DE19718251A1 - Expression of fungicide-binding polypeptides in plants to produce fungicide tolerance - Google Patents
Expression of fungicide-binding polypeptides in plants to produce fungicide toleranceInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von fungizidtoleranten Pflanzen durch Expression eines exogenen Fungizid-bindenden Polypeptides in Pflanzen oder Pflanzenteilen. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung der entsprechen den Nukleinsäuren codierend für ein Polypeptid, einen Antikörper oder Teilen eines Antikörpers mit Fungizid-bindenden Eigenschaf ten in transgenen Pflanzen und die auf diese Weise transformierte Pflanze selbst.The present invention relates to a method for manufacturing of fungicide-tolerant plants by expression of an exogenous Fungicide-binding polypeptides in plants or parts of plants. The invention further relates to the use of the the nucleic acids coding for a polypeptide, an antibody or parts of an antibody with a fungicide-binding property in transgenic plants and the one transformed in this way Plant yourself.
Es ist bekannt, daß mit Hilfe von gentechnischen Verfahren ge zielt Fremdgene in das Genom einer Pflanze übertragen werden kön nen. Dieser Prozeß wird als Transformation und die resultierenden Pflanzen werden als transgene Pflanzen bezeichnet. Transgene Pflanzen werden derzeit in unterschiedlichen biotechnologischen Bereichen eingesetzt. Beispiele sind insektenresistente Pflanzen (Vaek et al. Plant Cell 5 (1987), 159-169), virusresistente Pflanzen (Powell et al. Science 232 (1986), 738-743) und ozonre sistente Pflanzen (Van Camp et al. BioTech. 12 (1994), 165-168). Beispiele für gentechnisch erzielte Qualitätssteigerungen sind: Erhöhung der Haltbarkeit von Früchten (Oeller et al. Science 254 (1991), 437-439), Erhöhung der Stärkeproduktion in Kartoffelknol len (Stark et al. Science 242 (1992), 419), Veränderung der Stärke- (Visser et al. Mol. Gen. Genet. 225 (1991), 289-296) und Lipidzusammensetzung (Voelker et al. Science 257 (1992), 72-74) und Produktion pflanzenfremder Polymere (Poirer et al. Science 256 (1992), 520-523).It is known that ge targets foreign genes in the genome of a plant nen. This process is called the transformation and the resulting Plants are called transgenic plants. Transgenes Plants are currently used in different biotechnological areas Areas used. Examples are insect-resistant plants (Vaek et al. Plant Cell 5 (1987), 159-169), virus resistant Plants (Powell et al. Science 232 (1986), 738-743) and ozonre resistant plants (Van Camp et al. BioTech. 12 (1994), 165-168). Examples of genetically engineered quality improvements are: Increasing the shelf life of fruit (Oeller et al. Science 254 (1991), 437-439), increase in starch production in potato knol len (Stark et al. Science 242 (1992), 419), change in Starch- (Visser et al. Mol. Gen. Genet. 225 (1991), 289-296) and Lipid composition (Voelker et al. Science 257 (1992), 72-74) and production of non-plant polymers (Poirer et al. Science 256: 520-523 (1992).
Ein wichtiges Ziel der pflanzenmolekulargenetischen Arbeiten ist die Erzeugung von Herbizidtoleranz. Die Herbizidtoleranz ist ge kennzeichnet durch eine in Art oder Höhe gesteigerte Verträglich keit der Pflanze oder von Pflanzenteilen gegenüber dem applizier ten Herbizid. Diese kann auf verschiedene Arten bewerkstelligt werden. Die bekannten Methoden sind die Nutzung eines Metabolis musgens wie z. B. des pat-Gens im Zusammenhang mit der Glufosinat- Resistenz (WO 8705629) oder eines gegenüber dem Herbizid resi stenten Zielenzym wie im Falle der Enolpyruvylshiki mat-3-Phosphat-Synthase (WO 9204449), die resistent ist gegen Glyphosat, sowie die Verwendung eines Herbizids in Zell- und Ge webekultur zur Selektion toleranter Pflanzenzellen und daraus re sultierender resistenter Pflanzen wie bei Acetyl CoA Carboxylase Hemmstoffen beschrieben (US 5162602, US 5290696).An important goal of plant molecular genetic work is the generation of herbicide tolerance. The herbicide tolerance is ge characterized by an increased in type or amount of contract of the plant or parts of plants compared to the applicator herbicide. This can be done in several ways will. The known methods are the use of a metabolis musgens such as B. the pat gene in connection with the glufosinate Resistance (WO 8705629) or one against the herbicide resi constant target enzyme as in the case of enolpyruvylshiki mat-3-phosphate synthase (WO 9204449), which is resistant to Glyphosate, as well as the use of a herbicide in cell and Ge weaving culture for the selection of tolerant plant cells and re cultivating resistant plants like Acetyl CoA carboxylase Inhibitors described (US 5162602, US 5290696).
Antikörper sind Proteine als Bestandteil des Immunsystems. Allen Antikörpern gemeinsam ist ihre räumliche, globuläre Struktur, der Aufbau aus leichter und schwerer Kette sowie ihre prinzipielle Fähigkeit, Moleküle oder Teile einer Molekülstruktur mit hoher Spezifität binden zu können (Alberts et al., in: Molekularbiolo gie der Zelle, 2. Auflage 1990, VCH Verlag, ISBN 3-527-27983-0, 1198-1237). Aufgrund dieser Eigenschaften wurden Antikörper für vielfältige Aufgaben genutzt. Man unterscheidet dabei die Anwen dung der Antikörper im tierischen und menschlichen Organismen, die sie produzieren, die sogenannte in-situ Anwendungen und die ex-situ Anwendungen, d. h. die Nutzung der Antikörper nach Isolie rung aus den produzierenden Zellen oder Organismen (Whitelam und Cockburn, TIPS Vol. 1, 8 (1996), 268-272).Antibodies are proteins that are part of the immune system. Everyone Antibodies have in common their spatial, globular structure, the Structure from light and heavy chain as well as their principal Ability to make molecules or parts of a molecular structure with high To bind specificity (Alberts et al., In: Molecular Biolo the cell, 2nd edition 1990, VCH Verlag, ISBN 3-527-27983-0, 1198-1237). Because of these properties, antibodies for diverse tasks used. A distinction is made between the users formation of antibodies in animal and human organisms, that they produce, the so-called in-situ applications and the ex-situ applications, d. H. the use of antibodies after isolation from the producing cells or organisms (Whitelam and Cockburn, TIPS Vol. 1, 8 (1996), 268-272).
Die Verwendung hybrider somatischer Zellinien (Hybridomas) als Quelle für Antikörper gegen ganz bestimmte Antigene geht auf Ar beiten von Köhler und Milstein zurück (Nature 256 (1975) 495-97). Nach diesem Verfahren lassen sich sogenannte monoklonalen Anti körper herstellen, die eine einheitliche Struktur besitzen und durch Zellfusion erzeugt werden. Dabei werden Milzzellen einer immunisierten Maus mit Zellen eines Mausmyeloms fusioniert. So entstehen Hybridomazellen, die sich unbegrenzt vermehren. Gleich zeitig sezernieren die Zellen spezifische Antikörper gegen das Antigen, mit dem die Maus immunisiert worden war. Die Milzzellen liefern die Fähigkeit zur Antikörperproduktion, während die Mye lomzellen die unbegrenzte Wachstumsfähigkeit und die kontinuier liche Antikörpersekretion beisteuern. Da jede Hybridomazelle sich als Klon von einer einzigen B-Zelle ableitet, besitzen alle er zeugten Antikörpermoleküle dieselbe Struktur einschließlich der Antigenbindungsstelle. Diese Methode hat die Anwendung von Anti körpern stark gefördert, da jetzt Antikörper mit einer einzigen, bekannten Spezifität und einer homogenen Struktur unbegrenzt zur Verfügung stehen. Monoklonale Antikörper finden breite Anwendung in der Immundiagnostik und als Therapeutika.The use of hybrid somatic cell lines (hybridomas) as Source for antibodies against certain antigens goes to Ar from Köhler and Milstein (Nature 256 (1975) 495-97). So-called monoclonal anti Manufacture bodies that have a uniform structure and generated by cell fusion. Spleen cells become one immunized mouse fused with cells of a mouse myeloma. So hybridoma cells are created that proliferate indefinitely. Soon the cells secrete specific antibodies against the Antigen with which the mouse had been immunized. The spleen cells deliver the ability to produce antibodies while the mye lom cells the unlimited viability and the continuous Contribute antibody secretion. Because every hybridoma cell is different as a clone derived from a single B cell, they all have it antibody molecules produced the same structure including the Antigen binding site. This method has the use of anti strongly promoted because now antibodies with a single, known specificity and a homogeneous structure unlimited To be available. Monoclonal antibodies are widely used in immunodiagnostics and as therapeutic agents.
Seit einigen Jahren gibt es die sogenannte Phagen-Display-Methode zur Herstellung von Antikörpern, bei der das Immunsystem und die verschiedenen Immunisierungen im Tier umgangen werden. Hierbei wird die Affinität und Spezifität des Antikörpers in vitro maßge schneidert (Winter et al., Ann. Rev. Immunol. 12 (1994), 433-455; Hoogenboom TIBTech Vol 15 (1997), 62-70). Gensegmente, die die kodierende Sequenz der variablen Region von Antikörpern enthält, d. h. die Antigen-Bindestelle, werden mit Genen für das Hüllpro tein eines Bakteriophagen fusioniert. Dann infiziert man Bakte rien mit Phagen, die solche Fusionsgene enthalten. Die entstehen den Phagenpartikel besitzen nun Hüllen mit dem antikörperähnli chen Fusionsprotein, wobei die antikörperbindende Domäne nach au- ßen zeigt. Aus einer solchen Phagen-Display-Bibliothek läßt sich nun der Phage isolieren, der das gewünschte Antikörperfragment enthält und spezifisch an ein bestimmtes Antigen bindet. Jeder so isolierte Phage erzeugt ein monoklonales, antigenbindendes Poly peptid, das einem monoklonalen Antikörper entspricht. Die Gene für die Antigenbindungsstelle, die für jeden Phagen einzigartig sind, kann man aus der Phagen-DNA isolieren und zur Konstruktion vollständiger Antikörpergene einsetzen.The so-called phage display method has been around for a few years for the production of antibodies in which the immune system and the various immunizations in the animal can be avoided. Here the affinity and specificity of the antibody is measured in vitro Schneider (Winter et al., Ann. Rev. Immunol. 12 (1994), 433-455; Hoogenboom TIBTech Vol 15 (1997), 62-70). Gene segments that the contains coding sequence of the variable region of antibodies, d. H. the antigen binding site, with genes for the envelope pro tein of a bacteriophage fused. Then you infect bacteria with phages containing such fusion genes. That arise the phage particles now have shells with the antibody-like Chen fusion protein, the antibody-binding domain after eating shows. Such a phage display library can be used Now isolate the phage that contains the desired antibody fragment contains and binds specifically to a specific antigen. Everyone like that Isolated phage creates a monoclonal, antigen-binding poly peptide that corresponds to a monoclonal antibody. The genes for the antigen binding site that is unique to each phage are isolated from the phage DNA and used for construction use complete antibody genes.
Auf dem Gebiet des Pflanzenschutzes wurden Antikörper ins besonders als analytisches Mittel ex-situ zum qualitativen und quantitativen Nachweis von Antigenen genutzt. Dies schließt den Nachweis von Pflanzeninhaltstoffen, Herbiziden oder Fungiziden in Trinkwasser (Sharp et al. (1991) ACS Symp Ser., 446 (Pestic. Re sidues Food Saf.) 87-95), Bodenproben (WO 9423018) oder in Pflanzen oder Pflanzenteilen sowie die Nutzung von Antikörpern als Hilfsmittel zur Reinigung von gebundenen Molekülen ein.Antibodies have been used in the field of crop protection especially as an analytical tool ex-situ for qualitative and quantitative detection of antigens. This excludes the Detection of plant ingredients, herbicides or fungicides in Drinking water (Sharp et al. (1991) ACS Symp Ser., 446 (Pestic. Re sidues Food Saf.) 87-95), soil samples (WO 9423018) or in Plants or parts of plants as well as the use of antibodies as an aid for the purification of bound molecules.
Die Produktion von Immunglobulinen in Pflanzen wurde erstmals von Hiatt et al., Nature, 342 (1989), 76-78 beschrieben. Das Spektrum reicht von Ein-Ketten-Antikörpern bis zu multimeren se kretorischen Antikörpern (J. Ma und Mich Hein, 1996, Annuals New York Academy of Sciences, 72-81).The production of immunoglobulins in plants was first started by Hiatt et al., Nature, 342 (1989), 76-78. The The spectrum ranges from one-chain antibodies to multimeric se cretoric antibodies (J. Ma and Mich Hein, 1996, Annuals New York Academy of Sciences, 72-81).
Neuere Versuche nutzen Antikörper in-situ zur Pathogenabwehr in Pflanzen, insbesondere von Viruserkrankungen durch Expression von spezifischen Antikörpern oder Teilen davon gerichtet gegen Virus hüllproteine in Pflanzenzellen (Tavladoraki et al., Nature 366 (1993), 469-472; Voss et al., Mol. Breeding 1 (1995), 39-50).Recent experiments use antibodies in-situ to ward off pathogens Plants, especially viral diseases, by expression of specific antibodies or parts thereof directed against virus coat proteins in plant cells (Tavladoraki et al., Nature 366 (1993), 469-472; Voss et al., 1995, Mol. Breeding, 39-50).
Ein analoger Ansatz ist auch zur Abwehr der Infektion der Pflanze durch Nematoden genutzt worden (Rosso et al., Biochem Biophys Res Com, 220 (1996) 255-263). Für eine pharmazeutische Anwendung sind Beispiele bekannt, die die Antikörper-Expression in-situ in Pflanzen für eine orale Immunisierung nutzen (Ma et al., Science 268 (1995), 716-719; Mason und Arntzen, Tibtech Vol 13 (1996), 388-392). Von der Pflanze gebildete Antikörper werden dabei aus Pflanzen oder für den Verzehr geeigneten Pflanzenteilen über den Mund, Rachen oder Verdauungstrakt dem Körper zugeführt und verur sachen einen wirksamen Immunschutz. Weiterhin würde in Pflanzen bereits ein Ein-Ketten-Antikörper (single chain antibody) gegen das niedermolekulare Pflanzenhormon Abscisinsäure exprimiert und eine verringerte Pflanzenhormonverfügbarkeit aufgrund von Absci sinsäurebindung in der Pflanze beobachtet (Artsaenko et al., Plant Journal 8 (1995) 754-750).An analogous approach is also used to ward off the infection of the plant have been used by nematodes (Rosso et al., Biochem Biophys Res Com, 220 (1996) 255-263). For a pharmaceutical application Examples are known that the antibody expression in situ in Use plants for oral immunization (Ma et al., Science 1995, 268: 716-719; Mason and Arntzen, Tibtech Vol 13 (1996), 388-392). Antibodies produced by the plant are thereby released Plants or parts of plants suitable for consumption via the Mouth, throat or digestive tract fed to the body and doomed effective immune protection. Would continue in plants already a single chain antibody against expresses the low molecular plant hormone abscisic acid and decreased plant hormone availability due to Absci Acid binding observed in the plant (Artsaenko et al., Plant Journal 8 (1995) 754-750).
Die chemische Pilzbekämpfung in agrarwirtschaftlich bedeutenden Kulturen setzt den Einsatz von hochselektiven Fungiziden ohne phytotoxische Wirkung voraus. Die phytotoxische Wirkung von Fun giziden kann beispielsweise auf einer Hemmung des Pflanzen wachstums, verminderter Photosyntheseleistung und damit verbunde ner verminderter Ertragsleistung beruhen. In einigen Fällen ist es jedoch schwierig, Fungizide mit ausreichender Selektivität zu entwickeln, die in allen bedeutenden Pflanzengroßkulturen ein setzbar sind und in keiner Kultur eine Schädigung der Ertrags pflanze verursachen. Die Einführung von Fungizid-resistenten oder -toleranten Kulturpflanzen kann zur Lösung dieses Problems bei tragen und neue Verwendungsmöglichkeiten von Fungiziden in bis her nicht oder nur unter Ertragsminderung behandelbaren Kulturen erschließen.Chemical control of fungi in agronomically important Cultures continues the use of highly selective fungicides without phytotoxic effect ahead. The phytotoxic effects of fun For example, gicides can inhibit plants growth, reduced photosynthesis and associated with it based on reduced earnings. In some cases however, it is difficult to add fungicides with sufficient selectivity develop that in all major plant crops are settable and in no culture damage to the yield cause plant. The introduction of fungicide-resistant or - Tolerant crops can help solve this problem wear and new uses of fungicides in up cultures that cannot be treated or can only be treated with reduced yield open up.
Der Entwicklung von Fungizid-resistenten Kulturpflanzen durch Ge webekultur oder Samenmutagenese und natürliche Auswahl sind Gren zen gesetzt. So muß einerseits die phytotoxische Wirkung bereits in Gewebekultur erfaßbar sein und andererseits können nur dieje nigen Pflanzen über Gewebekulturtechniken manipuliert werden, deren Regeneration zu ganzen Pflanzen aus Zellkulturen gelingt. Außerdem können Kulturpflanzen nach Mutagenese und Selektion un erwünschte Eigenschaften zeigen, die durch teilweise mehrmalige Rückkreuzungen wieder beseitigt werden müssen. Auch wäre die Ein bringung einer Resistenz durch Kreuzung auf Pflanzen der selben Art beschränkt.The development of fungicide-resistant crops by Ge weaving or seed mutagenesis and natural selection are great zen set. On the one hand, the phytotoxic effect must already be be detectable in tissue culture and on the other hand only those can some plants are manipulated using tissue culture techniques, their regeneration to whole plants from cell cultures succeed. In addition, after mutagenesis and selection, crop plants can un show desired properties by partially repeated Backcrosses have to be eliminated again. Also would be the one bringing resistance to plants by crossing them Kind of limited.
Aus diesen Gründen ist der gentechnische Ansatz, ein für die Resistenz codierendes Gen zu isolieren und in Kulturpflanzen ge zielt zu übertragen, dem klassischen Züchtungsverfahren überle gen.For these reasons, the genetic engineering approach is one for the Resistance coding gene to isolate and ge in crops aims to transcend the classic breeding process gene.
Die molekularbiologische Entwicklung von Herbizid-toleranten bzw. Herbizid-resistenten Kulturpflanzen setzt bisher voraus, daß der Wirkmechanismus des Herbizides in der Pflanze bekannt ist und daß Gene, die Resistenz gegen das Herbizid vermitteln gefunden werden können. Viele gegenwärtig kommerziell genutzte Herbizide wirken, indem sie ein Enzym einer essentiellen Aminosäure-, Lipid- oder Pigmentbiosynthese blockieren. Durch Veränderung der Gene dieser Enzyme dergestalt, daß das Herbizid nicht mehr gebunden werden kann und durch Einbringung dieser veränderten Gene in Kultur pflanzen läßt sich Herbizid-Toleranz erzeugen. Alternativ können zum Beispiel in der Natur analoge Enzyme beispielsweise in Mikro organismen gefunden werden, die eine natürliche Resistenz gegen über dem Herbizid zeigen. Dieses Resistenz vermittelnde Gen wird aus einem derartigen Mikroorganismus isoliert, in geeignete Vek toren umkloniert und anschließend nach erfolgreicher Transforma tion in Herbizid-sensitiven Kulturpflanzen zur Expression ge bracht (WO 96/38567).The molecular biological development of herbicide-tolerant or Herbicide-resistant crops previously required that Mechanism of action of the herbicide in the plant is known and that Genes that confer resistance to the herbicide are found can. Many herbicides currently in commercial use by using an enzyme of an essential amino acid, lipid or Block pigment biosynthesis. By changing the genes of this Enzymes such that the herbicide is no longer bound can and by introducing these modified genes into culture planting can produce herbicide tolerance. Alternatively, you can for example enzymes analogous in nature, for example in micro organisms are found that have a natural resistance to show over the herbicide. This resistance mediating gene will isolated from such a microorganism, in suitable Vek cloned and then after a successful transforma tion in herbicide-sensitive crops for expression ge brings (WO 96/38567).
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war die Entwicklung eines neu artigen allgemein einsetzbaren, gentechnologischen Verfahrens zur Erzeugung von Fungizid-toleranten transgenen Pflanzen.The object of the present invention was to develop a new one like generally applicable, genetic engineering process for Generation of fungicide-tolerant transgenic plants.
Diese Aufgabe wurde überraschenderweise gelöst durch ein Verfah ren der Expression eines exogenen Polypeptides, Antikörpers oder Teilen eines Antikörpers mit Fungizid-bindenden Eigenschaften in den Pflanzen.This task was surprisingly solved by a process expression of an exogenous polypeptide, antibody or Share an antibody with fungicide binding properties in the plants.
Ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft die Herstellung eines Fungizid-bindenden Antikörpers und die Klonierung des zugehörigen Gens bzw. Genfragmentes.A first object of the present invention relates to Production of a fungicide-binding antibody and the Cloning of the associated gene or gene fragment.
Es wird zunächst ein geeigneter Antikörper erzeugt, der das Fun gizid bindet. Dies kann u. a. durch Immunisierung eines Wirbel tiers, meist Maus, Ratte, Hund, Pferd, Esel oder Ziege mit einem Antigen erfolgen. Das Antigen ist dabei eine fungizid wirksame Verbindung, die über eine funktionelle Gruppe an einen höher molekularen Träger wie Rinderserumalbumin (BSA), Hühnereiweiß (Ovalbumin), keyhole limpet hemocyanin (KLH) oder andere Träger gekoppelt oder assoziiert vorliegt. Die Immunantwort wird nach mehrmaliger Antigenapplikation mit gängigen Methoden nachvollzo gen und so ein geeignetes Antiserum isoliert. Dieser Ansatz lie fert zunächst ein polyklonales Serum, das Antikörper mit unter schiedlichen Spezifitäten enthält. Für den gezielten in-situ Ge brauch ist es notwendig, die für einen einzelnen spezifischen monoklonalen Antikörper codierende Gensequenz zu isolieren. Zu diesem Zweck stehen verschiedene Wege offen. Der erste Ansatz nutzt die Fusion von Antikörper-produzierenden Zellen mit Krebs zellen zu einer ständig Antikörper produzierenden Hybridomazell kultur, die durch Vereinzelung der enthaltenen Klone letztlich zu einer homogenen, einen definierten monoklonalen Antikörper produ zierenden Zellinie führt.A suitable antibody is first generated, which has the fun binds gicide. This can a. by immunizing a vertebra animals, mostly mouse, rat, dog, horse, donkey or goat with one Antigen. The antigen is a fungicidally active Connection that goes through a functional group to a higher one molecular carriers such as bovine serum albumin (BSA), chicken egg white (Ovalbumin), keyhole limpet hemocyanin (KLH) or other carriers coupled or associated. The immune response becomes after repeated application of antigen using common methods gene and so isolated a suitable antiserum. This approach was first produces a polyclonal serum, the antibody with under contains different specificities. For the targeted in-situ Ge need it is necessary for a single specific isolate gene sequence encoding monoclonal antibodies. To There are various ways of doing this. The first approach uses the fusion of antibody-producing cells with cancer cells to a hybridoma cell that constantly produces antibodies culture that ultimately by separating the contained clones a homogeneous, a defined monoclonal antibody produ ornamental cell line leads.
Aus einer derartigen monoklonalen Zellinie wird die cDNA für den Antikörper bzw. Teile des Antikörpers, den sog. Ein-Ketten-Anti körper (single chain antibody - scFv) isoliert. Diese cDNA-Se quenzen können dann in Expressionskassetten kloniert und zur funktionellen Expression in prokaryotischen und eukaryotischen Organismen, einschließlich Pflanzen genutzt werden.Such a monoclonal cell line becomes the cDNA for the Antibodies or parts of the antibody, the so-called one-chain anti body (single chain antibody - scFv) isolated. This cDNA Se sequences can then be cloned into expression cassettes and used for functional expression in prokaryotic and eukaryotic Organisms, including plants, can be used.
Es ist auch möglich über Phagen-Display-Banken Antikörper zu se lektieren, die Fungizidmoleküle binden und katalytisch in ein Produkt mit nicht fungiziden Eigenschaften Umsetzen. Methoden zur Herstellung katalytischer Antikörper sind in Janda et al., Science 275 (1997) 945-948, Chemical selection for catalysis in combinatorial Antibody libraries; Catalytic Antibodies, 1991, Ciba Foundation Symposium 159, Wiley-Interscience Publication beschrieben. Durch Klonierung des Gens dieses katalytischen Anti körpers und dessen Expression in einer Pflanze kann im Prinzip ebenfalls eine Fungizid-resistente Pflanze erzeugt werden.It is also possible to use antibodies for phage display banks read, bind the fungicide molecules and catalytically into one Implement product with non-fungicidal properties. Methods of Production of catalytic antibodies are described in Janda et al., Science 275 (1997) 945-948, Chemical selection for catalysis in combinatorial antibody libraries; Catalytic Antibodies, 1991, Ciba Foundation Symposium 159, Wiley-Interscience Publication described. By cloning the gene of this catalytic anti body and its expression in a plant can in principle a fungicide-resistant plant can also be produced.
Gegenstand der Erfindung sind insbesondere Expressionskassetten, deren kodierende Sequenz für ein Fungizid-bindendes Polypeptid oder dessen funktionelles Äquivalent codiert, sowie deren Verwendung zur Herstellung einer Fungizid-toleranten Pflanze. Die Nukleinsäuresequenz kann dabei z. B. eine DNA- oder eine cDNA-Se quenz sein. Zur Insertion in eine erfindungsgemäße Expressions kassette geeignete kodierende Sequenzen sind beispielsweise sol che, die eine DNA-Sequenz aus einer Hybridomazelle enthalten, die für ein Polypeptid mit Fungizid-bindenden Eigenschaften codiert und die somit dem Wirt Resistenz gegen bestimmte Fungizide ver leihen.The invention particularly relates to expression cassettes, their coding sequence for a fungicide-binding polypeptide or encoded its functional equivalent, as well as their Use to make a fungicide-tolerant plant. The Nucleic acid sequence can z. B. a DNA or a cDNA Se be a quenz. For insertion into an expression according to the invention Cassette-suitable coding sequences are, for example, sol che which contain a DNA sequence from a hybridoma cell which encoded for a polypeptide with fungicide-binding properties and thus ver the host resistance to certain fungicides lend.
Die erfindungsgemäßen Expressionskassetten beinhalten außerdem regulative Nukleinsäuresequenzen, welche die Expression der co dierenden Sequenz in der Wirtszelle steuern. Gemäß einer bevor zugten Ausführungsform umfaßt eine erfindungsgemäße Expressions kassette stromaufwärts, d. h. am 5'-Ende der codierenden Sequenz einen Promotor und stromabwärts, d. h. am 3'-Ende ein Polyadeny lierungssignal und gegebenenfalls weitere regulatorische Ele mente, welche mit der dazwischenliegenden codierenden Sequenz für das Polypeptid mit Fungizid-bindenden Eigenschaften und/oder Transitpeptid operativ verknüpft sind. Unter einer operativen Verknüpfung versteht man die sequenzielle Anordnung von Promotor, codierender Sequenz, Terminator und ggf. weiterer regulativer Elemente derart, daß jedes der regulativen Elemente seine Funk tion bei der Expression der codierenden Sequenz bestimmungsgemäß erfüllen kann. Die zur operativen Verknüpfung bevorzugten aber nicht darauf beschränkten Sequenzen sind Targeting-Sequenzen zur Gewährleistung der subzellulären Lokalisation im Apoplasten, in der Vakuole, in Plastiden, ins Mitochondrium, im Endo plasmatischen Retikulum (ER), im Zellkern, in Ölkörperchen oder anderen Kompartimenten und Translationsverstärker wie die 5'-Füh rungssequenz aus dem Tabak Mosaic Virus (Gallie et al., Nucl. Acids Res. 15 (1987) 8693-8711).The expression cassettes according to the invention also include regulatory nucleic acid sequences which express the expression of the co control the sequence in the host cell. According to one before preferred embodiment comprises an expression according to the invention cassette upstream, d. H. at the 5 'end of the coding sequence a promoter and downstream, d. H. a polyadeny at the 3 'end lation signal and, if necessary, further regulatory ele elements with the intervening coding sequence for the polypeptide with fungicide-binding properties and / or Transit peptide are operatively linked. Under an operative Linkage means the sequential arrangement of promoter, coding sequence, terminator and possibly other regulatory Elements such that each of the regulatory elements has its radio tion in the expression of the coding sequence as intended can meet. Those preferred for the operative linkage sequences that are not restricted to this are targeting sequences Ensuring subcellular localization in the apoplast, in the vacuole, in plastids, into the mitochondrion, in the endo plasma reticulum (ER), in the cell nucleus, in oil cells or other compartments and translation enhancers such as the 5 'guide sequence from the tobacco mosaic virus (Gallie et al., Nucl. Acids Res. 15 (1987) 8693-8711).
Als Promotoren der erfindungsgemäßen Expressionskassette ist grundsätzlich jeder Promotor geeignet, der die Expression von Fremdgenen steuern kann. Vorzugsweise verwendet man insbesondere einen pflanzlichen Promotor oder einen Promotor, der einem Pflan zenvirus entstammt. Insbesondere bevorzugt ist der CaMV 35S-Pro motor aus dem Blumenkohl-Mosaik-Virus (Franck et al., Cell 21 (1980) 285-294). Dieser Promotor enthält unterschiedliche Er kennungssequenzen für transkriptionale Effektoren, die in ihrer Gesamtheit zu einer permanenten und konstitutiven Expression des eingeführten Gens führen (Benfey et al., EMBO J. 8 (1989) 2195-2202).As promoters of the expression cassette according to the invention basically any promoter suitable for the expression of Can control foreign genes. It is preferably used in particular a plant promoter or a promoter that is a plant zen virus originated. The CaMV 35S-Pro is particularly preferred motor from the cauliflower mosaic virus (Franck et al., Cell 21 (1980) 285-294). This promoter contains different Er identifier sequences for transcriptional effectors, which in their Whole to a permanent and constitutive expression of the introduced gene (Benfey et al., EMBO J. 8 (1989) 2195-2202).
Die erfindungsgemäße Expressionskassette kann auch einen che misch induzierbaren Promotor enthalten, durch den die Expression des exogenen Polypeptids in der Pflanze zu einem bestimmten Zeit punkt gesteuert werden kann. Derartige Promotoren wie z. B. der PRPI-Promotor (Ward et al., Plant. Mol. Biol. 22 (1993), 361-366), ein durch Salizylsäure induzierbarer Promotor (WO 95/1919443), ein durch Benzolsulfonamid-induzierbarer (EP 388186), ein durch Ab scisinsäure-induzierbarer (EP 335528) bzw. ein durch Ethanol- oder Cyclohexanon-induzierbarer (WO 9321334) Promotor sind der Literatur beschrieben und können u. a. verwendet werden.The expression cassette according to the invention can also be a che contain mix-inducible promoter by which the expression of the exogenous polypeptide in the plant at a given time point can be controlled. Such promoters such. B. the PRPI promoter (Ward et al., Plant. Mol. Biol. 22 (1993), 361-366) promoter induced by salicylic acid (WO 95/1919443) by benzene sulfonamide inducible (EP 388186), a by Ab scisic acid-inducible (EP 335528) or one by ethanol or Cyclohexanone-inducible (WO 9321334) promoters are the Literature described and u. a. be used.
Weiterhin sind insbesondere solche Promotoren bevorzugt, die Ex pression in Geweben oder Pflanzenteilen sicherstellen, in denen sich die phytotoxische Fungizidwirkung entfaltet. Insbesondere zu nennen sind Promotoren, die eine Blatt-spezifische Expression ge währleisten. Zu nennen sind der Promotor der cytosolischen FBPase aus Kartoffel oder der ST-LSI Promotor aus Kartoffel (Stockhaus et al., EMBO J. 8 (1989) 2445-245).Furthermore, promoters are preferred which are Ex Ensure pressure in tissues or parts of plants in which the phytotoxic fungicidal effect unfolds. In particular, too are promoters that have a leaf-specific expression guarantee. The promoter of the cytosolic FBPase should be mentioned from potato or the ST-LSI promoter from potato (Stockhaus et al., EMBO J. 8 (1989) 2445-245).
Mit Hilfe eines samenspezifischen Promotors konnten Einketten-An tikörper stabil bis zu 0,67% des gesamten löslichen Samenproteins in den Samen transgener Tabakpflanzen exprimiert werden (Fiedler und Conrad, Bio/Technology 10 (1995), 1090-1094). Da auch eine Ex pression in ausgesäten oder keimenden Samen möglich und im Sinne der vorliegenden Erfindung erwünscht sein kann, sind entsprechend Keimungs- und Samen-spezifische Promotoren ebenfalls erfindungs gemäß bevorzugte regulative Elemente. Die erfindungsgemäße Ex pressionskassette kann daher beispielsweise einen samenspezifi schen Promotor (bevorzugt den USP- oder LEB4-Promotor, das LEB4-Signalpeptid, das zu exprimierende Gen und ein ER-Retenti onssignal enthalten. Der Aufbau der Kassette ist in der Abb. 1 am Beispiel eines Einketten-Antikörpers (scFv-Gen) schematisch beispielhaft dargestellt.With the help of a seed-specific promoter, single-chain antibodies were able to stably express up to 0.67% of the total soluble seed protein in the seeds of transgenic tobacco plants (Fiedler and Conrad, Bio / Technology 10 (1995), 1090-1094). Since an expression in sown or germinating seeds may also be possible and may be desirable in the sense of the present invention, corresponding regulating elements according to the invention are likewise preferred regulating and seed-specific promoters. The expression cassette according to the invention can therefore contain, for example, a seed-specific promoter (preferably the USP or LEB4 promoter, the LEB4 signal peptide, the gene to be expressed and an ER retention signal. The structure of the cassette is shown in FIG. 1 using the example of a single chain antibody (scFv gene) is shown schematically as an example.
Die Herstellung einer erfindungsgemäßen Expressionskassette er folgt durch Fusion eines-geeigneten Promotors mit einer geeigne ten Polypeptid-DNA und vorzugsweise einer zwischen Promotor und Polypeptid-DNA insertierten für ein Chloroplasten-spezifisches Transitpeptid kodierenden DNA sowie einem Polyadenylierungssignal nach gängigen Rekombinations- und Klonierungstechniken, wie sie beispielsweise in T. Maniatis, E.F. Fritsch und J. Sambrook, Mo lecular Cloning: A Laboratory manual, Cold Spring Harbor Labora tory, 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) beschrie ben sind.The production of an expression cassette according to the invention follows by fusing a suitable promoter with a suitable one th polypeptide DNA and preferably one between promoter and Polypeptide DNA inserted for a chloroplast specific DNA encoding transit peptide and a polyadenylation signal according to common recombination and cloning techniques as they are for example in T. Maniatis, E.F. Fritsch and J. Sambrook, Mo lecular cloning: A Laboratory manual, Cold Spring Harbor Labora tory, Cold Spring Harbor, NY (1989) and in T.J. Silhavy, M.L. Berman and L.W. Enquist, Experiments with Gene Fusions, 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) ben are.
Insbesondere bevorzugt sind Sequenzen, die ein Targeting in den Apoplasten, Plastiden, die Vakuole, das Mitochondrium, das Endo plasmatische Retikulum (ER) oder durch ein Fehlen entsprechender operativer Sequenzen einen Verbleib im Kompartiment des Entste hens, dem Zytosol, gewährleisten (Kermode, Crit. Rev. Plant Sci. 15, 4 (1996), 285-423). Für die Menge der Proteinakkumulation in transgenen Pflanzen besonders förderlich erwiesen hat sich eine Lokalisation im ER sowie der Zellwand (Schouten et al., Plant Mol. Biol. 30 (1996), 781-792; Artsaenko et al., Plant J. 8 (1995) 745-750).Sequences which target in the Apoplasts, plastids, the vacuole, the mitochondrion, the endo plasmatic reticulum (ER) or due to a lack of it operative sequences remain in the compartment of the first hens, the cytosol (Kermode, Crit. Rev. Plant Sci. 15: 4 (1996), 285-423). For the amount of protein accumulation in A transgenic plant has proven particularly beneficial Localization in the ER and the cell wall (Schouten et al., Plant Mol. Biol. 30: 781-792 (1996); Artsaenko et al., Plant J. 8 (1995) 745-750).
Gegenstand der Erfindung sind auch Expressionskassetten, deren kodierende Sequenz für ein Fungizid-bindendes Fusionsprotein ko diert, wobei Teil des Fusionsproteins ein Transitpeptid ist, das die Translokation des Polypeptides steuert. Besonders bevorzugt sind Chloroplasten-spezifische Transitpeptide, welche nach Trans lokation des Fungizid-bindenden Polypeptides in die Pflanzenchloro plasten vom Fungizid-bindenden Polypeptid-Teil enzymatisch abgespalten werden. Insbesondere bevorzugt ist das Transitpeptid abgeleitet von plastidärer Transketolase (TK) oder einem funktio nellen Äquivalent dieses Transitpeptids (z. B. das Transitpeptid der kleinen Untereinheit der Rubisco oder der Ferredoxin NADP Oxidoreduktase).The invention also relates to expression cassettes, the coding sequence for a fungicide-binding fusion protein ko diert, wherein part of the fusion protein is a transit peptide that controls the translocation of the polypeptide. Particularly preferred are chloroplast-specific transit peptides, which according to Trans location of the fungicide-binding polypeptide in the plant chloro plastically from the fungicide-binding polypeptide part enzymatically be split off. The transit peptide is particularly preferred derived from plastid transketolase (TK) or a functio equivalent of this transit peptide (e.g. the transit peptide the small subunit of the Rubisco or the ferredoxin NADP Oxidoreductase).
Die zur Herstellung erfindungsgemäßer Expressionskassetten erfor derliche Polypeptid-DNA oder -cDNA wird vorzugsweise mit Hilfe der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) amplifiziert. Verfahren zur DNA-Amplifikation mittels PCR sind bekannt, beispielsweise aus Innis et al., PCR Protocols, A Guide to Methods and Applications, Academic Press (1990). Zweckmäßigerweise können die PCR-erzeugten DNA-Fragmente durch Sequenzanalyse zur Vermeidung von Polymerase fehlern in zu exprimierenden Konstrukten überprüft werden.The required for the production of expression cassettes according to the invention Such polypeptide DNA or cDNA is preferably made using the polymerase chain reaction (PCR) amplified. Procedure for DNA amplification by means of PCR are known, for example from Innis et al., PCR Protocols, A Guide to Methods and Applications, Academic Press (1990). The PCR-generated expediently can DNA fragments by sequence analysis to avoid polymerase errors in constructs to be expressed are checked.
Die insertierte Nucleotid-Sequenz codierend für ein Fungizid-bin dendes Polypeptid kann synthetisch hergestellt oder natürlich ge wonnen sein oder eine Mischung aus synthetischen und natürlichen DNA-Bestandteilen enthalten. Im allgemeinen werden synthetische Nucleotid-Sequenzen mit Codons erzeugt, die von Pflanzen bevor zugt werden. Diese von Pflanzen bevorzugten Codons können aus Co dons mit der höchsten Proteinhäufigkeit bestimmt werden, die in den meisten interessanten Pflanzenspezies exprimiert werden. Bei der Präparation einer Expressionskassette können verschiedene DNA-Fragmente manipuliert werden, um eine Nucleotid-Sequenz zu erhalten, die zweckmäßigerweise in der korrekten Richtung liest und die mit einem korrekten Leseraster ausgestattet ist. Für die Verbindung der DNA-Fragmente miteinander können an die Fragmente Adaptoren oder Linker angesetzt werden.The inserted nucleotide sequence coding for a fungicide bin The polypeptide can be produced synthetically or naturally be delightful or a mixture of synthetic and natural Contain DNA components. Generally synthetic Nucleotide sequences with codons generated by plants before be moved. These codons preferred by plants can be obtained from Co dons with the highest protein frequency, which are determined in most interesting plant species can be expressed. At The preparation of an expression cassette can be different DNA fragments are manipulated to create a nucleotide sequence receive, which reads appropriately in the correct direction and which is equipped with a correct reading frame. For the The DNA fragments can be connected to one another to form the fragments Adapters or linkers can be used.
Zweckmäßigerweise sollten die erfindungsgemäßen Promotor- und die Terminator-Regionen in Transkriptionsrichtung mit einem Lin ker oder Polylinker, der eine oder mehrere Restriktionsstellen für die Insertion dieser Sequenz enthält, versehen werden. In der Regel hat der Linker 1 bis 10, meistens 1 bis 8, vorzugsweise 2 bis 6 Restriktionsstellen. Im allgemeinen hat der Linker inner halb der regulatorischen Bereiche eine Größe von weniger als 100 bp, häufig weniger als 60 bp, mindestens jedoch 5 bp. Der erfindungsgemäße Promotor kann sowohl nativ bzw. homolog als auch fremdartig bzw. heterolog zur Wirtspflanze sein. Die erfindungs gemäße Expressionskassette beinhaltet in der 5'-3'-Transkripti onsrichtung den erfindungsgemäßen Promotor, eine beliebige Se quenz und eine Region für die transkriptionale Termination. Ver schiedene Terminationsbereiche sind gegeneinander beliebig aus tauschbar.The promoter and the terminator regions in the direction of transcription with a Lin ker or polylinker, the one or more restriction sites contains for the insertion of this sequence. In the The linker usually has 1 to 10, mostly 1 to 8, preferably 2 up to 6 restriction sites. In general, the left has inner half of the regulatory areas a size of less than 100 bp, often less than 60 bp, but at least 5 bp. Of the The promoter according to the invention can be native or homologous as well strange or heterologous to the host plant. The fiction appropriate expression cassette contains in the 5'-3 'transcript onsrichtung the promoter according to the invention, any Se quenz and a region for transcriptional termination. Ver Different termination areas are arbitrary against each other exchangeable.
Ferner können Manipulationen, die passende Restriktionsschnitt stellen bereitstellen oder die überflüssige DNA oder Restrikti onsschnittstellen entfernen, eingesetzt werden. Wo Insertionen, Deletionen oder Substitutionen wie z. B. Transitionen und Trans versionen in Frage kommen, können in vitro-Mutagenese, "primerre pair", Restriktion oder Ligation verwendet werden. Bei geeigneten Manipulationen, wie z. B. Restriktion, "chewing-back" oder Auffül len von Überhängen für "bluntends", können komplementäre Enden der Fragmente für die Ligation zur Verfügung gestellt werden. Manipulations can also find the appropriate restriction cut provide or dispose of the superfluous DNA or restriction Remove interfaces, be used. Where insertions, Deletions or substitutions such. B. Transitions and Trans versions may be considered in vitro mutagenesis, "primerre pair ", restriction or ligation can be used. With suitable Manipulations, such as B. restriction, "chewing-back" or replenishment len of overhangs for "bluntends" can have complementary ends of the fragments are made available for ligation.
Von besonderer Bedeutung für den erfindungsgemäßen Erfolg ist das Anhängen des spezifischen ER-Retentionssignals SEKDEL (Schuoten, A. et al. Plant Mol. Biol. 30 (1996), 781-792), die durch schnittliche Expressionshöhe wird damit verdreifacht bis vervier facht. Es können auch andere Retentionssignale, die natürlicher weise bei im ER lokalisierten pflanzlichen und tierischen Protei nen vorkommen, für den Aufbau der Kassette eingesetzt werden.This is of particular importance for the success according to the invention Append the specific ER retention signal SEKDEL (Schuoten, A. et al. Plant Mol. Biol. 30 (1996), 781-792) by Average expression level is tripled to four fold. There may also be other retention signals that are more natural wise in plant and animal protei localized in the ER be used for the assembly of the cassette.
Bevorzugte Polyadenylierungssignale sind pflanzliche Polyadeny lierungssignale, vorzugsweise solche, die im wesentlichen T-DNA- Polyadenylierungssignale aus Agrobacterium tumefaciens, ins besondere des Gens 3 der T-DNA (Octopin Synthase) des Ti-Plasmids pTiACH5 entsprechen (Gielen et al., EMBO J. 3 (1984) 835 ff) oder funktionelle Äquivalente.Preferred polyadenylation signals are vegetable polyadenylation lation signals, preferably those which are essentially T-DNA Polyadenylation signals from Agrobacterium tumefaciens, ins particular of gene 3 of T-DNA (octopine synthase) of the Ti plasmid correspond to pTiACH5 (Gielen et al., EMBO J. 3 (1984) 835 ff) or functional equivalents.
Eine erfindungsgemäße Expressionskassette kann beispielsweise einen konstitutiven Promotor (bevorzugt den CaMV 35 S-Promotor), das LeB4-Signalpeptid, das zu exprimierende Gen und das ER-Reten tionssignal enthalten. Der Aufbau der Kassette ist in Abb. 2 am Beispiel eines Einketten-Antikörpers (scFv-Gen) schematisch dargestellt. Als ER-Retentionssignal wird bevorzugt die Amino säuresequenz KDEL (Lysin, Asparaginsäure, Glutaminsäure, Leucin) verwendet.An expression cassette according to the invention can contain, for example, a constitutive promoter (preferably the CaMV 35 S promoter), the LeB4 signal peptide, the gene to be expressed and the ER retention signal. The structure of the cassette is shown schematically in Fig. 2 using the example of a single-chain antibody (scFv gene). The amino acid sequence KDEL (lysine, aspartic acid, glutamic acid, leucine) is preferably used as the ER retention signal.
Vorzugsweise wird die fusionierte Expressionskassette, die für ein Polypeptid mit Fungizid-bindenden Eigenschaften codiert, in einen Vektor, beispielsweise pBin19, kloniert, der geeignet ist, Agrobacterium tumefaciens zu transformieren. Mit einem solchen Vektor transformierte Agrobakterien können dann in bekannter Weise zur Transformation von Pflanzen, insbesondere von Kultur pflanzen, wie z. B. von Tabakpflanzen, verwendet werden, indem beispielsweise verwundete Blätter oder Blattstücke in einer Agro bakterienlösung gebadet und anschließend in geeigneten Medien kultiviert werden. Die Transformation von Pflanzen durch Agrobak terien ist unter anderem bekannt aus F.F. White, Vectors for Gene Transfer in Higher Plants; in Transgenic Plants, Vol. 1, Enginee ring and Utilization, herausgegeben von S.D. Kung und R. Wu, Academic Press, 1993, S. 15-38 und aus S.B. Gelvin, Molecular Ge netics of T-DNA Transfer from Agrobacterium to Plants, gleich falls in Transgenic Plants, S. 49-78. Aus den transformierten Zellen der verwundeten Blätter bzw. Blattstücke können in bekann ter Weise transgene Pflanzen regeneriert werden, die ein in die erfindungsgemäße Expressionskassette integriertes Gen für die Ex pression eines Polypeptides mit Fungizid-bindenden Eigenschaften enthalten. Preferably, the fused expression cassette used for encodes a polypeptide with fungicide-binding properties, in cloned a vector, for example pBin19, which is suitable Transform Agrobacterium tumefaciens. With one Vector-transformed agrobacteria can then be known Way to transform plants, especially culture plants, such as B. tobacco plants can be used by for example wounded leaves or leaf pieces in an agro bacterial solution bathed and then in suitable media be cultivated. The transformation of plants through Agrobak terien is known from F.F. White, Vectors for Gene Transfer to higher plants; in Transgenic Plants, Vol. 1, Enginee ring and utilization, edited by S.D. Kung and R. Wu, Academic Press, 1993, pp. 15-38 and from S.B. Gelvin, Molecular Ge netics of T-DNA Transfer from Agrobacterium to Plants, the same if in Transgenic Plants, pp. 49-78. From the transformed Cells of the wounded leaves or leaf pieces can be known ter transgenic plants are regenerated, the one in the Expression cassette integrated gene according to the invention for the Ex pression of a polypeptide with fungicide-binding properties contain.
Zur Transformation einer Wirtspflanze mit einer für ein Fungizid bindendes Polypeptid codierenden DNA wird eine erfindungsgemäße Expressionskassette als Insertion in einen rekombinanten Vektor eingebaut, dessen Vektor-DNA zusätzliche funktionelle Regulati onssignale, beispielsweise Sequenzen für Replikation oder Inte gration enthält. Geeignete Vektoren sind unter anderem in "Methods in Plant Molecular Biology and Biotechnology" (CRC Press), Kap. 6/7, S. 71-119 beschrieben.To transform a host plant with one for a fungicide DNA encoding binding polypeptide becomes an inventive Expression cassette as an insertion into a recombinant vector built in, whose vector DNA additional functional regulati on signals, for example sequences for replication or inte gration contains. Suitable vectors are inter alia in "Methods in Plant Molecular Biology and Biotechnology" (CRC Press), chap. 6/7, pp. 71-119.
Unter Verwendung der oben zitierten Rekombinations- und Klonierungstechniken können die erfindungsgemäßen Expressionskas setten in geeignete Vektoren kloniert werden, die ihre Vermeh rung, beispielsweise in E. coli, ermöglichen. Geeignete Klonie rungsvektoren sind u. a. pBR332, pUC-Serien, M13mp-Serien und pA- CYC184. Besonders geeignet sind binäre Vektoren, die sowohl in E. coli als auch in Agrobakterien replizieren können, wie z. B. pBin19 (Bevan et al. (1980) Nucl. Acids Res. 12, 8711).Using the recombination and The expression cases according to the invention can be cloned set to be cloned into appropriate vectors that match their tion, for example in E. coli. Suitable clony tion vectors are u. a. pBR332, pUC series, M13mp series and pA CYC184. Binary vectors which are particularly suitable in E. can replicate coli as well as in agrobacteria, e.g. B. pBin19 (Bevan et al. (1980) Nucl. Acids Res. 12, 8711).
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft die Verwendung einer erfindungsgemäßen Expressionskassette zur Transformation von Pflanzen, Pflanzenzellen, -geweben oder Pflanzenteilen. Vor zugsweise ist Ziel der Verwendung die Vermittlung von Resistenz gegen Fungizide mit phytotoxischer Wirkung.Another object of the invention relates to the use an expression cassette according to the invention for transformation of plants, plant cells, tissues or parts of plants. Before the aim of the use is also to impart resistance against fungicides with phytotoxic effects.
Dabei kann je nach Wahl des Promotors die Expression spezifisch in den Blättern, in den Samen oder anderen Teilen der Pflanze er folgen. Solche transgenen Pflanzen, deren Vermehrungsgut sowie deren Pflanzenzellen, -gewebe oder -teile sind ein weiterer Ge genstand der vorliegenden Erfindung.Depending on the choice of the promoter, the expression can be specific in the leaves, seeds or other parts of the plant consequences. Such transgenic plants, their reproductive material as well their plant cells, tissues or parts are another Ge subject of the present invention.
Die Übertragung von Fremdgenen in das Genom einer Pflanze wird als Transformation bezeichnet. Es werden dabei die beschriebenen Methoden zur Transformation und Regeneration von Pflanzen aus Pflanzengeweben oder Pflanzenzellen zur transienten oder stabilen Transformation genutzt. Geeignete Methoden sind die Protoplasten transformation durch Polyethylenglykol-induzierte DNA-Aufnahme, der biolistische Ansatz mit der Genkanone, die Elektroporation, die Inkubation trockener Embryonen in DNA-haltiger Lösung, die Mikroinjektion und der Agrobacterium-vermittelte Gentransfer. Die genannten Verfahren sind beispielsweise in B. Jenes et al., Techniques for Gene Transfer, in: Transgenic Plants, Vol. 1, En gineering and Utilization, herausgegeben von S.D. Kung und R. Wu, Academic Press (1993) 128-143 sowie in Potrykus Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Molec. Biol. 42 (1991) 205-225) beschrieben. Vor zugsweise wird das zu exprimierende Konstrukt in einen Vektor kloniert, der geeignet ist, Agrobacterium tumefaciens zu trans formieren, beispielsweise pBin19 (Bevan et al., Nucl. Acids Res. 12 (1984) 8711).The transfer of foreign genes into the genome of a plant is made referred to as transformation. There are the described Methods for transforming and regenerating plants Plant tissues or plant cells for transient or stable Transformation used. Protoplasts are suitable methods transformation by polyethylene glycol-induced DNA uptake, the biolistic approach with the gene gun, electroporation, the incubation of dry embryos in DNA-containing solution, the Microinjection and Agrobacterium -mediated gene transfer. The The methods mentioned are described, for example, in B. Jenes et al., Techniques for Gene Transfer, in: Transgenic Plants, Vol. 1, En gineering and Utilization, edited by S.D. Kung and R. Wu, Academic Press (1993) 128-143 and in Potrykus Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Molec. Biol. 42 (1991) 205-225). Before preferably the construct to be expressed is converted into a vector cloned, which is suitable for trans Agrobacterium tumefaciens form, for example pBin19 (Bevan et al., Nucl. Acids Res. 12 (1984) 8711).
Mit einer erfindungsgemäßen Expressionskassette transformierte Agrobakterien können dann in bekannter Weise zur Transformation von Pflanzen, insbesondere von Kulturpflanzen, wie Getreide, Mais, Soja, Reis, Baumwolle, Zuckerrübe, Canola, Sonnenblume, Flachs, Kartoffel, Tabak, Tomate, Raps, Alfalfa, Salat und den verschiedenen Busch-, Baum-, Nuß- und Weinspezies, wie beispiels weise Kaffee, Obstbäume wie Apfel, Birnen oder Kirschen, Nußbäume wie Walnuß oder Pecan und besonders wichtig in Reben verwendet werden, z. B. indem verwundete Blätter oder Blattstücke in einer Agrobakterienlösung gebadet und anschließend in geeigneten Medien kultiviert werden.Transformed with an expression cassette according to the invention Agrobacteria can then be transformed in a known manner of plants, in particular of crop plants, such as cereals, Corn, soybeans, rice, cotton, sugar beet, canola, sunflower, Flax, potato, tobacco, tomato, rapeseed, alfalfa, lettuce and various bush, tree, nut and wine species, such as wise coffee, fruit trees like apple, pear or cherry, nut trees like walnut or pecan and especially important in vines be, e.g. B. by wounded leaves or leaf pieces in one Agrobacteria solution bathed and then in suitable media be cultivated.
Funktionell äquivalente Sequenzen, die ein Fungizid-bindendes Polypeptid codieren, sind erfindungsgemäß solche Sequenzen, wel che trotz abweichender Nucleotidsequenz noch die gewünschten Funktionen besitzen. Funktionelle Äquivalente umfassen somit na türlich vorkommende Varianten der hierin beschriebenen Sequenzen sowie künstliche, z. B. durch chemische Synthese erhaltene, an die Codon-Usage einer Pflanze angepaßte, künstliche Nucleotid-Sequen zen.Functionally equivalent sequences that contain a fungicide-binding Coding polypeptide are, according to the invention, such sequences, wel che despite the differing nucleotide sequence the desired Have functions. Functional equivalents thus include na Naturally occurring variants of the sequences described here as well as artificial, e.g. B. obtained by chemical synthesis to the Artificial nucleotide sequences adapted to the codon usage of a plant Zen.
Unter einem funktionellen Äquivalent versteht man insbesondere auch natürliche oder künstliche Mutationen einer ursprünglich isolierten das Fungizid-bindende Polypeptid codierenden Sequenz, welche weiterhin die gewünschte Funktion zeigen. Mutationen um fassen Substitutionen, Additionen, Deletionen, Vertauschungen oder Insertionen eines oder mehrerer Nukleotidreste. Somit werden beispielsweise auch solche Nucleotidsequenzen durch die vorlie gende Erfindung mit umfaßt, welche man durch Modifikation dieser Nucleotidsequenz erhält. Ziel einer solchen Modifikation kann z. B. die weitere Eingrenzung der darin enthaltenen codierenden Sequenz oder z. B. auch die Einfügung weiterer Restriktionsenzym- Schnittstellen sein.A functional equivalent is understood to mean in particular also natural or artificial mutations of one originally isolated sequence encoding the fungicide-binding polypeptide, which still show the desired function. Mutations around include substitutions, additions, deletions, exchanges or insertions of one or more nucleotide residues. So be for example, such nucleotide sequences by the vorlie The present invention includes which can be modified by this Receives nucleotide sequence. Such a modification can be the target e.g. B. the further limitation of the encoding contained therein Sequence or z. B. also the insertion of further restriction enzyme Interfaces.
Funktionelle Äquivalente sind auch solche Varianten, deren Funk tion, verglichen mit dem Ausgangsgen bzw. Genfragment, abge schwächt oder verstärkt ist.Functional equivalents are also those variants whose radio tion compared to the parent gene or gene fragment is weakening or strengthening.
Außerdem sind artifizielle DNA-Sequenzen geeignet, solange sie, wie oben beschrieben, die gewünschte Toleranz gegenüber Fungizi den zur Vermeidung phytotoxischer Effekte an Kulturpflanzen ver mitteln. Solche artifiziellen DNA-Sequenzen können beispielsweise durch Rückübersetzung mittels Molecular Modelling konstruierter Proteine, die Fungizid-bindende Aktivität aufweisen oder durch in vitro-Selektion ermittelt werden. Besonders geeignet sind kodie rende DNA-Sequenzen, die durch Rückübersetzung einer Polypeptid sequenz gemäß der für die Wirtspflanze spezifischen Codon-Nutzung erhalten wurden. Die spezifische Codon-Nutzung kann ein mit pflanzengenetischen Methoden vertrauter Fachmann durch Compute rauswertungen anderer, bekannter Gene der zu transformierenden Pflanze leicht ermitteln.In addition, artificial DNA sequences are suitable as long as they as described above, the desired tolerance to fungizi ver to avoid phytotoxic effects on crops average. Such artificial DNA sequences can, for example constructed by back translation using molecular modeling Proteins that have fungicide-binding activity or by in in vitro selection can be determined. Codes are particularly suitable DNA sequences generated by back-translating a polypeptide sequence according to the codon usage specific for the host plant were obtained. The specific codon usage can be with Plant genetic methods familiar expert through Compute evaluations of other known genes to be transformed Easily identify the plant.
Als weitere erfindungsgemäße geeignete äquivalente Nukleinsäure- Sequenzen sind zu nennen Sequenzen, welche für Fusionsproteine kodieren, wobei Bestandteil des Fusionsproteins ein nicht-pflanz liches Fungizid-bindendes Polypeptid oder ein funktionell äquiva lenter Teil davon ist. Der zweite Teil des Fusionsproteins kann z. B. ein weiteres Polypeptid mit enzymatischer Aktivität sein oder eine antigene Polypeptidsequenz mit deren Hilfe ein Nachweis auf scFvs Expression möglich ist (z. B. myc-tag oder his-tag). Bevorzugt handelt es sich dabei jedoch um eine regulative Pro teinsequenz, wie z. B. ein Signal- oder Transitpeptid, das das Polypeptid mit Fungizid-bindenden Eigenschaften an den gewünsch ten Wirkort leitet.As further suitable equivalent nucleic acid Sequences are to be called sequences which are for fusion proteins encode, a component of the fusion protein being a non-plant fungicide-binding polypeptide or a functionally equivalent lent part of it. The second part of the fusion protein can e.g. B. be another polypeptide with enzymatic activity or an antigenic polypeptide sequence with the help of which a detection on scFvs expression is possible (e.g. myc-tag or his-tag). However, this is preferably a regulatory pro tine sequence, such as B. a signal or transit peptide that Polypeptide with fungicide binding properties to the desired directs the place of action.
Gegenstand der Erfindung sind aber auch die erfindungsgemäß er zeugten Expressionsprodukte, sowie Fusionsproteine aus einem Transitpeptid und einem Polypeptid mit Fungizid-bindenden Eigen schaften.The invention also relates to the invention produced expression products, as well as fusion proteins from one Transit peptide and a polypeptide with fungicide-binding properties create.
Resistenz bzw. Toleranz bedeutet im Rahmen der vorliegenden Er findung die künstlich erworbene Widerstandsfähigkeit von Pflanzen gegenüber Fungiziden mit phytotoxischer Wirkung. Sie umfaßt die partielle und, insbesondere, die vollständige Unempfindlichkeit gegenüber diesen Inhibitoren für die Dauer mindestens einer Pflanzengeneration.Resistance or tolerance means in the context of the present Er the artificially acquired resistance of plants against fungicides with phytotoxic effects. It includes the partial and, in particular, complete insensitivity versus these inhibitors for at least one for the duration Plant generation.
Der phytotoxische Wirkort von Fungiziden ist im allgemeinen das Blattgewebe, so daß eine blattspezifische Expression des exogenen Fungizid-bindenden Polypeptides ausreichenden Schutz bieten kann. Es ist jedoch naheliegend, daß die phytotoxische Wirkung eines Fungizids nicht auf das Blattgewebe beschränkt sein muß, sondern auch in allen übrigen Teilen der Pflanze gewebespezifisch erfol gen kann.The phytotoxic location of fungicides is generally that Leaf tissue, so that a leaf-specific expression of the exogenous Fungicide-binding polypeptides can provide adequate protection. However, it is obvious that the phytotoxic effect of a Fungicide need not be limited to the leaf tissue, but also tissue-specific success in all other parts of the plant can.
Darüberhinaus ist eine konstitutive Expression des exogenen Fun gizid-bindenden Polypeptides von Vorteil. Andererseits kann aber auch eine induzierbare Expression wünschenswert erscheinen. In addition, there is a constitutive expression of exogenous fun Gicide-binding polypeptides are an advantage. On the other hand, however inducible expression also appears desirable.
Die Wirksamkeit des transgen exprimierten Polypeptides mit Fungi zid-bindenden Eigenschaften kann beispielsweise in vitro durch Sproßmeristemvermehrung auf Fungizid-haltigem Medium über abge stufte Konzentrationsreihen oder über Samenkeimungstests ermit telt werden. Zudem kann eine in Art und Höhe veränderte Fungizid verträglichkeit einer Testpflanze in Gewächshausversuchen gete stet werden.The effectiveness of the transgenically expressed polypeptide with fungi zid-binding properties can, for example, in vitro Shoot meristem propagation on medium containing fungicide via abge graduated series of concentrations or via seed germination tests be communicated. In addition, a fungicide that has changed in type and level tolerance of a test plant in greenhouse experiments be steady.
Gegenstand der Erfindung sind außerdem transgene Pflanzen, trans formiert mit einer erfindungsgemäßen Expressionskassette, sowie transgene Zellen, Gewebe, Teile und Vermehrungsgut solcher Pflan zen. Besonders bevorzugt sind dabei transgene Kulturpflanzen, wie z. B. Getreide, Mais, Soja, Reis, Baumwolle, Zuckerrübe, Canola, Sonnenblume, Flachs, Kartoffel, Tabak, Tomate, Raps, Alfalfa, Sa lat und die verschiedenen Busch-, Baum-, Nuß- und Weinspecies wie beispielsweise Kaffee, Obstbäume wie Apfel, Birnen oder Kirschen, Nußbäume wie Walnuß oder Pecan und besonders wichtig die Rebe.The invention also relates to transgenic plants, trans formed with an expression cassette according to the invention, and transgenic cells, tissues, parts and propagation material of such plants Zen. Transgenic crop plants, such as e.g. B. cereals, corn, soybeans, rice, cotton, sugar beet, canola, Sunflower, flax, potato, tobacco, tomato, rapeseed, alfalfa, Sa lat and the various bush, tree, nut and wine species such as for example coffee, fruit trees such as apple, pear or cherry, Nut trees like walnut or pecan and especially important the vine.
Die transgenen Pflanzen, Pflanzenzellen, -gewebe oder -teile kön nen mit einem Fungizid mit phytotoxischer Wirkung, das die pflanzlichen Enzyme inhibiert, behandelt werden, wodurch die nicht erfolgreich transformierten Pflanzen, -zellen, -gewebe oder Pflanzenteile absterben bzw. geschädigt werden. Beispiele für ge eignete Wirkstoffe sind Strobilurine insbesondere Methyl methoxyimino-α-(o-tolyloxy)-o-tolylacetate (BAS 490F), sowie Metabolite und funktionelle Derivate dieser Verbindungen. Die in die erfindungsgemäßen Expressionskassetten insertierte, für ein Polypeptid mit Fungizid-bindenden Eigenschaften codie rende DNA, kann somit auch als Selektionsmarker verwendet werden.The transgenic plants, plant cells, tissue or parts can with a fungicide with a phytotoxic effect that inhibited herbal enzymes, treated, causing the plants, cells, tissues or Plant parts die or are damaged. Examples of ge suitable active ingredients are strobilurins in particular Methyl methoxyimino-α- (o-tolyloxy) -o-tolylacetate (BAS 490F), as well as metabolites and functional derivatives of these compounds. The inserted into the expression cassettes according to the invention for a polypeptide with fungicide-binding properties DNA, can also be used as a selection marker.
Insbesondere bei Kulturpflanzen bietet die vorliegende Erfindung
den Vorteil, daß nach Induktion einer selektiven Resistenz der
Kulturpflanze gegenüber Fungiziden mit phytotoxischer Wirkung
derartige Fungizide in diesen Kulturen auch mit höheren Aufwand
mengen zur Bekämpfung von Schadpilzen eingesetzt werden können,
die sonst zu Pflanzenschäden führen würden. Als nicht-limitie
rende Beispiele für derartige Fungizide mit phytotoxischer Wir
kung können Verbindungen aus den folgenden Gruppen genannt wer
den:
In particular in the case of crop plants, the present invention offers the advantage that, after induction of a selective resistance of the crop plant to fungicides having a phytotoxic effect, such fungicides can also be used in these crops with higher expenditure to control harmful fungi which would otherwise lead to plant damage. Compounds from the following groups can be mentioned as non-limiting examples of such fungicides with phytotoxic effect:
- - Schwefel, Dithiocarbamate und deren Derivate, wie Ferridime thyldithiocarbamat, Zinkdimethyldithiocarbamat, Zinkethylenbis dithiocarbamat, Manganethylenbisdithiocarbamat, Mangan-Zink ethylendiamin-bis-dithiocarbamat, Tetramethylthiuramdisulfide, Ammoniak-Komplex von Zink-(N,N-ethylen-bis-dithiocarbamat), Am moniak-Komplex von Zink-(N,N'-propylen-bis-dithiocarbamat), Zink-(N,N'-propylenbis-dithiocarbamat), N,N'-Polypropylen- bis-(thiocarbamoyl)disulfid;- Sulfur, dithiocarbamates and their derivatives, such as ferridimes ethyldithiocarbamate, zinc dimethyldithiocarbamate, zinc ethylene bis dithiocarbamate, manganese ethylene bisdithiocarbamate, manganese zinc ethylenediamine bis-dithiocarbamate, tetramethylthiuram disulfide, Ammonia complex of zinc (N, N-ethylene-bis-dithiocarbamate), Am monia complex of zinc (N, N'-propylene-bis-dithiocarbamate), Zinc (N, N'-propylene bis-dithiocarbamate), N, N'-polypropylene bis- (thiocarbamoyl) disulfide;
- - Nitroderivate, wie Dinitro-(1-methylheptyl)-phenylcrotonat, 2-sec-Butyl-4,6-dinitrophenyl-3,3-dimethylacrylat, 2-sec-Bu tyl-4,6-dinitrophenyl-isopropylcarbonat, 5-Nitro-isoph thalsäure-di-isopropylester;Nitroderivatives, such as dinitro- (1-methylheptyl) phenylcrotonate, 2-sec-butyl-4,6-dinitrophenyl-3,3-dimethylacrylate, 2-sec-Bu tyl-4,6-dinitrophenyl-isopropyl carbonate, 5-nitro-isoph di-isopropyl thalate;
- - heterocyclische Substanzen, wie 2-Heptadecyl-2-imidazolin-ace tat, 2,4-Dichlor-6-(o-chloranilino)-s-triazin, O,O-Diethyl phthalimidophosphonothioat, 5-Amino-1-[bis-(dimethylamino)- phosphinyl]-3-phenyl-1,2,4-triazol, 2,3-Dicyano-1,4-dithioan thrachinon, 2-Thio-1,3-dithiolo[4,5-b]chinoxalin, 1-(Butylcar bamoyl)-2-benzimidazol-carbaminsäuremethylester, 2-Methoxycar bonylamino-benzimidazol, 2-(Furyl-(2))-benzimidazol, 2-(Thiazo lyl-(4))-benzimidazol, N-(1,1,2,2-Tetrachlorethylthio)-tetrahy drophthalimid, N-Trichlormethylthio-tetrahydrophthalimid, N-Trichlormethylthio-phthalimid,- Heterocyclic substances, such as 2-heptadecyl-2-imidazolin-ace tat, 2,4-dichloro-6- (o-chloroanilino) -s-triazine, O, O-diethyl phthalimidophosphonothioate, 5-amino-1- [bis- (dimethylamino) - phosphinyl] -3-phenyl-1,2,4-triazole, 2,3-dicyano-1,4-dithioane thrachinone, 2-thio-1,3-dithiolo [4,5-b] quinoxaline, 1- (butylcar bamoyl) -2-benzimidazole-carbamic acid methyl ester, 2-methoxycar bonylamino-benzimidazole, 2- (furyl- (2)) -benzimidazole, 2- (thiazo lyl- (4)) - benzimidazole, N- (1,1,2,2-tetrachloroethylthio) tetrahy drophthalimide, N-trichloromethylthio-tetrahydrophthalimide, N-trichloromethylthio-phthalimide,
- - N-Dichlorfluormethylthio-N',N'-dimethyl-N-phenyl-schwefelsäure diamid, 5-Ethoxy-3-trichlormethyl-1,2,3-thiadiazol, 2-Rhodanme thylthiobenzthiazol, 1,4-Dichlor-2,5-dimethoxybenzol, 4-(2-Chlorphenylhydrazono)-3-methyl-5-isoxazolon, Pyridin-2- thio-1-oxid, 8-Hydroxychinolin bzw. dessen Kupfersalz, 2,3-Di hydro-5-carboxanilido-6-methyl-1,4-oxathiin, 2,3-Dihydro-5-car boxanilido-6-methyl-1,4-oxathiin-4,4-dioxid, 2-Methyl-5,6-dihy dro-4H-pyran-3-carbonsäure-anilid, 2-Methyl-furan-3-carbonsäu reanilid, 2,5-Dimethyl-furan-3-carbonsäureanilid, 2,4,5-Trime thyl-furan-3-carbonsäureanilid, 2,5-Dimethyl-furan-3-carbonsäu recyclohexylamid, N-Cyclohexyl-N-methoxy-2,5-dimethyl-fu ran-3-carbonsäureamid, 2-Methyl-benzoesäure-anilid, 2-Iod-ben zoesäure-anilid, N-Formyl-N-morpholin-2,2,2-trichlorethylace tal, Piperazin-1,4-diylbis-1-(2,2,2-trichlorethyl)-formamid, 1-(3,4-Dichloranilino)-1-formylamino-2,2,2-trichlorethan,- N-dichlorofluoromethylthio-N ', N'-dimethyl-N-phenylsulfuric acid diamide, 5-ethoxy-3-trichloromethyl-1,2,3-thiadiazole, 2-rhodanme thylthiobenzthiazole, 1,4-dichloro-2,5-dimethoxybenzene, 4- (2-chlorophenylhydrazono) -3-methyl-5-isoxazolone, pyridine-2- thio-1-oxide, 8-hydroxyquinoline or its copper salt, 2,3-di hydro-5-carboxanilido-6-methyl-1,4-oxathiine, 2,3-dihydro-5-car boxanilido-6-methyl-1,4-oxathiin-4,4-dioxide, 2-methyl-5,6-dihy dro-4H-pyran-3-carboxylic acid anilide, 2-methyl-furan-3-carboxylic acid reanilide, 2,5-dimethyl-furan-3-carboxylic acid anilide, 2,4,5-trime thyl-furan-3-carboxylic acid anilide, 2,5-dimethyl-furan-3-carboxylic acid recyclohexylamide, N-cyclohexyl-N-methoxy-2,5-dimethyl-fu ran-3-carboxamide, 2-methyl-benzoic acid anilide, 2-iodine-ben zoic acid anilide, N-formyl-N-morpholine-2,2,2-trichloroethylace tal, piperazin-1,4-diylbis-1- (2,2,2-trichloroethyl) formamide, 1- (3,4-dichloroanilino) -1-formylamino-2,2,2-trichloroethane,
- - Amine wie 2,6-Dimethyl-N-tridecyl-morpholin bzw. dessen Salze, 2,6-Dimethyl-N-cyclododecyl-morpholin bzw. dessen Salze, N-[3-(p-tert.-Butylphenyl)-2-methylpropyl]-cis-2,6-dimethyl morpholin, N-[3-(p-tert.-Butylphenyl)-2-methylpropyl]-piperi din, (8-(1,1-Dimethylethyl)-N-ethyl-N-propyl-1,4-dioxas piro[4.5]decan-2-methanamin,Amines such as 2,6-dimethyl-N-tridecylmorpholine or its salts, 2,6-dimethyl-N-cyclododecyl-morpholine or its salts, N- [3- (p-tert-Butylphenyl) -2-methylpropyl] cis-2,6-dimethyl morpholine, N- [3- (p-tert-butylphenyl) -2-methylpropyl] piperi din, (8- (1,1-dimethylethyl) -N-ethyl-N-propyl-1,4-dioxas piro [4.5] decane-2-methanamine,
-
- Azole wie 1-[2-(2,4-Dichlorphenyl)-4-ethyl-1,3-dioxolan-2-yl-
ethyl]-1H-1,2,4-triazol, 1-[2-(2,4-Dichlorphenyl)-4-n-pro
pyl-1,3-dioxolan-2-yl-ethyl]-1H-1,2,4-triazol, N-(n-Pro
pyl)-N-(2,4,6-trichlorphenoxyethyl)-N'-imidazol-yl-harnstoff,
1-(4-Chlorphenoxy)-3,3-dimethyl-1-(1H-1,2,4-triazol-1-yl)-2-bu
tanon, 1-(4-Chlorphenoxy)-3,3-dimethyl-1-(1H,1,2,4-tria
zol-1-yl)-2-butanol, (2RS,3RS)-1-[3-(2-Chlorphenyl)-2-(4-fluor
phenyl)-oxiran-2-ylmethyl]-1H-1,2,4-triazol, 1-[2-(2,4-Dichlor
phenyl)-pentyl]-1H-1,2,4-triazol, 2,4'-Difluor
α-(1H-1,2,4-triazolyl-1-methyl)-benzhydrylalkohol,
1-((bis-(4-Fluorphenyl)-methylsilyl)-methyl)-1H-1,2,4-triazol,
1-[2RS,4RS;2RS,4SR)-4-brom-2-(2,4-dichlorphenyl)tetrahydrofu
ryl]-1H-1,2,4-triazol, 2-(4-Chlorphenyl)-3-cyclopro
pyl-1-(1H-1,2,4-triazol-1-yl)-butan-2-ol,
(+)-4-Chlor-4-[4-methyl-2-(1H-1,2,4-triazol-1-ylme
thyl)-1,3-dioxolan-2-yl]-phenyl-4-chlorphenylether,
(E)-(R,S)-1-(2,4-dichlorphenyl)-4,4-dimethyl-2-(1H-1,2,4-tria
zol-1-yl)pent-1-en-3-ol, 4-(4-Chlorphenyl)-2-phe
nyl-2-(1H-1,2,4-triazolylmethyl)-butyronitril, 3-(2,4-dichlor
phenyl)-6-fluor-2-(1H-1,2,4-triazol-1-yl)chinazolin-4(3H)-on,
(R,S)-2-(2,4-Dichlorphenyl)-1-H-1,2,4-triazol-1-yl)-hex
ano-2-ol, (1RS,5RS;1RS,5SR)-5-(4-chlorbenzyl)-2,2-dime
thyl-1-(1H-1,2,4-triazol-1-ylmethyl)cyclopentanol,
(R,S)-1-(4-chlorphenyl)-4,4-dimethyl-3-(1H-1,2,4-triazol-1-yl
methyl)pentan-3-ol, (+)-2-(2,4,-Dichlorphe
nyl)-3-(1H-1,2,4-triazolyl)-propyl-1,1,2,2-tetrafluorethy
lether, (E)-1-[1-[4-Chlor-2-trifluormethyl)-phe
nyl]-imino)-2-propoxyethyl]-1H-imidazol, 2-(4-Chlorphe
nyl)-2-(1H-1,2,4-triazol-1-ylmethyl)-hexannitril,
α-(2-Chlorphenyl)-α-(4-chlorphenyl)-5-pyrimidin-methanol, 5-Bu tyl-2-dimethylamino-4-hydroxy-6-methyl-pyrimidin, Bis-(p-chlor phenyl)-3-pyridinmethanol, 1,2-Bis-(3-ethoxycarbonyl-2-thiou reido)-benzol, 1,2-Bis-(3-methoxycarbonyl-2-thioureido)-benzol,Azoles such as 1- [2- (2,4-dichlorophenyl) -4-ethyl-1,3-dioxolan-2-yl-ethyl] -1H-1,2,4-triazole, 1- [2- (2nd , 4-dichlorophenyl) -4-n-propyl-1,3-dioxolan-2-yl-ethyl] -1H-1,2,4-triazole, N- (n-propyl) -N- (2, 4,6-trichlorophenoxyethyl) -N'-imidazol-yl urea, 1- (4-chlorophenoxy) -3,3-dimethyl-1- (1H-1,2,4-triazol-1-yl) -2- butanone, 1- (4-chlorophenoxy) -3,3-dimethyl-1- (1H, 1,2,4-triazol-1-yl) -2-butanol, (2RS, 3RS) -1- [3 - (2-chlorophenyl) -2- (4-fluorophenyl) oxiran-2-ylmethyl] -1H-1,2,4-triazole, 1- [2- (2,4-dichlorophenyl) pentyl] - 1H-1,2,4-triazole, 2,4'-difluoro α- (1H-1,2,4-triazolyl-1-methyl) -benzhydryl alcohol, 1 - ((bis- (4-fluorophenyl) methylsilyl) -methyl) -1H-1,2,4-triazole, 1- [2RS, 4RS; 2RS, 4SR) -4-bromo-2- (2,4-dichlorophenyl) tetrahydrofuran] -1H-1,2,4 -triazol, 2- (4-chlorophenyl) -3-cyclopropyl-1- (1H-1,2,4-triazol-1-yl) -butan-2-ol, (+) - 4-chloro-4- [4-methyl-2- (1H-1,2,4-triazol-1-ylmethyl) -1,3-dioxolan-2-yl] phenyl-4-chlorophenyl ether, (E) - (R, S) -1- (2,4-dichlorophenyl) -4,4-dimethyl-2- (1H-1,2,4-triazol-1-yl) pent-1-en-3-ol, 4- (4- Chl orphenyl) -2-phenyl-2- (1H-1,2,4-triazolylmethyl) butyronitrile, 3- (2,4-dichlorophenyl) -6-fluoro-2- (1H-1,2,4- triazol-1-yl) quinazolin-4 (3H) -one, (R, S) -2- (2,4-dichlorophenyl) -1-H-1,2,4-triazol-1-yl) -hex ano -2-ol, (1RS, 5RS; 1RS, 5SR) -5- (4-chlorobenzyl) -2,2-dimethyl-1- (1H-1,2,4-triazol-1-ylmethyl) cyclopentanol, ( R, S) -1- (4-chlorophenyl) -4,4-dimethyl-3- (1H-1,2,4-triazol-1-yl methyl) pentan-3-ol, (+) - 2- ( 2,4, -Dichlorophenyl) -3- (1H-1,2,4-triazolyl) propyl-1,1,2,2-tetrafluoroethyl ether, (E) -1- [1- [4-chloro 2-trifluoromethyl) -phenyl] -imino) -2-propoxyethyl] -1H-imidazole, 2- (4-chlorophenyl) -2- (1H-1,2,4-triazol-1-ylmethyl) -hexanenitrile,
α- (2-Chlorophenyl) -α- (4-chlorophenyl) -5-pyrimidine-methanol, 5-butyl-2-dimethylamino-4-hydroxy-6-methyl-pyrimidine, bis- (p-chlorophenyl) - 3-pyridine methanol, 1,2-bis (3-ethoxycarbonyl-2-thiou reido) benzene, 1,2-bis (3-methoxycarbonyl-2-thioureido) benzene, - - Strobilurine wie Methyl-E-methoxyimino-[α-(o-tolyloxy)-o-to lyl]acetat, Methyl-E-2-{2-[6-(2-cyanophenoxy)-pyrimi din-4-yloxy]-phenyl}-3-methoxyacrylat, Methyl-E-methoxyi mino-[α-(2- phenoxyphenyl)]-acetamid, Methyl-E-methoxyimino-[α-(2,5-dime thylphenoxy)-o-tolyl]-acetamid,- Strobilurins such as methyl-E-methoxyimino- [α- (o-tolyloxy) -o-to lyl] acetate, methyl E-2- {2- [6- (2-cyanophenoxy) pyrimi din-4-yloxy] phenyl} -3-methoxyacrylate, methyl-E-methoxyi mino- [α- (2- phenoxyphenyl)] - acetamide, methyl-E-methoxyimino- [α- (2,5-dime thylphenoxy) -o-tolyl] -acetamide,
- - Anilinopyrimidine wie N-(4,6-Dimethylpyrimidin-2-yl)-anilin, N-[4-Methyl-6-(1-propinyl)-pyrimidin-2-yl]-anilin, N-[4-Methyl-6-cyclopropyl-pyrimidin-2-yl]-anilin,Anilinopyrimidines such as N- (4,6-dimethylpyrimidin-2-yl) aniline, N- [4-methyl-6- (1-propynyl) pyrimidin-2-yl] aniline, N- [4-methyl-6-cyclopropyl-pyrimidin-2-yl] aniline,
- - Phenylpyrrole wie 4-(2,2-Difluor-1,3-benzodioxol-4-yl)-pyr rol-3-carbonitril,Phenylpyrroles such as 4- (2,2-difluoro-1,3-benzodioxol-4-yl) pyr rol-3-carbonitrile,
- - Zimtsäureamide wie 3-(4-Chlorphenyl)-3-(3,4-dimethoxyphe nyl)-acrylsäuremorpholid,- Cinnamic acid amides such as 3- (4-chlorophenyl) -3- (3,4-dimethoxyphe nyl) acrylic acid morpholide,
- - sowie verschiedene Fungizide, wie Dodecylguanidinacetat, 3-[3- (3,5-Dimethyl-2-oxycyclohexyl)-2-hydroxyethyl]glutarimid, N- Methyl-, N-ethyl-(4-trifluormethyl-2-[3',4'-dimethoxyphe nyl]-benzoesäureamid, Hexachlorbenzol, DL-Methyl-N-(2,6-dime thyl-phenyl)-N-furoyl(2)-alaninat, DL-N-(2,6-Dimethyl-phe nyl)-N-(2'-methoxyacetyl)-alanin-methyl-ester, N-(2,6-Dime thylphenyl)-N-chloracetyl-D, L-2-aminobutyrolacton, DL- N-(2,6-Dimethylphenyl)-N-(phenylacetyl)-alaninmethylester, 5-Methyl-5-vinyl-3-(3,5-dichlorphenyl)-2,4-dioxo-1,3-oxazoli din, 3-[3,5-Dichlorphenyl(-5-methyl-5-methoxymethyl]-1,3-oxazo lidin-2,4-dion, 3-(3,5-Dichlorphenyl)-1-isopropylcarbamoylhy dantoin, N-(3,5-Dichlorphenyl)-1,2-dimethylcyclopropan-1,2-di carbonsäureimid, 2-Cyano-[N-(ethylaminocarbonyl)-2-methoxi mino]-acetamid, N-(3-Chlor-2,6-dinitro-4-trifluormethyl-phe nyl)-5-trifluormethyl-3-chlor-2-aminopyridin.- and various fungicides, such as dodecylguanidine acetate, 3- [3- (3,5-dimethyl-2-oxycyclohexyl) -2-hydroxyethyl] glutarimide, N- Methyl, N-ethyl- (4-trifluoromethyl-2- [3 ', 4'-dimethoxyphe nyl] -benzoic acid amide, hexachlorobenzene, DL-methyl-N- (2,6-dime thyl-phenyl) -N-furoyl (2) -alaninate, DL-N- (2,6-dimethyl-phe nyl) -N- (2'-methoxyacetyl) alanine methyl ester, N- (2,6-dime thylphenyl) -N-chloroacetyl-D, L-2-aminobutyrolactone, DL- N- (2,6-dimethylphenyl) -N- (phenylacetyl) alanine methyl ester, 5-methyl-5-vinyl-3- (3,5-dichlorophenyl) -2,4-dioxo-1,3-oxazoli din, 3- [3,5-dichlorophenyl (-5-methyl-5-methoxymethyl] -1,3-oxazo lidin-2,4-dione, 3- (3,5-dichlorophenyl) -1-isopropylcarbamoylhy dantoin, N- (3,5-dichlorophenyl) -1,2-dimethylcyclopropane-1,2-di carboximide, 2-cyano- [N- (ethylaminocarbonyl) -2-methoxy mino] acetamide, N- (3-chloro-2,6-dinitro-4-trifluoromethyl-phe nyl) -5-trifluoromethyl-3-chloro-2-aminopyridine.
Funktionell äquivalente Derivate dieser Fungizide besitzen ein vergleichbares Wirkungsspektrum gegen phytopathogene Pilze wie die konkret genannten Substanzen, bei niedrigerer, gleicher oder höherer phytotoxischer Aktivität.Functionally equivalent derivatives of these fungicides have one comparable spectrum of activity against phytopathogenic fungi such as the specifically named substances, with lower, equal or higher phytotoxic activity.
Die Erfindung wird durch die nun folgenden Beispiele erläutert, ist aber nicht auf diese beschränkt:The invention is illustrated by the following examples, but is not limited to these:
Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Klonie rungsschritte wie z. B. Restriktionsspaltungen, Agarose-Gel elektrophorese, Reinigung von DNA-Fragmenten, Transfer von Nu kleinsäuren auf Nitrozellulose und Nylonmembranen, Verknüpfen von DNA-Fragmenten, Transformation von E. coli Zellen, Anzucht von Bakterien, Vermehrung von Phagen und Sequenzanalyse rekombinanter DNA wurden wie bei Sambrook et al. (1989) Cold Spring Harbor La boratory Press; ISBN 0-87969-309-6) beschrieben durchgeführt.The clone carried out in the context of the present invention steps such as B. restriction cleavages, agarose gel electrophoresis, purification of DNA fragments, transfer of nu small 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 was as in Sambrook et al. (1989) Cold Spring Harbor La boratory press; ISBN 0-87969-309-6).
Die im folgenden verwendeten Bakterienstämme (E. coli, XL-I Blue) wurden von Stratagene bezogen. Der zur Pflanzentransformation verwendete Agrobakterienstamm (Agrobacterium tumefaciens, C58C1 mit dem Plasmid pGV2260 oder pGV3850kan) wurde von Deblaere et al. beschrieben (Nucl. Acids Res. 13 (1985) 4777). Alternativ können auch der Agrobakterienstamm LBA4404 (Clontech) oder andere geeignete Stämme eingesetzt werden. Zur Klonierung wurden die Vektoren pUC19 (Yanish-Perron, Gene 33(1985), 103-119) pBlues cript SK-(Stratagene), pGEM-T (Promega), pZerO (Invitrogen), pBin19 (Bevan et al., Nucl. Acids Res. 12(1984) 8711-8720) und pBinAR (Höfgen und Willmitzer, Plant Science 66 (1990) 221-230) benutzt.The bacterial strains used below (E. coli, XL-I Blue) were sourced from Stratagene. The one for plant transformation Agrobacterium strain used (Agrobacterium tumefaciens, C58C1 with the plasmid pGV2260 or pGV3850kan) was developed by Deblaere et al. (Nucl. Acids Res. 13 (1985) 4777). Alternatively can also be the agrobacterial strain LBA4404 (Clontech) or others suitable strains are used. For cloning, the Vectors pUC19 (Yanish-Perron, Gene 33 (1985), 103-119) pBlues cript SK- (Stratagene), pGEM-T (Promega), pZerO (Invitrogen), pBin19 (Bevan et al., Nucl. Acids Res. 12 (1984) 8711-8720) and pBinAR (Höfgen and Willmitzer, Plant Science 66 (1990) 221-230) used.
Die Sequenzierung rekombinanter DNA-Moleküle erfolgte mit einem Laserfluoreszenz-DNA-Sequenzierer der Firma Pharmacia nach der Methode von Sanger (Sanger et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 74(1977), 5463-5467).Recombinant DNA molecules were sequenced using a Laser fluorescence DNA sequencer from Pharmacia after the Sanger's method (Sanger et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 74 (1977), 5463-5467).
In das Plasmid pBin19 (Bevan et al., Nucl. Acids Res. 12, 8711 (1984)) wurde ein 35S CaMV Promotor als EcoRI-KpnI-Fragment (entsprechend den Nukleotiden 6909-7437 des Cauliflower-Mosaik- Virus (Franck et al. Cell 21 (1980) 285) inseriert. Das Polyade nylierungssignal des Gens 3 der T-DNA des Ti-Plasmides pTiACH5 (Gielen et al., EMBO J. 3 (1984) 835), Nukleotide 11749-11939 wurde als PvuII-HindIII-Fragment isoliert und nach Addition von SphI-Linkern an die PvuII-Schnittstelle zwischen die SpHI-HindIII Schnittstelle des Vektors kloniert. Es entstand das Plasmid pBi nAR (Höfgen und Willmitzer, Plant Science 66 (1990) 221-230).In the plasmid pBin19 (Bevan et al., Nucl. Acids Res. 12, 8711 (1984)) became a 35S CaMV promoter as an EcoRI-KpnI fragment (corresponding to nucleotides 6909-7437 of the Cauliflower mosaic- Virus (Franck et al. Cell 21 (1980) 285). The polyad nylation signal of gene 3 of the T-DNA of the Ti plasmid pTiACH5 (Gielen et al., EMBO J. 3 (1984) 835), nucleotides 11749-11939 was isolated as a PvuII-HindIII fragment and after addition of SphI linkers to the PvuII interface between the SpHI-HindIII Vector cloned interface. The plasmid pBi was formed nAR (Höfgen and Willmitzer, Plant Science 66 (1990) 221-230).
Da Fungizide nicht immunogen sind, müssen sie an ein Träger material wie z. B. KLH gekoppelt werden. Befindet sich eine reak tive Gruppe im Molekül, kann diese Kopplung direkt erfolgen, an sonsten wird während der Synthese des Fungizides eine funktio nelle Gruppe eingeführt oder eine reaktive Vorstufe während der Synthese ausgesucht, um diese Moleküle in einem einfachen Reakti onsschritt an das Trägermolekül zu koppeln. Beispiele für Kop plungen sind bei Miroslavic Ferencik in "Handbook of Immunoche mistry", 1993, Chapman & Hall, im Kapitel Antigene, Seite 20-49 beschrieben.Since fungicides are not immunogenic, they must be carried on a carrier material such as B. KLH can be coupled. There is a reak tive group in the molecule, this coupling can take place directly otherwise, a function will occur during the synthesis of the fungicide nelle group or a reactive precursor during the Synthesis selected to make these molecules in a simple reaction coupling step to the carrier molecule. Examples of cop Miroslavic Ferencik's "Handbook of Immunoche mistry ", 1993, Chapman & Hall, in the chapter Antigens, pages 20-49 described.
Durch wiederholte Injektion dieses modifizierten Trägermoleküls (Antigens) werden z. B. Balb/c-Mäuse immunisiert. Sobald im Serum genügend Antikörper mit Bindung an das Antigen im ELISA (enzyme linked immuno sorbent assay) nachweisbar sind, werden die Milz zellen dieser Tiere entnommen und mit Myelomzellen fusioniert um Hybride zu kultivieren. Im ELISA wird zusätzlich als Antigen "Fungizid-modifiziertes BSA" verwendet, um die gegen das Hapten gerichtete Immunantwort von der KLH-Antwort zu unterscheiden.By repeated injection of this modified carrier molecule (Antigen) are e.g. B. Balb / c mice immunized. Once in the serum sufficient antibodies with binding to the antigen in the ELISA (enzyme linked immuno sorbent assay) are detectable, the spleen cells from these animals were taken and fused with myeloma cells Cultivate hybrids. In the ELISA is also used as an antigen "Fungicide-modified BSA" used to combat the hapten distinguish directed immune response from the KLH response.
Die Herstellung von monoklonalen Antikörpern erfolgt in Anlehnung an bekannte Methoden, wie z. B. beschrieben in "Practical Immuno logy", Leslie Hudson und Frank Hay, Blackwell Scientific Publications, 1989 oder in "Monoclonal Antibodies: Principles and Practice", James Goding, 1983, Academic Press, Inc., oder in "A practical guide to monoclonal antibodies", J. Liddell und A. The production of monoclonal antibodies is based on to known methods such. B. described in "Practical Immuno logy ", Leslie Hudson and Frank Hay, Blackwell Scientific Publications, 1989 or in "Monoclonal Antibodies: Principles and Practice ", James Goding, 1983, Academic Press, Inc., or in "A practical guide to monoclonal antibodies", J. Liddell and A.
Cryer, 1991, John Wiley & Sons; oder Achim Möller und Franz Emling "Monokonale Antikörper gegen TNF und deren Verwendung". Europäi sche Patentschrift EP-A260610.Cryer, 1991, John Wiley &Sons; or Achim Möller and Franz Emling "Monoconal antibodies to TNF and their use". European cal patent EP-A260610.
Ausgangspunkt der Untersuchung war ein monoklonaler Antikörper der spezifisch das Fungizid BAS 490F erkennt und der außerdem eine hohe Bindungsaffinität aufweist. Die selektionierte Hybrido mazellinie ist dadurch charakterisiert, daß die sekretierten, ge gen das Fungizid-Antigen BAS 490F gerichteten monoklonalen Anti körper eine hohe Affinität aufweisen und die spezifischen Sequen zen der Immunglobuline verfügbar sind (Berek et al., 1985). Die ser monoklonale Antikörper gegen BAS 490F war Ausgangspunkt für die Konstruktion des Einketten-Antikörperfragmentes (scFv-antiBAS 490F).The starting point for the investigation was a monoclonal antibody who specifically recognizes the fungicide BAS 490F and who also has a high binding affinity. The selected Hybrido The cell line is characterized in that the secreted, ge monoclonal anti directed against the fungicide antigen BAS 490F have a high affinity and the specific sequences of immunoglobulins are available (Berek et al., 1985). The This monoclonal antibody against BAS 490F was the starting point for the construction of the single-chain antibody fragment (scFv-antiBAS 490F).
Zunächst wurde mRNA aus den Hybridomzellen isoliert und in cDNA umgeschrieben. Diese cDNA diente als Matrize für die Amplifika tion der variablen Immunglobulingene VH und VK mit den spezifi schen Primern VH1 BACK und VH FOR-2 für die schwere Kette sowie VK2 BACK und MJK5 FON X für die leichte Kette (Clackson et al., 1991). Die isolierten variablen Immunglobuline waren Ausgangs punkt für die Konstruktion eines Einketten-Antikörperfragmentes (scFv-antiBAS 490F). Bei der nachfolgenden Fusions-PCR wurden drei Komponenten VH, VK und ein Linkerfragment in einem PCR-Reak tionsansatz vereinigt und das scFv-antiBAS 490F amplifiziert (Abb. 3).First, mRNA was isolated from the hybridoma cells and rewritten into cDNA. This cDNA served as a template for the amplification of the variable immunoglobulin genes VH and VK with the specific primers VH1 BACK and VH FOR-2 for the heavy chain and VK2 BACK and MJK5 FON X for the light chain (Clackson et al., 1991) . The isolated variable immunoglobulins were the starting point for the construction of a single-chain antibody fragment (scFv-antiBAS 490F). In the subsequent fusion PCR, three components VH, VK and a linker fragment were combined in a PCR reaction mixture and the scFv-antiBAS 490F was amplified ( Fig. 3).
Die funktionelle Charakterisierung (Antigenbindungsaktivität) des konstruierten scFv-antiBAS 490F-Gens erfolgte nach Expression in einem bakteriellen System. Das scFv-antiBAS 490F wurde dazu nach der Methode von Hoogenboom et al., 1991 als lösliches Anti körperfragment in E.coli synthetisiert. Die Aktivität und die Spezifität des konstruierten Antikörperfragmentes wurden in ELISA-Tests überprüft (Abb. 4).The functional characterization (antigen binding activity) of the constructed scFv-antiBAS 490F gene was carried out after expression in a bacterial system. The scFv-antiBAS 490F was synthesized according to the method of Hoogenboom et al., 1991 as a soluble antibody fragment in E. coli. The activity and the specificity of the constructed antibody fragment were checked in ELISA tests ( Fig. 4).
Um eine samenspezifische Expression des Antikörperfragmentes in Tabak zu ermöglichen, wurde das scFv-antiBAS 490F Gen stromab wärts vom LeB4-Promotor kloniert. Der aus Vicia faba isolierte LeB4-Promotor zeigt eine streng samenspezifische Expression von verschiedenen Fremdgenen in Tabak (Bäumlein et al., 1991). Durch Transport des scFv-antiBAS 490F Polypeptides in das endoplasmati sche Retikulum wurde eine stabile Akkumulation hoher Antikörper fragmentmengen erreicht. Das scFv-antiBAS 490F Gen wurde zu die sem Zweck mit einer Signalpeptidsequenz, die den Eintritt in das endoplasmatische Retikulum und dem ER-Retentionssignal SEKDEL, das ein Verbleiben im ER gewährleistet (Wandelt et al., 1992), fu sioniert (Abb. 5).In order to enable seed-specific expression of the antibody fragment in tobacco, the scFv-antiBAS 490F gene was cloned downstream of the LeB4 promoter. The LeB4 promoter isolated from Vicia faba shows a strictly seed-specific expression of various foreign genes in tobacco (Bäumlein et al., 1991). By transporting the scFv-antiBAS 490F polypeptide into the endoplasmic reticulum, a stable accumulation of high antibody fragments was achieved. For this purpose, the scFv-antiBAS 490F gene was fused with a signal peptide sequence which ensures entry into the endoplasmic reticulum and the ER retention signal SEKDEL, which ensures that it remains in the ER (Wandelt et al., 1992) ( Fig. 5 ).
Die konstruierte Expressionskassette wurde in den binären Vektor pGSGLUC 1 (Saito et al., 1990) kloniert und durch Elektroporation in den Agrobakterium-Stamm EHA 101 transferiert. Rekombinante Agrobakterienklone wurden für die nachfolgende Transformation von Nicotiana tabacum verwendet. Pro Konstrukt wurden 70-140 Tabak pflanzen regeneriert. Von den regenerierten transgenen Tabak pflanzen wurden nach Selbstbefruchtung Samen verschiedener Ent wicklungsstadien geerntet. Von diesen Samen wurden die löslichen Proteine nach Extraktion in einem wäßrigen Puffersystem erhal ten. Die Analyse der transgenen Pflanzen zeigt, daß durch die Fu sion des scFv-antiBAS 490F Gens mit der DNA-Sequenz des ER-Reten tionssignals SEKDEL eine maximale Akkumulation von 1,9% scFv-an tiBAS 490F Protein im reifen Samen erzielt werden konnte.The expression cassette was constructed into the binary vector pGSGLUC 1 (Saito et al., 1990) cloned and by electroporation transferred to the Agrobacterium strain EHA 101. Recombinant Agrobacterial clones were used for the subsequent transformation of Nicotiana tabacum used. 70-140 tobacco were used per construct plants regenerated. From the regenerated transgenic tobacco after self-fertilization, seeds of various species were planted development stages harvested. Of these seeds, the soluble ones Obtain proteins after extraction in an aqueous buffer system The analysis of the transgenic plants shows that the Fu sion of the scFv-antiBAS 490F gene with the DNA sequence of ER-Reten tion signal SEKDEL a maximum accumulation of 1.9% scFv-an tiBAS 490F protein could be obtained in mature seeds.
Das konstruierte scFv-antiBAS 490F Gen hatte eine Größe von ca. 735 bp. Die variablen Domänen wurden in der Reihenfolge VH-L-VL miteinander fusioniert.The constructed scFv-antiBAS 490F gene had a size of approx. 735 bp. The variable domains were in the order VH-L-VL merged with each other.
Die spezifische Selektivität wurde in den Extrakten der reifen Tabaksamen mit einem direkten ELISA bestimmt. Die dabei erhaltenen Werte zeigen deutlich, daß die Proteinextrakte funk tionell aktive Antikörperfragmente enthalten.The specific selectivity was in the extracts of the mature Tobacco seeds determined with a direct ELISA. The one there values obtained clearly show that the protein extracts are radio contain tionally active antibody fragments.
Samenspezifische Expression und Anreicherung von Einketten-Anti körperfragmenten im endoplasmatischen Retikulum von Zellen transgener Tabaksamen kontolliert durch den USP-Promotor.Seed-specific expression and enrichment of single-chain anti Body fragments in the endoplasmic reticulum of cells transgenic tobacco seeds controlled by the USP promoter.
Ausgangspunkt der Untersuchungen war ein Einzelketten-Antikörper fragment gegen das Fungizid BAS 490F (scFv-anti BAS 490F). Die funktionelle Charakterisierung (Antigenbindungsaktivität) dieses konstruierten scFv-anti-BAS 490F Genes erfolgte nach Expression in einem bakteriellen System und nach Expression in Tabakblät tern. Die Aktivität und die Spezifität des konstruierten Antikör perfragmentes wurde in ELISA-Tests überprüft.The starting point for the investigations was a single chain antibody fragment against the fungicide BAS 490F (scFv-anti BAS 490F). The functional characterization (antigen binding activity) of this constructed scFv-anti-BAS 490F genes took place after expression in a bacterial system and after expression in tobacco leaf tern. The activity and specificity of the antibody constructed perfragmentes was checked in ELISA tests.
Um eine samenspezifische Expression des Antikörperfragmentes in Tabak zu ermöglichen, wurde das scFv-anti-BAS 490F Gen stromab wärts vom USP-Promotor kloniert. Der aus Vicia faba isolierte USP-Promotor zeigt eine streng samenspezifische Expression von verschiedene Fremdgenen in Tabak (Fiedler et al., 1993). Durch Transport des scFv-antiBAS 490F Polypeptides in das endoplasmati sche Retikulum wurde eine stabile Akkumulation hoher Antikörper fragmentmengen erreicht. Das scFv-antiBAS 490F Gen wurden zu die sem Zweck mit einer Signalpeptidsequenz, die den Eintritt in das endoplasmatische Retikulum und dem ER-Retentionssignal SEKDEL, das ein Verbleiben im ER gewährleistet (Wandelt et al., 1992), fusioniert (Abb. 1).To enable seed-specific expression of the antibody fragment in tobacco, the scFv-anti-BAS 490F gene was cloned downstream from the USP promoter. The USP promoter isolated from Vicia faba shows strictly seed-specific expression of various foreign genes in tobacco (Fiedler et al., 1993). By transporting the scFv-antiBAS 490F polypeptide into the endoplasmic reticulum, a stable accumulation of high antibody fragments was achieved. For this purpose, the scFv-antiBAS 490F gene was fused with a signal peptide sequence that fuses entry into the endoplasmic reticulum and the ER retention signal SEKDEL, which ensures that it remains in the ER (Wandelt et al., 1992) ( Fig. 1) .
Die konstruierte Expressionskassette wurde in den binären Vektor pGSGLuC1 (Saito et al., 1990) kloniert und durch Elektroporation in den Agrobakterium-Stamm EHA 101 transferiert. Rekombinante Agrobaktrienklone wurden für die nachfolgende Transformation von Nicotiana tabacum verwendet. Von den regenerierten transgenen Ta bakpflanzen wurden nach Selbstbefruchtung Samen verschiedener Entwicklungsstadien geerntet. Von diesen Samen wurden die lösli chen Proteine nach Extraktion in einem wäßrigen Puffersystem er halten. Die Analyse der transgenen Pflanzen zeigt, daß durch die Fusion des scFv-antiBAS 490F Gens mit der DNA-Sequenz des ER-Re tentionssignals SEKDEL unter Kontrolle des USP-Promotors bereits ab Tag 10 der Samenentwicklung Einketten-Antikörperfragmente mit Bindeaffinität für BAS 490F synthetisiert wurden.The expression cassette was constructed into the binary vector pGSGLuC1 (Saito et al., 1990) cloned and by electroporation transferred to the Agrobacterium strain EHA 101. Recombinant Agrobacterial clones were used for the subsequent transformation of Nicotiana tabacum used. From the regenerated transgenic Ta Bacon plants were seeded differently after self-fertilization Stages of development harvested. From these seeds the soluble proteins after extraction in an aqueous buffer system hold. The analysis of the transgenic plants shows that by the Fusion of the scFv-antiBAS 490F gene with the DNA sequence of the ER-Re tention signal SEKDEL under the control of the USP promoter already from day 10 of seed development with single chain antibody fragments Binding affinity for BAS 490F were synthesized.
Um eine ubiquitäre Expression des Antikörperfragmentes in der Pflanze, speziell in Blättern, zu erreichen, wurde das scFv-anti- BAS 490F-Gen stromabwärts vom CaMV 35S-Promotor kloniert. Die ser starke konstitutive Promotor vermittelt eine Expression von Fremdgenen in nahezu allen pflanzlichen Geweben (Benfey und Chua, Science 250 (1990), 956-966. Durch Transport des scFv-antiBAS 490F Proteins in das endoplasmatische Retikulum wurde eine sta bile Akkumulation hoher Antikörperfragmentmengen im Blattmaterial erreicht. Das scFv-antiBAS 490F Gen wurde zunächst mit einer Si gnalpeptidsequenz, die den Eintritt in das endoplasmatische Reti kulum und dem ER-Retentionssignal KDEL, das ein Verbleiben im ER gewährleistet (Wandelt et al., Plant J. 2 (1992), 181-192) fu sioniert. Die konstruierte Expressionskassette wurde in den binä ren Vektor pGSGLUC 1 (Saito et al., Plant Cell Rep. 8(1990),718 - 721) kloniert und durch Elektroporation in den Agrobakterium - Stamm EHA 101 transferiert. Rekombinante Agrobakterienklone wur den für die nachfolgende Transformation von Nicotiana tabacum verwendet. Es wurden ungefähr 100 Tabakpflanzen regeneriert. Von den regenerierten transgenen Tabakpflanzen wurde Blattmaterial verschiedenener Entwicklungsstufen entnommen. Von diesem Blattma terial wurden die löslichen Proteine nach Extraktion in einem wäßrigen Puffersystem erhalten. Nachfolgende Analysen (Western- Blot-Analysen und ELISA-Tests) zeigten, daß in den Blättern eine maximale Akkumulation von größer 2% an biologisch aktivem, anti genbindendem scFv-antiBAS 490F Polypeptid erzielt werden konnte. Die hohen Expressionswerte wurden in ausgewachsenen grünen Blät tern ermittelt, aber auch in seneszentem Blattmaterial konnte das Antikörperfragment nachgewiesen werden.For ubiquitous expression of the antibody fragment in the Plant, especially in leaves, the scFv-anti- BAS 490F gene cloned downstream of the CaMV 35S promoter. The This strong constitutive promoter mediates expression of Foreign genes in almost all plant tissues (Benfey and Chua, Science 250 (1990), 956-966. By transporting the scFv-antiBAS 490F protein in the endoplasmic reticulum was a sta bile accumulation of large amounts of antibody fragments in the leaf material reached. The scFv-antiBAS 490F gene was first treated with an Si Signal peptide sequence that enters the endoplasmic reti kulum and the ER retention signal KDEL, which remains in the ER guaranteed (Wandelt et al., Plant J. 2 (1992), 181-192) fu based. The constructed expression cassette was in the binary ren vector pGSGLUC 1 (Saito et al., Plant Cell Rep. 8 (1990), 718 - 721) cloned and by electroporation into the agrobacterium - Strain EHA 101 transferred. Recombinant agrobacterial clones were that for the subsequent transformation of Nicotiana tabacum used. About 100 tobacco plants were regenerated. From The regenerated transgenic tobacco plants became leaf material taken from different stages of development. From this sheet size After extraction, the soluble proteins were mixed in one receive aqueous buffer system. Subsequent analyzes (Western Blot analyzes and ELISA tests) showed that a maximum accumulation of more than 2% of biologically active, anti gene-binding scFv-antiBAS 490F polypeptide could be achieved. The high expression values were in full-grown green leaves determined, but also in senescent leaf material Antibody fragment can be detected.
PCR-Amplifikation eines Fragmentes der cDNA codierend für den Ein-Ketten-Antikörper gegen BAS 490F Mithilfe synthetischer Oligonukleotide.PCR amplification of a fragment of the cDNA coding for the One-chain antibody against BAS 490F using synthetic Oligonucleotides.
Die PCR-Amplikation der Ein-Ketten-Antikörper cDNA wurde in einem DNA-Thermal Cycler der Firma Perkin Elmer durchgeführt.The PCR amplification of the one-chain antibody cDNA was carried out in a DNA thermal cycler from Perkin Elmer.
Die Reaktionsgemische enthielten 8 ng/µl einzelsträngige Matrizen
cDNA, 0,5 µM der entsprechenden Oligonukleotide,
200 µM Nukleotide (Pharmacia), 50 mM KCl, 10 mM Tris-HCl (pH 8,3
bei 25°C, 1,5 mM MgCl2) und 0.02 U/El Taq Polymerase (Perkin El
mer). Die Amplifikationsbedingungen wurden wie folgt eingestellt:
Anlagerungstemperatur: 45°C
Denaturierungstemperatur: 94°C,
Elongationstemperatur: 72°C,
Anzahl der Zyklen: 40.The reaction mixtures contained 8 ng / µl single-stranded templates cDNA, 0.5 µM of the corresponding oligonucleotides, 200 µM nucleotides (Pharmacia), 50 mM KCl, 10 mM Tris-HCl (pH 8.3 at 25 ° C, 1.5 mM MgCl2 ) and 0.02 U / El Taq polymerase (Perkin El mer). The amplification conditions were set as follows:
Annealing temperature: 45 ° C
Denaturation temperature: 94 ° C,
Elongation temperature: 72 ° C,
Number of cycles: 40.
Es resultierte ein Fragment von ca. 735 Basenpaaren, das in den Vektor pBluescript ligiert wurde. Mit dem Ligationsansatz wurde E. coli XL-I Blue transformiert und das Plasmid amplifiziert. Zur Anwendung und Optimierung der Polymerase Kettenreaktion siehe: Innis et al., 1990, PCR Protocols, a Guide to Methods and Ap plications, Academic Press.The result was a fragment of approximately 735 base pairs, which in the Vector pBluescript was ligated. With the ligation approach E. coli XL-I Blue transformed and the plasmid amplified. For Application and optimization of the polymerase chain reaction see: Innis et al., 1990, PCR Protocols, a Guide to Methods and Ap plications, Academic Press.
Herstellung transgener Tabakpflanzen, die eine cDNA codierend für einen Ein-Ketten-Antikörper mit Fungizid-bindenden Eigenschaften exprimieren.Production of transgenic tobacco plants which code for a cDNA a one-chain antibody with fungicide-binding properties express.
Das Plasmid pGSGLUC 1 wurde in Agrobacterium tumefaciens C58C1:pGV2260 transformiert. Zur Transformation von Tabakpflanzen (Nicotiana tabacum cv. Samsun NN) wurde eine 1 : 50 Verdünnung einer Übernachtkultur einer positiv transformierten Agrobakte rienkolonie in Murashige-Skoog Medium (Physiol. Plant. 15 (1962) 473 ff.) mit 2% Saccharose (2MS-Medium) benutzt. Blattscheiben steriler Pflanzen (zu je ca. 1 cm2) wurden in einer Petrischale mit einer 1 : 50 Agrobakterienverdünnung für 5-10 Minuten inkubiert. Es folgte eine 2tägige Inkubation in Dunkelheit bei 25°C auf 2MS-Medium mit 0,8% Bacto-Agar. Die Kultivierung wurde nach 2 Tagen mit 16 Stunden Licht/8 Stunden Dunkelheit weiterge führt und in wöchentlichem Rhythmus auf MS-Medium mit 500 mg/l Claforan (Cefotaxime-Natrium), 50 mg/l Kanamycin, 1 mg/l Benzyla minopurin (BAP), 0,2 mg/l Naphtylessigsäure und 1,6 g/1 Glukose weitergeführt. Wachsende Sprosse wurden auf MS-Medium mit 2% Sac charose, 250 mg/l Claforan und 0,8% Bacto-Agar überführt.The plasmid pGSGLUC 1 was transformed into Agrobacterium tumefaciens C58C1: pGV2260. For the transformation of tobacco plants (Nicotiana tabacum cv. Samsun NN) a 1:50 dilution of an overnight culture of a positively transformed agrobacteria colony in Murashige-Skoog medium (Physiol. Plant. 15 (1962) 473 ff.) With 2% sucrose (2MS- Medium) is used. Leaf disks of sterile plants (each about 1 cm 2 ) were incubated in a Petri dish with a 1:50 agrobacterial dilution for 5-10 minutes. This was followed by a 2-day incubation in the dark at 25 ° C. on 2MS medium with 0.8% Bacto agar. The cultivation was continued after 2 days with 16 hours of light / 8 hours of darkness and in a weekly rhythm on MS medium with 500 mg / l claforan (cefotaxime sodium), 50 mg / l kanamycin, 1 mg / l benzyla minopurin (BAP ), 0.2 mg / l naphthylacetic acid and 1.6 g / 1 glucose continued. Growing shoots were transferred to MS medium with 2% sucrose, 250 mg / l Claforan and 0.8% Bacto agar.
Stabile Akkumulation des Einketten-Antikörperfragmentes gegen das Fungizid BAS 490F im endoplasmatischen Reticulum.Stable accumulation of the single chain antibody fragment against that Fungicide BAS 490F in the endoplasmic reticulum.
Ausgangspunkt der Untersuchungen war ein in Tabakpflanzen expri miertes Einketten-Antikörperfragment gegen das Fungizid BAS 490F(scFv-anti BAS 490F). Menge und Aktivität des synthetisierten scFv-antiBAS 490F Polypeptides wurden in Western-Blot-Analysen und ELISA-Tests bestimmt.The starting point of the investigations was an expri in tobacco plants mated single-chain antibody fragment against the fungicide BAS 490F (scFv-anti BAS 490F). Amount and activity of the synthesized scFv-antiBAS 490F polypeptides were analyzed in Western blot and ELISA tests.
Um eine Expression des scFv-antiBAS 490F-Gens im endo plasmatischen Retikulum zu ermöglichen, wurde das Fremdgen unter der Kontrolle des CaMV 53S-Promotors als eine Translationsfusion mit dem LeB4-Signalpeptid (N-terminal) und dem ER-Retentionssi gnal KDEL (C-terminal) exprimiert. Durch Transport des scFv-anti- BAS 490F Polypeptids in das endoplasmatische Retikulum wurde eine stabile Akkumulation hoher Mengen an aktivem Antikörperfragment erreicht. Nach Ernte des Blattmaterials wurden Stücke bei -200°C eingefroren, lyophilisiert oder bei Raumtemperatur getrocknet. Die löslichen Proteine wurden aus dem jeweiligen Blattmaterial durch Extraktion in einem wäßrigen Puffer erhalten und das scFv antiBAS 490F Polpypeptid affinitätschromatographisch gereinigt. Gleiche Mengen an gereinigtem scFv-antiBAS 490F Polypeptids (ein gefroren, lyophilisiert und getrocknet) wurden für die Bestimmung der Aktivität des Antikörperfragmentes eingesetzt (Abb. 6). Dabei wurden etwa gleiche Antigenbindungsaktivitäten festgestellt.To enable expression of the scFv-antiBAS 490F gene in the endoplasmic reticulum, the foreign gene was controlled under the control of the CaMV 53S promoter as a translation fusion with the LeB4 signal peptide (N-terminal) and the ER retention signal KDEL (C -terminal). By transporting the scFv-anti-BAS 490F polypeptide into the endoplasmic reticulum, a stable accumulation of large amounts of active antibody fragment was achieved. After harvesting the leaf material, pieces were frozen at -200 ° C, lyophilized or dried at room temperature. The soluble proteins were obtained from the respective leaf material by extraction in an aqueous buffer and the scFv antiBAS 490F polpypeptide was purified by affinity chromatography. Equal amounts of purified scFv-antiBAS 490F polypeptide (one frozen, lyophilized and dried) were used to determine the activity of the antibody fragment ( Fig. 6). The same antigen binding activities were found.
Zum Nachweis der Fungizid-Toleranz der ein Polypeptid mit Fungi zid-bindenden Eigenschaften produzierenden transgenen Tabakpflan zen wurden diese mit unterschiedlichen Mengen BAS 490F behandelt. To detect the fungicide tolerance of a polypeptide with fungi Transgenic tobacco plant producing zid-binding properties These were treated with different amounts of BAS 490F.
In allen Fällen konnte im Gewächshaus gezeigt werden, daß die ein scFv-antiBAS 490F Gen exprimierenden Pflanzen im Vergleich zur Kontrolle eine höhere Toleranz gegenüber dem Fungizid BAS 490F und geringere phytotoxische Wirkungen zeigen.In all cases it could be shown in the greenhouse that the one plants expressing scFv-antiBAS 490F gene compared to Control a higher tolerance to the BAS 490F fungicide and show less phytotoxic effects.
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