (Act1) Promoter-based construct for the transformation of monocotyledons Plants. In transgenic rice cells, the use of the Act1 introns in combination with the 35S promoter into one compared to the isolated 35S promoter increased tenfold Expression rate. An optimization of the sequence environment of the Translation initiation site of the reporter gene (GUS) resulted in a four-fold increase in GUS expression in transformed rice cells. A combination of the optimized Translation initiation site and the Act1 intron resulted in a 40-fold increase in GUS expression by the CaMV35S promoter in transformed rice cells; similar Results were obtained using transformed maize cells. Overall, the investigations described above concluded that those based on the Act1 promoter Expression vectors are suitable for being sufficiently strong and constitutive expression of foreign DNA in transformed To control cells of monocotyledonous plants.
Die Expressionskassette kann vorteilhafterweise eine oder mehrere sogenannte "enhancer Sequenzen" funktionell verknüpft mit dem Promotor enthalten, die eine erhöhte transgene Expression der Nukleinsäuresequenz ermöglichen. Auch am 3'-Ende der transgen zu exprimierenden Nukleinsäuresequenzen können zusätzliche vorteilhafte Sequenzen inseriert werden, wie weitere regulatorische Elemente oder Terminatoren. Die transgen zu exprimierenden Nukleinsäuresequenzen können in einer oder mehreren Kopien in einer der erfindungsgemäßen Expressionskassetten enthalten sein. The expression cassette can advantageously one or more so-called "enhancer sequences" functionally linked to the Contain promoters that have an increased transgenic expression of the Enable nucleic acid sequence. Also at the 3 'end of the transgenic nucleic acid sequences to be expressed can be additional advantageous sequences are inserted, such as further regulatory ones Elements or terminators. The transgene to be expressed Nucleic acid sequences can be copied into one or more copies one of the expression cassettes according to the invention may be included.
Als Kontrollsequenzen sind weiterhin solche zu verstehen, die eine homologe Rekombination bzw. Insertion in das Genom eines Wirtsorganismus ermöglichen oder die Entfernung aus dem Genom erlauben. Bei der homologen Rekombination kann zum Beispiel der natürliche Promotor eines bestimmten Gens gegen einen der erfindungsgemäßen Promotoren ausgetauscht werden. Methoden wie die cre/lox-Technologie erlauben eine gewebespezifische, unter Umständen induzierbare Entfernung der Expressionskassette aus dem Genom des Wirtsorganismus (Sauer B. (1998) Methods. 14(4): 381-92). Hier werden bestimmte flankierende Sequenzen dem Zielgen angefügt (lox-Sequenzen), die später eine Entfernung mittels der cre-Rekombinase ermöglichen. Control sequences are also to be understood as those which a homologous recombination or insertion into the genome of a Allow host organism or removal from the genome allow. For example, with homologous recombination the natural promoter of a particular gene against one of the promoters according to the invention are exchanged. methods like the cre / lox technology allow a tissue-specific, possibly inducible removal of the expression cassette from the genome of the host organism (Sauer B. (1998) Methods. 14 (4): 381-92). Here are certain flanking sequences Target gene added (lox sequences), which are later removed by means of the cre recombinase.
Der einzuführende Promotor kann mittels homologer Rekombination vor das transgen zu exprimierende Zielgen platziert werden, indem der Promotor mit DNA-Sequenzen verknüpft wird, die zum Beispiel zu endogenen Sequenzen homolog sind, die dem Leseraster des Zielgens vorgelagert sind. Derartige Sequenzen sind als genetische Kontrollsequenzen zu verstehen. Nachdem eine Zelle mit dem entsprechenden DNA-Konstrukt transformiert wurde, können die beiden homologen Sequenzen interagieren und so die Promotorsequenz an dem gewünschten Ort vor dem Zielgen platzieren, so dass die Promotorsequenz nun in funktioneller Verknüpfung mit dem Zielgen steht und eine erfindungsgemäße Expressionskassette bildet. Die Auswahl der homologen Sequenzen bestimmt den Insertionsort des Promotors. Hierbei kann die Expressionskassette durch homologe Rekombination mittels einer einfachen oder einer doppelt-reziproken Rekombination generiert werden. Bei der einfach reziproken Rekombination wird nur eine einzelne Rekombinationssequenz verwendet und es erfolgt die Insertion der gesamten eingeführten DNA. Bei der doppelt-reziproken Rekombination ist die einzuführende DNA durch zwei homologe Sequenzen flankiert und es erfolgt die Insertion des flankierten Bereiches. Letzteres Verfahren ist geeignet, um wie oben beschrieben den natürlichen Promotor eines bestimmten Gens gegen einen der erfindungsgemäßen Promotoren auszutauschen und so den Expressionsort und -zeitpunkt dieses Gens zu modifizieren. Diese funktionelle Verknüpfung stellt eine erfindungsgemäße Expressionskassette dar. The promoter to be introduced can be homologous recombination are placed in front of the target gene to be expressed by the promoter is linked to DNA sequences, for example are homologous to endogenous sequences that correspond to the reading frame of the Target gene are upstream. Such sequences are considered genetic Understand control sequences. After a cell with that the corresponding DNA construct has been transformed, the two can homologous sequences interact and thus the promoter sequence the desired location in front of the target gene so that the Promoter sequence now functionally linked to the target gene stands and forms an expression cassette according to the invention. The Selection of the homologous sequences determines the insertion site of the Promoter. Here, the expression cassette can be homologous Recombination using a simple or a double-reciprocal recombination can be generated. With the simply reciprocal Recombination becomes just a single recombination sequence used and the insertion of the entire imported DNA. With double-reciprocal recombination, this is DNA to be introduced is flanked by two homologous sequences and it the flanked area is inserted. The latter Process is suitable to the natural as described above Promoter of a specific gene against one of the invention Exchange promoters and so the place and time of expression to modify this gene. This functional link represents an expression cassette according to the invention.
Zur Selektion erfolgreich homolog rekombinierter oder auch transformierter Zellen ist es in der Regel erforderlich, einen selektionierbaren Marker zusätzlich einzuführen, der den erfolgreich rekombinierten Zellen eine Resistenz gegen ein Biozid (zum Beispiel ein Herbizid), einen Metabolismusinhibitor wie 2-Desoxyglucose-6-phosphat (WO 98/45456) oder ein Antibiotikum verleiht. Der Selektionsmarker erlaubt die Selektion der transformierten Zellen von untransformierten (McCormick et al., Plant Cell Reports 5 (1986), 81-84). For the selection of successfully homologously recombined or transformed cells, it is usually necessary to use one selectable marker to introduce the successfully recombined cells resistant to a biocide (for example a herbicide), a metabolism inhibitor such as 2-deoxyglucose-6-phosphate (WO 98/45456) or an antibiotic gives. The selection marker allows the selection of transformed cells from untransformed (McCormick et al., Plant Cell Reports 5 (1986), 81-84).
Homologe Rekombination ist ein relativ seltenes Ereignis in höheren Eukaryoten, vor allem in Pflanzen. Zufällige Integrationen in das Wirtsgenom überwiegen. Eine Möglichkeit die zufällig integrierten Sequenzen zu entfernen und so Zellklone mit einer korrekten homologen Rekombination anzureichern, besteht in der Verwendung eines sequenzspezifischen Rekombinationssystems wie in US 6,110,736 beschrieben. Dieses besteht aus drei Elementen: zwei Paaren von spezifischen Rekombinationssequenzen und einer sequenzspezifischen Rekombinase. Diese Rekombinase katalysiert eine Rekombination lediglich zwischen den beiden Paaren von spezifischen Rekombinationsequenzen. Das eine Paar dieser spezifischen DNA-Sequenzen wird außerhalb der zu integrierenden DNA-Sequenz, d. h. außerhalb der beiden homologen DNA-Sequenzen lokalisiert. Im Falle einer korrekten homologen Rekombination werden diese Sequenzen nicht mit in das Genom übertragen. Im Falle einer zufälligen Integration insertieren sie in der Regel zusammen mit dem Rest des Konstruktes. Unter Einsatz einer speziellen Rekombinase und eines Konstruktes enthaltend ein zweites Paar der spezifischen Sequenzen können die zufällig insertierten Sequenzen herausgeschnitten oder durch Inversion inaktiviert werden, während die korrekt über homologe Rekombination insertierten Sequenzen im Genom verbleiben. Eine Vielzahl von sequenzspezifischen Rekombinationssystemen kann verwendet werden, beispielhaft sind das Cre/lox-System des Bacteriophagen P1, das FLP/FRT System der Hefe, die Gin Recombinase des Mu Phagen, die Pin Rekombinase aus E. coli und das R/RS System des pSR1 Plasmids genannt. Bevorzugt sind das Bacteriophagen P1 Cre/lox und das Hefe FLP/FRT System. Hier interagiert die Rekombinase (Cre oder FLP) spezifisch mit ihren jeweiligen Rekombinationssequenzen (34 bp lox-Sequenz bzw. 47 bp FRT-Sequenz) um die zwischengelagerten Sequenzen zu deletieren oder zu invertieren. Das FLP/FRT und cre/lox Rekombinasesystem wurde bereits in pflanzlichen Systemen angewendet (Odell et al. (1990) Mol Gen Genet 223: 369-378). Homologous recombination is a relatively rare event in higher eukaryotes, especially in plants. Random Integrations in the host genome predominate. One way to remove randomly integrated sequences and so cell clones to be enriched with a correct homologous recombination in the use of a sequence-specific recombination system as described in US 6,110,736. This consists of three Elements: two pairs of specific recombination sequences and a sequence-specific recombinase. This recombinase catalyzes recombination only between the two pairs of specific recombination sequences. The one pair of these specific DNA sequences will be integrated outside of the DNA sequence, d. H. outside of the two homologous DNA sequences localized. In the case of correct homologous recombination these sequences are not transferred into the genome. in the In the case of accidental integration, they usually insert along with the rest of the construct. Using one special recombinase and a construct containing a second pair of specific sequences can be random inserted sequences cut out or by inversion be inactivated while correctly using homologous recombination inserted sequences remain in the genome. A variety of sequence-specific recombination systems can be used exemplary are the Cre / lox system of the bacteriophage P1, the FLP / FRT system of yeast, the Mu Phage gin recombinase, the E. coli pin recombinase and the R / RS system of the pSR1 plasmid called. Bacteriophage P1 Cre / lox and that are preferred Yeast FLP / FRT system. The recombinase (Cre or FLP) specifically with their respective recombination sequences (34 bp lox sequence or 47 bp FRT sequence) around the to delete or invert intermediate sequences. The FLP / FRT and cre / lox recombinase system has already been used in plant systems applied (Odell et al. (1990) Mol Gen Genet 223: 369-378).
Als Kontrollsequenzen geeignete Polyadenylierungssignale sind pflanzliche Polyadenylierungssignale sowie - vorzugsweise - solche, die im wesentlichen T-DNA Polyadenylierungssignalen aus Agrobacterium turne faciens, insbesondere des Gens 3 der T-DNA (Octopin Synthase) des Ti-Plasmids pTiACHS entsprechen (Gielen et al. (1984) EMBO J 3: 835ff) oder funktionelle Äquivalente davon. Suitable polyadenylation signals as control sequences vegetable polyadenylation signals and - preferably - those that are essentially T-DNA polyadenylation signals Agrobacterium turne faciens, in particular gene 3 of the T-DNA (Octopin synthase) of the Ti plasmid pTiACHS correspond (Gielen et al. (1984) EMBO J 3: 835ff) or functional equivalents from that.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält die Expressionskassette eine in Pflanzen funktionelle Terminatorsequenz. In Pflanzen funktionelle Terminatorsequenzen meint allgemein solche Sequenzen, die in der Lage sind, in Pflanzen den Abbruch der Transkription einer DNA-Sequenz zu bewirken. Beispiele für geeignete Terminatorsequenzen sind der OCS(Octopin-Synthase)-Terminator und der NOS (Nopalin-Synthase)-Terminator. Besonders bevorzugt sind jedoch pflanzliche Terminatorsequenzen. Pflanzliche Terminatorsequenzen meint allgemein solche Sequenzen, die Bestandteil eines natürlichen pflanzlichen Gens sind. Besonders bevorzugt sind dabei der Terminators des Cathepsin D Inhibitor Gens aus Kartoffel (GenBank Acc. No.: X74985; Terminator: SEQ ID NO: 28) oder des Terminators der Speicherproteingens VfLElB3 (GenBank Acc. No.: Z26489; Terminator: SEQ ID NO: 29) aus der Ackerbohne. Diese Terminatoren sind den im Stand der Technik beschriebenen viralen oder T-DNA Terminatoren mindestens gleichwertig. Das Plasmid pSUN5NPTIICat (SEQ ID NO: 24) enthält den pflanzlichen Terminator des Cathepsin D Inhibitor Gens aus Kartoffel. In a particularly preferred embodiment, the Expression cassette a functional in plants Terminator sequence. Functional terminator sequences in plants means generally those sequences that are able to in plants Abort the transcription of a DNA sequence. Examples for suitable terminator sequences are the OCS (octopine synthase) terminator and the NOS (nopalin synthase) terminator. However, plant terminator sequences are particularly preferred. Plant terminator sequences generally mean such sequences that are part of a natural plant gene. The terminators of Cathepsin D are particularly preferred Potato inhibitor gene (GenBank Acc. No .: X74985; Terminator: SEQ ID NO: 28) or the terminator of the storage protein gene VfLElB3 (GenBank Acc.No .: Z26489; Terminator: SEQ ID NO: 29) from the Broad bean. These terminators are the ones in the prior art described viral or T-DNA terminators at least equivalent to. The plasmid pSUN5NPTIICat (SEQ ID NO: 24) contains the herbal terminator of the cathepsin D inhibitor gene Potato.
Dem Fachmann ist eine Vielzahl von Nukleinsäuren bzw. Proteinen
bekannt, deren rekombinante Expression gesteuert durch die
erfindungsgemäßen Expressionskassetten oder Verfahren vorteilhaft
ist. Ferner sind dem Fachmann eine Vielzahl von Genen bekannt,
durch deren Reprimierung oder Ausschaltung mittels Expression
einer entsprechenden antisense-RNA ebenfalls vorteilhafte Effekte
erreicht werden können. Beispielhaft jedoch nicht einschränkend
für vorteilhafte Effekte seien zu nennen:
- - Erleichterte Herstellung eines transgenen Organismus beispielsweise durch die Expression von Selektionsmarkern
- - Erzielen einer Resistenz gegen abiotische Stressfaktoren (Hitze, Kälte, Trockenheit, erhöhte Feuchtigkeit, Umweltgifte, UV-Strahlung)
- - Erzielen einer Resistenz gegen biotische Stressfaktoren (Pathogene, Viren, Insekten und Krankheiten)
- - Verbesserung von Nahrungs- oder Futtereigenschaften
- - Verbesserung der Wachstumsrate oder des Ertrages.
- - Facilitated production of a transgenic organism, for example, by the expression of selection markers
- - Achieve resistance to abiotic stress factors (heat, cold, dryness, increased moisture, environmental toxins, UV radiation)
- - Achieve resistance to biotic stress factors (pathogens, viruses, insects and diseases)
- - Improvement of food or feed properties
- - Improve growth rate or earnings.
Nachfolgend seien einige konkrete Beispiele für Nukleinsäuren
genannt, deren Expression die gewünschten vorteilhaften Effekte
bietet:
- 1. Selektionsmarker
Selektionsmarker umfasst sowohl positive Selektionsmarker, die eine Resistenz gegen ein Antibiotikum, Herbizid oder Biozid verleihen, als auch negative Selektionsmarker, die eine Sensitivität gegen eben diese verleihen, als auch Marker die dem transformierten Organismus einen Wachstumsvorteil gewähren (beispielsweise durch Expression von Schlüsselgenen der Cytokinbiosynthese; Ebinuma H et al. (2000) Proc Natl Acad Sci USA 94: 2117-2121). Bei der positiven Selektion gedeihen nur die Organismen, die den entsprechenden Selektionsmarker exprimieren, während bei der negativen Selektion eben diese eingehen. Bei der Herstellung transgener Pflanzen ist die Verwendung eines positiven Selektionsmarkers bevorzugt. Bevorzugt ist ferner die Verwendung von Selektionsmarkern, die Wachstumsvorteile verleihen. Negative Selektionsmarker können vorteilhaft verwendet werden, wenn es darum geht, bestimmte Gene oder Genomabschnitte aus einem Organismus zu entfernen (beispielsweise im Rahmen eines Kreuzungsprozesses).
Der mit der Expressionskassette eingebrachte selektionierbare Marker verleiht den erfolgreich rekombinierten oder transformierten Zellen eine Resistenz gegen ein Biozid (zum Beispiel ein Herbizid wie Phosphinothricin, Glyphosat oder Bromoxynil), einen Metabolismusinhibitor wie 2-Desoxyglucose-6-phosphat (WO 98/45456) oder ein Antibiotikum, wie zum Beispiel Kanamycin, G 418, Bleomycin, Hygromycin. Der Selektionsmarker erlaubt die Selektion der transformierten Zellen von untransformierten (McCormick et al., Plant Cell Reports 5 (1986), 81-84). Besonders bevorzugte Selektionsmarker sind solche die eine Resistenz gegen Herbizide verleihen. Dem Fachmann sind zahlreiche derartiger Selektionsmarker und die für diese kodierenden Sequenzen bekannt. Nachfolgend seien beispielhaft jedoch nicht einschränkend zu nennen:
- 1. Selection marker
Selection markers include both positive selection markers, which confer resistance to an antibiotic, herbicide or biocide, and negative selection markers, which confer sensitivity to these, as well as markers which give the transformed organism a growth advantage (for example by expressing key genes of cytokine biosynthesis; Ebinuma H et al. (2000) Proc Natl Acad Sci USA 94: 2117-2121). In the case of positive selection, only those organisms which express the corresponding selection marker thrive, whereas in the case of negative selection these are included. When producing transgenic plants, the use of a positive selection marker is preferred. It is also preferred to use selection markers which confer growth advantages. Negative selection markers can be used advantageously when it comes to removing certain genes or genomic sections from an organism (for example in the context of a cross-breeding process).
The selectable marker introduced with the expression cassette gives the successfully recombined or transformed cells resistance to a biocide (for example a herbicide such as phosphinothricin, glyphosate or bromoxynil), a metabolism inhibitor such as 2-deoxyglucose-6-phosphate (WO 98/45456) or Antibiotic, such as Kanamycin, G 418, bleomycin, hygromycin. The selection marker allows the selection of the transformed cells from untransformed ones (McCormick et al., Plant Cell Reports 5 (1986), 81-84). Particularly preferred selection markers are those which confer resistance to herbicides. Numerous such selection markers and the sequences coding for them are known to the person skilled in the art. The following are examples, but not restrictive:
Der mit der Expressionskassette eingebrachte selektionierbare
Marker verleiht den erfolgreich rekombinierten oder
transformierten Zellen eine Resistenz gegen ein Biozid (zum
Beispiel ein Herbizid wie Phosphinothricin, Glyphosat oder
Bromoxynil), einen Metabolismusinhibitor wie
2-Desoxyglucose-6-phosphat (WO 98/45456) oder ein Antibiotikum, wie zum
Beispiel Tetracycline, Ampicillin, Kanamycin, G 418,
Neomycin, Bleomycin oder Hygromycin. Der Selektionsmarker
erlaubt die Selektion der transformierten Zellen von
untransformierten (McCormick et al., Plant Cell Reports 5 (1986),
81-84). Besonders bevorzugte Selektionsmarker sind solche die
eine Resistenz gegen Herbizide verleihen. Beispielhaft als
Selektionsmarker seien genannt:
- - DNA Sequenzen, die für Phosphinothricinacetyltransferasen (PAT) kodieren, welche die freie Aminogruppe des Glutaminsynthaseinhibitors Phosphinothricin (PPT) acetylieren und damit eine Detoxifizierung des PPT erreichen (de Block et al. 1987, EMBO J. 6, 2513-2518) (auch Bialophos®-Resistenzgen (bar) genannt). Das bar Gen kodierend für eine Phosphinothricinacetyltransferase (PAT) kann aus beispielsweise Streptomyces hygroscopicus oder S. viridochromogenes isoliert werden. Entsprechende Sequenzen sind dem Fachmann bekannt (aus Streptomyces hygroscopicus GenBank Acc.-No.: X17220 und X05822, aus Streptomyces viridochromogenes GenBank Acc.-No.: M 22827 und X65195; US 5,489,520). Ferner sind synthetische Gene beispielsweise für die Expression in Plastiden beschrieben AJ028212. Ein synthetisches Pat Gen ist beschrieben bei Becker et al. (1994) The Plant J 5: 299-307. Ganz besonders bevorzugt ist ebenfalls die Expression des Polypeptides gemäß SEQ ID NO: 5, beispielsweise kodiert durch eine Nukleinsäuresequenz gemäß SEQ ID NO: 4. Die Gene verleihen Resistenz gegen das Herbizid Bialaphos® oder Glufosinat und sind vielbenutzte Marker in transgenen Pflanzen (Vickers JE et al. (1996) Plant Mol Biol Reporter 14: 363-368; Thompson CJ et al. (1987) EMBO J 6: 2519-2523).
- - 5-Enolpyruvylshikimat-3-phosphatsynthasegene (EPSP
Synthasegene), die eine Resistenz gegen Glyphosat®
(N-(phosphonomethyl)glycin) verleihen. Das unselektive
Herbizid Glyphosat hat die
5-Enolpyruvyl-3-phosphoshikimatsynthase (EPSPS) als molekulares Target. Diese
hat eine Schlüsselfunktion in der Biosynthese
aromatischer Aminosäuren in Mikroben und Pflanzen, jedoch nicht
in Säugern (Steinrucken HC et al. (1980) Biochem Biophys
Res Commun 94: 1207-1212; Levin JG und Sprinson DB (1964)
J Biol Chem 239: 1142-1150; Cole DJ (1985) Mode of action
of glyphosate; A literature analysis, p. 48-74. In:
Grossbard E und Atkinson D (eds.) The herbicide
glyphosate. Buttersworths, Boston.). Glyphosat-tolerante EPSPS
Varianten werden bevorzugt als Selektionsmarker verwendet
(Padgette SR et al. (1996). New weed control
opportunities: development of soybeans with a Roundup Ready™
gene. In: Herbicide Resistant Crops (Duke SO, ed.), pp.
53-84. CRC Press, Boca Raton, FL; Saroha MK und Malik VS
(1998) J Plant Biochemistry and Biotechnology 7: 65-72).
Das EPSPS Gen des Agrobacterium sp. strain CP4 hat eine natürliche Toleranz gegen Glyphosat, die auf entsprechende transgene Pflanzen transferiert werden kann. Das CP4 EPSPS Gen wurde aus Agrobacterium sp. strain CP4 kloniert (Padgette SR et al. (1995) Crop Science 35(5): 1451-1461). 5-Enolpyrvylshikimate-3-phosphatesynthasen, die Glyphosat-tolerant sind, wie beispielsweise beschrieben in US 5,510,471; US 5,776,760; US 5,864,425; US 5,633,435; US 5,627; 061; US 5,463,175; EP 0 218 571, sind bevorzugt, wobei die jeweils in den Patenten beschriebenen Sequenzen auch in der GenBank hinterlegt sind. Weitere Sequenzen sind beschrieben unter GenBank Accession X63374. Ferner ist das aroA Gen bevorzugt (M10947 S. typhimurium aroA locus 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (aroA protein) gene). - - das für das Glyphosat® degradierende Enzyme kodierende gox Gen (Glyphosatoxidoreduktase). GOX (beispielsweise die Glyphosatoxidoreductase aus Achromobacter sp.) katalysiert die Spaltung einer C-N Bindung im Glyphosat, welches so zu Aminomethylphosphonsäure (AMPA) und Glyoxylat umgesetzt wird. GOX kann dadurch eine Resistenz gegen Glyphosat vermitteln (Padgette SR et al. (1996) J Nutr. 1996 Mar; 126(3): 702-16; Shah D et al. (1986) Science 233: 478-481).
- - das deh Gen (kodierend für eine Dehalogenase, die Dalapon® inaktiviert), (GenBank Acc.-No.: AX022822, AX022820 sowie WO 99/27116)
- - bxn Gene, die für Bromoxynil® degradierende Nitrilaseenzyme kodieren. Beispielsweise die Nitrilase aus Klebstella ozanenae. Sequenzen sind in der GenBank beispielsweise unter den Acc.-No: E01313 (DNA encoding bromoxynil specific nitrilase) und J03196 (K. pneumoniae bromoxynilspecific nitrilase (bxn) gene, complete cds) zu finden.
- - Neomycinphosphotransferasen verleihen eine Resistenz gegen Antibiotika (Aminoglykoside) wie Neomycin, G418, Hygromycin, Paromomycin oder Kanamycin, indem sie durch eine Phosphorylierungsreaktion deren inhibierende Wirkung reduzieren. Besonders bevorzugt ist das nptII Gen. Sequenzen können aus der GenBank erhalten werden (AF080390 Minitransposon mTnS-GNm; AF080389 Minitransposon mTn5-Nm, complete sequence). Zudem ist das Gen bereits Bestandteil zahlreicher Expressionsvektoren und kann unter Verwendung von dem Fachmann geläufigen Verfahren (wie beispielsweise Polymerasekettenreaktion) aus diesen isoliert werden (AF234316 pCAMBIA-2301; AF234315 pCAMBIA-2300, AF234314 pCAMBIA-2201). Das NPTII Gen kodiert für eine Aminoglycosid-3'O-phosphotransferase aus E. coli, Tn5 (GenBank Acc.-No: U00004 Position 1401-2300; Beck et al. (1982) Gene 19 327-336).
- - das DOGR1-Gen. Das Gen DOGR1 wurde aus der Hefe Saccharomyces cerevisiae isoliert (EP 0 807 836). Es codiert für eine 2-Desoxyglukose-6-phosphat Phosphatase, die Resistenz gegenüber 2-DOG verleiht (Randez-Gil et al. 1995, Yeast 11, 1233-1240; Sanz et al. (1994) Yeast 10: 1195-1202, Sequenz: GenBank Acc.-No.: NC001140 chromosom VIII, Saccharomyces cervisiae Position 194799-194056).
- - Sulfonylharnstoff- und Imidazolinon inaktivierende
Acetolactatsynthasen, die eine Resistenz gegen
Imidazolinon/Sulfonylharnstoff-Herbizide verleihen. Beispielhaft seien
für Imidazolinon-Herbizide die Wirkstoffe
Imazamethabenzmethyl, Imazzamox, Imazapyr, Imazaquin, Imazethapyr zu
nennen. Für Sulfonylharnstoff-Herbizide seien
beispielhaft Amidosulforon, Azimsulfuron, Chlorimuronethyl,
Chlorsulfuron, Cinosulfuron, Imazosulforon, Oxasulforon,
Prosulforon, Rimsulforon, Sulfosulforon zu nennen. Dem
Fachmann sind zahlreiche weitere Wirkstoffe der genannten
Klassen bekannt. Geeignet sind beispielsweise die unter
der GenBank Acc-No.: X51514 hinterlegte Sequenz für
das Arabidopsis thaliana Csr 1.2 Gen (EC 4.1.3.18)
(Sathasivan K et al. (1990) Nucleic Acids Res.
18(8): 2188). Acetolactatesynthasen die eine Resistenz
gegen Imidazolinon-Herbizide verleihen sind ferner
beschrieben unter den GenBank Acc.-No.:
- a) AB049823 Oryza sativa ALS mRNA for acetolactate synthase, complete cds, herbicide resistant biotype
- b) AF094326 Bassia scoparia herbicide resistant acetolactate synthase precursor (ALS) gene, complete cds
- c) X07645 Tobacco acetolactate synthase gene, ALS SuRB (EC 4.1.3.18)
- d) X07644 Tobacco acetolactate synthase gene, ALS SuRA (EC 4.1.3.18)
- e) A19547 Synthetic nucleotide mutant acetolactate synthase
- f) A19546 Synthetic nucleotide mutant acetolactate synthase
- g) A19545 Synthetic nucleotide mutant acetolactate synthase
- h) I05376 Sequence 5 from Patent EP 0257993
- i) I05373 Sequence 2 from Patent EP 0257993
- j) AL133315
- - Hygromycinphosphotransferasen (X74325 P. pseudomallei gene for hygromycin phosphotransferase) die eine Resistenz gegen das Antibiotikum Hygromycin verleihen. Das Gen ist Bestandteil zahlreicher Expressionsvektoren und kann unter Verwendung von dem Fachmann geläufigen Verfahren (wie beispielsweise Polymerasekettenreaktion) aus diesen isoliert werden (AF294981 pINDEX4; AF234301 pCAM- BIA-1380; AF234300 pCAMBIA-1304; AF234299 pCAMBIA-1303; AF234298 pCAMBIA-1302; AF354046 pCAMBIA-1305.; AF354045 pCAMBIA-1305.1)
- - Resistenzgene gegen
- 1. Chloramphenicol (Chloramphenicolacetyltransferase),
- 2. Tetracyclin, verschiedene Resistenzgene sind beschrieben z. B. X65876 S. ordonez genes class D tetA and tetR for tetracycline resistance and repressor proteins X51366 Bacillus cereus plasmid pBC16 tetracycline resistance gene. Zudem ist das Gen bereits Bestandteil zahlreicher Expressionsvektoren und kann unter Verwendung von dem Fachmann geläufigen Verfahren (wie beispielsweise Polymerasekettenreaktion) aus diesen isoliert werden
- 3. Streptomycin, verschiedene Resistenzgene sind beschrieben z. B. mit der GenBank Acc.-No.: AJ278607 Corynebacterium acetoacidophilum ant gene for streptomycin adenylyltransferase.
- 4. Zeocin, das entsprechende Resistenzgen ist Bestandteil zahlreicher Klonierungsvektoren (z. B. L36849 Cloning vector pZEO) und kann unter Verwendung von dem Fachmann geläufigen Verfahren (wie beispielsweise Polymerasekettenreaktion) aus diesen isoliert werden.
- 5. Ampicillin (β-Lactamase Gen; Datta N, Richmond MH. (1966) Biochem J. 98(1): 204-9; Heffron F et al (1975) J. Bacteriol 122: 250-256; das Amp Gen wurde zuerst zur Herstellung des E. coli Vektors pBR322 kloniert; Bolivar F et al. (1977) Gene 2: 95-114). Die Sequenz ist Bestandteil zahlreicher Klonierungsvektoren und kann unter Verwendung von dem Fachmann geläufigen Verfahren (wie beispielsweise Polymerasekettenreaktion) aus diesen isoliert werden.
- - Gene wie die Isopentenyltransferase aus Agrobacterium tumefaciens (strain: PO22) (Genbank Acc.-No.: AB025109). Das ipt Gen ist ein Schlüsselenzym der Cytokin-Biosynthese. Seine Überexpression erleichtert die Regeneration von Pflanzen (z. B. Selektion auf Cytokin-freiem Medium). Das Verfahren zur Nutzung des ipt Gens ist beschrieben (Ebinuma H et al. (2000) Proc Natl Acad Sci USA 94: 2117-2121; Ebinuma H et al. (2000) Selection of Marker-free transgenic plants using the oncogenes (ipt, rol A, B, C) of Agrobacterium as selectable markers, In Molecular Biology of Woody Plants. Kluwer Academic Publishers).
- - DNA sequences which code for phosphinothricin acetyltransferases (PAT), which acetylate the free amino group of the glutamine synthase inhibitor phosphinothricin (PPT) and thus detoxify the PPT (de Block et al. 1987, EMBO J. 6, 2513-2518) (also Bialophos ® resistance gene (bar) called). The bar gene coding for a phosphinothricin acetyltransferase (PAT) can be isolated from, for example, Streptomyces hygroscopicus or S. viridochromogenes. Corresponding sequences are known to the person skilled in the art (from Streptomyces hygroscopicus GenBank Acc.-No .: X17220 and X05822, from Streptomyces viridochromogenes GenBank Acc.-No .: M 22827 and X65195; US 5,489,520). Furthermore, synthetic genes are described, for example, for expression in plastids AJ028212. A synthetic Pat gene is described by Becker et al. (1994) The Plant J 5: 299-307. Expression of the polypeptide according to SEQ ID NO: 5 is also very particularly preferred, for example encoded by a nucleic acid sequence according to SEQ ID NO: 4. The genes confer resistance to the herbicide Bialaphos® or glufosinate and are widely used markers in transgenic plants (Vickers JE et al. (1996) Plant Mol Biol Reporter 14: 363-368; Thompson CJ et al. (1987) EMBO J 6: 2519-2523).
- - 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase genes (EPSP synthase genes) which confer resistance to Glyphosat® (N- (phosphonomethyl) glycine). The unselective herbicide glyphosate has 5-enolpyruvyl-3-phosphoshikimate synthase (EPSPS) as its molecular target. This has a key function in the biosynthesis of aromatic amino acids in microbes and plants, but not in mammals (Steinrucken HC et al. (1980) Biochem Biophys Res Commun 94: 1207-1212; Levin JG and Sprinson DB (1964) J Biol Chem 239: 1142-1150; Cole DJ (1985) Mode of action of glyphosate; A literature analysis, p. 48-74. In: Grossbard E and Atkinson D (eds.) The herbicide glyphosate. Buttersworths, Boston.). Glyphosate-tolerant EPSPS variants are preferably used as selection markers (Padgette SR et al. (1996). New weed control opportunities: development of soybeans with a Roundup Ready ™ gene. In: Herbicide Resistant Crops (Duke SO, ed.), Pp. 53-84.CRC Press, Boca Raton, FL; Saroha MK and Malik VS (1998) J Plant Biochemistry and Biotechnology 7: 65-72).
The EPSPS gene of Agrobacterium sp. strain CP4 has a natural tolerance to glyphosate, which can be transferred to corresponding transgenic plants. The CP4 EPSPS gene was derived from Agrobacterium sp. strain CP4 cloned (Padgette SR et al. (1995) Crop Science 35 (5): 1451-1461). 5-enolpyrvylshikimate-3-phosphate synthases that are glyphosate tolerant, as described, for example, in US 5,510,471; US 5,776,760; US 5,864,425; US 5,633,435; US 5,627; 061; US 5,463,175; EP 0 218 571 are preferred, the sequences described in each of the patents also being stored in the GenBank. Further sequences are described under GenBank Accession X63374. The aroA gene is also preferred (M10947 S. typhimurium aroA locus 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (aroA protein) gene). - - the gox gene (glyphosate oxidoreductase) coding for the glyphosate® degrading enzyme. GOX (for example the glyphosate oxidoreductase from Achromobacter sp.) Catalyzes the cleavage of a CN bond in the glyphosate, which is thus converted to aminomethylphosphonic acid (AMPA) and glyoxylate. GOX can thereby confer resistance to glyphosate (Padgette SR et al. (1996) J Nutr. 1996 Mar; 126 (3): 702-16; Shah D et al. (1986) Science 233: 478-481).
- - the deh gene (coding for a dehalogenase that inactivates Dalapon®) (GenBank Acc.-No .: AX022822, AX022820 and WO 99/27116)
- - bxn genes which code for Bromoxynil® degrading nitrilase enzymes. For example, the nitrilase from Klebstella ozanenae. Sequences can be found in GenBank for example under Acc.-No: E01313 (DNA encoding bromoxynil specific nitrilase) and J03196 (K. pneumoniae bromoxynilspecific nitrilase (bxn) gene, complete cds).
- - Neomycin phosphotransferases confer resistance to antibiotics (aminoglycosides) such as neomycin, G418, hygromycin, paromomycin or kanamycin by reducing their inhibitory effect through a phosphorylation reaction. The nptII gene is particularly preferred. Sequences can be obtained from GenBank (AF080390 mini transposon mTnS-GNm; AF080389 mini transposon mTn5-Nm, complete sequence). In addition, the gene is already part of numerous expression vectors and can be isolated from them using methods familiar to the person skilled in the art (such as, for example, polymerase chain reaction) (AF234316 pCAMBIA-2301; AF234315 pCAMBIA-2300, AF234314 pCAMBIA-2201). The NPTII gene codes for an aminoglycoside-3'O-phosphotransferase from E. coli, Tn5 (GenBank Acc.-No: U00004 position 1401-2300; Beck et al. (1982) Gene 19 327-336).
- - the DOG R 1 gene. The gene DOG R 1 was isolated from the yeast Saccharomyces cerevisiae (EP 0 807 836). It encodes a 2-deoxyglucose-6-phosphate phosphatase that confers resistance to 2-DOG (Randez-Gil et al. 1995, Yeast 11, 1233-1240; Sanz et al. (1994) Yeast 10: 1195-1202, Sequence: GenBank Acc.-No .: NC001140 chromosome VIII, Saccharomyces cervisiae position 194799-194056).
- - Sulfonylurea and imidazolinone inactivating acetolactate synthases which confer resistance to imidazolinone / sulfonylurea herbicides. The active substances imazamethabenzmethyl, imazzamox, imazapyr, imazaquin, imazethapyr may be mentioned as examples of imidazolinone herbicides. Examples of sulfonylurea herbicides are amidosulforon, azimsulfuron, chlorimuronethyl, chlorosulfuron, cinosulfuron, imazosulforon, oxasulforon, prosulforon, rimsulforon, sulfosulforon. Numerous other active substances of the classes mentioned are known to the person skilled in the art. For example, the sequence stored under GenBank Acc-No .: X51514 is suitable for the Arabidopsis thaliana Csr 1.2 gene (EC 4.1.3.18) (Sathasivan K et al. (1990) Nucleic Acids Res. 18 (8): 2188). Acetolactate synthases which confer resistance to imidazolinone herbicides are also described under GenBank Acc.-No .:
- a) AB049823 Oryza sativa ALS mRNA for acetolactate synthase, complete cds, herbicide resistant biotype
- b) AF094326 Bassia scoparia herbicide resistant acetolactate synthase precursor (ALS) gene, complete cds
- c) X07645 Tobacco acetolactate synthase gene, ALS SuRB (EC 4.1.3.18)
- d) X07644 Tobacco acetolactate synthase gene, ALS SuRA (EC 4.1.3.18)
- e) A19547 synthetic nucleotide mutant acetolactate synthase
- f) A19546 synthetic nucleotide mutant acetolactate synthase
- g) A19545 synthetic nucleotide mutant acetolactate synthase
- h) I05376 Sequence 5 from Patent EP 0257993
- i) I05373 Sequence 2 from Patent EP 0257993
- j) AL133315
- - Hygromycin phosphotransferases (X74325 P. pseudomallei gene for hygromycin phosphotransferase) which confer resistance to the antibiotic hygromycin. The gene is part of numerous expression vectors and can be isolated from them using methods known to the person skilled in the art (such as, for example, polymerase chain reaction) (AF294981 pINDEX4; AF234301 pCAM-BIA-1380; AF234300 pCAMBIA-1304; AF234299 pCAMBIA-1303; AF234298 pCAMBIA-1302; AF354046 pCAMBIA-1305 .; AF354045 pCAMBIA-1305.1)
- - resistance genes against
- 1. chloramphenicol (chloramphenicol acetyl transferase),
- 2. Tetracycline, various resistance genes are described for. B. X65876 S. ordonez genes class D tetA and tetR for tetracycline resistance and repressor proteins X51366 Bacillus cereus plasmid pBC16 tetracycline resistance gene. In addition, the gene is already part of numerous expression vectors and can be isolated from these using methods familiar to the person skilled in the art (such as, for example, polymerase chain reaction)
- 3. Streptomycin, various resistance genes are described e.g. B. with GenBank Acc.-No .: AJ278607 Corynebacterium acetoacidophilum ant gene for streptomycin adenylyl transferase.
- 4. Zeocin, the corresponding resistance gene, is a component of numerous cloning vectors (for example L36849 cloning vector pZEO) and can be isolated from these using methods familiar to the person skilled in the art (such as, for example, polymerase chain reaction).
- 5. Ampicillin (β-lactamase gene; Datta N, Richmond MH. (1966) Biochem J. 98 (1): 204-9; Heffron F et al (1975) J. Bacteriol 122: 250-256; the Amp gene was first cloned to produce the E. coli vector pBR322; Bolivar F et al. (1977) Gene 2: 95-114). The sequence is part of numerous cloning vectors and can be isolated from them using methods familiar to those skilled in the art (such as, for example, polymerase chain reaction).
- - Genes such as the isopentenyl transferase from Agrobacterium tumefaciens (strain: PO22) (Genbank Acc.-No .: AB025109). The ipt gene is a key enzyme in cytokine biosynthesis. Its overexpression facilitates the regeneration of plants (e.g. selection on cytokine-free medium). The procedure for using the ipt gene is described (Ebinuma H et al. (2000) Proc Natl Acad Sci USA 94: 2117-2121; Ebinuma H et al. (2000) Selection of Marker-free transgenic plants using the oncogenes (ipt, rol A, B, C) of Agrobacterium as selectable markers, In Molecular Biology of Woody Plants. Kluwer Academic Publishers).
Verschiedene weitere positive Selektionsmarker, die den transformierten Pflanzen einen Wachstumsvorteil gegenüber nicht transformierten verleihen, sowie Verfahren zu ihrer Verwendung sind u. a. beschrieben in EP-A 0 601 092. Beispielhaft sind zu nennen β-Glucuronidase (in Verbindung mit z. B. Cytokininglucuronid), Mannose-6-phosphat-Isomerase (in Verbindung mit Mannose), UDP-Galaktose-4-Epimerase (in Verbindung mit z. B. Galactose), wobei Mannose-6-phosphat-Isomerase in Verbindung mit Mannose besonders bevorzugt ist. Various other positive selection markers that the transformed plants over a growth advantage lend not transformed, and procedures for their Use are u. a. described in EP-A 0 601 092. Examples include β-glucuronidase (in connection with e.g. Cytokininglucuronide), mannose-6-phosphate isomerase (in Compound with mannose), UDP-galactose-4-epimerase (in Connection with z. B. galactose), wherein Mannose-6-phosphate isomerase is particularly preferred in connection with mannose.
Negative Selektionsmarker ermöglichen beispielsweise die Selektion von Organismen mit erfolgreich deletierten Sequenzen, die das Markergen umfassen (Koprek T et al. (1999) The Plant Journal 19(6): 719-726). Bei der negativen Selektion wird beispielsweise durch den in die Pflanze eingebrachten negativen Selektionsmarker eine Verbindung, die ansonsten für die Pflanze keine nachteilige Wirkung hat, in eine Verbindung mit nachteiliger Wirkung umgesetzt. Ferner sind Gene geeignet, die per se eine nachteilige Wirkung haben, wie zum Beispiel TK thymidine kinase (TK), Diphtheria Toxin A Fragment (DT-A), das codA Genprodukt kodierend für eine Cytosindeaminase (Gleave AP et al. (1999) Plant Mol Biol. 40(2): 223-35; Perera RJ et al. (1993) Plant Mol Biol 23(4): 793-799; Stougaard J; (1993) Plant J 3: 755-761), das Cytochrom P450 Gen (Koprek et al. (1999) Plant J 16: 719-726), Gene kodierend für eine Haloalkan Dehalogenase (Naested H (1999) Plant J. 18: 571-576), das iaaH Gen (Sundaresan V et al. (1995) Genes & Development 9: 1797-1810) oder das tms2 Gen (Fedoroff NV & Smith DL 1993, Plant J 3: 273-289). Negative selection markers allow, for example, the Selection of organisms with successfully deleted sequences, comprising the marker gene (Koprek T et al. (1999) The Plant Journal 19 (6): 719-726). In the negative selection for example through the negative introduced into the plant Selection marker a connection that is otherwise for the Plant has no adverse effect in connection with adverse effect implemented. Genes are also suitable that have an adverse effect per se, such as TK thymidine kinase (TK), Diphtheria Toxin A fragment (DT-A), the codA gene product coding for a cytosine deaminase (Gleave AP et al. (1999) Plant Mol Biol. 40 (2): 223-35; Perera RJ et al. (1993) Plant Mol Biol 23 (4): 793-799; Stougaard J; (1993) Plant J 3: 755-761), the cytochrome P450 gene (Koprek et al. (1999) Plant J 16: 719-726), encoding genes Haloalkane dehalogenase (Naested H (1999) Plant J. 18: 571-576), the iaaH gene (Sundaresan V et al. (1995) Genes & Development 9: 1797-1810) or the tms2 gene (Fedoroff NV & Smith DL 1993, Plant J 3: 273-289).
Die jeweils für die Selektion verwendeten Konzentrationen der Antibiotika, Herbizide, Biozide oder Toxine müssen an die jeweiligen Testbedingungen bzw. Organismen angepasst werden. Beispielhaft seien für Pflanzen zu nennen Kanamycin (Km) 50 mg/l, Hygromycin B 40 mg/l, Phosphinothricin (Ppt) 6 mg/l. The concentrations of the used for the selection Antibiotics, herbicides, biocides or toxins must be added to the be adapted to the respective test conditions or organisms. Kanamycin (Km) 50 mg / l, hygromycin B 40 mg / l, phosphinothricin (Ppt) 6 mg / l.
Ferner können funktionelle Analoga der genannten Nukleinsäuren kodierend für Selektionsmarker exprimiert werden. Funktionelle Analoga meint hier all die Sequenzen, die im wesentlichen die gleiche Funktion haben d. h. zu einer Selektion transformierter Organismen befähigt sind. Dabei kann das funktionelle Analogon sich in anderen Merkmalen durchaus unterscheiden. Es kann zum Beispiel eine höhere oder niedrigere Aktivität haben oder auch über weitere Funktionalitäten verfügen.
- 1. Verbesserter Schutz der Pflanze gegen ablotische Stressfaktoren wie Trockenheit, Hitze, oder Kälte zum Beispiel durch Überexpression von "antifreeze"-Polypeptiden aus Myoxocephalus Scorpius (WO 00/00512), Myoxocephalus octodecemspinosus, dem Arabidopsis thaliana Transkriptionsaktivator CBF1, Glutamatdehydrogenasen (WO 97/12983, WO 98/11240), Calcium-abhängigen Proteinkinasegenen (WO 98/26045), Calcineurinen (WO 99/05902), Farnesyltransferasen (WO 99/06580), Pei ZM et al., Science 1998, 282: 287-290), Ferritin (Deak M et al., Nature Biotechnology 1999, 17: 192-196), Oxalatoxidase (WO 99/04013; Dunwell JM Biotechnology and Genetic Engeneering Reviews 1998, 15: 1-32), DREBIA-Faktor (dehydration response element B 1A; Kasuga M et al., Nature Biotechnology 1999, 17: 276-286), Genen der Mannitol- oder Trehalosesynthese wie der Trehalosephosphatsynthase oder der Trehalosephosphatphosphatase (WO 97/42326), oder durch Inhibition von Genen wie der Trehalase (WO 97/50561). Besonders bevorzugt sind Nukleinsäuren, die für den transkriptionellen Aktivator CBF1 aus Arabidopsis thaliana (GenBank Acc.-No.: U77378) oder das "antifreeze protein" aus Myoxocephalus octodecemspinosus (GenBank Acc.-No.: AF306348) oder funktionelle Äquivalente derselben kodieren.
- 2. Expression von Stoffwechselenzymen zur Verwendung im Futter- und Nahrungsmittelbereich, zum Beispiel die Expression von Phytase und Cellulasen. Besonders bevorzugt sind Nukleinsäuren wie die künstliche für eine mikrobielle Phytase kodierende cDNA (GenBank Acc.-No.: A19451) oder funktionelle Äquivalente derselben.
- 3. Erreichen einer Resistenz zum Beispiel gegen Pilze, Insekten,
Nematoden und Krankheiten durch gezielte Absonderung oder
Anreicherung bestimmter Metaboliten oder Proteine in der
Epidermis des Embryos. Beispielhaft seien genannt Glucosinolate
(Abwehr von Herbivoren), Chitinasen oder Glucanasen und
andere Enzyme die die Zellwand von Parasiten zerstören,
Ribosom-inaktivierende Proteine (RIPs) und andere Proteine der
pflanzlichen Resistenz- und Stressreaktion, wie sie bei
Verletzung oder mikrobiellem Befall von Pflanzen oder chemisch
durch zum Beispiel Salicylsäure, Jasmonsäure oder Ethylen
induziert werden, Lysozyme aus nicht-pflanzlichen Quellen
wie zum Beispiel T4 Lysozym oder Lysozm aus verschiedenen
Säugern, insektizide Proteine wie Bacillus thuringiensis
Endotoxin, α-Amylaseinhibitor oder Proteaseinhibitoren (cowpea
Trypsininhibitor), Glucanasen, Lectine wie
Phytohemagglutinin, Schneeglöckchenlectin, Weizenkeimagglutinin, RNAsen
oder Ribozyme. Besonders bevorzugt sind Nukleinsäuren, die
für die chit42 Endochitinase aus Trichoderma harzianum (Gen-
Bank Acc.-No.: 578423) oder für das N-hydroxylierende,
multifunktionelle Cytochrom P-450 (CYP79) Protein aus Sorghum
bicolor (GenBank Acc.-No.: U32624) oder funktionelle
Äquivalente derselben kodieren.
Bekannt ist die Akkumulation von Glucosinolaten in Pflanzen der Gattung der Cardales insbesondere der Ölsaaten zum Schutz vor Schädlingen (Rask L et al. (2000) Plant Mol Biol 42: 93-113; Menard R et al. (1999) Phytochemistry 52: 29-35), die Expression des Bacillus thuringiensis Endotoxin unter Kontrolle des 35S CaMV Promotors (Vaeck et al. (1987) Nature 328: 33-37) oder der Schutz des Tabaks gegen Pilzbefall durch Expression einer Chitinase aus der Bohne unter Kontrolle des CaMV Promotors (Broglie et al. (1991) Science 254: 1194-1197).
Durch Expression des Lectins Agglutinin aus Schneeglöckchen (Galanthus nivalis) kann eine Resistenz gegen Schädlinge wie den Reisschädling Nilaparvata lugens beispielsweise in transgenen Reispflanzen erreicht werden (Rao et al. (1998) Plant J. 15(4): 469-77.). Nilaparvata lugens zählt zu den Phloemsaugenden Schädlingen und fungiert darüberhinaus als Überträger bedeutender Virus-bedingter Pflanzenkrankheiten.
Die Expression synthetischer cryIA(b) and cryIA(c) Gene, die für Lepidopteren-spezifische delta-Endotoxine aus Bacillus thuringiensis kodieren, kann in verschiedenen Pflanzen eine Resistenz gegen Schadinsekten bewirken. So kann in Reis eine Resistenz gegen zwei der wichtigsten Reisschädlinge, den gestreiften Stengelbohrer (Chilo suppressalis) und den gelben Stengelbohrer (Scirpophaga incertulas), erzielt werden (Cheng X et al. (1998) Proc Natl Acad Sci USA 95(6): 2767-2772; Nayak P et al. (1997) Proc Natl Acad Sci USA 94(6): 2111-2116). - 4. Expression von Genen, die eine Akkumulation von Feinchemikalien, wie von Tocopherolen, Tocotrienolen oder Carotinoiden bewirken. Beispielhaft sei die Phytoendesaturase genannt. Bevorzugt sind Nukleinsäuren, die für die Phytoendesaturase aus Narcissus pseudonarcissus (GenBank Acc.-No.: X78815) oder funktionelle Äquivalente derselben kodieren.
- 5. Produktion von Nutraceuticals wie zum Beispiel polyungesättigten Fettsäuren wie beispielsweise Arachidonsäure oder EP (Eicosapentaensäure) oder DHA (Docosahexaensäure) durch Expression von Fettsäureelongasen und/oder -desaturasen oder Produktion von Proteinen mit verbessertem Nahrungswert wie zum Beispiel mit einem hohen Anteil an essentiellen Aminosäuren (z. B. das methioninreiche 2S Albumingen der Brasilnuss). Bevorzugt sind Nukleinsäuren, die für das methioninreiche 2S Albumin aus Bertholletia excelsa (GenBank Acc.- No.: AB044391), die Δ6-Acyllipiddesaturase aus Physcomitrella patens (GenBank Acc.-No.: AJ222980; Girke et al 1998, The Plant Journal 15: 39-48), die Δ6-Desaturase aus Mortierella alpina (Sakuradani et al 1999 Gene 238: 445-453), die Δ5-Desaturase aus Caenorhabditis elegans (Michaelson et al. 1998, FEBS Letters 439: 215-218), die Δ5-Fettsäuredesaturase (des-5) aus Caenorhabditis elegans (GenBank Acc.-No.: AF078796), die Δ5-Desaturase aus Mortierella alpina (Michaelson et al. JBC 273: 19055-19059), die Δ6-Elongase aus Caenorhabditis elegans (Beaudoin et al. 2000, PNAS 97: 6421-6426), die Δ6-Elongase aus Physcomitrella patens (Zank et al. 2000, Biochemical Society Transactions 28: 654-657) oder funktionelle Äquivalente derselben kodieren.
- 6. Produktion von Feinchemikalien (wie beispielsweise Enzymen) und Pharmazeutika (wie zum Beispiel Antikörpern oder Vakzinen wie beschrieben bei Hood EE, Jilka JM. (1999) Curr Opin Biotechnol. 10(4): 382-6; Ma JK, Vine ND (1999) Curr Top Microbiol Immunol 236: 275-92). Beispielsweise konnte rekombinantes Avidin aus Hühnereiweiß und bakterieller β-Glucuronidase (GUS) in großen Maßstab in transgenen Maispflanzen produziert werden (Hood et al. (1999) Adv Exp Med Biol 464: 127-47. Review.). Diese rekombinanten Proteine aus Maispflanzen werden von der Firma Sigma (Sigma Chemicals Co.) als hochreine Biochemikalien vertrieben.
- 7. Erreichen einer erhöhten Speicherfähigkeit in Zellen, die normalerweise weniger Speicherproteine oder -lipide enthalten mit dem Ziel, den Ertrag an diesen Substanzen zu erhöhen, zum Beispiel durch Expression eine Acetyl-CoA Carboxylase. Bevorzugt sind Nukleinsäuren, die für die Acetyl-CoA Carboxylase (Accase) aus Medicago sativa (GenBank Acc.-No.: L25042) oder funktionelle Äquivalente derselben kodieren.
- 1. Improved protection of the plant against ablotic stress factors such as drought, heat, or cold, for example by overexpressing "antifreeze" polypeptides from Myoxocephalus Scorpius (WO 00/00512), Myoxocephalus octodecemspinosus, the Arabidopsis thaliana transcription activator CBF1, glutamate dehydrogenases 12983, WO 98/11240), calcium-dependent protein kinase genes (WO 98/26045), calcineurins (WO 99/05902), farnesyltransferases (WO 99/06580), Pei ZM et al., Science 1998, 282: 287-290) , Ferritin (Deak M et al., Nature Biotechnology 1999, 17: 192-196), oxalate oxidase (WO 99/04013; Dunwell JM Biotechnology and Genetic Engeneering Reviews 1998, 15: 1-32), DREBIA factor (dehydration response element B 1A; Kasuga M et al., Nature Biotechnology 1999, 17: 276-286), genes of mannitol or trehalose synthesis such as trehalose phosphate synthase or trehalose phosphate phosphatase (WO 97/42326), or by inhibition of genes such as trehalase (WO 97 / 50561). Nucleic acids which code for the transcriptional activator CBF1 from Arabidopsis thaliana (GenBank Acc.-No .: U77378) or the "antifreeze protein" from Myoxocephalus octodecemspinosus (GenBank Acc.-No .: AF306348) or functional equivalents thereof are particularly preferred.
- 2. Expression of metabolic enzymes for use in the feed and food sector, for example the expression of phytase and cellulases. Nucleic acids such as the artificial cDNA coding for a microbial phytase (GenBank Acc.-No .: A19451) or functional equivalents thereof are particularly preferred.
- 3. Achieving resistance, for example, to fungi, insects, nematodes and diseases through the targeted secretion or accumulation of certain metabolites or proteins in the epidermis of the embryo. Examples include glucosinolates (defense against herbivores), chitinases or glucanases and other enzymes that destroy the cell wall of parasites, ribosome-inactivating proteins (RIPs) and other proteins of the plant resistance and stress reaction, such as those caused by injury or microbial attack on plants or can be chemically induced by, for example, salicylic acid, jasmonic acid or ethylene, lysozymes from non-plant sources such as, for example, T4 lysozyme or lysozyme from various mammals, insecticidal proteins such as Bacillus thuringiensis endotoxin, α-amylase inhibitor or protease inhibitors (cowpea trypsin inhibitor L), glucanases Phytohemagglutinin, snowdrop lectin, wheat germ agglutinin, RNAsen or ribozymes. Nucleic acids which are particularly preferred for the chit42 endochitinase from Trichoderma harzianum (Gen-Bank Acc.-No .: 578423) or for the N-hydroxylating, multifunctional cytochrome P-450 (CYP79) protein from Sorghum bicolor (GenBank Acc.-No .: U32624) or encode their functional equivalents.
The accumulation of glucosinolates in plants of the Cardales genus, in particular oilseeds for protection against pests, is known (Rask L et al. (2000) Plant Mol Biol 42: 93-113; Menard R et al. (1999) Phytochemistry 52: 29- 35), the expression of the Bacillus thuringiensis endotoxin under the control of the 35S CaMV promoter (Vaeck et al. (1987) Nature 328: 33-37) or the protection of the tobacco against fungal attack by expression of a chitinase from the bean under the control of the CaMV promoter ( Broglie et al. (1991) Science 254: 1194-1197).
Expression of the lectin agglutinin from snowdrops (Galanthus nivalis) can achieve resistance to pests such as the rice pest Nilaparvata lugens, for example, in transgenic rice plants (Rao et al. (1998) Plant J. 15 (4): 469-77.). Nilaparvata lugens is one of the phloem-sucking pests and also acts as a carrier of important virus-related plant diseases.
The expression of synthetic cryIA (b) and cryIA (c) genes, which code for lepidopteran-specific delta endotoxins from Bacillus thuringiensis, can cause resistance to insect pests in various plants. In rice, resistance to two of the most important rice pests, the striped stem borer (Chilo suppressalis) and the yellow stem borer (Scirpophaga incertulas), can be achieved (Cheng X et al. (1998) Proc Natl Acad Sci USA 95 (6): 2767 -2772; Nayak P et al. (1997) Proc Natl Acad Sci USA 94 (6): 2111-2116). - 4. Expression of genes which cause an accumulation of fine chemicals, such as tocopherols, tocotrienols or carotenoids. The phytoendesaturase may be mentioned as an example. Preferred are nucleic acids which code for the phytoendesaturase from Narcissus pseudonarcissus (GenBank Acc.-No .: X78815) or functional equivalents thereof.
- 5.Production of nutraceuticals such as polyunsaturated fatty acids such as arachidonic acid or EP (eicosapentaenoic acid) or DHA (docosahexaenoic acid) by expressing fatty acid elongases and / or desaturases or production of proteins with improved nutritional value such as a high proportion of essential amino acids ( e.g. the methionine-rich 2S albumingen of the Brazil nut). Preferred nucleic acids are those for the methionine-rich 2S albumin from Bertholletia excelsa (GenBank Acc.-No .: AB044391), the Δ6-acyl lipid desaturase from Physcomitrella patens (GenBank Acc.-No .: AJ222980; Girke et al 1998, The Plant Journal 15 : 39-48), the Δ6-desaturase from Mortierella alpina (Sakuradani et al 1999 Gene 238: 445-453), the Δ5-desaturase from Caenorhabditis elegans (Michaelson et al. 1998, FEBS Letters 439: 215-218), the Δ5-fatty acid desaturase (des-5) from Caenorhabditis elegans (GenBank Acc.-No .: AF078796), the Δ5-desaturase from Mortierella alpina (Michaelson et al. JBC 273: 19055-19059), the Δ6-elongase from Caenorhabditis elegans ( Beaudoin et al. 2000, PNAS 97: 6421-6426), which encode Δ6 elongase from Physcomitrella patens (Zank et al. 2000, Biochemical Society Transactions 28: 654-657) or functional equivalents thereof.
- 6. Production of fine chemicals (such as enzymes) and pharmaceuticals (such as antibodies or vaccines as described in Hood EE, Jilka JM. (1999) Curr Opin Biotechnol. 10 (4): 382-6; Ma JK, Vine ND ( 1999) Curr Top Microbiol Immunol 236: 275-92). For example, recombinant avidin from chicken protein and bacterial β-glucuronidase (GUS) could be produced on a large scale in transgenic maize plants (Hood et al. (1999) Adv Exp Med Biol 464: 127-47. Review.). These recombinant proteins from maize plants are sold by Sigma (Sigma Chemicals Co.) as high-purity biochemicals.
- 7. Achieving increased storage capacity in cells that normally contain fewer storage proteins or lipids with the aim of increasing the yield of these substances, for example by expression of an acetyl-CoA carboxylase. Preference is given to nucleic acids which code for Medicago sativa acetyl-CoA carboxylase (Accase) (GenBank Acc.-No .: L25042) or functional equivalents thereof.
Weitere Beispiele für vorteilhafte Gene sind zum Beispiel genannt bei Dunwell JM, Transgenic approaches to crop improvement, J Exp Bot. 2000; 51 Spec No; Seite 487-96. Further examples of advantageous genes are mentioned, for example at Dunwell JM, Transgenic approaches to crop improvement, J Exp Bot. 2000; 51 Spec No; Pages 487-96.
Ferner können funktionelle Analoga der genannten Nukleinsäuren bzw. Proteine exprimiert werden. Funktionelle Analoga meint hier all die Sequenzen, die im wesentlichen die gleiche Funktion haben d. h. zu der Funktion (zum Beispiel einer Substratumsetzung oder einer Signaltransduktion) befähigt sind wie auch das beispielhaft genannte Protein. Dabei kann das funktionelle Analogon sich in anderen Merkmalen durchaus unterscheiden. Es kann zum Beispiel eine höhere oder niedrigere Aktivität haben oder auch über weitere Funktionalitäten verfügen. Funktionelle Analoga meint ferner Sequenzen, die für Fusionsproteine bestehend aus einem der bevorzugten Proteine und anderen Proteinen zum Beispiel einem weiteren bevorzugten Protein oder aber auch einer Signalpeptidsequenz kodieren. Furthermore, functional analogs of the nucleic acids mentioned can or proteins are expressed. Functional analogs mean here all the sequences that have essentially the same function d. H. to the function (for example a substrate conversion or a signal transduction) are also capable as an example called protein. The functional analogue can distinguish other characteristics. For example it can have a higher or lower activity or also about have additional functionalities. Functional analogues means furthermore sequences which consist of one of the fusion proteins preferred proteins and other proteins for example one another preferred protein or one Encode signal peptide sequence.
Die Expression der Nukleinsäuren unter Kontrolle der
Erfindungsgemäßen Promotoren ist in jedem gewünschten Zellkompartiment, wie
z. B. dem Endomembransystem, der Vakuole und den Chloroplasten
möglich. Durch Nutzung des sekretorischen Weges sind gewünschte
Glykosylierungsreaktionen, besondere Faltungen u. ä. möglich.
Auch die Sekretion des Zielproteins zur Zelloberfläche bzw.
die Sezernierung ins Kulturmedium, beispielsweise bei Nutzung
suspensionskultivierter Zellen oder Protoplasten ist möglich.
Die dafür notwendigen Targetsequenzen können sowohl in einzelnen
Vektorvariationen berücksichtigt werden als auch durch Verwendung
einer geeigneten Klonierungsstrategie gemeinsam mit dem zu
klonierenden Zielgen in den Vektor mit eingebracht werden. Als
Targetsequenzen können sowohl geneigene, sofern vorhanden, oder
heterologe Sequenzen genutzt werden. Zusätzliche, heterologe
zur funktionellen Verknüpfung bevorzugte aber nicht darauf
beschränkte Sequenzen sind weitere Targeting-Sequenzen zur
Gewährleistung der subzellulären Lokalisation im Apoplasten, in der
Vakuole, in Plastiden, in Mitochondriem, im Endoplasmatischen
Retikulum (ER), im Zellkern, in Ölkörperchen oder anderen
Kompartimenten; sowie Translationsverstärker wie die 5'-Leadersequenz
aus dem Tabak-Mosaik-Virus (Gallie et al., Nucl. Acids Res. 15
(1987), 8693-8711) und dergleichen. Das Verfahren, an sich nicht
in den Plastiden lokalisierte Proteine, gezielt in die Plastiden
zu transportieren, ist beschrieben (Klosgen RB und Weil JH (1991)
Mol Gen Genet 225(2): 297-304; Van Breusegem F et al. (1998) Plant
Mol Biol 38(3): 491-496). Bevorzugte Sequenzen sind:
- a) kleine Untereinheit (SSU) der Ribulosebisphosphatcarboxylase (Rubisco ssu) aus Erbse, Mais, Sonnenblume
- b) Transitpeptide abgeleitet von Genen der pflanzlichen Fettsäurebiosynthese wie das Transitpeptid des plastidären "Acyl Carrier Protein" (ACP), die Stearyl-ACP-Desaturase, β-Ketoacyl-ACP Synthase oder die Acyl-ACP-Thioesterase.
- c) das Transitpeptid für GBSSI ("Granule Bound Starch Synthase I")
- d) LHCP II Gene.
- a) Small subunit (SSU) of ribulose bisphosphate carboxylase (Rubisco ssu) from pea, corn, sunflower
- b) Transit peptides derived from genes of plant fatty acid biosynthesis such as the transit peptide of the plastid "acyl carrier protein" (ACP), the stearyl-ACP desaturase, β-ketoacyl-ACP synthase or the acyl-ACP thioesterase.
- c) the transit peptide for GBSSI ("Granule Bound Starch Synthase I")
- d) LHCP II genes.
Die Zielsequenzen können mit anderen, von dem Transitpeptid kodierenden Sequenzen verschiedenen, Targeting-Sequenzen verknüpft sein, um eine subzellulären Lokalisation im Apoplasten, in der Vakuole, in Plastiden, im Mitochondrium, im Endoplasmatischen Retikulum (ER), im Zellkern, in Ölkörperchen oder anderen Kompartimenten zu gewährleisten. Ferner können Translationsverstärker wie die 5'-Leadersequenz aus dem Tabak-Mosaik-Virus (Gallie et al. (1987) Nucl Acids Res 15: 8693-8711) und dergleichen zum Einsatz kommen. The target sequences can be shared with others from the transit peptide coding sequences different, targeting sequences linked to a subcellular localization in the apoplast, in the vacuole, in plastids, in the mitochondrion, in the endoplasmic Reticulum (ER), in the cell nucleus, in oil corpuscles or others To ensure compartments. Translation amplifiers can also be used like the 5 'leader sequence from the tobacco mosaic virus (Gallie et al. (1987) Nucl Acids Res 15: 8693-8711) and the like Come into play.
Dem Fachmann ist ferner bekannt, dass er die oben beschriebenen Gene nicht direkt unter Verwendung der für diese Gene kodierenden Nukleinsäuresequenzen exprimieren oder zum Beispiel durch antisense reprimieren muss. Er kann auch zum Beispiel künstliche Transkriptionsfaktoren vom Typ der Zinkfingerproteine verwenden (Beerli RR et al. (2000) Proc Natl Acad Sci USA 97(4): 1495-500). Diese Faktoren lagern sich in den regulatorischen Bereichen der zu exprimierenden oder zu reprimierenden endogenen Gene an und bewirken, je nach Gestaltung des Faktors, eine Expression oder Repression des endogenen Gens. So kann man die gewünschten Effekte auch durch Expression eines entsprechenden Zinkfinger- Transkriptionsfaktors unter Kontrolle eines der erfindungsgemäßen Promotoren erreichen. The person skilled in the art is also aware that he described the above Genes not directly using the coding for these genes Express nucleic acid sequences or for example by antisense must repress. It can also be artificial, for example Use zinc finger protein type transcription factors (Beerli RR et al. (2000) Proc Natl Acad Sci USA 97 (4): 1495-500). These factors are reflected in the regulatory areas of endogenous genes to be expressed or repressed and depending on the design of the factor, cause an expression or Repression of the endogenous gene. So you can get the ones you want Effects also by expression of a corresponding zinc finger Transcription factor under the control of one of the invention Reach promoters.
Die erfindungsgemäßen Expressionskassetten können ebenso zur Unterdrückung bzw. Reduktion von Replikation oder/und Translation von Targetgenen durch "gene silencing" eingesetzt werden. The expression cassettes according to the invention can also be used for Suppression or reduction of replication or / and translation of target genes can be used by "gene silencing".
Die erfindungsgemäßen Expressionskassetten können auch eingesetzt werden, um Nukleinsäuren zu exprimieren, die sogenannte "antisense" Effekte vermitteln und so beispielsweise zur Verminderung der Expression eines Zielproteins befähigt sind. The expression cassettes according to the invention can also be used to express nucleic acids, the so-called Mediate "antisense" effects and thus, for example, for reduction are capable of expressing a target protein.
Bevorzugte Gene bzw. Proteine, deren Suppression einen
vorteilhaften Phänotyp bedingt, umfassen beispielhaft, aber nicht
einschränkend:
- a) Polygalakturonase zur Verhinderung von Zellabbau und "Matschig"-werden von Pflanzen und Früchten beispielsweise Tomaten. Bevorzugt werden dazu Nukleinsäuresequenzen wie die des Polygalakturonase-Gens der Tomate (GenBank Acc.-No.: X14074) oder dessen Homologe aus anderen Gattungen und Arten verwendet.
- b) Verminderung der Expression von allergenen Proteinen wie beispielsweise beschrieben bei Tada Y et al. (1996) FEBS Lett 391(3): 341-345 oder Nakamura R (1996) Biosci Biotechnol Biochem 60(8): 1215-1221.
- c) Veränderung der Blütenfarbe durch Suppression der Expression von Enzymen der Anthocyanbiosynthese. Entsprechende Vorgehensweisen sind beschrieben (beispielsweise bei Forkmann G, Martens S. (2001) Curr Opin Biotechnol 12(2): 155-160). Bevorzugt werden dazu Nukleinsäuresequenzen wie die der Flavonoid-3'-hydroxylase (GenBank Acc.-No.: AB045593), der Dihydroflavanol-4-reduktase (GenBank Acc.-No.: AF017451), der Chalconisomerase (GenBank Acc.-No.: AF276302), der Chalconsynthase (GenBank Acc.-No.: AB061022), der Flavanone-3-betahydroxylase (GenBank Acc.-No.: X72592) oder der Flavonesynthase II (GenBank Acc.-No.: AB045592) oder deren Homologe aus anderen Gattungen und Arten verwendet.
- d) Verschiebung des Amylose/Amylopektingehaltes in Stärke durch Suppression des Verzweigungsenzyms Q, das für die α-1,6- glykosidische Verknüpfung verantwortlich ist. Entsprechende Vorgehensweisen sind beschrieben (beispielsweise bei Schwall GP et al. (2000) Nat Biotechnol 18(5): 551-554). Bevorzugt werden dazu Nukleinsäuresequenzen wie die des Starch branching enzyme II der Kartoffel (GenBank Acc.-No.: AR123356; US 6,169,226) oder dessen Homologe aus anderen Gattungen und Arten verwendet.
- a) Polygalacturonase to prevent cell degradation and "mushy" plants and fruits, for example tomatoes. Nucleic acid sequences such as that of the tomato polygalacturonase gene (GenBank Acc. No .: X14074) or its homologs from other genera and species are preferably used for this purpose.
- b) Reduction of the expression of allergenic proteins as described for example in Tada Y et al. (1996) FEBS Lett 391 (3): 341-345 or Nakamura R (1996) Biosci Biotechnol Biochem 60 (8): 1215-1221.
- c) Change in flower color by suppression of the expression of enzymes in anthocyanbiosynthesis. Appropriate procedures are described (for example, in Forkmann G, Martens S. (2001) Curr Opin Biotechnol 12 (2): 155-160). Preference is given to nucleic acid sequences such as that of flavonoid 3'-hydroxylase (GenBank Acc.-No .: AB045593), dihydroflavanol-4-reductase (GenBank Acc.-No .: AF017451), chalcone isomerase (GenBank Acc.-No. : AF276302), chalcone synthase (GenBank Acc.-No .: AB061022), flavanone-3-beta-hydroxylase (GenBank Acc.-No .: X72592) or Flavonesynthase II (GenBank Acc.-No .: AB045592) or their homologues used from other genera and species.
- d) Shift in the amylose / amylopectin content in starch by suppression of the branching enzyme Q, which is responsible for the α-1,6-glycosidic linkage. Appropriate procedures are described (for example in Schwall GP et al. (2000) Nat Biotechnol 18 (5): 551-554). Nucleic acid sequences such as that of the Starch branching enzyme II of the potato (GenBank Acc.-No .: AR123356; US 6,169,226) or its homologs from other genera and species are preferably used for this purpose.
Eine "antisense" Nukleinsäure meint zunächst eine Nukleinsäuresequenz die ganz oder teilweise zu zumindest einem Teil des "sense"-Stranges besagten Zielproteins komplementär ist. Dem Fachmann ist bekannt, dass er alternativ die cDNA oder das korrespondierende Gen als Ausgangsmatrize für entsprechende antisense-Konstrukte verwenden kann. Bevorzugt ist die "antisense" Nukleinsäure komplementär zu dem kodierenden Bereich des Zielproteins oder einem Teil desselben. Die "antisense" Nukleinsäure kann aber auch zu der nicht-kodierenden Region oder einem Teil derselben komplementär sein. Ausgehend von der Sequenzinformation zu einem Zielprotein, kann eine antisense Nukleinsäure unter Berücksichtigung der Basenpaarregeln von Watson und Crick in der dem Fachmann geläufigen Weise entworfen werden. Eine antisense Nukleinsäure kann komplementär zu der gesamten oder einem Teil der Nukleinsäuresequenz eines Zielproteins sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die antisense Nukleinsäure ein Oligonukleotid mit einer Länge von zum Beispiel 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 oder 50 Nukleotiden. An "antisense" nucleic acid means one at first Nucleic acid sequence wholly or partly to at least part of the "sense" strands of said target protein is complementary. the Those skilled in the art are known to alternatively use the cDNA or the corresponding gene as a starting matrix for corresponding can use antisense constructs. The "antisense" is preferred Nucleic acid complementary to the coding region of the Target protein or part thereof. The "antisense" nucleic acid can also go to the non-coding region or a part the same be complementary. Based on the sequence information to a target protein, can include an antisense nucleic acid Consideration of the base pair rules of Watson and Crick in the be designed in a manner familiar to the person skilled in the art. An antisense Nucleic acid can be complementary to all or part the nucleic acid sequence of a target protein. In a preferred embodiment is the antisense nucleic acid Oligonucleotide with a length of, for example, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 or 50 nucleotides.
Die antisense Nukleinsäure umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform α-anomere Nukleinsäuremoleküle. α-Anomere Nukleinsäuremoleküle bilden besondere doppelsträngige Hybride mit komplementärer RNA in denen im Unterschied zu den normalen β-Einheiten die Stränge parallel zu einander verlaufen (Gaultier et al. (1987) Nucleic Acids. Res. 15: 6625-6641). The antisense nucleic acid comprises in a preferred Embodiment α-anomeric nucleic acid molecules. α-anomer Nucleic acid molecules form special double-stranded hybrids complementary RNA in which in contrast to the normal β units, the strands run parallel to each other (Gaultier et al. (1987) Nucleic Acids. Res. 15: 6625-6641).
Ebenso umfasst ist die Verwendung der oben beschriebenen Sequenzen in sense-Orientierung, was wie dem Fachmann geläufig ist, zu einer Kosuppression führen kann. In Tabak, Tomate und Petunie ist demonstriert worden, dass die Expression von sense- RNA zu einem endogenen Gen, die Expression desselben vermindern oder ausschalten kann, ähnlich wie es für antisense Ansätze beschrieben wurde (Goring et al. (1991) Proc. Natl Acad Sci USA, 88: 1770-1774; Smith et al. (1990) Mol Gen Genet 224: 447-481; Napoli et al. (1990) Plant Cell 2: 279-289; Van der Krol et al. (1990) Plant Cell 2: 291-299). Dabei kann das eingeführte Konstrukt das zu vermindernde Gen ganz oder nur teilweise repräsentieren. Die Möglichkeit zur Translation ist nicht erforderlich. The use of those described above is also included Sequences in sense orientation, which is familiar to those skilled in the art is can lead to cosuppression. In tobacco, tomato and Petunia has been demonstrated to express sense- RNA to an endogenous gene that reduce its expression or turn it off, much like it does for antisense approaches (Goring et al. (1991) Proc. Natl Acad Sci USA, 88: 1770-1774; Smith et al. (1990) Mol Gen Genet 224: 447-481; Napoli et al. (1990) Plant Cell 2: 279-289; Van der Krol et al. (1990) Plant Cell 2: 291-299). The introduced can Constructs the gene to be reduced completely or only partially represent. The possibility of translation is not necessary.
Ganz besonders bevorzugt ist auch die Verwendung von Verfahren wie der Genregulation mittels doppelsträngiger RNA ("doublestranded RNA interference"). Entsprechende Verfahren sind dem Fachmann bekannt und im Detail beschrieben (z. B. Matzke MA et al. (2000) Plant Mol Biol 43: 401-415; Fire A. et al (1998) Nature 391: 806-811; WO 99/32619; WO 99/53050; WO 00/68374; WO 00/44914; WO 00/44895; WO 00/49035; WO 00/63364). Auf die in den angegebenen Zitaten beschriebenen Verfahren und Methoden wird ausdrücklich Bezug genommen. Hier wird durch gleichzeitige Einbringung von Strang- und Gegenstrang eine hocheffiziente Unterdrückung nativer Gene bewirkt. The use of methods is also very particularly preferred such as gene regulation using double-stranded RNA ("double-stranded RNA interference"). Appropriate procedures are the Known to those skilled in the art and described in detail (e.g. Matzke MA et al. (2000) Plant Mol Biol 43: 401-415; Fire A. et al (1998) Nature 391: 806-811; WO 99/32619; WO 99/53050; WO 00/68374; WO 00/44914; WO 00/44895; WO 00/49035; WO 00/63364). To those in the procedures and methods described quotations expressly referred. Here is through simultaneous contribution of strand and counter strand a highly efficient suppression native genes.
Vorteilhaft kann die antisense-Strategie mit einem Ribozym-Verfahren gekoppelt werden. Ribozyme sind katalytisch aktive RNA Sequenzen, die gekoppelt an die antisense Sequenzen, die Zielsequenzen katalytisch spalten (Tanner NK. FEMS Microbiol Rev. 1999; 23 (3): 257-75). Dies kann die Effizienz einer anti-sense Strategie erhöhen. Die Expression von Ribozymen zur Verminderung bestimmter Proteine ist dem Fachmann bekannt und beispielsweise beschrieben in EP-A1 0 291 533, EP-A1 0 321 201 und EP-A1 0 360 257. Geeignete Zielsequenzen und Ribozyme können zum Beispiel wie bei Steinecke (Ribozymes, Methods in Cell Biology 50, Galbraith et al eds Academic Press, Inc. (1995), 449-460) beschrieben, durch Sekundärstrukturberechnungen von Ribozym- und Ziel-RNA sowie durch deren Interaktion bestimmt werden (Bayley CC et al., Plant Mol Biol. 1992; 18(2): 353-361; Lloyd AM and Davis RW et al., Mol Gen Genet. 1994 Mar; 242(6): 653-657). Beispielhaft sind "hammerhead"-Ribozyme zu nennen (Haselhoff and Gerlach (1988) Nature 334: 585-591). Bevorzugte Ribozyme basieren auf Derivaten der Tetrahymena L-19 IVS RNA (US 4,987,071; US 5,116,742). Weitere Ribozyme mit Selektivität für eine L119 mRNA können selektioniert werden (Bartel D und Szostak JW (1993) Science 261: 1411-1418). The antisense strategy can be advantageous with one Ribozyme processes are coupled. Ribozymes are catalytically active RNA Sequences that are linked to the antisense sequences that Split target sequences catalytically (Tanner NK. FEMS Microbiol Rev. 1999; 23 (3): 257-75). This can make an anti-sense more efficient Increase strategy. Expression of ribozymes for reduction certain proteins are known to the person skilled in the art and described for example in EP-A1 0 291 533, EP-A1 0 321 201 and EP-A1 0 360 257. Suitable target sequences and ribozymes can Example as in Steinecke (Ribozymes, Methods in Cell Biology 50, Galbraith et al eds Academic Press, Inc. (1995), 449-460) described by secondary structure calculations of ribozyme and Target RNA and their interaction can be determined (Bayley CC et al., Plant Mol Biol. 1992; 18 (2): 353-361; Lloyd AM and Davis RW et al., Mol Gen Genet. 1994 Mar; 242 (6): 653-657). exemplary "hammerhead" ribozymes should be mentioned (Haselhoff and Gerlach (1988) Nature 334: 585-591). Preferred ribozymes are based on Derivatives of Tetrahymena L-19 IVS RNA (US 4,987,071; US 5,116,742). More ribozymes with selectivity for an L119 mRNA can be selected (Bartel D and Szostak JW (1993) Science 261: 1411-1418).
In einer weiteren Ausführungsform kann Verminderung der Zielprotein-Expression unter Verwendung von Nukleinsäuresequenzen bewirkt werden, die komplementär zu regulativen Elementen der Zielprotein-Gene sind, mit diesen eine triple-helikale Struktur ausbilden und so die Gen-Transkription verhindern (Helene C (1991) Anticancer Drug Des. 6(6): 569-84; Helene C et al. (1992) Ann NY Acad Sci 660: 27-36; Maher LJ (1992) Bioassays 14(12): 807-815). In a further embodiment, reduction in the Target protein expression using nucleic acid sequences are brought about, which are complementary to the regulatory elements of the Target protein genes are, with these, a triple-helical structure educate and thus prevent gene transcription (Helene C (1991) Anticancer drug des. 6 (6): 569-84; Helene C et al. (1992) Ann NY Acad Sci 660: 27-36; Maher LJ (1992) Bioassays 14 (12): 807-815).
Die erfindungsgemäßen Expressionskassetten und die von ihnen abgeleiteten Vektoren können weitere Funktionselemente enthalten. The expression cassettes according to the invention and those of them derived vectors can contain further functional elements.
Der Begriff Funktionselement ist breit zu verstehen und meint all
solche Elemente, die einen Einfluss auf Herstellung, Vermehrung
oder Funktion der erfindungsgemäßen Expressionskassetten oder von
diesen abgeleitete Vektoren oder Organismen haben. Beispielhaft
aber nicht einschränkend seien zu nennen:
- a) Reportergene, die für leicht quantifizierbare Proteine
kodieren und über Eigenfarbe oder Enzymaktivität eine
Bewertung der Transformationseffizienz, des Expressionsortes
oder -zeitpunktes gewährleisten. Ganz besonders bevorzugt
sind dabei Gene kodierend für Reporter-Proteine (siehe auch
Schenborn E, Groskreutz D. Mol Biotechnol. 1999; 13(1): 29-44)
wie
- - "green fluorescence protein" (GFP) (Chui WL et al., Curr Biol 1996, 6: 325-330; Leffel SM et al., Biotechniques. 23(5): 912-8, 1997; Sheen et al. (1995) Plant Journal 8(5): 777-784; Haseloff et al. (1997) Proc Natl Acad Sci USA 94(6): 2122-2127; Reichel et al. (1996) Proc Natl Acad Sci USA 93(12): 5888-5893; Tian et al. (1997) Plant Cell Rep 16: 267-271; WO 97/41228).
- - Chloramphenicoltransferase (Fromm et al. (1985) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 82: 5824-5828),
- - Luziferase (Millar et al., Plant Mol Biol Rep 1992 10: 324-414; Ow et al. (1986) Science, 234: 856-859); erlaubt Bioluminescenzdetektion.
- - β-Galactosidase, kodiert für ein Enzym für das verschiedenen chromogene Substrate zur Verfügung stehen.
- - β-Glucuronidase (GUS) (Jefferson et al., EMBO J. 1987, 6, 3901-3907) oder das uidA Gen, das ein Enzym für verschiedene chromogene Substrate kodiert.
- - R-Locus Genprodukt: Protein, das die Produktion von Anthocyaninpigmenten (rote Färbung) in pflanzlichen Gewebe reguliert und so eine direkte Analyse der Promotoraktivität ohne Zugabe zusätzlicher Hilfsstoffe oder chromogener Substrate ermöglicht (Dellaporta et al., In: Chromosome Structure and Function: Impact of New Concepts, 18th Stadler Genetics Symposium, 11: 263-282, 1988).
- - β-Lactamase (Sutcliffe (1978) Proc Natl Acad Sci USA 75: 3737-3741), Enzym für verschiedene chromogene Substrate (z. B. PADAC, eine chromogenes Cephalosporin).
- - xylE Genprodukt (Zukowsky et al. (1983) Proc Natl Acad Sci USA 80: 1101-1105), Catecholdioxygenase, die chromogene Catechole umsetzen kann.
- - Alpha-Amylase (Ikuta et al. (1990) Biotechnol 8: 241-242).
- - Tyrosinase (Katz et al. (1983) J Gen Microbiol 129: 2703-2714), Enzym, das Tyrosin zu DOPA und Dopaquinon oxidiert, die infolge das leicht nachweisbare Melanin bilden.
- - Aequorin (Prasher et al. (1985) Biochem Biophys Res Commun 126(3): 1259-1268), kann in der Calcium-sensitiven Bioluminescenzdetektion verwendet werden.
- b) Replikationsursprünge, die eine Vermehrung der erfindungsgemäßen Expressionskassetten oder Vektoren in zum Beispiel E. coli gewährleisten. Beispielhaft seien genannt ORI (origin of DNA replication), der pBR322 ori oder der P15A ori (Sambrook et al.: Molecular Cloning. A Laboratory Manual, 2nd ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1989).
- c) Elemente zum Beispiel "Bordersequenzen", die einen Agrobakterien-vermittelten Transfer in Pflanzenzellen für die Übertragung und Integration ins Pflanzengenom ermöglichen, wie zum Beispiel die rechte oder linke Begrenzung der T-DNA oder die vir-Region.
- d) Multiple Klonierungsregionen (MCS) erlauben und erleichtern die Insertion eines oder mehrerer Nukleinsäuresequenzen.
- a) Reporter genes, which code for easily quantifiable proteins and ensure an assessment of the transformation efficiency, the place of expression or the point in time via self-color or enzyme activity. Genes coding for reporter proteins are very particularly preferred (see also Schenborn E, Groskreutz D. Mol Biotechnol. 1999; 13 (1): 29-44) such as
- "Green fluorescence protein" (GFP) (Chui WL et al., Curr Biol 1996, 6: 325-330; Leffel SM et al., Biotechniques. 23 (5): 912-8, 1997; Sheen et al. ( 1995) Plant Journal 8 (5): 777-784; Haseloff et al. (1997) Proc Natl Acad Sci USA 94 (6): 2122-2127; Reichel et al. (1996) Proc Natl Acad Sci USA 93 (12) : 5888-5893; Tian et al. (1997) Plant Cell Rep 16: 267-271; WO 97/41228).
- Chloramphenicol transferase (Fromm et al. (1985) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 82: 5824-5828),
- - Luciferase (Millar et al., Plant Mol Biol Rep 1992 10: 324-414; Ow et al. (1986) Science, 234: 856-859); allows bioluminescence detection.
- - β-galactosidase, encoded for an enzyme for which various chromogenic substrates are available.
- β-glucuronidase (GUS) (Jefferson et al., EMBO J. 1987, 6, 3901-3907) or the uidA gene, which encodes an enzyme for various chromogenic substrates.
- - R-Locus gene product: protein that regulates the production of anthocyanin pigments (red color) in plant tissue and thus enables a direct analysis of the promoter activity without the addition of additional auxiliaries or chromogenic substrates (Dellaporta et al., In: Chromosome Structure and Function: Impact of New Concepts, 18th Stadler Genetics Symposium, 11: 263-282, 1988).
- β-lactamase (Sutcliffe (1978) Proc Natl Acad Sci USA 75: 3737-3741), enzyme for various chromogenic substrates (e.g. PADAC, a chromogenic cephalosporin).
- - xylE gene product (Zukowsky et al. (1983) Proc Natl Acad Sci USA 80: 1101-1105), catechol dioxygenase, which can convert chromogenic catechols.
- Alpha amylase (Ikuta et al. (1990) Biotechnol 8: 241-242).
- - Tyrosinase (Katz et al. (1983) J Gen Microbiol 129: 2703-2714), enzyme that oxidizes tyrosine to DOPA and dopaquinone, which consequently form the easily detectable melanin.
- - Aequorin (Prasher et al. (1985) Biochem Biophys Res Commun 126 (3): 1259-1268), can be used in calcium-sensitive bioluminescence detection.
- b) origins of replication, which ensure that the expression cassettes or vectors according to the invention multiply in, for example, E. coli. Examples are ORI (origin of DNA replication), the pBR322 ori or the P15A ori (Sambrook et al .: Molecular Cloning. A Laboratory Manual, 2nd ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1989).
- c) Elements, for example “border sequences”, which enable agrobacterium-mediated transfer into plant cells for the transfer and integration into the plant genome, such as, for example, the right or left border of the T-DNA or the vir region.
- d) Multiple cloning regions (MCS) allow and facilitate the insertion of one or more nucleic acid sequences.
Dem Fachmann sind verschiedene Wege bekannt, um zu einer erfindungsgemäßen Expressionskassette zu gelangen. Die Herstellung einer erfindungsgemäßen Expressionskassette erfolgt beispielsweise durch Fusion eines der erfindungsgemäßen Promotoren (oder eines funkionellen Äquivalentes oder funktionell äquivalenten Teils gemäß SEQ ID NO: 1, 2 oder 3 oder eines funktionellen Äquivalentes mit einer zu exprimierenden Nukleotidsequenz, gegebenenfalls einer für ein Transitpeptid kodierenden Sequenz, vorzugsweise ein chloroplastenspezifisches Transitpeptid, welches vorzugsweise zwischen dem Promotor und der jeweiligen Nukleotidsequenz angeordnet ist, sowie einem Terminator- oder Polyadenylierungssignal. Dazu verwendet man gängige Rekombinations- und Klonierungstechniken, wie sie beispielsweise in Maniatis T, Fritsch EF und Sambrook J, Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY (1989) sowie in Silhavy TJ, Berman ML und Enquist LW, Experiments with Gene Fusions, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY (1984) und in Ausubel FM et al. (1987) Current Protocols in Molecular Biology, Greene Publishing Assoc. and Wiley Interscience beschrieben sind. Various ways are known to the person skilled in the art to achieve a expression cassette according to the invention. The production an expression cassette according to the invention for example by fusion of one of the promoters according to the invention (or a functional equivalent or a functionally equivalent Partly according to SEQ ID NO: 1, 2 or 3 or a functional one Equivalent with a nucleotide sequence to be expressed, optionally a sequence coding for a transit peptide, preferably a chloroplast-specific transit peptide, which preferably between the promoter and the respective Nucleotide sequence is arranged, as well as a terminator or Polyadenylation signal. Common recombination and cloning techniques such as those used in Maniatis T, Fritsch EF and Sambrook J, Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY (1989) as well as in Silhavy TJ, Berman ML and Enquist LW, Experiments with Gene Fusions, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY (1984) and Ausubel FM et al. (1987) Current Protocols in Molecular Biology, Greene Publishing Assoc. and Wiley Interscience are described.
Unter einer Expressionskassette sind aber auch solche Konstruktionen zu verstehen, bei denen der Promotor, ohne dass er zuvor mit einer zu exprimierenden Nukleinsäuresequenz funktionell verknüpft wurde, zum Beispiel über eine gezielte homologe Rekombination oder eine zufällige Insertion in ein Wirtsgenom eingeführt wird, dort regulatorische Kontrolle über mit ihm dann funktionell verknüpfte Nukleinsäuresequenzen übernimmt und die transgene Expression derselben steuert. Durch Insertion des Promotors - zum Beispiel durch eine homologe Rekombination - vor eine für ein bestimmtes Polypeptid kodierende Nukleinsäure erhält man eine erfindungsgemäße Expressionskassette, die die Expression des bestimmten Polypeptides in der Pflanze steuert. Ferner kann die Insertion des Promotors auch derart erfolgen, dass antisense-RNA zu der für ein bestimmtes Polypeptid kodierenden Nukleinsäure exprimiert wird. Damit wird die Expression des bestimmten Polypeptides in Pflanzen herunterreguliert oder ausgeschaltet. However, there are also those under an expression cassette Understand constructions in which the promoter is used without it functional with a nucleic acid sequence to be expressed was linked, for example via a targeted homologue Recombination or a random insertion into a host genome becomes regulatory control over with it then functional linked nucleic acid sequences takes over and the transgenic Expression controls same. By inserting the promoter - to Example by homologous recombination - before one for one a certain polypeptide encoding nucleic acid is obtained Expression cassette according to the invention, the expression of controls certain polypeptides in the plant. Furthermore, the Insertion of the promoter also take place in such a way that antisense RNA to the nucleic acid coding for a particular polypeptide is expressed. This expresses the particular Polypeptides in plants down-regulated or switched off.
Analog kann auch eine transgen zu exprimierende Nukleinsäuresequenz zum Beispiel durch eine homologe Rekombination hinter den endogenen, natürlichen Promotor plaziert werden, wodurch man eine erfindungsgemäße Expressionskassette erhält, die die Expression der transgen zu exprimierenden Nukleinsäuresequenz in den Keimblättern des pflanzlichen Embryos steuert. Analogously, a transgene can also be expressed Nucleic acid sequence for example by homologous recombination behind the endogenous, natural promoter can be placed, resulting in a Expression cassette according to the invention receives the expression the transgenic nucleic acid sequence to be expressed in the Controls cotyledons of the plant embryo.
Erfindungsgemäß sind ferner Vektoren, die die oben beschriebenen Expressionskassetten enthalten. Vektoren können beispielhaft Plasmide, Cosmide, Phagen, Viren oder auch Agrobakterien sein. According to the invention are also vectors that described above Expression cassettes included. Vectors can be exemplary Plasmids, cosmids, phages, viruses or even agrobacteria.
Ein anderer Gegenstand der Erfindung betrifft transgene Organismen, transformiert mit wenigstens einer erfindungsgemäßen Expressionskassette oder einem erfindungsgemäßen Vektor, sowie Zellen, Zellkulturen, Gewebe, Teile - wie zum Beispiel bei pflanzlichen Organismen Blätter, Wurzeln usw. - oder Vermehrungsgut abgeleitet von solchen Organismen. Another object of the invention relates to transgenic Organisms transformed with at least one according to the invention Expression cassette or a vector according to the invention, and Cells, cell cultures, tissues, parts - such as in vegetable organisms leaves, roots etc. - or Propagation material derived from such organisms.
Unter Organismus, Ausgangs- oder Wirtsorganismen werden prokaryotische oder eukaryotische Organismen, wie beispielsweise Mikroorganismen oder pflanzliche Organismen verstanden. Bevorzugte Mikroorganismen sind Bakterien, Hefen, Algen oder Pilze. Under organism, parent or host organisms prokaryotic or eukaryotic organisms, such as Microorganisms or plant organisms understood. Preferred microorganisms are bacteria, yeast, algae or fungi.
Bevorzugte Bakterien sind Bakterien der Gattung Escherichia, Erwinia, Agrobacterium, Flavobacterium, Alcaligenes oder Cyanobakterien zum Beispiel der Gattung Synechocystis. Preferred bacteria are bacteria of the genus Escherichia, Erwinia, Agrobacterium, Flavobacterium, Alcaligenes or Cyanobacteria, for example, of the genus Synechocystis.
Bevorzugt sind vor allem Mikroorganismen, welche zur Infektion von Pflanzen und damit zur Übertragung der erfindungsgemäßen Kassetten befähigt sind. Bevorzugte Mikroorganismen sind solche aus der Gattung Agrobakterium und insbesondere der Art Agrobakterium tumefaciens. Especially preferred are microorganisms that are used for infection of plants and thus for the transfer of the invention Cassettes are capable. Preferred microorganisms are those from the genus Agrobacterium and in particular from Art Agrobacterium tumefaciens.
Bevorzugte Hefen sind Candida, Saccharomyces, Hansenula oder Pichia. Preferred yeasts are Candida, Saccharomyces, or Hansenula Pichia.
Bevorzugte Pilze sind Aspergillus, Trichoderma, Ashbya, Neurospora, Fusarium, Beauveria oder weitere in Indian Chem Engr. Section B. Vol 37, No 1, 2 (1995) auf Seite 15, Tabelle 6 beschriebene Pilze. Preferred mushrooms are Aspergillus, Trichoderma, Ashbya, Neurospora, Fusarium, Beauveria or others in Indian Chem Engr. Section B. Vol 37, No 1, 2 (1995) on page 15, table 6 described mushrooms.
Als transgene Organismen bevorzugte Wirts- oder Ausgangsorganismen sind vor allem Pflanzen. Eingeschlossen sind im Rahmen der Erfindung alle Gattungen und Arten höherer und niedrigerer Pflanzen des Pflanzenreiches. Eingeschlossen sind ferner die reifen Pflanzen, Saatgut, Sprossen und Keimlinge, sowie davon abgeleitete Teile, Vermehrungsgut und Kulturen, zum Beispiel Zellkulturen. Reife Pflanzen meint Pflanzen zu jedem beliebigen Entwicklungsstadium jenseits des Keimlings. Keimling meint eine junge, unreife Pflanze in einem frühen Entwicklungsstadium. Preferred host or as transgenic organisms The main organisms are plants. Are included in the frame the invention all genera and species higher and lower Plants of the plant kingdom. Also included are ripe plants, seeds, sprouts and seedlings, as well as thereof derived parts, propagation material and cultures, for example Cell cultures. Mature plants mean plants to any Developmental stage beyond the seedling. Seedling means one young, immature plant at an early stage of development.
Einjährige, mehrjährige, monocotyledone und dicotyledone Pflanzen sind bevorzuge Wirtsorganismen für die Herstellung transgener Pflanzen. Die Expression von Genen ist ferner vorteilhaft bei allen Schmuckpflanzen, Nutz- oder Zierbäumen, Blumen, Schnittblumen, Sträuchern oder Rasen. Beispielhaft aber nicht einschränkend seien zu nennen Angiospermen, Bryophyten wie zum Beispiel Hepaticae (Leberblümchen) und Musci (Moose); Pteridophyten wie Farne, Schachtelhalm und Lycopoden; Gymnospermen wie Koniferen, Cycaden, Ginkgo und Gnetalen; Algen wie Chlorophyceae, Phaeophpyceae, Rhodophyceae, Myxophyceae, Xanthophyceae, Bacillariophyceae (Diatomeen) und Euglenophyceae. Annual, perennial, monocotyledonous and dicotyledonous plants are preferred host organisms for the production of transgenic Plants. The expression of genes is also advantageous in all ornamental plants, useful or ornamental trees, flowers, Cut flowers, shrubs or lawn. Exemplary but not restrictive include angiosperms, bryophytes such as Example Hepaticae (liverwort) and Musci (mosses); pteridophytes like ferns, horsetail and lycopods; Gymnosperms like Conifers, cycads, ginkgo and gnetals; Algae such as Chlorophyceae, Phaeophpyceae, Rhodophyceae, Myxophyceae, Xanthophyceae, Bacillariophyceae (diatoms) and Euglenophyceae.
Bevorzugt sind Pflanzen nachfolgender Pflanzenfamilien:
Amaranthaceae, Asteraceae, Brassicaceae, Carophyllaceae,
Chenopodiaceae, Compositae, Cruciferae, Cucurbitaceae, Labiatae,
Leguminosae, Papilionoideae, Liliaceae, Linaceae, Malvaceae,
Rosaceae, Rubiaceae, Saxifragaceae, Scrophulariaceae, Solanacea,
Sterculiaceae, Tetragoniacea, Theaceae, Umbelliferae.
Plants from the following plant families are preferred:
Amaranthaceae, Asteraceae, Brassicaceae, Carophyllaceae, Chenopodiaceae, Compositae, Cruciferae, Cucurbitaceae, Labiatae, Leguminosae, Papilionoideae, Liliaceae, Linaceae, Malvaceae, Rosaceae, Rubiaceae, Scorpifaceae, Saxifrophaceae
Bevorzugte monokotyle Pflanzen sind insbesondere ausgewählt aus den monokotylen Kulturpflanzen, wie zum Beispiel der Familie der Gramineae wie Reis, Mais, Weizen oder andere Getreidearten wie Gerste, Hirse, Roggen, Triticale oder Hafer sowie dem Zuckerrohr sowie alle Arten von Gräsern. Preferred monocot plants are selected in particular from the monocotyledonous crops, such as the Gramineae such as rice, corn, wheat or other cereals such as Barley, millet, rye, triticale or oats and sugar cane as well as all types of grasses.
Bevorzugte dikotyle Pflanzen sind insbesondere ausgewählt aus den
dikotylen Kulturpflanzen, wie zum Beispiel
- - Asteraceae wie Sonnenblume, Tagetes oder Calendula und andere mehr,
- - Compositae, besonders die Gattung Lactuca, ganz besonders die Art sativa (Salat) und andere mehr,
- - Cruciferae, besonders die Gattung Brassica, ganz besonders die Arten napus (Raps), campestris (Rübe), oleracea cv Tastie (Kohl), oleracea cv Snowball Y (Blumenkohl) und oleracea cv Emperor (Broccoli) und weitere Kohlarten; und der Gattung Arabidopsis, ganz besonders die Art thaliana sowie Kresse oder Canola und andere mehr,
- - Cucurbitaceae wie Melone, Kürbis oder Zucchini und andere mehr,
- - Leguminosae besonders die Gattung Glycine, ganz besonders die Art max (Sojabohne) Soja sowie Alfalfa, Erbse, Bohnengewächsen oder Erdnuss und andere mehr
- - Rubiaceae, bevorzugt der Unterklasse Lamiidae wie beispielsweise Coffea arabica oder Coffea liberica (Kaffestrauch) und andere mehr,
- - Solanaceae besonders die Gattung Lycopersicon, ganz besonders die Art esculentum (Tomate) und die Gattung Solanum, ganz besonders die Art tuberosum (Kartoffel) und melongena (Aubergine) sowie Tabak oder Paprika und andere mehr,
- - Sterculiaceae, bevorzugt der Unterklasse Dilleniidae wie beispielsweise Theobroma cacao (Kakaostrauch) und andere mehr,
- - Theaceae, bevorzugt der Unterklasse Dilleniidae wie beispielsweise Camellia sinensis oder Thea sinensis (Teestrauch) und andere mehr,
- - Umbelliferae, besonders die Gattung Daucus (ganz besonders die Art carota (Karotte) und Apium (ganz besonders die Art graveolens dulce (Selarie) und andere mehr; und die Gattung Capsicum, ganz besonders die Art annum (Pfeffer) und andere mehr,
- - Asteraceae such as sunflower, tagetes or calendula and others,
- - Compositae, especially the genus Lactuca, especially the species sativa (lettuce) and others,
- - Cruciferae, especially the genus Brassica, especially the species napus (rape), campestris (turnip), oleracea cv Tastie (cabbage), oleracea cv Snowball Y (cauliflower) and oleracea cv Emperor (broccoli) and other types of cabbage; and the genus Arabidopsis, especially the species thaliana as well as cress or canola and others,
- - Cucurbitaceae such as melon, pumpkin or zucchini and others,
- - Leguminosae especially the genus Glycine, especially the type max (soybean) soy, as well as alfalfa, peas, beans or peanuts and others
- Rubiaceae, preferably of the subclass Lamiidae such as, for example, Coffea arabica or Coffea liberica (coffee shrub) and others,
- - Solanaceae especially the genus Lycopersicon, especially the species esculentum (tomato) and the genus Solanum, especially the species tuberosum (potato) and melongena (eggplant) as well as tobacco or paprika and others,
- Sterculiaceae, preferably of the subclass Dilleniidae such as Theobroma cacao (cocoa bush) and others,
- Theaceae, preferably of the subclass Dilleniidae, such as, for example, Camellia sinensis or Thea sinensis (tea bush) and others,
- - Umbelliferae, especially the genus Daucus (especially the species carota (carrot) and Apium (especially the species graveolens dulce (selaria) and others more; and the genus Capsicum, especially the species annum (pepper) and others,
Umfasst sind ferner Schmuckpflanzen, Nutz- oder Zierbäumen, Blumen, Schnittblumen, Sträuchern oder Rasen. Beispielhaft aber nicht einschränkend seien zu nennen Angiospermen, Bryophyten wie zum Beispiel Hepaticae (Leberblümchen) und Musci (Moose); Pteridophyten wie Farne, Schachtelhalm und Lycopoden; Gymnospermen wie Koniferen, Cycaden, Ginkgo und Gnetalen, die Familien der Rosaceae wie Rose, Ericaceae wie Rhododendrons und Azaleen, Euphorbiaceae wie Weihnachtssterne und Kroton, Caryophyllaceae wie Nelken, Solanaceae wie Petunien, Gesneriaceae wie das Usambaraveilchen, Balsaminaceae wie das Springkraut, Orchidaceae wie Orchideen, Iridaceae wie Gladiolen, Iris, Freesie und Krokus, Compositae wie Ringelblume, Geraniaceae wie Geranien, Liliaceae wie der Drachenbaum, Moraceae wie Ficus, Araceae wie Philodendron und andere mehr. Also includes ornamental plants, useful or ornamental trees, Flowers, cut flowers, shrubs or lawn. Exemplary, however non-restrictive angiosperms, bryophytes such as Hepaticae (liverwort) and Musci (moss); Pteridophytes such as ferns, horsetail and lycopods; Gymnosperms like conifers, cycads, ginkgo and gnetals, the families the rosaceae like rose, ericaceae like rhododendrons and azaleas, Euphorbiaceae such as poinsettias and croton, Caryophyllaceae like cloves, Solanaceae like petunias, Gesneriaceae like that African violets, Balsaminaceae such as balsam, Orchidaceae like orchids, iridaceae like gladiolus, iris, freesia and crocus, Compositae like marigold, Geraniaceae like geranium, Liliaceae like the dragon tree, Moraceae like Ficus, Araceae like Philodendron and others.
Am meisten bevorzugt sind Arabidopsis thaliana, Nicotiana tabacum, Tagetes erecta, Calendula officinalis und Brassica napus sowie alle Gattungen und Arten, die als Nahrungs- oder Futtermittel zum Einsatz kommen, wie die beschriebenen Getreidearten, oder sich zur Herstellung von Ölen eignen, wie Ölsaaten (wie zum Beispiel Raps), Nussarten, Soja, Sonnenblume, Kürbis und Erdnuss. Most preferred are Arabidopsis thaliana, Nicotiana tabacum, Tagetes erecta, Calendula officinalis and Brassica napus as well as all genera and species that are considered food or Feed is used, such as the cereals described, or are suitable for the production of oils, such as oilseeds (such as Rapeseed), types of nuts, soy, sunflower, pumpkin and peanut.
Pflanzliche Organismen im Sinne der Erfindung sind weiterhin weitere photosynthetisch aktive befähigte Organismen, wie zum Beispiel Algen oder Cyanobakterien, sowie Moose. Plant organisms in the sense of the invention are still other photosynthetically active competent organisms, such as Example algae or cyanobacteria, as well as mosses.
Bevorzugte Algen sind Grünalgen, wie beispielsweise Algen der Gattung Haematococcus, Phaedactylum tricornatum, Volvox oder Dunaliella. Preferred algae are green algae, such as algae from Genus Haematococcus, Phaedactylum tricornatum, Volvox or Dunaliella.
Die Herstellung eines transformierten Organismus oder einer transformierten Zelle erfordert, dass die entsprechende DNA in die entsprechende Wirtszelle eingebracht wird. Für diesen Vorgang, der als Transformation bezeichnet wird, steht eine Vielzahl von Methoden zur Verfügung (siehe auch Keown et al. 1990 Methods in Enzymology 185: 527-537). So kann die DNA beispielhaft direkt durch Mikroinjektion oder durch Bombardierung mit DNA-beschichteten Mikropartikeln eingeführt werden. Auch kann die Zelle chemisch, zum Beispiel mit Polyethylenglycol, permeabilisiert werden, so dass die DNA durch Diffusion in die Zelle gelangen kann. Die DNA kann auch durch Protoplastenfusion mit anderen DNA- enthaltenden Einheiten wie Minicells, Zellen, Lysosomen oder Liposomen erfolgen. Elektroporation ist eine weitere geeignete Methode zur Einführung von DNA, bei der die Zellen reversibel durch einen elektrischen Impuls permeabilisert werden. The production of a transformed organism or one transformed cell requires that the corresponding DNA be in the corresponding host cell is introduced. For this Process, which is called transformation, stands a A variety of methods are available (see also Keown et al. 1990 Methods in Enzymology 185: 527-537). So DNA can be exemplary directly by microinjection or by bombardment with DNA-coated microparticles are introduced. The cell can also chemically permeabilized, for example with polyethylene glycol so that the DNA gets into the cell by diffusion can. DNA can also be obtained by protoplast fusion with other DNA containing units such as minicells, cells, or lysosomes Liposomes are done. Electroporation is another suitable one Method of introducing DNA in which the cells are reversible be permeabilized by an electrical pulse.
Bei Pflanzen werden dabei die beschriebenen Methoden zur Transformation und Regeneration von Pflanzen aus Pflanzengeweben oder Pflanzenzellen zur transienten oder stabilen Transformation genutzt. Geeignete Methoden sind vor allem die Protoplastentransformation durch Polyethylenglykol-induzierte DNA-Aufnahme, das biolistische Verfahren mit der Genkanone, die sogenannte particle bombardment Methode, die Elektroporation, die Inkubation trockener Embryonen in DNA-haltiger Lösung und die Mikroinjektion. In plants, the methods described are used Transformation and regeneration of plants from plant tissues or Plant cells for transient or stable transformation used. Suitable methods are, above all Protoplast transformation by polyethylene glycol-induced DNA uptake biolistic methods with the gene cannon, the so-called particle bombardment method, electroporation, incubation dry embryos in DNA-containing solution and microinjection.
Neben diesen "direkten" Transformationstechniken kann eine Transformation auch durch bakterielle Infektion mittels Agrobacterium tumefaciens oder Agrobacterium rhizogenes durchgeführt werden. Diese Stämme enthalten ein Plasmid (Ti bzw. Ri Plasmid), das auf die Pflanze nach Agrobacterium-Infektion übertragen wird. Ein Teil dieses Plasmids, genannt T-DNA (transferred DNA), wird in das Genom der Pflanzenzelle integriert. In addition to these "direct" transformation techniques, a Transformation also by bacterial infection using Agrobacterium tumefaciens or Agrobacterium rhizogenes can be performed. These strains contain a plasmid (Ti or Ri plasmid) which is based on the plant is transmitted after Agrobacterium infection. On Part of this plasmid, called T-DNA (transferred DNA), is described in integrates the plant cell genome.
Die Agrobacterium-vermittelte Transformation ist am besten für dicotyledone, diploide Pflanzenzellen geeignet, wohingegen die direkten Transformationstechniken sich für jeden Zelltyp eignen. The Agrobacterium -mediated transformation is best for dicotyledons, diploid plant cells suitable, whereas the direct transformation techniques are suitable for every cell type.
Die Einführung einer erfindungsgemäßen Expressionskassette in Zellen, bevorzugt in pflanzliche Zellen, kann vorteilhaft unter Verwendung von Vektoren realisiert werden. The introduction of an expression cassette according to the invention in Cells, preferably in plant cells, can be beneficial under Using vectors can be realized.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Einführung der Expressionskassette mittels Plasmidvektoren realisiert. Bevorzugt sind solche Vektoren, die eine stabile Integration der Expressionskassette in das Wirtsgenom ermöglichen. In an advantageous embodiment, the introduction of Expression cassette realized using plasmid vectors. Preferred vectors are those which ensure stable integration of the Enable expression cassette into the host genome.
Im Falle von Injektion oder Elektroporation von DNA in pflanzliche Zellen sind keine besonderen Anforderungen an das verwendete Plasmid gestellt. Einfache Plasmide wie die der pUC-Reihe können verwendet werden. Sollen vollständige Pflanzen aus den transformierten Zellen regeneriert werden, so ist er erforderlich, das sich auf dem Plasmid ein zusätzliches selektionierbares Markergen befindet. In the case of injection or electroporation of DNA into plant cells are not particularly demanding plasmid used. Simple plasmids like the pUC series can be used. Should whole plants from the transformed cells are regenerated, so it is required that there is an additional selectable on the plasmid Marker gene is located.
Transformationstechniken sind für verschiedene monokotyle und dikotyle pflanzliche Organismen beschrieben. Ferner stehen verschiedene mögliche Plasmidvektoren für die Einführung fremder Gene in Pflanzen zur Verfügung, die in der Regel einen Replikationsursprung für eine Vermehrung in E. coli und ein Markergen für eine Selektion transformierter Bakterien enthalten. Beispiele sind pBR322, pUC Reihe, M13mp Reihe, pACYC184 etc. Transformation techniques are different for different monocots and dicotyledonous plant organisms. Also stand different possible plasmid vectors for introduction Foreign genes are available in plants that usually have one Origin of replication for propagation in E. coli and a Contain marker marker for a selection of transformed bacteria. Examples are pBR322, pUC series, M13mp series, pACYC184 etc.
Die Expressionskassette kann in den Vektor über eine geeignete Restriktionsschnittstelle eingeführt werden. Das entstandene Plasmid wird zunächst in E. coli eingeführt. Korrekt transformierte E. coli werden selektioniert, gezüchtet und das rekombinante Plasmid mit dem Fachmann geläufigen Methoden gewonnen. Restriktionsanalyse und Sequenzierung können dazu dienen, den Klonierungsschritt zu überprüfen. The expression cassette can be inserted into the vector via a suitable Restriction interface will be introduced. The resulting Plasmid is first introduced into E. coli. Correctly transformed E. coli are selected, grown and the recombinant plasmid with methods familiar to the person skilled in the art won. Restriction analysis and sequencing can do this serve to check the cloning step.
Transformierte Zellen d. h. solche, die die eingeführte DNA integriert in die DNA der Wirtszelle enthalten, können von untransformierten selektioniert werden, wenn ein selektionierbarer Marker Bestandteil der eingeführten DNA ist. Als Marker kann beispielhaft jedes Gen fungieren, dass eine Resistenz gegen Antibiotika oder Herbizide zu verleihen vermag. Transformierte Zellen, die ein solches Markergen exprimieren, sind in der Lage, in der Gegenwart von Konzentrationen eines entsprechenden Antibiotikums oder Herbizides zu überleben, die einen untransformierten Wildtyp abtöten. Beispiel sind das bar Gen, dass Resistenz gegen das Herbizid Phosphinothricin verleiht (Rathore KS et al., Plant Mol Biol. 1993 Mar; 21(5): 871-884), das nptII Gen, dass Resistenz gegen Kanamycin verleiht, das hpt Gen, das Resistenz gegen Hygromycin verleiht, oder das EPSP-Gen, das Resistenz gegen das Herbizid Glyphosat verleiht. Transformed cells d. H. those that have the introduced DNA can be integrated into the DNA of the host cell untransformed can be selected if a selectable Marker is part of the DNA introduced. Can be used as a marker exemplary each gene act that resistance to Can confer antibiotics or herbicides. transformed Cells that express such a marker gene are able to in the presence of concentrations of an appropriate Antibiotic or herbicide to survive that one kill untransformed wild type. Examples are the bar gene that resistance against the herbicide phosphinothricin (Rathore KS et al., Plant Mol Biol. 1993 Mar; 21 (5): 871-884), the nptII gene that Resistance to kanamycin confers resistance to the hpt gene against hygromycin, or the EPSP gene, which gives resistance to the herbicide confers glyphosate.
Je nach Methode der DNA-Einführung können weitere Gene auf dem Vektorplasmid erforderlich sein. Werden Agrobacteria verwendet, so ist die Expressionskassette in spezielle Plasmide zu integrieren, entweder in einen Zwischenvektor (englisch: shuttle or intermediate vector) oder einen binären Vektor. Wenn zum Beispiel ein Ti oder Ri Plasmid zur Transformation verwendet werden soll, ist zumindest die rechte Begrenzung, meistens jedoch die rechte und die linke Begrenzung der Ti oder Ri Plasmid T-DNA als flankierende Region mit der einzuführenden Expressionskassette verbunden. Bevorzugt werden binäre Vektoren verwendet. Binäre Vektoren können sowohl in E. coli als auch in Agrobacterium replizieren. Sie enthalten in der Regel ein Selektionsmarkergen und einen Linker oder Polylinker flankiert von der rechten und linken T-DNA Begrenzungssequenz. Sie können direkt in Agrobacterium transformiert werden (Holsters et al., Mol. Gen. Genet. 163 (1978), 181-187). Das Selektionsmarkergen erlaubt eine Selektion transformierter Agrobacteria und ist zum Beispiel das nptII Gen, das eine Resistenz gegen Kanamycin verleiht. Das in diesem Fall als Wirtsorganismus fungierende Agrobacterium sollte bereits ein Plasmid mit der vir-Region enthalten. Diese ist für die Übertragung der T-DNA auf die pflanzliche Zelle erforderlich. Ein so transformiertes Agrobacterium kann zur Transformation pflanzlicher Zellen verwendet werden. Depending on the method of DNA introduction, additional genes can be found on the Vector plasmid may be required. If Agrobacteria are used, so the expression cassette is in special plasmids integrate, either into an intermediate vector (English: shuttle or intermediate vector) or a binary vector. If for example a Ti or Ri plasmid is to be used for transformation, is at least the right boundary, but mostly the right one and the left boundary of the Ti or Ri plasmid T-DNA as flanking region with the expression cassette to be inserted connected. Binary vectors are preferably used. binary Vectors can be found in both E. coli and Agrobacterium replicate. They usually contain a selection marker gene and a left or polylinker flanked by the right and left T-DNA restriction sequence. You can go straight to Agrobacterium can be transformed (Holsters et al., Mol. Gen. Genet. 163 (1978), 181-187). The selection marker gene allows selection transformed Agrobacteria and is for example the nptII gene, which confers resistance to kanamycin. In this case Agrobacterium acting as the host organism should already be a Contain plasmid with the vir region. This is for the Transfer of T-DNA to the plant cell required. On Agrobacterium thus transformed can be used for transformation plant cells can be used.
Die Verwendung von T-DNA zur Transformation pflanzlicher Zellen ist intensiv untersucht und beschrieben (EP 120516; Hoekema, In: The Binary Plant Vector System, Offsetdrukkerij Kanters B. V., Alblasserdam, Chapter V; Fraley et al., Crit. Rev. Plant. Sci., 4: 1-46 and An et al., EMBO J. 4 (1985), 277-287). Verschiedene binäre Vektoren sind bekannt und teilweise kommerziell erhältlich wie zum Beispiel pBIN19 (Clontech Laboratories, Inc. USA). The use of T-DNA to transform plant cells has been intensively investigated and described (EP 120516; Hoekema, In: The Binary Plant Vector System, Offsetdrukkerij Kanters B.V., Alblasserdam, Chapter V; Fraley et al., Crit. Rev. Plant. Sci. 4: 1-46 and An et al., EMBO J. 4 (1985), 277-287). Various Binary vectors are known and some are commercially available such as pBIN19 (Clontech Laboratories, Inc. USA).
Für den Transfer der DNA in die pflanzliche Zelle werden pflanzliche Explantate mit Agrobacterium tumefaciens oder Agrobacterium rhizogenes kokultiviert. Ausgehend von infiziertem Pflanzenmaterial (z. B. Blatt-, Wurzel- oder Stengelteile, aber auch Protoplasten oder Suspensionen von Pflanzenzellen) können ganze Pflanzen unter Verwendung eines geeigneten Mediums, dass zum Beispiel Antibiotika oder Biozide zur Selektion transformierter Zellen enthalten kann, regeneriert werden. Die erhaltenen Pflanzen können dann auf die Präsenz der eingeführten DNA, hier der erfindungsgemäßen Expressionskassette, durchmustert werden. Sobald die DNA in das Wirtsgenom integriert ist, ist der entsprechende Genotyp in der Regel stabil und die entsprechende Insertion wird auch in den Nachfolgegenerationen wiedergefunden. In der Regel enthält die integrierte Expressionskassette einen Selektionsmarker, der der transformierten Pflanze eine Resistenz gegen ein Biozid (zum Beispiel ein Herbizid), einen Metabolismusinhibitor wie 2-DOG oder ein Antibiotikum wie Kanamycin, G 418, Bleomycin, Hygromycin oder Phosphinothricin etc. verleiht. Der Selektionsmarker erlaubt die Selektion von transformierten Zellen von untransformierten (McCormick et al. (1986) Plant Cell Reports 5: 81-84). Die erhaltenen Pflanzen können in üblicher Weise gezüchtet und gekreuzt werden. Zwei oder mehr Generationen sollten kultiviert werden, um sicherzustellen, dass die genomische Integration stabil und vererblich ist. For the transfer of the DNA into the plant cell herbal explants with Agrobacterium tumefaciens or Agrobacterium rhizogenes co-cultivated. Starting from infected Plant material (e.g. leaf, root or stem parts, but also Protoplasts or suspensions of plant cells) can be whole Plant using a suitable medium that for Example antibiotics or biocides for the selection of transformed Cells can be regenerated. The received Plants can then be introduced to the presence of DNA, here the expression cassette according to the invention are screened. Once the DNA is integrated into the host genome, the corresponding genotype is generally stable and the corresponding Insertion is also found in the following generations. The integrated expression cassette usually contains one Selection marker that shows resistance to the transformed plant against a biocide (for example a herbicide), one Metabolism inhibitor such as 2-DOG or an antibiotic such as kanamycin, G 418, Bleomycin, hygromycin or phosphinothricin etc. gives. The Selection marker allows the selection of transformed cells from untransformed (McCormick et al. (1986) Plant Cell Reports 5: 81-84). The plants obtained can in a conventional manner be bred and crossed. Two or more generations should to be cultivated to ensure that the genomic Integration is stable and inheritable.
Die genannten Verfahren sind beispielsweise in B. Jenes et al., Techniques for Gene Transfer, in: Transgenic Plants, Vol. 1, Engineering and Utilization, herausgegeben von Kung SD und Wu R, Academic Press (1993), S. 128-143 sowie in Potrykus (1991) Annu Rev Plant Physiol Plant Molec Biol 42: 205-225) beschrieben. Vorzugsweise wird das zu exprimierende Konstrukt in einen Vektor kloniert, der geeignet ist, Agrobakterium tumefaciens zu transformieren, beispielsweise pBin19 (Bevan et al. (1984) Nucl Acids Res 12: 8711f.). The methods mentioned are described, for example, in B. Jenes et al., Techniques for Gene Transfer, in: Transgenic Plants, Vol. 1, Engineering and Utilization, published by Kung SD and Wu R, Academic Press (1993), pp. 128-143 and in Potrykus (1991) Annu Rev Plant Physiol Plant Molec Biol 42: 205-225). The construct to be expressed is preferably converted into a vector cloned, which is suitable for Agrobacterium tumefaciens transform, for example pBin19 (Bevan et al. (1984) Nucl Acids Res 12: 8711f.).
Sobald eine transformierte Pflanzenzelle hergestellt wurde, kann eine vollständige Pflanze unter Verwendung von dem Fachmann bekannten Verfahren erhalten werden. Hierbei geht man beispielhaft von Kalluskulturen aus. Aus diesen noch undifferenzierten Zellmassen kann die Bildung von Spross und Wurzel in bekannter Weise induziert werden. Die erhaltenen Sprösslinge können ausgepflanzt und gezüchtet werden. Once a transformed plant cell has been made, a whole plant using the skilled person known methods can be obtained. Here you go as an example from callus cultures. From these still undifferentiated Cell masses can cause sprout and root formation in a known manner be induced. The sprouts obtained can be planted out and be bred.
Die Wirksamkeit der Expression der transgen exprimierten Nukleinsäuren kann beispielsweise in vitro durch Sprossmeristemvermehrung unter Verwendung einer der oben beschriebenen Selektionsmethoden ermittelt werden. The effectiveness of expression of the transgenic expressed Nucleic acids can, for example, in vitro Shoot meristem propagation using one of those described above Selection methods are determined.
Erfindungsgemäß sind ferner von den oben beschriebenen transgenen Organismen abgeleitete Zellen, Zellkulturen, Teile - wie zum Beispiel bei transgenen pflanzlichen Organismen Wurzeln, Blätter etc. -, und transgenes Vermehrungsgut wie Saaten oder Früchte. According to the invention are further transgenic of those described above Organisms derived cells, cell cultures, parts - such as Example with transgenic plant organisms roots, leaves etc. -, and transgenic propagation material such as seeds or fruits.
Von Menschen und Tieren verzehrbare erfindungsgemäße, genetisch veränderte Pflanzen können auch beispielsweise direkt oder nach an sich bekannter Aufbereitung als Nahrungsmittel oder Futtermittel verwendet werden. Genetically edible according to the invention which can be consumed by humans and animals modified plants can also, for example, directly or after processing known per se as food or Feed are used.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft die Verwendung der oben beschriebenen erfindungsgemäßen, transgenen Organismen und der von ihnen abgeleitete Zellen, Zellkulturen, Teile - wie zum Beispiel bei transgenen pflanzlichen Organismen Wurzeln, Blätter etc. -, und transgenes Vermehrungsgut wie Saaten oder Früchte, zur Herstellung von Nahrungs- oder Futtermitteln, Pharmazeutika oder Feinchemikalien. Another object of the invention relates to the use of Transgenic organisms according to the invention and described above the cells, cell cultures, parts derived from them - such as Example with transgenic plant organisms roots, leaves etc. -, and transgenic propagation material such as seeds or fruits, for the production of food or feed, pharmaceuticals or fine chemicals.
Bevorzugt ist ferner ein Verfahren zur rekombinanten Herstellung von Pharmazeutika oder Feinchemikalien in Wirtsorganismen wobei ein Wirtsorganismus mit einer der oben beschriebenen Expressionskassetten oder Vektoren transformiert wird und diese Expressionskassette ein oder mehrere Strukturgene enthält, die für die gewünschte Feinchemikalie kodieren oder die Biosynthese der gewünschten Feinchemikalie katalysieren, der transformierte Wirtsorganismus gezüchtet wird und die gewünschte Feinchemikalie aus dem Züchtungsmedium isoliert wird. Dieses Verfahren ist für Feinchemikalien wie Enzyme, Vitamine, Aminosäuren, Zucker, Fettsäuren, natürliche und synthetische Geschmacks-, Aroma- und Farbstoffe breit anwendbar. Besonders bevorzugt ist die Produktion von Tocopherolen und Tocotrienolen sowie Carotinoiden. Die Züchtung der transformierten Wirtsorganismen sowie die Isolierung aus den Wirtsorganismen bzw. aus dem Züchtungsmedium erfolgt mittels der dem Fachmann bekannten Verfahren. Die Produktion von Pharmazeutika, wie zum Beispiel Antikörpern oder Vakkzinen ist beschrieben bei Hood EE Jilka JM (1999) Curr Opin Biotechnol 10(4): 382-6; Ma JK Vine ND (1999) Curr Top Microbiol Immunol 236: 275-92. A method for recombinant production is also preferred of pharmaceuticals or fine chemicals in host organisms a host organism with one of those described above Expression cassettes or vectors is transformed and this Expression cassette contains one or more structural genes for the encode the desired fine chemical or the biosynthesis of catalyze the desired fine chemical, the transformed Host organism is grown and the desired fine chemical is isolated from the growth medium. This procedure is for Fine chemicals such as enzymes, vitamins, amino acids, sugar, Fatty acids, natural and synthetic taste, aroma and Dyes widely applicable. Production is particularly preferred of tocopherols and tocotrienols as well as carotenoids. The Cultivation of the transformed host organisms and isolation from the host organisms or from the growth medium by means of the methods known to the person skilled in the art. The production of Pharmaceuticals, such as antibodies or vaccines described by Hood EE Jilka JM (1999) Curr Opin Biotechnol 10 (4): 382-6; Ma JK Vine ND (1999) Curr Top Microbiol Immunol 236: 275-92.
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1. SEQ ID NO: 1
Promotor and 5'-untranslatierte Region des Arabidopsis thaliana pFD-Promotors. 1. SEQ ID NO: 1
Promoter and 5'-untranslated region of the Arabidopsis thaliana pFD promoter. -
2. SEQ ID NO: 2
Promotor and 5'-untranslatierte Region des Arabidopsis thaliana FNR-Promotors. 2. SEQ ID NO: 2
Promoter and 5'-untranslated region of the Arabidopsis thaliana FNR promoter. -
3. SEQ ID NO: 3
Promotor and 5'-untranslatierte Region des Arabidopsis thaliana TPT-Promotors (2038 bp). 3. SEQ ID NO: 3
Promoter and 5'-untranslated region of the Arabidopsis thaliana TPT promoter (2038 bp). -
4. SEQ ID NO: 4
Promotor and 5'-untranslatierte Region des verkürzten Arabidopsis thaliana pFDs-Promotors 4. SEQ ID NO: 4
Promoter and 5'-untranslated region of the truncated Arabidopsis thaliana pFDs promoter -
5. SEQ ID NO: 5
Nukleinsäure kodierend für eine Phosphinothricinacetyltransferase. 5. SEQ ID NO: 5
Nucleic acid coding for a phosphinothricin acetyltransferase. -
6. SEQ ID NO: 6
Aminosäuresequenzs kodierend für eine Phosphinothricinacetyltransferase. 6. SEQ ID NO: 6
Amino acid sequence coding for a phosphinothricin acetyltransferase. -
7. SEQ ID NO: 7
Nukleinsäure kodierend für eine Acetolactatsynthase. 7. SEQ ID NO: 7
Nucleic acid coding for an acetolactate synthase. -
8. SEQ ID NO: 8
Aminosäuresequenzs kodierend für eine Acetolactatsynthase. 8. SEQ ID NO: 8
Amino acid sequence coding for an acetolactate synthase. -
9. SEQ ID NO: 9 - Oligonukleotid-Primer pWL35
5'-GTC GAC GAA TTC GAG AGA CAG AGA GAC GG-3' 9. SEQ ID NO: 9 - oligonucleotide primer pWL35
5'-GTC GAC GAA TTC GAG AGA CAG AGA GAC GG-3 ' -
10. SEQ ID NO: 10 - Oligonukleotid-Primer pWL36
5'-GTC GAC GGT ACC GAT TCA AGC TTC ACT GC-3' 10. SEQ ID NO: 10 - oligonucleotide primer pWL36
5'-GTC GAC GGT ACC GAT TCA AGC TTC ACT GC-3 ' -
11. SEQ ID NO: 11 - Oligonukleotid-Primer pFD1
5'-GAG AAT TCG ATT CAA GCT TCA CTG C-3' 11. SEQ ID NO: 11 - oligonucleotide primer pFD1
5'-GAG AAT TCG ATT CAA GCT TCA CTG C-3 ' -
12. SEQ ID NO: 12 - Oligonukleotid-Primer pFD2
5'-CCA TGG GAG AGA CAG AGA GAC G-3' 12. SEQ ID NO: 12 - oligonucleotide primer pFD2
5'-CCA TGG GAG AGA CAG AGA GAC G-3 ' -
13. SEQ ID NO: 13 - Oligonukleotid-Primer pFD3
5'-acggatccgagagacagagagacggagacaaaa-3' 13. SEQ ID NO: 13 - oligonucleotide primer pFD3
5'-acggatccgagagacagagagacggagacaaaa-3 ' -
14. SEQ ID NO: 14 - Oligonukleotid-Primer pFD5
5'-gcggatccaacactcttaacaccaaatcaaca-3' 14. SEQ ID NO: 14 - oligonucleotide primer pFD5
5'-gcggatccaacactcttaacaccaaatcaaca-3 ' -
15. SEQ ID NO: 15 - Oligonukleotid-Primer L-FNR ara
5'-GTCGACGGATCCGGTTGATCAGAAGAAGAAGAAGAAGATGAACT-3' 15. SEQ ID NO: 15 - oligonucleotide primer L-FNR ara
5'-GTCGACGGATCCGGTTGATCAGAAGAAGAAGAAGAAGATGAACT-3 ' -
16. SEQ ID NO: 16 - Oligonukleotid-Primer R-FNR ara
5 '-GTCGACTCTAGATTCATTATTTCGATTTTGATTTCGTGACC-3' 16. SEQ ID NO: 16 - oligonucleotide primer R-FNR ara
5 '-GTCGACTCTAGATTCATTATTTCGATTTTGATTTCGTGACC-3' -
17. SEQ ID NO: 17 - Oligonukleotid-Primer L-TPTara
5'-AAGTCGACGGATCCATAACCAAAAGAACTCTGATCATGTACGTACCCATT-3' 17. SEQ ID NO: 17 - L-TPTara oligonucleotide primer
5'-AAGTCGACGGATCCATAACCAAAAGAACTCTGATCATGTACGTACCCATT-3 ' -
18. SEQ ID NO: 18 - Oligonukleotid-Primer R-TPTara
5'-AGACGTCGACTCTAGATGAAATCGAAATTCAGAGTTTTGATAGTGAGAGC-3' 18. SEQ ID NO: 18 - oligonucleotide primer R-TPTara
5'-AGACGTCGACTCTAGATGAAATCGAAATTCAGAGTTTTGATAGTGAGAGC-3 ' -
19. SEQ ID NO: 19 - Oligonukleotid-Primer ubi5
5'-CCAAACCATGGTAAGTTTGTCTAAAGCTTA-3' 19. SEQ ID NO: 19 - oligonucleotide primer ubi5
5'-CCAAACCATGGTAAGTTTGTCTAAAGCTTA-3 ' -
20. SEQ ID NO: 20 - Oligonukleotid-Primer ubi3
5'-CGGATCCTTTTGTGTTTCGTCTTCTCTCACG-3' 20. SEQ ID NO: 20 - ubi3 oligonucleotide primer
5'-CGGATCCTTTTGTGTTTCGTCTTCTCTCACG-3 ' -
21. SEQ ID NO: 21 - Oligonukleotid-Primer sqs5
5'-GTCTAGAGGCAAACCACCGAGTGTT-3' 21. SEQ ID NO: 21 - oligonucleotide primer sqs5
5'-GTCTAGAGGCAAACCACCGAGTGTT-3 ' -
22. SEQ ID NO: 22 - Oligonukleotid-Primer sqs3
5'-CGGTACCTGTTTCCAGAAAATTTTGATTCAG-3' 22. SEQ ID NO: 22 - oligonucleotide primer sqs3
5'-CGGTACCTGTTTCCAGAAAATTTTGATTCAG-3 ' -
23. SEQ ID NO: 23
Binärplasmid pSUN3 (Sungene GmbH & Co KGaA) 23. SEQ ID NO: 23
Binary plasmid pSUN3 (Sungene GmbH & Co KGaA) -
24. SEQ ID NO: 24
Binärplasmid pSUN5NPTIICat (Sungene GmbH & Co KGaA) 24. SEQ ID NO: 24
Binary plasmid pSUN5NPTIICat (Sungene GmbH & Co KGaA) -
25. SEQ ID NO: 25
Binärplasmid pSUN3PatNos (Sungene GmbH & Co KGaA) 25. SEQ ID NO: 25
Binary plasmid pSUN3PatNos (Sungene GmbH & Co KGaA) -
26. SEQ ID NO: 26 - Oligonukleotidprimer 5-TPTara
5'-AAGTCGACGGATCCTGATAGCTTATACTCAAATTCAACAAGTTAT-3' 26. SEQ ID NO: 26 - oligonucleotide primer 5-TPTara
5'-AAGTCGACGGATCCTGATAGCTTATACTCAAATTCAACAAGTTAT-3 ' -
27. SEQ ID NO: 27
Verkürzter Promotor and 5'-untranslatierte Region des Arabidopsis thaliana TPT-Promotors (1318 bp). 27. SEQ ID NO: 27
Truncated promoter and 5'-untranslated region of the Arabidopsis thaliana TPT promoter (1318 bp). -
28. SEQ ID NO: 28
Nukleinsäuresequenz des Terminators des Cathepsin D Inhibitor Gens aus Kartoffel (GenBank Acc. No.: X74985) 28. SEQ ID NO: 28
Nucleic acid sequence of the terminator of the cathepsin D inhibitor gene from potato (GenBank Acc. No .: X74985) -
29. SEQ ID NO: 29
Nukleinsäuresequenz oder des Terminators der Speicherproteingens VfLElB3 aus der Ackerbohne (GenBank Acc. No.: Z26489). 29. SEQ ID NO: 29
Nucleic acid sequence or the terminator of the storage protein gene VfLElB3 from the field bean (GenBank Acc. No .: Z26489).
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1. Abb. 1a-c der TPT und der FNR Promotor zeigen ein
vergleichbares Expressionsmuster im grünen Gewebe sowie in
Blüten von Tabak und Kartoffel. Gezeigt sind GUS histochemische
Färbungen. Die Intensität der GUS-Blaufärbung entspricht den
wiedergegebenen Graustufen. Gezeigt sind:
Abb. 1a:
A: Kartoffelblätter mit einer homogenen, intensiven Färbung über den gesamten Blattbereich.
B: Tabak Petiolen, intensive Blaufärbung vor allem im Randbereich und den vaskulären Bereichen (siehe Pfeil)
Abb. 1b:
C: Tabak Stengel, intensive Blaufärbung vor allem im Randbereich (siehe Pfeil)
D: Tabak Internodien
Abb. 1c:
E: Tabak Blüte; Blaufärbung vor allem in Kelch- und Blütenblättern 1. Fig. 1a-c of the TPT and the FNR promoter show a comparable expression pattern in green tissue as well as in flowers of tobacco and potato. GUS histochemical stains are shown. The intensity of the GUS blue color corresponds to the grayscale reproduced. Shown are:
Fig. 1a:
A: Potato leaves with a homogeneous, intense color over the entire leaf area.
B: Tobacco petioles, intense blue color, especially in the marginal area and the vascular areas (see arrow)
Fig. 1b:
C: Tobacco stem, intense blue color, especially around the edges (see arrow)
D: Tobacco internodes
Fig. 1c:
E: tobacco flower; Blue color, especially in calyx and petals -
2. Abb. 2a-b der TPT und der FNR Promotor zeigen ein
unterschiedliches Expressionsmuster im vegetativen und
germinativen Speichergewebe von Tabak und Kartoffel. Während der TPT
Promotor hier aktiv ist, zeigt der FNR Promotor keine
Expression. Gezeigt sind GUS histochemische Färbungen von
Tabaksamen und Tabaksämlingen sowie von Kartoffelknollen. Beide
Promotoren zeigen jedoch wieder eine vergleichbare Aktivität in
Sämlingen. Die Intensität der GUS-Blaufärbung entspricht den
wiedergegebenen Graustufen. Gezeigt sind:
Abb. 2a:
A: Tabaksamen. Beim TPT Promotor sind einzelne blau gefärbte Samenkörner erkennbar (siehe Pfeil). Beim FNR Promotor sind keine Färbungen zu detektieren.
B: Kartoffelknollen. Beim TPT Promotor ist eine homogene, starke Blaufärbung der Kartoffelknolle erkennbar. Beim FNR Promotor ist keine oder nur eine sehr schwache Färbung zu detektieren.
Abb. 2b:
C: Tabaksämlinge (10 Tage alt). Beide Promotoren zeigen eine vergleichbare Blaufärbung (siehe Pfeil). 2. Fig. 2a-b of the TPT and the FNR promoter show a different expression pattern in the vegetative and germinative storage tissue of tobacco and potato. While the TPT promoter is active here, the FNR promoter shows no expression. GUS histochemical stains of tobacco seeds and tobacco seedlings as well as potato tubers are shown. However, both promoters again show comparable activity in seedlings. The intensity of the GUS blue color corresponds to the grayscale reproduced. Shown are:
Fig. 2a:
A: Tobacco seeds. Individual blue-colored seeds can be seen in the TPT promoter (see arrow). No stains can be detected with the FNR promoter.
B: Potato tubers. The TPT promoter shows a homogeneous, strong blue coloring of the potato tuber. With the FNR promoter, no or only a very weak coloration can be detected.
Fig. 2b:
C: Tobacco seedlings (10 days old). Both promoters show a comparable blue color (see arrow). -
3. Expressionskassetten für die Expression von Kanamycin-
(nptII) und Phosphinothricin-(pat)Resistenzmarkern.
Kassette A gewährt eine Expression von Kanamycinresistenz unter
dem TPT bzw. FNR Promotor, neben einer
Phosphinothricinresistenz unter dem NOS Promotor. Kassette B gewährt eine
Expression von Phosphinothricinresistenz unter dem TPT bzw. FNR
Promotor, neben einer Kanamycinresistenz unter dem NOS
Promotor.
LB, RB: Linke bzw. rechte Begrenzung der Agrobacterium T-DNA
nosP: NOS Promotor
pat: Nukleinsäuresequenz kodierend für Phosphinothricinacetyltransferase (pat)
nptII: Kanamycinresistenzgen (Neomycinphosphotransferase)
nosT: NOS Terminator
FNR-P: FNR Promotor
TPT-P: TPT Promotor 3. Expression cassettes for the expression of kanamycin (nptII) and phosphinothricin (pat) resistance markers. Cassette A allows expression of kanamycin resistance under the TPT or FNR promoter, in addition to phosphinothricin resistance under the NOS promoter. Cassette B allows expression of phosphinothricin resistance under the TPT or FNR promoter, in addition to kanamycin resistance under the NOS promoter.
LB, RB: left or right border of the Agrobacterium T-DNA
nosP: NOS promoter
pat: nucleic acid sequence coding for phosphinothricin acetyltransferase (pat)
nptII: Kanamycin resistance gene (neomycin phosphotransferase)
nosT: NOS Terminator
FNR-P: FNR promoter
TPT-P: TPT promoter - 4. Regeneration transformierter Tabaksprossknospen unter einem Kanamycinselektionsdruck (100 mg/l Kanamycin). A: Tranformation mit einem FNR-Promotor - nptII Konstrukt. B: Tranformation mit einem TPT-Promotor - nptII Konstrukt. Eine vergleichbar effiziente Regeneration von transformierten Tabakpflanzen konnte beobachtet werden. 4. Regeneration of transformed tobacco sprout buds under one Kanamycin detection pressure (100 mg / l kanamycin). A: Transformation with an FNR promoter - nptII construct. B: Transformation with a TPT promoter - nptII construct. A comparable efficient regeneration of transformed Tobacco plants could be observed.
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5. Keimung transformierter Tabakpflänzchen aus transgener
Tabaksaat unter einem Phosphinothricinselektionsdruck (10 mg/l
Phosphinotricin).
A: Transformiert mit einem FNR-Promotor - pat Konstrukt.
B: Transformiert mit einem TPT-Promotor - pat Konstrukt.
C: Kontrolle mit nicht-transformierter Tabaksaat.
Eine vergleichbar effiziente Keimung von mit dem FNR-Promotor-pat Konstrukt und TPT-Promotor-pat Konstrukt transformierten Tabakpflanzen konnte beobachtet werden, während entsprechend behandelte nicht-transformierte Tabakpflanzen keine Resistenz aufwiesen. 5. Germination of transformed tobacco plants from transgenic tobacco seeds under a phosphinothricine selection pressure (10 mg / l phosphinotricin).
A: Transformed with an FNR promoter - pat construct.
B: Transformed with a TPT promoter - pat construct.
C: Control with non-transformed tobacco seeds.
A comparable efficient germination of tobacco plants transformed with the FNR-promoter-pat construct and TPT-promoter-pat construct could be observed, whereas correspondingly treated non-transformed tobacco plants showed no resistance.
Die chemische Synthese von Oligonukleotiden kann beispielsweise, in bekannter Weise, nach der Phosphoamiditmethode (Voet, Voet, 2. Auflage, Wiley Press New York, Seite 896-897) erfolgen. Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Klonierungsschritte wie z. B. Restriktionsspaltungen, Agarosegelelektrophoresen, Reinigung von DNA-Fragmenten, Transfer von Nukleinsäuren auf Nitrozellulose und Nylonmembranen, Verknüpfen von DNA-Fragmenten, Transformation von E. coli Zellen, Anzucht von Bakterien, Vermehrung von Phagen und Sequenzanalyse rekombinanter DNA werden wie bei Sambrook et al. (1989) Cold Spring Harbor Laboratory Press; ISBN 0-87969-309-6 beschrieben durchgeführt. Die Sequenzierung rekombinanter DNA-Moleküle erfolgt mit einem Laserfluoreszenz-DNA-Sequenzierer der Firma ABI nach der Methode von Sanger (Sanger et al. (1977) Proc Natl Acad Sci USA 74: 5463-5467). The chemical synthesis of oligonucleotides can, for example, in a known manner, according to the phosphoamidite method (Voet, Voet, 2nd edition, Wiley Press New York, pages 896-897). The performed within the scope of the present invention Cloning steps such as B. restriction splits, Agarose gel electrophoresis, purification of DNA fragments, transfer of Nucleic acids on nitrocellulose and nylon membranes, linking of DNA fragments, transformation of E. coli cells, cultivation of Bacteria, phage propagation and recombinant sequence analysis DNA is, as in Sambrook et al. (1989) Cold Spring Harbor Laboratory Press; ISBN 0-87969-309-6. Recombinant DNA molecules are sequenced using a Laser fluorescence DNA sequencer from ABI using the method by Sanger (Sanger et al. (1977) Proc Natl Acad Sci USA 74: 5463-5467).
Zur Isolierung genomischer DNA aus Arabidopsis thaliana werden
ca. 0,25 g Blattmaterial junger Pflanzen im vegetativen Stadium
in flüssigem Stickstoff zu feinem Pulver gemörsert. Das
pulverisierte Pflanzenmaterial wird zusammen mit 1 ml 65°C-warmem CTAB
I-Puffer (CTAB: Hexadecyltrimethylammoniumbromid, auch genannt
Cetyltrimethylammoniumbromid; Sigma Kat.-Nr.: H6269) und 20 µl
β-Mercaptoethanol in einen vorgewärmten zweiten Mörser gegeben
und nach vollständiger Homogenisierung wird der Extrakt in ein
2 ml Eppendorf-Gefäß überführt und für 1 h bei 65°C unter
regelmäßiger, vorsichtiger Durchmischung inkubiert. Nach Abkühlung auf
Raumtemperatur wird der Ansatz mit 1 ml Chloroform/Octanol (24 : 1,
mit 1 M Tris/HCl, pH 8,0 ausgeschüttelt) durch langsames
Invertieren extrahiert und zur Phasentrennung für 5 min bei 8.500 rpm
(7.500 × g) und Raumtemperatur zentrifugiert. Anschließend wird
die wässrige Phase erneut mit 1 ml Chloroform/Octanol extrahiert,
zentrifugiert und durch Invertieren mit 1/10 Volumen auf 65°C
vorgewärmtem CTAB II-Puffer sorgfältig gemischt. Anschließend wird
der Ansatz durch vorsichtiges Schwenken mit 1 ml
Chloroform/Octanol-Gemisch (siehe oben) versetzt und zur erneuten Phasentrennung
für 5 min bei 8.500 rpm (7.500 × g) und Raumtemperatur
zentrifugiert. Die wässrige untere Phase wird in ein frisches Eppendorff-
Gefäß überführt und die obere organische Phase wird in einem
frischen Eppendorff-Gefäß erneut für 15 min bei 8.500 rpm (7.500 ×
g) und Raumtemperatur zentrifugiert. Die hieraus resultierende
wässrige Phase wird mit der wässrigen Phase des vorherigen
Zentrifugationsschrittes vereinigt und der gesamte Ansatz mit
exakt demselben Volumen vorgewärmtem CTAB III-Puffer versetzt. Es
folgt eine Inkubation bei 65°C, bis die DNA in Flocken ausfällt.
Dies kann bis zu 1 h dauern oder durch Inkubation bei 37°C über
Nacht erfolgen. Das aus dem anschließenden Zentrifugationsschritt
(5 min. 2000 rpm (500 × g), 4°C) resultierende Sediment wird
mit 250 µl auf 65°C vorgewärmtem CTAB IV-Puffer versetzt und
für mindestens 30 min bzw. bis zur vollständigen Auflösung des
Sediments bei 65°C inkubiert. Anschließend wird die Lösung zur
Fällung der DNA mit 2,5 Volumina eiskaltem Ethanol vermischt und
für 1 h bei -20°C inkubiert. Alternativ kann der Ansatz mit
0.6 Volumina Isopropanol vermischt und ohne weitere Inkubation
sofort für 15 min bei 8.500 rpm (7.500 × g) und 4°C zentrifugiert
werden. Die sedimentierte DNA wird durch Invertieren des
Eppendorff-Gefäßes zweimal mit je 1 ml 80%igem eiskaltem Ethanol
gewaschen, nach jedem Waschschritt erneut zentrifugiert (5 min.
8.500 rpm (7.500 × g), 4°C) und anschließend für ca. 15 min
luftgetrocknet. Abschließend wird die DNA in 100 µl TE mit 100 µg/ml
RNase resuspendiert und für 30 min bei Raumtemperatur inkubiert.
Die DNA Lösung ist nach einer weiteren Inkubationsphase über
Nacht bei 4°C homogen und kann für weiterführende Experimente
verwendet werden.
Lösungen für CTAB
Lösung I (für 200 ml):
100 mM Tris/HCl pH 8,0 (2,42 g)
1,4 M NaCl (16,36 g)
20 mM EDTA (8,0 ml von 0,5 M Stammlösung)
2%(w/v) CTAB (4,0 g)
Jeweils vor der Verwendung werden frisch zugesetzT: 2%
β-Mercaptoethanol (20 µl für 1 ml Lösung I).
Lösung II (für 200 ml):
0,7 M NaCl (8,18 g)
10%(w/v) CTAB (20 g)
Lösung III (für 200 ml):
50 mM Tris/HCl pH 8,0 (1,21 g)
10 mM EDTA (4 ml 0,5 M von 0,5 M Stammlösung)
1%(w/v) CTAB (2,0 g)
Lösung IV (High-salt TE) (für 200 ml):
10 mM Tris/HCl pH 8,0 (0,242 g)
0,1 mM EDTA (40 µl 0.5 M Stammlösung)
1 M NaCl (11, 69 g)
Chloroform/Octanol (24 : 1) (für 200 ml):
192 ml Chloroform
8 ml Octanol
Die Mischung wird 2 × mit 1 M TrisHCl pH 8,0 ausgeschüttelt
und vor Licht geschützt gelagert.
For the isolation of genomic DNA from Arabidopsis thaliana, approx. 0.25 g leaf material of young plants in the vegetative stage are ground into fine powder in liquid nitrogen. The pulverized plant material is added to a preheated second mortar together with 1 ml of 65 ° C warm CTAB I buffer (CTAB: hexadecyltrimethylammonium bromide, also called cetyltrimethylammonium bromide; Sigma cat. No .: H6269) and 20 µl β-mercaptoethanol Homogenization, the extract is transferred to a 2 ml Eppendorf tube and incubated for 1 h at 65 ° C with regular, careful mixing. After cooling to room temperature, the mixture is extracted with 1 ml of chloroform / octanol (24: 1, extracted with 1 M Tris / HCl, pH 8.0) by slow inversion and, for phase separation, at 8,500 rpm (7,500 × g) for 5 min and Centrifuged at room temperature. The aqueous phase is then extracted again with 1 ml of chloroform / octanol, centrifuged and mixed thoroughly by inverting with 1/10 volume of CTAB II buffer preheated to 65 ° C. Subsequently, the mixture is mixed carefully with 1 ml of chloroform / octanol mixture (see above) and centrifuged for 5 min at 8,500 rpm (7,500 × g) and room temperature to separate the phases again. The aqueous lower phase is transferred to a fresh Eppendorff tube and the upper organic phase is centrifuged again in a fresh Eppendorff tube for 15 min at 8,500 rpm (7,500 × g) and room temperature. The resulting aqueous phase is combined with the aqueous phase from the previous centrifugation step and the entire batch is mixed with exactly the same volume of preheated CTAB III buffer. This is followed by incubation at 65 ° C until the DNA precipitates in flakes. This can take up to 1 h or can be done by incubating at 37 ° C overnight. The sediment resulting from the subsequent centrifugation step (5 min. 2000 rpm (500 × g), 4 ° C.) is mixed with 250 μl of CTAB IV buffer preheated to 65 ° C. and for at least 30 min or until the sediment has completely dissolved incubated at 65 ° C. The solution for precipitating the DNA is then mixed with 2.5 volumes of ice-cold ethanol and incubated for 1 h at -20 ° C. Alternatively, the batch can be mixed with 0.6 volumes of isopropanol and centrifuged immediately for 15 min at 8,500 rpm (7,500 × g) and 4 ° C without further incubation. The sedimented DNA is washed twice by inverting the Eppendorff tube with 1 ml of 80% ice-cold ethanol, centrifuged again after each washing step (5 min. 8,500 rpm (7,500 × g), 4 ° C) and then for approx. 15 min air-dried. Finally, the DNA is resuspended in 100 µl TE with 100 µg / ml RNase and incubated for 30 min at room temperature. After a further incubation phase at 4 ° C overnight, the DNA solution is homogeneous and can be used for further experiments. Solutions for CTAB solution I (for 200 ml):
100 mM Tris / HCl pH 8.0 (2.42 g)
1.4 M NaCl (16.36 g)
20 mM EDTA (8.0 ml of 0.5 M stock solution)
2% (w / v) CTAB (4.0 g)
Freshly added before each use: 2% β-mercaptoethanol (20 µl for 1 ml of solution I).
Solution II (for 200 ml):
0.7 M NaCl (8.18 g)
10% (w / v) CTAB (20 g)
Solution III (for 200 ml):
50 mM Tris / HCl pH 8.0 (1.21 g)
10 mM EDTA (4 ml 0.5 M of 0.5 M stock solution)
1% (w / v) CTAB (2.0 g)
Solution IV (high-salt TE) (for 200 ml):
10 mM Tris / HCl pH 8.0 (0.242 g)
0.1 mM EDTA (40 µl 0.5 M stock solution)
1 M NaCl (11.69 g)
Chloroform / octanol (24: 1) (for 200 ml):
192 ml chloroform
8 ml octanol
The mixture is shaken twice with 1 M TrisHCl pH 8.0 and stored protected from light.
Die Transformation von Tabak erfolgte über Infektion mit Agrobacterium tumefaciens. gemäß der von Horsch entwickelten Methode (Horsch et al. (1985) Science 227: 1229-1231). Alle zur Transformation verwendeten Konstrukte wurden anhand der Gefrier/Tau- Methode (wiederholtes Auftauen und Einfrieren) in Agrobacterium tumefaciens transformiert. Die das gewünschte Konstrukt enthaltenden Agrobacterium-Kolonien wurden auf Mannitol/Glutamat- Medium mit 50 µg/ml Kanamycin, 50 µg/ml Ampicilin und 25 µg/ml Rifampicin selektioniert. The tobacco was transformed via infection with Agrobacterium tumefaciens. according to the method developed by Horsch (Horsch et al. (1985) Science 227: 1229-1231). All for Constructs used for transformation were based on the freeze / thaw Method (repeated thawing and freezing) in Agrobacterium tumefaciens transformed. The desired construct containing Agrobacterium colonies were grown on mannitol / glutamate Medium with 50 µg / ml kanamycin, 50 µg / ml ampicilin and 25 µg / ml Rifampicin selected.
Zur Transformation von Tabakpflanzen (Nicotiana tabacum L. cv. Sarasun NN) wurden 10 ml einer unter Selektion gewachsenen Übernachtkultur von Agrobacterium tumefaciens abzentrifugiert, der Überstand verworfen, und die Bakterien im gleichen Volumen Antibiotika-freien Mediums resuspendiert. In einer sterilen Petrischale wurden Blattscheiben steriler Pflanzen (Durchmesser ca. 1 cm) in dieser Bakterienlösung gebadet. Anschließend wurden die Blattscheiben in Petrischalen auf MS-Medium (Murashige und Skoog (1962) Physiol Plant 15: 473ff.) mit 2% Saccharose und 0.8% Bacto- Agar ausgelegt. Nach 2tägiger Inkubation im Dunkeln bei 25°C wurden sie auf MS-Medium mit 100 mg/l Kanamycin, 500 mg/l Claforan, 1 mg/l Benzylaminopurin (BAP), 0,2 mg/l Naphtylessigsäure (NAA), 1,6% Glukose und 0.8% Bacto-Agar übertragen und die Kultivierung (16 Stunden Licht/8 Stunden Dunkelheit) fortgesetzt. Wachsende Sprosse wurden auf hormonfreies MS-Medium mit 2% Saccharose, 250 mg/l Claforan und 0,8% Bacto-Agar überführt. For the transformation of tobacco plants (Nicotiana tabacum L. cv. Sarasun NN) 10 ml of a grown under selection Centrifuged overnight culture from Agrobacterium tumefaciens, the The supernatant was discarded and the bacteria in the same volume Antibiotic-free medium resuspended. In a sterile Petri dishes became leaf disks of sterile plants (diameter approx. 1 cm) bathed in this bacterial solution. Then the Leaf disks in petri dishes on MS medium (Murashige and Skoog (1962) Physiol Plant 15: 473ff.) With 2% sucrose and 0.8% Bacto- Designed agar. After 2 days of incubation in the dark at 25 ° C they were on MS medium with 100 mg / l kanamycin, 500 mg / l Claforan, 1 mg / l benzylaminopurine (BAP), 0.2 mg / l Naphtylacetic acid (NAA), 1.6% glucose and 0.8% Bacto agar transferred and cultivation (16 hours light / 8 hours dark) continued. Growing sprouts were on hormone-free MS medium 2% sucrose, 250 mg / l Claforan and 0.8% Bacto agar transferred.
Die Transformation von Raps erfolgte mittels der Petiolentransformation nach Moloney et al. (Moloney MM, Walker JM & Sharma KK (1989) Plant Cell Reports 8: 238-242). The rapeseed was transformed using the Petiol transformation according to Moloney et al. (Moloney MM, Walker JM & Sharma KK (1989) Plant Cell Reports 8: 238-242).
Zur Transformation von Kartoffel (Solanum tuberosum) wurden Blattscheiben und Internodien von in vitro Planzen mit Agrobacterium tumefaciens in flüssigem Murashige Skoog Medium für 20 Minuten infiziert, und anschließend für 2d im Dunkeln co-cultiviert. Nach der Co-cultur wurden die Explantate auf festes MS Medium, das anstelle von Saccharose 1,6% Glucose enthält (MG) und mit 5 mg/l NAA, 0,1 mg/l BAP, 250 mg/l Timentin und 30 bis 40 mg/l Kanamycin ergänzt worden ist (KIM), bei 21°C in einem Licht/Dunkel- Rhythmus von 16 h/8 h kultiviert. Nach diese Kallusphase wurden die Explantate auf Sproßinduktionsmedium (SIM) gelegt. SIM war wie folgt zusammengesetzt: MG + 2 mg/l Zeatinribosid, 0,02 mg/l NAA, 0,02 mg/l GA3, 250 mg/l Timentin, 30 bis 40 mg/l Kanamycin. Alle zwei Wochen wurden die Explantate auf frisches SIM transferiert. Die sich bildenden Sprosse wurden auf MS Medium mit 2% Saccharose und 250 mg/l Timentin und 30 bis 40 mg/l Kanamycin bewurzelt. For the transformation of potatoes (Solanum tuberosum) Leaf disks and internodes of in vitro plants with Agrobacterium tumefaciens in liquid Murashige Skoog medium for 20 Infected for minutes, and then co-cultivated in the dark for 2 d. After the coculture, the explants were placed on solid MS medium, which contains 1.6% glucose (MG) instead of sucrose and 5 mg / l NAA, 0.1 mg / l BAP, 250 mg / l timentin and 30 to 40 mg / l Kanamycin has been supplemented (KIM), at 21 ° C in a light / dark Cultivated rhythm of 16 h / 8 h. After this callus phase, the Explants placed on shoot induction medium (SIM). SIM was like composed as follows: MG + 2 mg / l zeatin riboside, 0.02 mg / l NAA, 0.02 mg / l GA3, 250 mg / l timentin, 30 to 40 mg / l kanamycin. All the explants were transferred to fresh SIM for two weeks. The shoots formed were on MS medium with 2% sucrose and rooted 250 mg / l timentin and 30 to 40 mg / l kanamycin.
Der putative Ferredoxin-Promotor wurde mittels PCR aus
genomischer Arabidopsis thaliana DNA mit den Primern pWL35
und pWL36 amplifiziert. Der Primer pWL35 beginnt mit den in
Fettdruck hervorgehobenen SalI und EcoRI Restriktionsschnittstellen
unmittelbar vor der kodierenden Region des pFD-Gens. Der Primer
pWL36 beginnt mit den in Fettdruck hervorgehobenen SalI und
Asp718 Restriktionsschnittstellen.
Reaktionsansatz
1 µl Genomische Arabidopsis DNA (ca. 250 ng)
0,5 µl Tth-Polymerase (2 U/µl)
3 µl Mg(OAc)2 (25 mM, final conc. 1,5 mM Mg2+)
15,2 µl 3,3 × Puffer
4 µl dNTPs (jeweils 2,5 mM, Takara, Endkonzentration:
jeweils 200 µM)
24,3 µl H2O
PCR-Bedingungen
1 Zyklus mit 3 min. bei 95°C
10 Zyklen mit 94°C für 10 sec, 50°C für 20 sec und 72°C für
1 min.
20 Zyklen mit 94°C für 10 sec, 65°C für 20 sec und 72°C für
1 min.
1 Zyklus mit 72°C für 5 min.,
anschließend Kühlung auf 4°C bis zur Weiterverarbeitung.
The putative ferredoxin promoter was amplified by PCR from genomic Arabidopsis thaliana DNA with the primers pWL35 and pWL36. The primer pWL35 begins with the SalI and EcoRI restriction sites highlighted in bold immediately before the coding region of the pFD gene. The primer pWL36 begins with the SalI and Asp718 restriction sites highlighted in bold.
Reaction mixture 1 µl genomic Arabidopsis DNA (approx. 250 ng)
0.5 µl Tth polymerase (2 U / µl)
3 µl Mg (OAc) 2 (25 mM, final conc. 1.5 mM Mg 2+ )
15.2 µl 3.3 x buffer
4 µl dNTPs (2.5 mM each, Takara, final concentration: 200 µM each)
24.3 µl H 2 O PCR conditions 1 cycle with 3 min. at 95 ° C
10 cycles with 94 ° C for 10 sec, 50 ° C for 20 sec and 72 ° C for 1 min.
20 cycles with 94 ° C for 10 sec, 65 ° C for 20 sec and 72 ° C for 1 min.
1 cycle at 72 ° C for 5 min.,
then cooling to 4 ° C until further processing.
Das pFD-Promotor PCR-Produkt wurde in den Vektor pCRII (Invitrogen) kloniert und anschließend mittels der durch das Primerpaar eingeführten SalI-Restriktionsschnittstellen isoliert und gelelektrophoretisch gereinigt. Für die Fusion mit dem GUS Gen wurde das ca. 850 bp umfassende pFD-Promotorfragment in den SalI- geschnittenen Binärvektor pBI101.2 (Clontech Inc.) kloniert und die Orientierung des Fragments wurde anschließend anhand von Restriktionsanalysen unter Verwendung der Endonukleasen BglII und BamHI verifiziert. Das resultierende Plasmid pFD: :GUS wurde in Tabak transformiert. Die erzeugten Tabakpflanzen wurden pFD : GUS genannt. The pFD promoter PCR product was transformed into the vector pCRII (Invitrogen) cloned and then by means of the primer pair introduced SalI restriction sites isolated and cleaned by gel electrophoresis. For the fusion with the CIS gene was the approximately 850 bp pFD promoter fragment in the SalI cloned binary vector pBI101.2 (Clontech Inc.) and the orientation of the fragment was then determined using Restriction analyzes using the endonucleases BglII and BamHI verified. The resulting plasmid pFD:: GUS was constructed in Transformed tobacco. The tobacco plants produced were pFD: GUS called.
Der putative Ferredoxin-Promotor wurde mittels PCR aus
genomischer Arabidopsis thaliana DNA amplifiziert. Dabei wurden
über die Primer die Restriktionsstellen EcoRI und NcoI angefügt.
Primer pFD1 (SEQ ID NO: 11)
5' GAG AAT TCG ATT CAA GCT TCA CTG C
Primer pFD2 (SEQ ID NO: 12)
5' CCA TGG GAG AGA CAG AGA GAC G
Reaktionsansatz
37,5 µl H2O
5,0 µl 10 × Reaktionspuffer (Endkonzentration Mg2+ 1,5 mM)
4,0 µl dNTP mix (jeweils 2,5 mM)
1,0 µl Primer pFD1 (10 µM)
1,0 µl Primer pFD2 (10 µM)
0,5 µl Taq-Polymerase (Takara, 2 U/µl)
1,0 µl genomischer Arabidopsis DNA (ca. 250 ng)
PCR-Bedingungen
1 Zyklus mit 3 min. bei 94°C
10 Zyklen mit 94°C für 10 sec, 48°C für 20 sec und 72°C für
1 min
25 Zyklen mit 94°C für 10 sec, 65°C für 20 sec und 72°C für
1 min
1 Zyklus mit 72°C für 5 min.
The putative ferredoxin promoter was amplified by PCR from Arabidopsis thaliana genomic DNA. The restriction sites EcoRI and NcoI were added via the primers.
Primer pFD1 (SEQ ID NO: 11)
5 'GAG AAT TCG ATT CAA GCT TCA CTG C
Primer pFD2 (SEQ ID NO: 12)
5 'CCA TGG GAG AGA CAG AGA GAC G reaction mixture 37.5 µl H2O
5.0 µl 10 × reaction buffer (final concentration Mg 2+ 1.5 mM)
4.0 µl dNTP mix (2.5 mM each)
1.0 µl primer pFD1 (10 µM)
1.0 µl primer pFD2 (10 µM)
0.5 µl Taq polymerase (Takara, 2 U / µl)
1.0 µl genomic Arabidopsis DNA (approx. 250 ng) PCR conditions 1 cycle with 3 min. at 94 ° C
10 cycles with 94 ° C for 10 sec, 48 ° C for 20 sec and 72 ° C for 1 min
25 cycles with 94 ° C for 10 sec, 65 ° C for 20 sec and 72 ° C for 1 min
1 cycle at 72 ° C for 5 min.
Das PCR Produkt wurde in das Plasmid pCRII (Invitrogen) subkloniert. Das Plasmid pCAMBIA 2300 (CAMBIA, GPO Box 3200, Canberra ACT 2601, Australia; GenBank Acc.-No: AF234315; Binary vector pCAMBIA-2300, complete sequence; Hajdukiewicz P et al. (1994) Plant Mol Biol 25(6): 989-994) wurde mit EcoRI/NcoI geschnitten und das pFD Promotorfragment als EcoRI/NcoI Fragment aus dem pCRII Plasmid in diesen Vektor umkloniert. Dabei wurde der 35S Promotor aus dem Cambiavektor entfernt. Das resultierende Plasmid wurde als pFD-Promotor:NPTII bezeichnet und in Tabak transformiert. The PCR product was transformed into the plasmid pCRII (Invitrogen) subcloned. The plasmid pCAMBIA 2300 (CAMBIA, GPO Box 3200, Canberra ACT 2601, Australia; GenBank Acc.-No: AF234315; Binary vector pCAMBIA-2300, complete sequence; Hajdukiewicz P et al. (1994) Plant Mol Biol 25 (6): 989-994) was treated with EcoRI / NcoI cut and the pFD promoter fragment as EcoRI / NcoI fragment cloned from the pCRII plasmid into this vector. It was the 35S promoter removed from the cambia vector. The resulting Plasmid was named pFD promoter: NPTII and in tobacco transformed.
Im Rahmen histochemischer Untersuchungen zeigten transgene pFD: :GUS
Tabakpflanzen eine starke GUS-Färbung in "source"-Blättern
und eine schwache GUS-Färbung in den Geweben aller Blütenorgane.
Eine starke Färbung im Wurzelgewebe wurde nur bei in vitro-
Pflanzen beobachtet, deren Wurzeln der Belichtung ausgesetzt
waren. Anhand von Blattscheiben, die aus als pFD: :GUS-positiv
identifizierten Pflanzen ausgestanzt worden waren, wurde
Kalluswachstum induziert. Das Kallusgewebe sowie die sich daraus
entwickelnden Pflanzensprosse zeigten eine GUS-Färbung, die in ihrer
Intensität der GUS-Färbung von CaMV35S: :GUS (in pCambia 1304;
CAMBIA, GPO Box 3200, Canberra ACT 2601, Australia; GenBank Acc.-
No.: AF234300, Binary vector pCAMBIA-1304, complete sequence,
Hajdukiewicz P et al. (1994) Plant Mol. Biol. 25(6): 989-994)
(1994)) transgenen Pflanzen vergleichbar war. In der unten
aufgeführten Tabelle (Tab. 3) wurden die Daten zur Quantifizierung
der GUS-Aktivität in den Antheren (Staubbeuteln) und "source"-
Blättern ausgewählter transgener pFD: :GUS Tabakpflanzen
zusammengestellt.
Tabelle 3
Quantifizierung der GUS-Aktivität in den Antheren und
"source"-Blättern ausgewählter transgener pFD: :GUS Tabakpflanzen
In the context of histochemical studies, transgenic pFD:: GUS tobacco plants showed a strong GUS staining in "source" leaves and a weak GUS staining in the tissues of all flower organs. A strong staining in the root tissue was only observed in in vitro plants whose roots were exposed to the light. Callus growth was induced using leaf disks punched out from plants identified as pFD:: GUS-positive. The callus tissue and the plant shoots which developed from it showed a GUS staining which, in its intensity, corresponds to that of CaMV35S:: GUS (in pCambia 1304; CAMBIA, GPO Box 3200, Canberra ACT 2601, Australia; GenBank Acc.- No. : AF234300, Binary vector pCAMBIA-1304, complete sequence, Hajdukiewicz P et al. (1994) Plant Mol. Biol. 25 (6): 989-994) (1994)) was comparable to transgenic plants. In the table below (Tab. 3) the data for the quantification of the GUS activity in the anthers (anthers) and "source" leaves of selected transgenic pFD:: GUS tobacco plants were compiled. Table 3 Quantification of GUS activity in the anthers and "source" leaves of selected transgenic pFD:: GUS tobacco plants
Die Antheren der reifen Blüten zeigen keine Promotoraktivität. Bei geschlossenen Blüten ist sie schwach ausgeprägt. The anthers of the mature flowers show no promoter activity. It is weakly pronounced when the flowers are closed.
Für die Untersuchung der pFD-Promotor gestützten Vermittlung von Resistenz gegen Kanamycin wurde das pFD-Promotor:NPTII Plasmid in Tabak transformiert. Die selektive Regeneration der Tabakpflänzchen erfolgte auf Kanamycin (100 mg/l). Die aus den sich entwickelnden Sprossknospen regenerierten Pflanzen enthielten das Kanamycin, was zeigte, dass der pFD Promotor das NPTII Genexprimiert hat und somit die Selektion ermöglichte. Die Ergebnisse demonstrieren, dass die isolierte Nukleinsäuresequenz die gewünschten vorteilhaften Promotoreigenschaften besitzt, d. h. sie zeigt eine Promotoraktivität, die geeignet ist Selektionsmarker effektiv zu exprimieren und weist eine nur geringe Aktivität im Pollen auf. Die Aktivität in den Antheren beträgt in der Regel weniger als 10% der Aktivität in den Source-Blättern. For the study of the pFD promoter-mediated mediation of Resistance to kanamycin was the pFD promoter: NPTII plasmid transformed into tobacco. The selective regeneration of the Tobacco plants were made on kanamycin (100 mg / l). The one from itself developing buds contained regenerated plants the kanamycin, which showed that the pFD promoter was the NPTII Has expressed gene and thus made the selection possible. The Results demonstrate that the isolated nucleic acid sequence has the desired advantageous promoter properties, d. H. it shows promoter activity that is suitable Effectively express selection markers and exhibits only a low one Activity in the pollen. The activity in the anthers is in the Usually less than 10% of the activity in the source sheets.
Eine weitere Variante des pFD Promotors stellt die Deletion pFD-
short (pFds) dar. Dazu wurde der Abschnitt von Basenpaar 137
bis 837 des pFD Promotors unter Verwendung nachfolgender Primer
amplifiziert:
Reaktionsansatz
37,5 µl H2O
5,0 µl 10 × Reaktionspuffer ("genomic PCR")
4,0 µl dNTP mix (jeweils 2,5 mM)
2,2 µl 25 mM Mg(OAc)2 (Endkonzentration 1,1 mM)
1,0 µl Primer pFD3 (10 µM)
1,0 µl Primer pFD5 (10 µM)
0,5 µl Pfu-turbo Polymerase Mix
1,0 µl Genomische Arabidopsis DNA (ca. 250 ng)
PCR-Bedingungen
1 Zyklus mit 5 min. bei 95°C
25 Zyklen mit 94°C für 30 sec, 50°C für 60 sec und 72°C für
1 min.
1 Zyklus mit 50°C für 60 sec, 72°C für 10 min.,
anschließend Kühlung auf 4°C bis zur Weiterverarbeitung.
Another variant of the pFD promoter is the deletion pFD-short (pFds). For this purpose, the section from base pair 137 to 837 of the pFD promoter was amplified using the following primers:
Reaction mixture 37.5 µl H2O
5.0 µl 10 × reaction buffer ("genomic PCR")
4.0 µl dNTP mix (2.5 mM each)
2.2 µl 25 mM Mg (OAc) 2 (final concentration 1.1 mM)
1.0 µl primer pFD3 (10 µM)
1.0 µl primer pFD5 (10 µM)
0.5 µl Pfu-turbo polymerase mix
1.0 µl genomic Arabidopsis DNA (approx. 250 ng) PCR conditions 1 cycle with 5 min. at 95 ° C
25 cycles with 94 ° C for 30 sec, 50 ° C for 60 sec and 72 ° C for 1 min.
1 cycle at 50 ° C for 60 sec, 72 ° C for 10 min., Then cooling to 4 ° C until further processing.
Die Primer enthielten Erkennungssequenzen für das Restriktionsenzym BamHI. Nach Spaltung des PCR Produktes mit BamHI wurde es in das Plasmid pGUSINT37 (s. o.), das ebenfalls BamHI geschnitten und dephosphoryliert wurde, ligiert. Mit dem resultierenden Konstrukt pFDsGUSINT wurden Tabakblätter mit der Biolistics (BioRad) beschossen. Dabei wurden Microcarrier (25 µg Gold, Heraeus 0,3 bis 3 µm) mit 10 µg Plasmid DNA, 2,5 M CaCl2, und 0,1 M Spermidine behandelt, mit Alkohol gewaschen und bei einem Vakuum von 26 inch und einem Druck von 1100 psi auf die Blätter, die auf MS-Medium lagen, geschossen. Die Explantate wurden anschließend für 24 h in MS-Medium mit 2% Sucrose inkubiert und dann mit X-gluc histochemisch gefärbt. Blaue Spots zeigten die Aktivität des Promotors. The primers contained recognition sequences for the restriction enzyme BamHI. After cleavage of the PCR product with BamHI, it was ligated into the plasmid pGUSINT37 (see above), which was also cut by BamHI and dephosphorylated. The resulting construct pFDsGUSINT was used to bombard tobacco leaves with the Biolistics (BioRad). Microcarriers (25 µg gold, Heraeus 0.3 to 3 µm) were treated with 10 µg plasmid DNA, 2.5 M CaCl 2 and 0.1 M spermidine, washed with alcohol and under a vacuum of 26 inches and a pressure shot at 1100 psi on the sheets lying on MS medium. The explants were then incubated for 24 h in MS medium with 2% sucrose and then histochemically stained with X-gluc. Blue spots showed the activity of the promoter.
Als BamHI Fragment wird der pFDs Promotor aus pFDsGUSINT herausgeschnitten und seine Enden mittels Klenow-"Fill-In" geglättet. das erhaltene Fragment wird vor das NPTII Gen des Plasmids pSUN5NPTIICat (SEQ ID NO: 24), EcoRV geschnitten und dephosphoryliert, kloniert. Das Plasmid pSUN5NPTII ist ein Derivat des Plasmids pSUN3 (SEQ ID NO: 23), welches neben einer nosP/Pat Kassette noch ein promotorloses NPTII Gen enthält. Mit diesem Konstrukt ist es möglich Promotoren auf ihre Fähigkeit zur Expression von NPTII zu testen. Parallel kann die Selektion auf Phosphinothricin enthaltenden Medium erfolgen. As a BamHI fragment, the pFDs promoter is made from pFDsGUSINT cut out and smoothed its ends with Klenow "Fill-In". the fragment obtained is placed in front of the NPTII gene of the plasmid pSUN5NPTIICat (SEQ ID NO: 24), EcoRV cut and dephosphorylated, cloned. The plasmid pSUN5NPTII is a derivative of the Plasmids pSUN3 (SEQ ID NO: 23), which in addition to a nosP / Pat Cassette still contains a promoterless NPTII gene. With this It is possible to construct promoters based on their ability Test expression of NPTII. In parallel, the selection on medium containing phosphinothricin.
Das resultierende Plasmid pSun5FdsNPTII wird in Tabak transformiert. Regenerierte und selektierte Sprosse zeigten, dass der pFDs Promotor die Selektion auf NPTII erlaubt. The resulting plasmid pSun5FdsNPTII is in tobacco transformed. Regenerated and selected rung showed that the pFDs promoter allows selection for NPTII.
Die putative Promotorregion des FNR-Gens wurde unter Verwendung
der Oligonukleotidprimer L-FNRara und R-FNRara aus genomischer
DNA amplifiziert wobei das ATG-Startcodon des FNR-Gens ausgespart
und vier putative Stop-Codons des stromaufwärts gelegenen offenen
Leserahmens beibehalten wurden. Anhand der Primer L-FNRara und
R-FNRara wurde der FNR-Promotor als ein 635 bp großes Fragment
entsprechend dem Abschnitt des Klons K2A18.15 von Position 69493
bis Position 70127 (beide Nukleotide inklusive) mittels PCR aus
genomischer Arabidopsis thaliana DNA amplifiziert. Der Primer
L-FNRara beginnt mit den in Fettdruck hervorgehobenen SalI und
BamHI Restriktionsschnittstellen und befindet sich stromaufwärts
vor den vier Stop-Codons des dem FNR-Promotor vorgeschalteten
Gens. Der Primer R-FNRara beginnt mit den in Fettdruck
hervorgehobenen SalI und XbaI Restriktionsschnittstellen unmittelbar
vor dem ATG-Startcodon des FNR-Gens.
The putative promoter region of the FNR gene was amplified from genomic DNA using the oligonucleotide primers L-FNRara and R-FNRara, leaving out the ATG start codon of the FNR gene and retaining four putative stop codons of the upstream open reading frame. Using the primers L-FNRara and R-FNRara, the FNR promoter was amplified as a 635 bp fragment corresponding to the section of clone K2A18.15 from position 69493 to position 70127 (both nucleotides included) by means of PCR from genomic Arabidopsis thaliana DNA. The primer L-FNRara begins with the SalI and BamHI restriction sites highlighted in bold and is located upstream of the four stop codons of the gene upstream of the FNR promoter. The primer R-FNRara begins with the SalI and XbaI restriction sites highlighted in bold immediately before the ATG start codon of the FNR gene.
Zur Amplifizierung des FNR-Promotors wurde ein sogenanntes
"touchdown" PCR-Protokoll unter Verwendung des "Advantage Genomic
Polymerase Mix" (Clontech Laboratories, Inc. Katalog-Nr. #8418-1)
benutzt. Der obengenannte Polymerase-Mix enthält eine
thermostabile DNA-Polymerase aus Thermus thermophilus (Tth DNA
Polymerase), gemischt mit einem kleineren Anteil der "Vent
Proofreading 3'-5' Polymerase", und den Tth Start Antikörper, der
"hot-start" PCR ermöglicht.
Reaktionsansatz
36,8 µl H2O
5 µl 10 × Reaktionspuffer ("genomic PCR")
1 µl dNTP mix (jeweils 10 mM)
2,2 µl 25 mM Mg(OAc)2 (Endkonzentration 1,1 mM)
1 µl Primer L-FNR ara (10 µM)
1 µl Primer R-FNR ara (10 µM)
1 µl 50 × Polymerase Mix
2 µl Genomische Arabidopsis DNA (ca. 500 ng)
PCR-Bedingungen
1 Zyklus mit 1 min. bei 94°C
10 Zyklen mit 94°C für 30 sec und 70°C für 3 min.
32 Zyklen mit 94°C für 30 sec und 65°C für 3 min.
1 Zyklus mit 65°C für 4 min.,
anschließend Kühlung auf 4°C bis zur Weiterverarbeitung.
A so-called "touchdown" PCR protocol using the "Advantage Genomic Polymerase Mix" (Clontech Laboratories, Inc. Catalog No. # 8418-1) was used to amplify the FNR promoter. The above-mentioned polymerase mix contains a thermostable DNA polymerase from Thermus thermophilus (Tth DNA polymerase), mixed with a smaller portion of the "Vent Proofreading 3'-5 'polymerase", and the Tth Start antibody, the "hot-start" PCR allows. Reaction mixture 36.8 µl H 2 O
5 µl 10 × reaction buffer ("genomic PCR")
1 µl dNTP mix (10 mM each)
2.2 µl 25 mM Mg (OAc) 2 (final concentration 1.1 mM)
1 µl primer L-FNR ara (10 µM)
1 µl primer R-FNR ara (10 µM)
1 µl 50 × polymerase mix
2 µl genomic Arabidopsis DNA (approx. 500 ng) PCR conditions 1 cycle with 1 min. at 94 ° C
10 cycles with 94 ° C for 30 sec and 70 ° C for 3 min.
32 cycles with 94 ° C for 30 sec and 65 ° C for 3 min.
1 cycle at 65 ° C for 4 min., Then cooling to 4 ° C until further processing.
Das FNR-Promotor PCR-Produkt wurde nach Gel-elektrophoretischer Auftrennung und Reinigung aus dem Gel mit dem Quiagen-PCR-Reinigungskit per TA-Klonierung in den Vektor pCRII (Invitrogen) kloniert. Das Promotorfragment wurde anschließend aus dem resultierenden Plasmid pATFNR1 mittels der durch das Primerpaar eingeführten XbaI und BamHI-Restriktionsschnittstellen durch Verdau mit XbaI/BamHI isoliert und gelelektrophoretisch gereinigt. Für die Fusion mit dem GUS Gen wurde das ca. 600 bp umfassende FNR-Promotorfragment in den XbaI/BamHI-restringierten Binärvektor pBI101 kloniert. Die korrekte Insertion des richtigen Fragments im resultierenden Plasmid pATFNR-Bi wurde anschließend anhand einer Restriktionsanalyse unter Verwendung der Endonukleasen EcoRV verifiziert. Das Plasmid pATFNR-Bi wurde zur Tabaktransformation verwendet. The FNR promoter PCR product became electrophoretic after gel Separation and purification from the gel with the Quiagen PCR purification kit via TA cloning into the vector pCRII (Invitrogen) cloned. The promoter fragment was then extracted from the resulting plasmid pATFNR1 by means of the primer pair introduced XbaI and BamHI restriction sites Digestion isolated with XbaI / BamHI and purified by gel electrophoresis. The approximately 600 bp was used for the fusion with the GUS gene FNR promoter fragment in the XbaI / BamHI restricted binary vector pBI101 cloned. The correct insertion of the right fragment in the resulting plasmid pATFNR-Bi was then used restriction analysis using the endonucleases EcoRV verified. The plasmid pATFNR-Bi became the Tobacco transformation used.
Für die Transformation in Raps wurde der FNR Promoter als SalI Fragment des Plasmids pCR_ATFNR in den mit SalI und XhoI geschnittenen Vektor pS3NitGUS, den Nitrilase Promotor ersetzend, kloniert. For the transformation into oilseed rape, the FNR promoter was named SalI Fragment of the plasmid pCR_ATFNR in the with SalI and XhoI cut vector pS3NitGUS, replacing the nitrilase promoter, cloned.
Für die Untersuchung der FNR-Promotor gestützten Vermittlung von Resistenz gegen Phosphinothricin wurde der FNR-Promotor als SaII Fragment aus dem Plasmid pATFNR1 vor das Phosphinothricin Resistenzgen in das SalI geschnittene Plasmid pSUN3PatNos (SEQ ID NO: 25) kloniert. For the investigation of the FNR promoter-mediated mediation of resistance to phosphinothricin was the FNR promoter as SaII fragment from the plasmid pATFNR1 in front of the phosphinothricin Resistance gene in the SalI cut plasmid pSUN3PatNos (SEQ ID NO: 25) cloned.
Für die Vermittlung von Resistenz gegen Kanamycin wurde der FNR Promotor als SalI Fragment vor das NptII-Resistenzgen in das Xhol geschnittene, dephosphorylierte Plasmid pSUN5NptIICat (Sungene GmbH & Co KGaA, SEQ ID NO: 24) kloniert. Das resultierende Plasmid mit der Bezeichnung pS5FNRNptII wurde in Tabak und in Raps transformiert. For the mediation of resistance to kanamycin, the FNR Promoter as a SalI fragment in front of the NptII resistance gene in the Xhol cut, dephosphorylated plasmid pSUN5NptIICat (Sungene GmbH & Co KGaA, SEQ ID NO: 24). The resulting Plasmid called pS5FNRNptII was found in tobacco and in Rapeseed transformed.
Transgene FNR: :GUS-Tabakpflanzen zeigten starke GUS-Expression in allen grünen Geweben, vor allem in "source"-Blättern, Blattstielen und Internodien sowie allen Blütenorganen voll entwickelter Blüten (Ovarium, Stigma, Kelch- und Kronblätter) mit Ausnahme von Pollen, der keine GUS-Aktivität zeigte; eine geringe Färbungsintensität wurde in Antheren detektiert. Bei der ersten Analyse von Blattscheibchen von 80 in vitro-Pflanzen zeigten 70 Pflanzen eine starke GUS-Färbung mit geringer Variation in der Färbeintensität zwischen den individuellen Pflanzen. Das wurde als Hinweis darauf gewertet, dass der FNR-Promotor ein Element enthält, dassfür limitierte Positionseffekte sorgt. In den Gewebekulturpflanzen war die GUS-Aktivität der FNR: :GUS Pflanzen deutlich geringer als die der TPT: :GUS Pflanzen. Transgene Rapspflanzen zeigten das gleiche Färbemuster. Transgenic FNR:: GUS tobacco plants showed strong GUS expression in all green tissues, especially in "source" leaves, Petioles and internodes as well as all flower organs full developed flowers (ovary, stigma, sepals and petals) with Except for pollen that showed no GUS activity; a small one Staining intensity was detected in anthers. In the first Analysis of leaf disks from 80 in vitro plants showed 70 plants have a strong GUS staining with little variation in the Color intensity between the individual plants. That would evaluated as an indication that the FNR promoter is an element contains that provides limited position effects. In the Tissue culture plants was the GUS activity of the FNR:: GUS plants significantly lower than that of the TPT:: CIS plants. transgenic Rapeseed plants showed the same coloring pattern.
Samenmaterial (F1) der Linien FNR 13, FNR 45 und FNR 28 wurde bezüglich seiner GUS-Aktivität analysiert. Dabei zeigte sich, dass weder in ruhenden Samen noch in ausgebrachten Keimlingen (3.5 Tage nach Aussaat) GUS-Aktivität detektiert werden konnte. Seed material (F1) of lines FNR 13, FNR 45 and FNR 28 was analyzed for its GUS activity. It showed that neither in dormant seeds nor in planted seedlings (3.5 days after sowing) GUS activity could be detected.
In späteren Keimlingsstadien (6 und 10 Tage nach Aussaat) wurde starke GUS-Aktivität in Keimblättern und im oberen Bereich der Keimlingsachse detektiert, wogegen keine GUS-Färbung in den Wurzeln gefunden wurde. Bei Keimlingen, die im Dunkeln angezogen wurden, war die GUS-Aktivität auf die Kotyledonen beschränkt und war insgesamt geringer als bei lichtgekeimten Sämlingen. In later seedling stages (6 and 10 days after sowing) strong GUS activity in cotyledons and in the upper part of the Seedling axis detected, whereas no GUS staining in the Roots was found. In seedlings that are grown in the dark GUS activity was restricted to the cotyledons and was overall less than that of light-sprouted seedlings.
Die quantitative Untersuchung der GUS-Aktivität in FNR: :GUS
transgenen Tabakpflanzen (transformiert mit Plasmid pATFNR-Bi)
wurde an den ersten voll entwickelten Blättern von Tabakpflanzen
21 Tage nach dem Transfer von der Gewebekultur ins Gewächshaus
analysiert. Die Daten entsprechen dem Mittelwert von vier
unabhängigen Messungen.
Tabelle 4
Quantifizierung der GUS-Aktivität in Blattmaterial
ausgewählter transgener FNR: :GUS Tabakpflanzen (transformiert
mit Plasmid pATFNR-Bi)
The quantitative investigation of GUS activity in FNR:: GUS transgenic tobacco plants (transformed with plasmid pATFNR-Bi) was analyzed on the first fully developed leaves of tobacco plants 21 days after the transfer from the tissue culture into the greenhouse. The data correspond to the mean of four independent measurements. Table 4 Quantification of GUS activity in leaf material of selected transgenic FNR:: GUS tobacco plants (transformed with plasmid pATFNR-Bi)
Das Plasmid pSUN3FNRPat wurde unter Verwendung des Agrobacterium tumefaciens Stamm EHA101 zur Tabaktransformation, wie unter 3. beschrieben, verwendet. Die selektive Regeneration der Tabakpflänzchen erfolgte einerseits auf Phosphinothricin (5 mg/l) und andererseits zur Kontrolle auf Kanamycin (100 mg/l). 97% der Explantate, die unter Kanamycindruck (nosP:NPTII) und 40% der Explantate, die unter Phosphinothricindruck (FNR:Bar) selektiert wurden, entwickleten Sprossknospen. Die unter Phosphinotricindruck regenerierten Pflanzen enthielten sowohl das Kanamycin als auch das Phosphinothricingen was zeigte, dass der FNR Promotor das Phosphinothricinacetyltransferase Gen exprimiert hat und somit die Selektion ermöglichte. Samen der transgenen Tabakpflanzen wurden auf MS Medium, welches 10 mg/l Phosphinothricin enthielt, ausgelegt und die Keimungsrate bestimmt. Im Gegensatz zur Kontrolle mit nicht transformierten Tabaksamen entwickelten sich die Keimlinge normal. In den Nachkommenschaften der Linien wurde das übertragene und durch den FNR Promotor exprimierte Gen der Phosphinothricinacetyltransferase mittels PCR nachgewiesen. Die Ergebnisse demonstrieren, dass die isolierte Nukleinsäuresequenz die gewünschten vorteilhaften Promotoreigenschaften besitzt, d. h. sie zeigt eine Promotoraktivität, die geeignet ist, Selektionsmarker effektiv zu exprimieren und weist keine Aktivität im Pollen auf. The plasmid pSUN3FNRPat was constructed using the Agrobacterium tumefaciens strain EHA101 for tobacco transformation, as under 3. described, used. The selective regeneration of the Tobacco plants were made on the one hand on phosphinothricin (5 mg / l) and on the other hand, to check for kanamycin (100 mg / l). 97% of Explants under Kanamycin (nosP: NPTII) and 40% of the Explants selected under phosphinothric pressure (FNR: Bar) developed buds. The below Plants regenerated from phosphinotric contained both the kanamycin and also the phosphinothricin gene which showed that the FNR promoter has expressed the phosphinothricin acetyltransferase gene and thus making the selection possible. Seeds of transgenic Tobacco plants were grown on MS medium containing 10 mg / l phosphinothricin contained, designed and determined the germination rate. In contrast to Control with untransformed tobacco seeds developed the seedlings normal. In the progeny of the lines was the gene transmitted and expressed by the FNR promoter Phosphinothricin acetyltransferase detected by PCR. The Results demonstrate that the isolated nucleic acid sequence has the desired advantageous promoter properties, d. H. it shows a promoter activity that is suitable Effectively express selection marker and shows no activity in the Pollen on.
Für die Untersuchung der FNR-Promotor gestützten Vermittlung von Resistenz gegen Kanamycin wurde der FNR-Promotor mit dem NptII Gen kombiniert. Das resultierende Konstrukt pS5FNRNptII wurde in den Agrobakterium tumefaciens Stamm GV3101[mp90] für die Transformation in Tabak und Raps transformiert. For the study of the FNR promoter-mediated mediation of Resistance to kanamycin was the FNR promoter with the NptII Gene combined. The resulting construct pS5FNRNptII was described in the Agrobacterium tumefaciens strain GV3101 [mp90] for the Transformation transformed into tobacco and rapeseed.
Samen der transgenen Tabakpflanzen wurden auf MS Medium, welches 100 mg/l Kanamycin enthielt, ausgelegt und die Keimungsrate bestimmt. Im Gegensatz zur Kontrolle mit nicht transformierten Tabaksamen entwickelten sich die Keimlinge normal. In den Nachkommenschaften der Linien wurde das übertragene und durch den FNR Promotor exprimierte Gen der Neomycin Phosphotransferase (nptII) mittels PCR nachgewiesen. Seeds of the transgenic tobacco plants were grown on MS medium, which Contained 100 mg / l kanamycin, designed and the germination rate certainly. In contrast to the control with non-transformed The seedlings developed tobacco seeds normally. In the Progeny of the lines was the transferred and through the FNR Promoter expressed neomycin phosphotransferase (nptII) gene detected by PCR.
Die resultierenden Stämme sind für die Transformation, wie unter Beispiel 2 beschrieben, eingesetzt worden. Die selektive Regeneration wurde in Gegenwart von 100 mg/l (bzw. 18 mg/l für Raps) Kanamycin erreicht. Die unter Kanamycindruck regenerierten Pflanzen enthielten sowohl das Kanamycin als auch das Phosphinothricingen was zeigte, dass der FNR Promotor das NptII Gen exprimiert hat und somit die Selektion der Pflanzen ermöglichte. The resulting strains are like for transformation described in Example 2, were used. The selective one Regeneration was carried out in the presence of 100 mg / l (or 18 mg / l for Rapeseed) reached kanamycin. The regenerated under Kanamyc pressure Plants contained both the kanamycin and that Phosphinothricingen which showed that the FNR promoter the NptII gene has expressed and thus enabled the selection of the plants.
Die Ergebnisse demonstrieren, dass die isolierte Nukleinsäuresequenz die gewünschten vorteilhaften Promotoreigenschaften besitzt, d. h. sie zeigt eine Promotoraktivität, die geeignet ist, Selektionsmarker effektiv zu exprimieren und weist keine Aktivität im Pollen auf. The results demonstrate that the isolated Nucleic acid sequence the desired advantageous promoter properties owns, d. H. it shows promoter activity that is suitable is to effectively express selection markers and has none Activity in the pollen.
Die Analyse von putativ transgenen Kartoffelpflanzen zeigte bei 20 Linien eine starke GUS Färbung in den Blättern, vergleichbar mit dem Expressionspattern der Tabakpflanzen. Mit der Ausnahme von 5 Pflanzen, die eine sehr schwache Färbung in den Kartoffelknollen aufwiesen, konnte keine Expression des FNR Promoters in den verbleibenden Pflanzen nachgewiesen werden. The analysis of putative transgenic potato plants showed 20 lines of strong GUS coloring in the leaves, comparable with the expression pattern of the tobacco plants. With the exception of 5 plants with a very weak color in the Potato tubers showed no expression of the FNR promoter in the remaining plants.
Die Daten zeigen, dass dieser Promoter keine oder sehr schwache Aktivität in den Speicherorganen von Kartoffelpflanzen hat und geeignet ist für die Expression von Genen, beispielsweise von Insektiziden, in den Blättern und anderen oberiridschen Organen von Pflanzen, deren Genprodukte in den Speicherorganen unerwünscht sind. The data show that this promoter has no or very weak Has activity in the storage organs of potato plants and is suitable for the expression of genes, for example of Insecticides, in the leaves and other upper irid organs of Plants whose gene products are undesirable in the storage organs are.
Die putative Promotor-Region des TPT-Gens aus Arabidopsis
thaliana wurde durch Amplifizierung mit den Oligonukleotid-
Primern L-TPTara und R-TPTara isoliert, wobei das ATG-Startcodon
des TPT-Gens ausgespart wurde. Anhand der Primer L-TPTara und
R-TPTara wurde der TPT-Promotor als ein 2038 bp großes Fragment
mittels PCR aus genomischer Arabidopsis thaliana DNA amplifiziert
(SEQ ID NO: 3). Der Primer L-TPTara beginnt mit den in Fettdruck
hervorgehobenen SalI und BamHI Restriktionsschnittstellen. Der
Primer R-TPTara beginnt mit den in Fettdruck hervorgehobenen
AatII, SalI und XbaI Restriktionsschnittstellen unmittelbar vor
dem ATG-Startcodon des TPT-Gens.
The putative promoter region of the Arabidopsis thaliana TPT gene was isolated by amplification with the oligonucleotide primers L-TPTara and R-TPTara, whereby the ATG start codon of the TPT gene was left out. Using the primers L-TPTara and R-TPTara, the TPT promoter was amplified as a 2038 bp fragment using PCR from genomic Arabidopsis thaliana DNA (SEQ ID NO: 3). The L-TPTara primer begins with the SalI and BamHI restriction sites highlighted in bold. The primer R-TPTara begins with the AatII, SalI and XbaI restriction sites highlighted in bold immediately before the ATG start codon of the TPT gene.
Zur Amplifizierung des TPT-Promotors wurde ein sogenanntes
"touchdown" PCR-Protokoll unter Verwendung des "Advantage Genomic
Polymerase Mix" (Clontech Laboratories, Inc. Katalog-Nr. #8418-1)
benutzt. Der obengenannte Polymerase-Mix enthält eine
thermostabile DNA-Polymerase aus Thermus thermophilus (Tth DNA
polymerase), gemischt mit einem kleineren Anteil der "Vent
proofreading 3'-5' Polymerase", und dem Tth Start Antikörper, der
"hot-start" PCR ermöglicht.
Reaktionsansatz
36,8 µl H2O
5 µl 10 × Reaktionspuffer ("genomic PCR")
1 µl dNTP mix (jeweils 10 mM)
2,2 µl 25 mM Mg(OAc)2 (Endkonzentration 1,1 mM)
1 µl Primer L-FNR ara (10 µM)
1 µl Primer R-FNR ara (10 µM)
1 µl 50 × Polymerase Mix
2 µl Genomische Arabidopsis DNA (ca. 500 ng)
PCR-Bedingungen
1 Zyklus mit 1 min. bei 94°C
10 Zyklen mit 94°C für 30 sec und 70°C für 3 min.
32 Zyklen mit 94°C für 30 sec und 65°C für 3 min.
1 Zyklus mit 65°C für 4 min., anschließend Kühlung auf 4°C
bis zur Weiterverarbeitung.
A so-called "touchdown" PCR protocol using the "Advantage Genomic Polymerase Mix" (Clontech Laboratories, Inc. Catalog No. # 8418-1) was used to amplify the TPT promoter. The above-mentioned polymerase mix contains a thermostable DNA polymerase from Thermus thermophilus (Tth DNA polymerase), mixed with a smaller proportion of the "vent proofreading 3'-5 'polymerase", and the Tth Start antibody, the "hot-start" PCR allows. Reaction mixture 36.8 µl H 2 O
5 µl 10 × reaction buffer ("genomic PCR")
1 µl dNTP mix (10 mM each)
2.2 µl 25 mM Mg (OAc) 2 (final concentration 1.1 mM)
1 µl primer L-FNR ara (10 µM)
1 µl primer R-FNR ara (10 µM)
1 µl 50 × polymerase mix
2 µl genomic Arabidopsis DNA (approx. 500 ng) PCR conditions 1 cycle with 1 min. at 94 ° C
10 cycles with 94 ° C for 30 sec and 70 ° C for 3 min.
32 cycles with 94 ° C for 30 sec and 65 ° C for 3 min.
1 cycle at 65 ° C for 4 min., Then cooling to 4 ° C until further processing.
Das TPT-Promotor PCR-Produkt wurde nach Gel-elektrophoretischer Auftrennung und Reinigung aus dem Gel mit dem Quiagen-PCR-Reinigungskit per TA-Klonierung in den Vektor pCRII (Invitrogen) kloniert. Das Promotorfragment wurde anschließend aus dem resultierenden Plasmid pATTPT mittels der durch das Primerpaar eingeführten SalI und XbaI-Restriktionsschnittstellen isoliert und gelelektrophoretisch gereinigt. Für die Fusion mit dem GUS Gen wurde das ca. 2,0 kb umfassende TPT-Promotorfragment in den SalI/XbaI-restringierten Binärvektor pBI101 kloniert. Die korrekte Insertion des richtigen Fragments im resultierenden Plasmid pATTPT-Bi wurde anschließend anhand einer Restriktionsanalyse unter Verwendung der Endonukleasen HindIII verifiziert. Das Plasmid pATTPT-Bi wurde zur Tabaktransformation verwendet. The TPT promoter PCR product became electrophoretic after gel Separation and purification from the gel with the Quiagen PCR purification kit via TA cloning into the vector pCRII (Invitrogen) cloned. The promoter fragment was then extracted from the resulting plasmid pATTPT by means of the primer pair introduced SalI and XbaI restriction sites isolated and cleaned by gel electrophoresis. For the merger with the CIS The approximately 2.0 kb TPT promoter fragment was gene cloned the SalI / XbaI restricted binary vector pBI101. The correct insertion of the correct fragment in the resulting Plasmid pATTPT-Bi was then determined using a Restriction analysis verified using the endonucleases HindIII. The plasmid pATTPT-Bi was used for tobacco transformation.
Für die Transformation in Raps wurde der TPT Promoter als SalI Fragment des Plasmids pATTPT in den mit SalI und XhoI geschnittenen Vektor pS3NitGUS, den Nitrilase Promotor ersetzend, kloniert. The TPT promoter was used as SalI for the transformation into oilseed rape Fragment of the plasmid pATTPT in the with SalI and XhoI cloned vector pS3NitGUS, replacing the nitrilase promoter, cloned.
Für die Untersuchung der TPT-Promotor gestützten Vermittlung von Resistenz gegen Phosphinothricin wurde der TPT-Promotor als SalI Fragment aus dem Plasmid pATTPT vor das Phosphinothricin Resistenzgen in das SalI geschnittene Plasmid pSUN3PatNos kloniert. Das resultierende Plasmid pSUN3TPTPat wurde unter Verwendung des Agrobacterium tumefaciens Stamm EHA101 zur Tabaktransformation verwendet. Die selektive Regeneration der Tabakpflänzchen erfolgte einerseits auf Phosphinothricin (5 mg/l) und andererseits zur Kontrolle auf Kanamycin (100 mg/l). For the study of the TPT promoter-mediated mediation of Resistance to phosphinothricin was the TPT promoter as SalI Fragment from the plasmid pATTPT before the phosphinothricin Resistance gene cloned into the SalI-cut plasmid pSUN3PatNos. The resulting plasmid pSUN3TPTPat was cut using the Agrobacterium tumefaciens strain EHA101 for tobacco transformation used. The selective regeneration of the tobacco plants was done on the one hand on phosphinothricin (5 mg / l) and on the other hand to check for kanamycin (100 mg / l).
Für die Vermittlung von Resistenz gegen Kanamycin wurde der TPT Promotor als SalI Fragment vor das NptII-Resistenzgen in das Xhol geschnittene, dephosphorylierte Plasmid pSun5NptIICat (Sungene GmbH & Co KGaA; SEQ ID NO: 24) kloniert. Das resultierende Plasmid mit der Bezeichnung pS5TPTNptII wurde in Tabak und in Raps transformiert. The TPT was used to impart resistance to kanamycin Promoter as a SalI fragment in front of the NptII resistance gene in the Xhol cut, dephosphorylated plasmid pSun5NptIICat (Sungene GmbH & Co KGaA; SEQ ID NO: 24) cloned. The resulting Plasmid called pS5TPTNptII was found in tobacco and in Rapeseed transformed.
Transgene TPT: :GUS-Tabakpflanzen zeigten starke GUS-Expression in allen grünen Geweben, vor allem in "source"-Blättern, hier insbesondere in den Trichomen und den Blütenorganen junger und voll entwickelter Blüten. Die GUS-Aktivität im Bereich der Blüten war am stärksten in den Ovarien und im Stigma; die Färbung der Kelch- und Kronblätter war etwas schwächer. In den Antheren war die GUS- Aktivität am geringsten. Im Pollen was keine GUS-Aktivität zu detektieren. Transgene Rapspflanzen zeigten das gleiche Färbemuster. Transgenic TPT:: GUS tobacco plants showed strong GUS expression in all green fabrics, especially in "source" sheets, here especially in the trichomes and flower organs young and full developed flowers. The GUS activity was in the field of flowers strongest in the ovaries and stigma; the coloring of the chalice and petals were a little weaker. In the anthers was the CIS Least activity. In the pollen there was no CIS activity detect. Transgenic rape plants showed the same thing Staining.
Bei der ersten Analyse von Blattscheibchen von 80 in vitro- Pflanzen zeigten 22 Pflanzen überhaupt keine Färbung und 22 Pflanzen eine starke GUS-Färbung nach nur dreistündiger Färbung. Die übrigen Pflanzen zeigten eine große Bandbreite verschieden intensiver GUS-Färbungen bei den individuellen Pflanzen. In den Gewebekulturpflanzen war die GUS-Aktivität der TPT: :GUS Pflanzen deutlich stärker als die der FNR: :GUS Pflanzen. Samenmaterial (F1) der Linien TPT 55 und TPT 60 wurden bezüglich ihrer GUS- Aktivität analysiert. Dabei zeigte sich, dass sowohl in ruhenden Samen als auch in ausgebrachten Keimlingen (3.5 Tage nach Aussaat) eine starke GUS-Aktivität detektiert werden konnte. In späteren Keimlingsstadien (6 und 10 Tage nach Aussaat) wurde die stärkste GUS-Aktivität in Keimblättern und im oberen Bereich der Keimlingsachse detektiert und eine schwächere GUS-Färbung in den Wurzeln. Keimlinge, die im Dunkeln angezogen wurden, zeigten ein unverändertes GUS-Färbemuster. The first analysis of leaf disks from 80 in vitro Plants showed 22 plants no coloring at all and 22 Plant a strong GUS stain after only three hours of staining. The other plants showed a wide range of different intense GUS staining on individual plants. In the Tissue culture plants was the GUS activity of the TPT:: GUS plants significantly stronger than that of the FNR:: CIS plants. seed material (F1) of lines TPT 55 and TPT 60 were Activity analyzed. It showed that both in dormant Seeds as well as in seedlings (3.5 days after Sowing) a strong GUS activity could be detected. In later seedling stages (6 and 10 days after sowing) strongest GUS activity in cotyledons and in the upper part of the Seedling axis detected and a weaker GUS staining in the Root. Seedlings that were grown in the dark showed a unchanged GUS staining pattern.
Die quantitative Untersuchung der GUS-Aktivität in TPT: :GUS
transgenen Tabakpflanzen (transformiert mit Plasmid pAT-TPT-Bi)
wurde an den ersten voll entwickelten Blättern von Tabakpflanzen
19 Tage nach dem Transfer von der Gewebekultur ins Gewächshaus
analysiert. Die Daten entsprechen dem Mittelwert von vier
unabhängigen Messungen.
Tabelle 5
Quantifizierung der GUS-Aktivität in Blattgewebe
ausgewählter transgener TPT: :GUS Tabakpflanzen (transformiert mit
Plasmid pAT-TPT-Bi). WT2: Kontrollwerte von untransformierten
Wildtyp-Pflanzen
The quantitative investigation of GUS activity in TPT:: GUS transgenic tobacco plants (transformed with plasmid pAT-TPT-Bi) was analyzed on the first fully developed leaves of tobacco plants 19 days after the transfer from the tissue culture into the greenhouse. The data correspond to the mean of four independent measurements. Table 5 Quantification of GUS activity in leaf tissue of selected transgenic TPT:: GUS tobacco plants (transformed with plasmid pAT-TPT-Bi). WT2: control values of untransformed wild-type plants
Die Analyse von putativ transgenen Kartoffelpflanzen zeigte bei 28 Linien eine starke GUS Färbung in den Blättern, vergleichbar mit dem Expressionspattern der Tabakpflanzen. In den Kartoffelknollen der transgenen Pflanzen wurde ebenfalls eine starke Färbung nachgewiesen. Dies zeigt, daß der TPT Promotor auch in Kartoffeln stark und ubiquitär exprimiert wird. The analysis of putative transgenic potato plants showed 28 lines a strong GUS coloring in the leaves, comparable with the expression pattern of the tobacco plants. In the Potato tubers from the transgenic plants also became a strong one Coloring demonstrated. This shows that the TPT promoter is also in Potatoes are expressed strongly and ubiquitously.
Das Plasmid pSUN3TPTPat wurde unter Verwendung des Agrobacterium tumefaciens Stamm EHA101 zur Tabaktransformation, wie unter 3. beschrieben, verwendet. Die selektive Regeneration der Tabakpflänzchen erfolgte einerseits auf Phosphinothricin (5 mg/l) und andererseits zur Kontrolle auf Kanamycin (100 mg/l). 97% der Explantate, die unter Kanamycindruck und 70% der Explantate, die unter Phosphinothricindruck selektiert wurden, entwickelten Sproßknospen. Die unter Phosphinotricindruck regenerierten Pflanzen enthielten sowohl das Kanamycin als auch das Phosphinothricingen was zeigte, dass der TPT Promotor das Phosphinothricinacetyltransferase Gen exprimiert hat und somit die Selektion ermöglichte. Samen der transgenen Tabakpflanzen wurden auf MS Medium, welches 10 mg/l Phosphinothricin enthielt, ausgelegt und die Keimungsrate bestimmt. Im Gegensatz zur Kontrolle mit nicht transformierten Tabaksamen entwickelten sich die Keimlinge normal. In den Nachkommenschaften der Linien wurde das übertragene und durch den TPT Promotor exprimierte Gen der Phosphinothricinacetyltransferase mittels PCR nachgewiesen. Die Ergebnisse demonstrieren, dass die isolierte Nukleinsäuresequenz die gewünschten vorteilhaften Promotoreigenschaften besitzt, d. h. sie zeigt eine Promotoraktivität, die geeignet ist Selektionsmarker effektiv zu exprimieren und weist keine Aktivität im Pollen auf. The plasmid pSUN3TPTPat was constructed using the Agrobacterium tumefaciens strain EHA101 for tobacco transformation, as under 3. described, used. The selective regeneration of the Tobacco plants were made on the one hand on phosphinothricin (5 mg / l) and on the other hand, to check for kanamycin (100 mg / l). 97% of Explants that are under Kanamycin impression and 70% of the explants, which were selected under phosphinothric impression developed Shoot buds. The regenerated under phosphinotric pressure Plants contained both the kanamycin and that Phosphinothricingen which showed that the TPT promoter Has expressed phosphinothricin acetyltransferase gene and thus the Selection enabled. Seeds of the transgenic tobacco plants were on MS medium containing 10 mg / l phosphinothricin, designed and determined the germination rate. In contrast to control with untransformed tobacco seeds, the Seedlings normal. In the progeny of the lines that became gene transferred and expressed by the TPT promoter Phosphinothricin acetyltransferase detected by PCR. The Results demonstrate that the nucleic acid sequence isolated has desired advantageous promoter properties, d. H. she shows a promoter activity that is suitable selection marker to express effectively and has no activity in the pollen.
Für die Untersuchung der TPT-Promotor gestützten Vermittlung von Resistenz gegen Kanamycin wurde der TPT-Promotor mit dem NptII Gen kombiniert. Das resultierende Konstrukt pS5TPTNptII wurde in den Agrobakterium tumefaciens Stamm GV3101[mp90] für die Transformation in Tabak und Raps transformiert. For the study of the TPT promoter-mediated mediation of The TPT promoter was resistant to kanamycin with the NptII Gene combined. The resulting construct pS5TPTNptII was found in the Agrobacterium tumefaciens strain GV3101 [mp90] for the Transformation transformed into tobacco and rapeseed.
Die resultierenden Stämme sind für die Transformation, wie unter Beispiel 2 beschrieben, eingesetzt worden. Die selektive Regeneration wurde in Gegenwart von 100 mg/l (bzw. 18 mg/l für Raps) Kanamycin erreicht. Die unter Kanamycindruck regenerierten Pflanzen enthielten sowohl das Kanamycin als auch das Phosphinothricingen was zeigte, dass der TPT Promotor das NptII Gen exprimiert hat und somit die Selektion der Pflanzen ermöglichte. The resulting strains are like for transformation described in Example 2, were used. The selective one Regeneration was carried out in the presence of 100 mg / l (or 18 mg / l for Rapeseed) reached kanamycin. The regenerated under Kanamyc pressure Plants contained both the kanamycin and that Phosphinothricingen which showed that the TPT promoter the NptII gene has expressed and thus enabled the selection of the plants.
Samen der transgenen Tabakpflanzen wurden auf MS Medium, welches 100 mg/l Kanamycin enthielt, ausgelegt und die Keimungsrate bestimmt. Im Gegensatz zur Kontrolle mit nicht transformierten Tabaksamen entwickelten sich die Keimlinge normal. In den Nachkommenschaften der Linien wurde das übertragene und durch den TPT Promotor exprimierte Gen der Neomycin Phosphotransferase (nptII) mittels PCR nachgewiesen. Seeds of the transgenic tobacco plants were grown on MS medium, which Contained 100 mg / l kanamycin, designed and the germination rate certainly. In contrast to the control with non-transformed The seedlings developed tobacco seeds normally. In the Progeny of the lines became the transferred and through the TPT Promoter expressed neomycin phosphotransferase (nptII) gene detected by PCR.
Die Ergebnisse demonstrieren, dass die isolierte Nukleinsäuresequenz die gewünschten vorteilhaften Promotoreigenschaften besitzt, d. h. sie zeigt eine Promotoraktivität, die geeignet ist, Selektionsmarker effektiv zu exprimieren und weist keine Aktivität im Pollen auf. The results demonstrate that the isolated Nucleic acid sequence the desired advantageous promoter properties owns, d. H. it shows promoter activity that is suitable is to effectively express selection markers and has none Activity in the pollen.
Die verkürzte putative Promotorregion des TPT-Gens (STPT) aus
Arabidopsis thaliana wurde durch Amplifikation mittels PCR
unter Verwendung der Primer 5-TPTara (SEQ-ID NO: 26) und
R-TPTara (s. o., SEQ ID NO: 18) aus dem Plasmid pATTPT isoliert
(SEQ ID NO: 27).
Reaktionsansatz
37,8 µl H2O
5 µl 10 × Reaktionspuffer ("genomic PCR")
1 µl dNTP mix (jeweils 2,5 mM)
2,2 µl 25 mM Mg(OAc)2 (Endkonzentration 1,1 mM)
1 µl Primer 5-TPTara (10 µM)
1 µl Primer R-TPTara (10 µM)
1 µl 50 × Polymerase Mix ("Advantage Genomic Polymerase
Mix"; Clontech Lab., Inc.; Kat.-Nr.: #8418-1)
1 µl pATTPT Plasmid DNA (1 ng)
PCR-Bedingungen
1 Zyklus mit 5 min. bei 94°C
25 Zyklen mit 94°C für 30 sec und 52°C für 1 min.
1 Zyklus mit 52°C für 4 min., anschließend Kühlung
auf 4°C bis zur Weiterverarbeitung.
The truncated putative promoter region of the Arabidopsis thaliana TPT gene (STPT) was amplified by PCR using the primers 5-TPTara (SEQ ID NO: 26) and R-TPTara (see above, SEQ ID NO: 18) from the plasmid pATTPT isolated (SEQ ID NO: 27). Reaction mixture 37.8 µl H 2 O
5 µl 10 × reaction buffer ("genomic PCR")
1 µl dNTP mix (2.5 mM each)
2.2 µl 25 mM Mg (OAc) 2 (final concentration 1.1 mM)
1 µl primer 5-TPTara (10 µM)
1 µl primer R-TPTara (10 µM)
1 µl 50 × Polymerase Mix ("Advantage Genomic Polymerase Mix"; Clontech Lab., Inc .; Cat. No .: # 8418-1)
1 µl pATTPT plasmid DNA (1 ng) PCR conditions 1 cycle with 5 min. at 94 ° C
25 cycles at 94 ° C for 30 sec and 52 ° C for 1 min.
1 cycle at 52 ° C for 4 min., Then cooling to 4 ° C until further processing.
Das 1,3 kb große PCR-Produkt des verkürzten TPT-Promotors wurde nach gelelektrophoretischer Auftrennung und Reinigung aus dem Gel mit dem "SureClone Ligation Kit" (Amersham Pharmacia Biotech; Code-Nr.: 27-9300-01) in den SmaI geschnittenen und dephosphorylierten Vektor pUC18 kloniert. Das resultierende Plasmid trägt die Bezeichnung pATSTPT. Die Sequenz wurde mittels Sequenzierung überprüft. The 1.3 kb PCR product of the truncated TPT promoter was after gel electrophoretic separation and purification from the gel with the "SureClone Ligation Kit" (Amersham Pharmacia Biotech; Code No .: 27-9300-01) in the SmaI cut and dephosphorylated vector pUC18 cloned. The resulting plasmid carries the name pATSTPT. The sequence was sequenced checked.
Für die Vermittlung von Resistenz gegen Kanamycin wurde der STPT Promotor (SEQ ID NO: 27) als SalI Fragment vor das NptII-Resistenzgen in das Xhol geschnittene, dephosphorylierte Plasmid pSun5NptIICat (Sungene GmbH & Co KGaA; SEQ ID NO: 24) kloniert. Das resultierende Plasmid mit der Bezeichnung pS5STPTNptII wurde in Tabak und in Raps transformiert. For the mediation of resistance to kanamycin, the STPT Promoter (SEQ ID NO: 27) as a SalI fragment in front of the NptII resistance gene in the Xhol cut, dephosphorylated plasmid pSun5NptIICat (Sungene GmbH & Co KGaA; SEQ ID NO: 24) cloned. The resulting plasmid, named pS5STPTNptII, was created transformed into tobacco and rapeseed.
Für die Untersuchung der STPT-Promotor gestützten Vermittlung von Resistenz gegen Kanamycin wurde das Plasmid pS5STPTNptII in den Agrobakterium tumefaciens Stamm GV3101[mp90] für die Transformation in Tabak und Raps transformiert. Der resultierenden Stamm ist für die Transformation, wie unter Beispiel 2 beschrieben, eingesetzt worden. Die selektive Regeneration wurde in Gegenwart von 100 mg/l (bzw. 18 mg/l für Raps) Kanamycin erreicht. For the study of STPT promoter-mediated mediation The plasmid pS5STPTNptII. was resistant to kanamycin in the Agrobacterium tumefaciens strain GV3101 [mp90] for the Transformation transformed into tobacco and rapeseed. The resulting strain is for transformation as in example 2 described, used. The selective regeneration was done in the presence of 100 mg / l (or 18 mg / l for rapeseed) kanamycin reached.
Die Ergebnisse demonstrieren, dass die isolierte Nukleinsäuresequenz die gewünschten vorteilhaften Promotoreigenschaften besitzt, d. h. sie zeigt eine Promotoraktivität, die geeignet ist, Selektionsmarker effektiv zu exprimieren. The results demonstrate that the isolated Nucleic acid sequence the desired advantageous promoter properties owns, d. H. it shows a promoter activity that is suitable Effectively express selection markers.
In einem vergleichenden Experiment wurde die Effizienz bei der
Transformation von Tabak unter der Verwendung des FNR-Promotors
(FNR-P), des TPT-Promotors (TPT-P) und des Nos-Promotors (Nos-P)
bestimmt. Die Promotoren waren, wie beschrieben, mit dem NptII
Gen jeweils fusioniert. Nach erfolgter Sproßknospenbildung bzw.
der Bewurzelung der Sprosse auf kanamycinhaltigen Medium wurden
die resistenten Transformanten gezählt und deren Zahlen
verglichen. Eine PCR, mit der das NptII Gen nachgewiesen wurde, zeigte
den hohen Anteil der transgenen Pflanzen.
Tabelle 6
Transformationseffizienz
In a comparative experiment, the efficiency in transforming tobacco was determined using the FNR promoter (FNR-P), the TPT promoter (TPT-P) and the Nos promoter (Nos-P). As described, the promoters were each fused to the NptII gene. After shoot bud formation or rooting of the shoot on kanamycin-containing medium, the resistant transformants were counted and their numbers compared. A PCR with which the NptII gene was detected showed the high proportion of the transgenic plants. Table 6 Transformation efficiency
Der Ubiquitin Promotor wurde mittels PCR aus genomischer
Arabidopsis thaliana DNA mit den Primern ubi5 und ubi3 amplifiziert.
Reaktionsansatz
37,5 µl H2O
5 µl 10 × Reaktionspuffer ("genomic PCR")
4 µl dNTP mix (jeweils 2,5 mM)
2,2 µl 25 mM Mg(OAc)2 (Endkonzentration 1,1 mM)
1 µl Primer ubi3 (10 µM)
1 µl Primer ubi5 (10 µM)
0,5 µl Pfu-turbo polymerase mix
1 µl Genomische Arabidopsis DNA (ca. 250 ng)
PCR-Bedingungen
1 Zyklus mit 5 min. bei 94°C
25 Zyklen mit 94°C für 30 sec, 52°C für 1 min. und
72°C für 1 min.
1 Zyklus mit 52°C für 1 min. und 72°C für 10 min.,
anschließend Kühlung auf 4°C bis zur Weiterverarbeitung.
The ubiquitin promoter was amplified by PCR from genomic Arabidopsis thaliana DNA with the primers ubi5 and ubi3.
Reaction mixture 37.5 ul H 2 O
5 µl 10 × reaction buffer ("genomic PCR")
4 µl dNTP mix (2.5 mM each)
2.2 µl 25 mM Mg (OAc) 2 (final concentration 1.1 mM)
1 µl primer ubi3 (10 µM)
1 µl primer ubi5 (10 µM)
0.5 µl Pfu-turbo polymerase mix
1 µl genomic Arabidopsis DNA (approx. 250 ng) PCR conditions 1 cycle with 5 min. at 94 ° C
25 cycles at 94 ° C for 30 sec, 52 ° C for 1 min. and 72 ° C for 1 min.
1 cycle at 52 ° C for 1 min. and 72 ° C for 10 min., then cooling to 4 ° C until further processing.
Das entstandene PCR Fragment wurde als HindIII/BamHI Fragment in das mit HindIII/BamHI geschnittene Plasmid pGUSINT37 kloniert (pUBI42GUS) und mittels Sequenzanalyse verifiziert. The resulting PCR fragment was used as a HindIII / BamHI fragment cloned into the plasmid pGUSINT37 cut with HindIII / BamHI (pUBI42GUS) and verified by sequence analysis.
Für die Untersuchung der Ubiquitin-Promotor gestützten Vermittlung von Resistenz gegen Phosphinothricin wurde der Ubiquitin -Promotor als BamHI/HindIII Fragment vor das Phosphinothricin Resistenzgen in das BamHI/HindIII geschnittene Plasmid pSUN3Pat- Nos kloniert. Das resultierende Plasmid pSUN3UBIPat wurde unter Verwendung des Agrobacterium tumefaciens Stamm EHA101 zur Tabaktransformation verwendet. Die selektive Regeneration der Tabakpflänzchen erfolgte einerseits auf Phosphinothricin (5 mg/l) und andererseits zur Kontrolle auf Kanamycin (100 mg/l). Supported for the study of the ubiquitin promoter The ubiquitin was used to impart resistance to phosphinothricin Promoter as a BamHI / HindIII fragment in front of the phosphinothricin Resistance gene in the BamHI / HindIII cut plasmid pSUN3Pat- Nos cloned. The resulting plasmid pSUN3UBIPat was created under Use of the Agrobacterium tumefaciens strain EHA101 for Tobacco transformation used. The selective regeneration of the Tobacco plants were made on the one hand on phosphinothricin (5 mg / l) and on the other hand, to check for kanamycin (100 mg / l).
Im Gegensatz zur Selektion auf Kanamycin, die normal verlief, konnten unter Selektion auf Phosphinothricin keine Kalli oder Sprosse erhalten werden. So ist der Ubiquitin Promotor nicht geeignet für die Expression eines selektiven Markers für den Agrobacterium tumefaciens-vermittelten Gentransfer mit anschließender Regeneration von Geweben. In contrast to the selection for kanamycin, which was normal, could not call or calli with selection for phosphinothricin Rung can be obtained. The ubiquitin promoter is not like this suitable for the expression of a selective marker for the Agrobacterium tumefaciens -mediated gene transfer with subsequent Regeneration of tissues.
Der Squalen Synthase Promotor wurde mittels PCR aus genomischer
Arabidopsis thaliana DNA mit den Primern sqs5 und sqs3
amplifiziert.
Reaktionsansatz
37,5 µl H2O
5 µl 10 × Reaktionspuffer ("genomic PCR")
4 µl dNTP mix (jeweils 2,5 mM)
2,2 µl 25 mM Mg(OAc)2 (Endkonzentration 1,1 mM)
1 µl Primer sqs3 (10 µM) (10 µM)
1 µl Primer sqs5 (10 µM)
0,5 µl Pfu-turbo polymerase mix
1 µl Genomische Arabidopsis DNA (ca. 250 ng)
PCR-Bedingungen
1 Zyklus mit 5 min. bei 94°C
25 Zyklen mit 94°C für 30 sec, 52°C für 1 min. und 72°C
für 1 min.
1 Zyklus mit 52°C für 1 min. und 72°C für 10 min.,
anschließend Kühlung auf 4°C bis zur Weiterverarbeitung.
The squalene synthase promoter was amplified by PCR from genomic Arabidopsis thaliana DNA with the primers sqs5 and sqs3.
Reaction mixture 37.5 ul H 2 O
5 µl 10 × reaction buffer ("genomic PCR")
4 µl dNTP mix (2.5 mM each)
2.2 µl 25 mM Mg (OAc) 2 (final concentration 1.1 mM)
1 µl primer sqs3 (10 µM) (10 µM)
1 µl primer sqs5 (10 µM)
0.5 µl Pfu-turbo polymerase mix
1 µl genomic Arabidopsis DNA (approx. 250 ng) PCR conditions 1 cycle with 5 min. at 94 ° C
25 cycles at 94 ° C for 30 sec, 52 ° C for 1 min. and 72 ° C for 1 min.
1 cycle at 52 ° C for 1 min. and 72 ° C for 10 min., then cooling to 4 ° C until further processing.
Das entstandene PCR Fragment wurde als XbaII/Bam2HI Fragment in das mit XbaII/BamHI geschnittene Plasmid pGUSINT37 kloniert (pSQSPGUS) und mittels Sequenzanalyse verifiziert. The resulting PCR fragment was an XbaII / Bam2HI fragment cloned into the plasmid pGUSINT37 cut with XbaII / BamHI (pSQSPGUS) and verified by sequence analysis.
Für die Untersuchung der Squalen Synthase-Promotor gestützten Vermittlung von Resistenz gegen Phosphinothricin wurde der Squalen Synthase-Promotor als BamHI/SalI Fragment vor das Phosphinothricin Resistenzgen in das BamHI/SalI geschnittene Plasmid pSUN3PatNos kloniert. Das resultierende Plasmid pSUN3SQSPat wurde unter Verwendung des Agrobacterium tumefaciens Stamm EHA101 zur Tabaktransformation verwendet. Die selektive Regeneration der Tabakpflänzchen erfolgte einerseits auf Phosphinothricin (5 mg/l) und andererseits zur Kontrolle auf Kanamycin (100 mg/l). Supported for the study of the squalene synthase promoter Mediation of resistance to phosphinothricin was the Squalene synthase promoter as a BamHI / SalI fragment in front of the Phosphinothricin resistance gene cut into the BamHI / SalI Plasmid pSUN3PatNos cloned. The resulting plasmid pSUN3SQSPat was generated using the Agrobacterium tumefaciens Strain EHA101 used for tobacco transformation. The selective one Regeneration of the tobacco plants took place on the one hand Phosphinothricin (5 mg / l) and on the other hand as a control Kanamycin (100 mg / l).
Im Gegensatz zur Selektion auf Kanamycin, die normal verlief, konnten unter Selektion auf Phosphinothricin keine Kalli oder Sprosse erhalten werden. So ist der Ubiquitin Promotor nicht geeignet für die Expression eines selektiven Markers für den Agrobacterium tumefaciens-vermittelten Gentransfer mit anschließender Regeneration von Geweben. In contrast to the selection for kanamycin, which was normal, could not call or calli with selection for phosphinothricin Rung can be obtained. The ubiquitin promoter is not like this suitable for the expression of a selective marker for the Agrobacterium tumefaciens -mediated gene transfer with subsequent regeneration of tissues.
Um transient die Aktivität des Ubiquitin- und des Squalen Synthase-Promotors zu testen, wurden sterile Tabakblätter mit Plasmid-DNA der Plasmide pUBI42GUS, pSQSPGUS und pGUSINT37 mit der Partikelkanone "Biolistics" von BioRad beschossen. Dabei wurden Microcarrier (25 µg Gold, Hereus 0,3 bis 3 µm) mit 10 µg Plasmid DNA, 2,5 M CaCl2, und 0,1 M Spermidine behandelt, mit Alkohol gewaschen und bei einem Vakuum von 26 inch und einem Druck von 1100 psi auf die Blätter, die auf MS-Agarmedium lagen, geschossen. Die Explantate wurden anschließend für 24 h in MS- Medium mit 2% Sucrose inkubiert und dann mit X-gluc histochemisch gefärbt. In order to test the activity of the ubiquitin and squalene synthase promoter transiently, sterile tobacco leaves were bombarded with plasmid DNA of the plasmids pUBI42GUS, pSQSPGUS and pGUSINT37 with the particle gun "Biolistics" from BioRad. Microcarriers (25 µg gold, Hereus 0.3 to 3 µm) were treated with 10 µg plasmid DNA, 2.5 M CaCl 2 , and 0.1 M spermidine, washed with alcohol and under a vacuum of 26 inches and a pressure shot at 1100 psi on the leaves lying on MS agar medium. The explants were then incubated for 24 h in MS medium with 2% sucrose and then histochemically stained with X-gluc.
Der Ubiquitin-Promotor und der Squalen Synthase-Promotor zeigten
hierbei im Gegensatz zum Vergleichskonstrukt pGUSINT37, wo das
GUS Gen unter der Kontrolle des 35S Promotors exprimiert wurde,
nur sehr wenige und sehr schwache Punkte mit GUS-Färbung.
Dies zeigt, dass die Aktivität des Ubiquitin- und des Squalen
Synthase-Promotors deutlich schwächer ist, als die des CaMV35S-
Promotors.
SEQUENZPROTOKOLL
In contrast to the comparative construct pGUSINT37, where the GUS gene was expressed under the control of the 35S promoter, the ubiquitin promoter and the squalene synthase promoter showed only very few and very weak points with GUS staining. This shows that the activity of the ubiquitin and squalene synthase promoters is significantly weaker than that of the CaMV35S promoter. SEQUENCE LISTING
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|---|---|---|---|---|
| CN119859644A (en) * | 2025-01-21 | 2025-04-22 | 河北省农林科学院旱作农业研究所 | Arginyl-tRNA-protein transferase gene for improving fiber length of upland cotton and application thereof |
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2002
- 2002-02-22 DE DE2002107582 patent/DE10207582A1/en not_active Withdrawn
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| CN119859644A (en) * | 2025-01-21 | 2025-04-22 | 河北省农林科学院旱作农业研究所 | Arginyl-tRNA-protein transferase gene for improving fiber length of upland cotton and application thereof |
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