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JP2001500378A - Materials and methods for altering lignin content in plants - Google Patents

Materials and methods for altering lignin content in plants

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JP2001500378A
JP2001500378A JP10513535A JP51353598A JP2001500378A JP 2001500378 A JP2001500378 A JP 2001500378A JP 10513535 A JP10513535 A JP 10513535A JP 51353598 A JP51353598 A JP 51353598A JP 2001500378 A JP2001500378 A JP 2001500378A
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JP
Japan
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seq
plant
sequence
gene
sequences
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Pending
Application number
JP10513535A
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Japanese (ja)
Inventor
ネイサン ブロックスバーグ、レオナルド
ウォラス グリアスン、アリステア
ジャッコ ハブッカラ、イルッカ
Original Assignee
ジェネシス リサーチ アンド デベロップメント コーポレイション リミテッド
フレッチャー チャレンジ フォレスツ リミテッド
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US08/713,000 external-priority patent/US5850020A/en
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Abstract

(57)【要約】 リグニン生合成経路に関係した新規な単離DNA配列が、このような配列を含むDNA構造物とともに提供される。植物におけるリグニン含有量を変更させるための方法もまた開示されていて、その方法は1つ以上の本発明のDNA配列または本発明のDNA配列に相補的な配列を植物のケノムに導入することを含む。   (57) [Summary] Novel isolated DNA sequences involved in the lignin biosynthetic pathway are provided, along with DNA constructs containing such sequences. Also disclosed is a method for altering the lignin content in a plant, the method comprising introducing one or more DNA sequences of the invention or a sequence complementary to a DNA sequence of the invention into a kenom of a plant. Including.

Description

【発明の詳細な説明】 植物のリグニン含有量を変更させるための物質および方法発明の技術分野 本発明は植物のリグニン含有量および組成を変更(モディフィケーション)さ せる分野に関する。更に詳細には、本発明はリグニンの生合成経路に関与する酵 素およびそのような酵素をコード化するヌクレオチド配列に関する。発明の背景 リグニンは主に植物幹の剛性を担う不溶性ポリマーである。具体的には、リグ ニンは一部の植物細胞壁の多糖成分の周りでマトリックスとして働く。リグニン の含有量が高いほど、植物の剛性は大きい。例えば、高木種は大量のリグニンを 合成し、リグニンは木材の乾燥重量の20%から30%を構成する。剛性の付与に加え 、リグニンは細胞壁を疎水性にして水分を不透過性にすることで植物内の水分輸 送を促進する。リグニンはまた、病原性因子の侵入および増殖を阻害して植物の 耐疾病性を担う役割を果たす。 高木中の高濃度なリグニンは製紙産業に重大な問題を生ずる。製紙産業では、 紙の製造に必要なセルロース繊維からリグニンを分離するために大量の資源を使 用しなければならない。リグニン除去に用いられる典型的な方法は極めてエネル ギーおよび化学品集約的であり、コスト増および好ましくない廃棄物レベルを増 加させる結果となる。米国内だけでも年問約2,000万トンのリグニンが木材から 分離されている。 リグニンは飼料穀物の消化力または消化力不足に大きく影響し、植物中のリグ ニン含有量が僅かに増加することで、消化力が比較的大きく減少する。例えば、 リグニンの含有量を減らした穀類は家畜に対してより有効な飼料であり、ミルク および肉の収量は消費した飼料穀物の量に比較して高い。植物の正常な成長期間 中、乾燥物質含有量の増加は相当する消化力の減少を伴う。従って飼料穀類の最 適収穫時期を決定する場合、生産者は高収量の消化されにくい物質と低収量のよ り消化され易い物質の間から選択しなけばならない。 一部の用途には、植物のリグニン含有量が増加すると木材の機械的強度が増加 し、その色を変え、耐腐敗性が増加するので、高いリグニン含有量が望ましい。 菌根種の組成および存在量はリグニン含有量および構造的組成を変更させて好ま しいように操作することができる。 以下に詳述するように、リグニンは、合成経路の各段階がそれぞれ異なる酵素 で触媒される多段階経路で合成される少なくとも3種の異なるモノリグノールの 重合により生成される。シンナミルアルコール脱水素酵素(CAD)およびカフェイ ン酸3-0-メチルトランスフェラーゼ(COMT)等のある種の酵素をコード化する遺伝 子の複写数を操作することがリグニンの産生量を変更させることが示された(米 国特許No.5,451,514およびPCT公開No.WO 94/23044などを参照)。更に、ポプ ラでCADをコード化する配列のアンチセンス発現が、変化した組成を有するリグ ニンを産生することも示された(グランド(Grand.C)ら、Planta(Berl.)163:232 -237(1985))。 リグニンの生合成経路に関与するいくつかの酵素をコード化する DNA配列が一部の植物種で単離されたが、広範囲な植物種で多くの酵素をコード 化する遺伝子はまだ同定されていなかった。従って、植物のリグニン含有量およ び組成を変更することに有用な物質およびその使用方法が当該技術分野でなお必 要とされている。発明の要約 簡単に述べると、本発明は、リグニンの生合成経路に関与する酵素をコード化 するユーカリおよびマツから入手可能な単離されたDNA配列、このような配列を 含むDNA構造物およびこのような構造物の使用方法を提供する。リグニン含有量 および組成が変化した形質転換植物も提供する。 第1の態様では、本発明はユーカリおよびマツから単離された次の酵素、すな わち、ケイ皮酸エステル4-ヒドロキシラーゼ(C4H)、クマル酸エステル3-ヒドロ キシラーゼ(C3H)、フェノラーゼ(PNL)、0-メチルトランスフェラーゼ(OMT)、シ ンナミルアルコール脱水素酵素(CAD)、シナモイル-CoAリダクターゼ(CCR)、フェ ニルアラニンアンモニアーリアーゼ(PAL)、4-クマル酸エステル:CoAリガーゼ(4C L)、コニフェロールグルコシルトランスフェラーゼ(CGT)、コニフェリンβ−グ ルコシダーゼ(CBG)、ラッカーゼ(LAC)、およびペルオキシダーゼ(POX)とともに 、ユーカリからのフェルル酸エステル5-ヒドロキシラーゼ(F5H)をコードする単 離DNA配列を提供する。一つの実施態様では、単離DNA配列は、(a)配列番号3,13, 16-70および72-88に列挙した配列;(b)配列番号3,13,16-70および72-88に列挙し た配列の相補体;(c)配列番号3,13,16-70および72-88に列挙した配列の逆相補体 ;(d)配列番号3,13,16-70および72-88に列挙した配列の逆 配列、並びに(e)コンピュータアルゴリズムFASTAで測定して(a)-(d)の配列と同 じである確率が少なくとも約99%である配列、とからなる群から選択されるヌク レオチド配列を含む。 別の態様では、本発明のDNA配列を単独、1種類以上の本発明の配列との組み 合わせ、または1種類以上の既知のDNA配列との組み合わせのいずれかで、この ような構造物を含む形質転換細胞とともに含むDNA構造物を本発明は提供する。 関連する態様では、本発明は、5’-3’方向において、遺伝子プロモータ配列 、本発明のDNA配列またはその変種によってコード化された酵素の少なくとも機 能部分をコードするオープンリーディングフレーム、および遺伝子終止配列を含 むDNA構造物を提供する。オープンリーディングフレームはセンス方向またはア ンチセンス方向のいずれに配向してもよい。上記DNA配列または非コーディング 領域に相補的なヌクレオチド配列によってコード化された酵素をコードする遺伝 子の非コーディング領域を含むDNA構造物も、遺伝子プロモータ配列および遺伝 子終止配列とともに提供される。好ましくは、遺伝子プロモータおよび終止配列 はホスト植物中で機能的である。最も好ましくは、遺伝子プロモータおよび終止 配列が酵素遺伝子本来のものであるが、本技術分野で通常用いられる他のもの、 例えばコザック(Kozak)配列またはオメガ(Omega)エンハンサー等のエンハンサー のあるまたは無いカリフラワーモザイクウィルス(CMV)プロモータ、およびアグ ロバクテリウム ツメファシエンス (Agrobacterium tumefaciens)ノパリンシン ターゼ ターミネータを本発明で有効に用いることができる。1種類以上の所望 の組織に標的発現するために、組織特異的プロモータを用いてもよい。好ま しい実施態様では、遺伝子プロモータ配列は木部で転写をもたらす。DNA構造物 は更に形質転換細胞を同定するマーカーを含んでもよい。 他の態様では、本発明のDNA構造物を包含する形質転換植物細胞がこのような 形質転換細胞を含む植物、このような植物の果実および種子とともに提供される 。 更に別の態様では、植物のリグニン含有量および組成を調節する方法が提供さ れ、このような方法は本発明のDNA構造物を植物のゲノム内に安定に組み込むこ とを含む。好ましい実施態様では、標的植物は木本であり、好ましくはユーカリ およびマツの種からなる群から、最も好ましくはユーカリプタス グランディス (Eucalyptus grandis)およびパイナス ラヂアタ(Pinus radiata)からなる群か ら選択される。関連する態様では、リグニン含有量を変えた植物を産生する方法 が提供され、この方法は本発明のDNA構造物で植物細胞を形質転換して形質転換 細胞を提供すること、および形質転換細胞を再生および成熟植物の成長を促す条 件下で培養することを含む。 更に別の態様では、本発明は植物の酵素の活性を変更させる方法を提供し、本 発明のDNA構造物を植物のケノム内に安定に組み込むことを含む。好ましい実施 態様では、標的植物は木本であり、好ましくはユーカリおよびマツの種からなる 群から、最も好ましくはユーカリプタス グランディスおよびパイナス ラヂア からなる群から選択される。 本発明における上述およびその他の特徴、並びにこれらを得る方法は、添付の 図面を参照して、以下のより詳細な説明を参照することで明らかになり、本発明 が十分に理解されると思われる。図面の簡単な説明 図1はリグニン生合成経路の全体の模式図である。詳細な説明 リグニンは少なくとも3種類の異なるモノリグノール、主としてp-クマリルア ルコール、コニフェリルアルコールおよびシナピルアルコールの重合で生成する 。これら3種のリグニンのサブユニットは周知であるが、これらサブユニットの 僅かな変種が種々の植物におけるリグニン生合成経路に含まれることは可能であ る。リグニン中のこれら残基の相対濃度は異なる植物の種と種内部とて変化する 。更に、リグニンの組成は特定の植物内の違う組織間でも異なる。3種のモノリ グノールは多段階プロセスにおいてフェニルアラニンに由来し、フリーラジカル 機構で重合されリグニンになると考えられる。 図1はコニフェリルアルコールの生合成経路における異なる段階を、それぞれ の段階を触媒する酵素とともに示す。p-クマリルアルコールおよびシナピルアル コールも同様な経路で合成される。まず、フェニルアラニンがフェニルアラニン アンモニアーリアーゼ(PAL)で脱アミノ化されてケイ皮酸エステルを生じ、これ がケイ皮酸エステル4−ヒドロキシラーゼ(C4H)でヒドロキシル化されてp-クマ ル酸エステルを生成する。p-クマル酸エステルはクマル酸エステル3-ヒドロキシ ラーゼでヒドロキシル化されてカフェイン酸エステルを生じる。新しく付加され た水酸基は次に0-メチルトランスフェラーゼ(OMT)でメチル化されてフェルル酸 エステルとなり、これは4-クマル酸エステル:CoAリガーゼ(4CL)によって補酵素 Aに接合しフェル ロイル-CoAを生成する。フェルロイル-CoAのコニフェルアルデヒドへの還元はシ ナモイル-CoAリダクターゼ(CCR)によって触媒される。コニフェルアルデヒドは シンナミルアルコール脱水素酵素(CAD)の作用によって、更に還元されてコニフ ェリルアルコールを生成し、これは次にコニフェロールグルコシルトランスフェ ラーゼ(CGT)によって細胞質から細胞壁に輸送されるためにグルコシル化された 形に変換される。輸送に続き、コニフェリルアルコールの脱グルコシル化された 形がコニフェリンβ-グルコシダーゼ(CBG)の作用によって得られる。最後に、リ グニンを与える3種類のモノリグノールの重合がフェノラーゼ(PNL)、ラッカー ゼ(LAC)およびペルオキシダーゼ(POX)で触媒される。 シナピルアルコールの生成には付加的な酵素、フェルル酸エステル-5-ヒドロ キシラーゼ(F5H)が関与する。リグニン生合成経路に関して、更に詳細には、ウ エットン(Whetton,R.)およびセデロフ(Sederoff,R.)、The Plant Cell7:100 1-1013(1995)を参照のこと。 植物中のリグニン含有量の定性的および定量的変更は光刺激、低カルシウムレ ベルおよび機械的刺激等の外部因子により誘発されることが知られている。新種 のリグニンの合成は、時には組織中で正常に木質化しないが、病原体の感染によ っても誘発される。リグニンに加え、他の種類の植物産生物が種々フェニルアラ ニンから誘導される。これらの生成物には、フラボノイド、クマリン、スチルベ ンおよび安息香酸誘導体が含まれ、これら化合物の合成の初期段階はすべて同じ である。従って、PAL,,C4Hおよび4CLの作用の変更がリグニンに加え、他の植物 産生物の合成に影響を与えうる。 本発明の方法および物質を用いて、リグニン生合成経路に関与する酵素をコー ド化する遺伝子の複写物を標的植物のゲノム中に付加的に組み込むことによって 、植物のリグニン含有量を増加させることができる。同様に、このような遺伝子 のアンチセンスの複写で標的植物を形質転換するによって、リグニン含有量を減 らすことかできる。更に、リグニン生合成経路で異なる酵素をコード化する遺伝 子の複写数を操作して、合成される各モノリグノールの相対量を変更させること ができる。これによって、組成を変えたリグニンの生成を導くことができる。リ グニンの組成の変更は、例えば紙の木材処理に利点があるだろうし、木材を腐敗 菌が好むように変えるのにも有効であろう。 一つの実施態様では、本発明はリグニン生合成経路に関与する酵素をコード化 する、または部分的にコード化する完全または部分的な単離DNA配列を提供する 。そのDNA配列はユーカリおよびマツから得られたものである。具体的には、本 発明は、ユーカリプタス グランディスからの酵素CAD(配列番号1、30)、PAL( 配列番号16)、C4H(配列番号17)、C3H(配列番号18)、F5H(配列番号19-21)、OMT( 配列番号22-25)、CCR(配列番号26-29)、CGT(配列番号31-33)、CBG(配列番号34) 、PNL(配列番号35、36)、LAC(配列番号37-41)およびPOX(配列番号42-44)、並び にパイナス ラヂアタからの酵素C4H(配列番号2、3、48、49)、C3H(配列番号4、 50-52)、PNL(配列番号5、81)、OMT(配列番号6、53-55)、CAD(配列番号7、71)、C CR(配列番号8、58-70)、PAL(配列番号9-11、45-47)、4CL(配列番号12、56、57) 、CGT(配列番号72)、CBG(配列番号73-80)、LAC(配列番号82-84)およびPOX(配列 番号13、85-88)をコード化する単離DNA配列を提供する。このような 単離DNA配列の相補体、単離DNA配列の逆相補体および単離DNA配列の逆配列もこ のような配列の変種とともに提供される。本発明が包含するDNA配列にはcDNA、 ゲノムDNA、組み換えDNAおよび全体または部分的に化学合成されたDNA分子が含 まれる。 ここで用いた用語「相補体(complement)」、「逆相補体」および「逆配列」の 定義は次の例で最もよく示されている。配列5’AGGACC3’につき、相補体、逆相 補体および逆配列は次の通りである。 相補体 3’TCCTGG 5’ 逆相補体 3’GGTCCT 5’ 逆配列 5’CCAGGA 3’ ここで使用した用語「変種」は本発明の配列に少なくとも約50%、好ましくは 少なくとも約70%、より好ましくは少なくとも約90%の相同性を示すいかなる配 列をも網羅する。最も好ましくは、「変種」は本発明の配列と同じである確率が 少なくとも約99%である配列である。DNA配列の確率はコンピュータアルゴリズム FASTA(バージョン2.0u4、1996年2月;パーソン(Pearson,W.R.)ら、Pro .Natl .Acad.Sci.85:2444-2448,1988)で測定され、翻訳されたDNA配列の確率はコ ンピュータアルゴリズムTBLASTXで、タンパク質配列の確率はコンピュータアル ゴリズムBLASTP(アルチュル(Altschul,S.F.)ら、J .Mol.Biol.215:403-410 ,1990)で測定される。従って、用語「変種」はデータベースで偶然に符合を発 見する確率(最小和確率)が上記のいずれかのテストで測定して約1%末満であ る配列を包含する。 他のユーカリおよびマツの種から単離された配列の変種を木材産業で用いられ る商業上重要な他の種からの変種と同様に考慮した。 これらには以下の裸子植物を例として含む。テーダマツ(Pinus taeda)、エリオ ットマツ(Pinus elliotti)、クロウサマツ(Pinus clausa)、ダイオウマツ(Pinus palustrus )、キマツ(Pinus echinata)、ポンデローサマツ(Pinus ponderosa)、 ジェフリーマツ(Pinus jeffrey)、アメリカアカマツ(Pinus resinosa)、ヤニマ ツ(Pinus rigida)、バンクスマツ(Pinus banksiana)、ポンドマツ(Pinus seroti na )、イースターン ストローブマツ(Pinus strobus)、ウェスタン ストローブ マツ(Pinus monticola)、サトウマツ(Pinus lambertiana)、バージニアマツ(Pin us virginiana )、コントルタマツ(Pinus contorta)、カリビアンマツ(Pinus car ibaea ,P.pinaster )、カラブリアンマツ(P .brutia)、アフガンマツ(P .eldari ca )、クールターマツ(P .coulteri)、ヨーロッパマツ(P .nigraおよびP .sylve stris )、ベイマツ(ダウグラス-フィル)(Pseudotsuga menziesii);ベイツガ(T suga heterophylla )、カナダツガ(Tsuga canadensis)、マウンテンツガ(Tsuga m ertensiana )を含むベイツガ;ドイツトウヒ(Picea abies)、アカミトウヒ(Picea rubens )、カナダトウヒ(Picea glauca)、クロトウヒ(Picea mariana)、ベイト ウヒ(Picea sitchensis)、エングルマントウヒ(Picea engelemanni)、プンゲン ストウヒ(Picea pungens)を含むトウヒ;アカスキ(Sequoia sempervirens);ロツ キーモミ(Abies lasiocarpa)、ヨーロッパモミ(Abies amabilis)、アメリカオオ モミ(Abies grandis)、ノーブルモミ(Abies procera)、ベイモミ(Abies concolo r )、カリフォルニアアカモミ(California red fir)(Abies magnifica)、バルサ ムモミ(Abies balsamea)を含む本モミ;ベイスギ(Thuja plicata)、オニヒバ(li bocedrus decurrens )、ニオイヒバ(Thuja occidentalis)、ヌ マヒノキ(Chamaecyparis lawsoniona)、アトランティックヌマヒノキ(Chamaecyp aris thyoides )、アラスカヒノキ(Chamaecyparis nootkatensis)、エンピツビャ クシン(Huniperus virginiana)を含むスギ;イースタンカラマツ(Larix laricin a )、ウェスタンカラマツ(Larix occidentalis)、ヨーロッパカラマツ(Larix dec idua )、カラマツ(Larix leptolepis)、シベリアカラマツ(Larix siberica)を含 むカラマツ;ボールドイトスギ(Taxodium distichum)およびセコイア(Sequoia g igantae ); 並びに以下の被子植物を例として含む:ユーカリプタス アルバ (Eucalyptus alba)、E. バンクロフティ(E.bancroftii) 、E. ボチロイド(E .botyroides)、E. ブリジェシアナE.bridgesiana)、E. カロ フイラ (E .calophylla)、E. カマルドレンシス(E .camaldulensis)、E. シトリオ ドラ (E .citriodora)、E. クラドカリックス(E .cladocalyx)、E. コシフェラ(E coccifera )、E. クルティシイ(E .curtisii)、E. ダルリンプレアナ(E .dalrymple ana )、E. デグラプタ(E .deglupta)、E. デラガテンシス(E .delagatensis)、E. ィヴァーシカラー (E .diversicolor)、E .ドンニイ(E .dunnii)、E. フィシフォ リア (E .ficifolia)、E. グロブラス(E .globulus)、E. ゴンフォセファラ(E .gom phocephala )、E. グンニイ(E .gunnii)、E. ヘンリイ(E .henryi)、E. ラヴォピネ (E .laevopinea)、E. マカルチュリ(E .macarthurii)、E. マクロリンカ(E .mac rorhyncha )、E. マクラタ(E .maculata)、E. マルギナタ(E .marginata)、E. メガ カルパ (E .megacarpa)、E. メリオドラ(E .melliodora)、E. ニコリイ(E .nicholi i )、E. ニテンス(E .nitens)、E. ノヴァアングリカ(E .novaanglica)、E. オブリ クア (E .obliqua)、E. オブッシフロ (E .obtusiflora)、E. オレアデス(E .oreades)、E. ポーシフロラ(E .pauciflo ra )、E. ポリブラクテア(E .polybractea)、E. レグナンス(E .regnans)、E. レシ ニフェラ (E .resinifera)、E. ロバスタ(E .robusta)、E. ルディス(E .rudis)、E . サリグナ (E .saligna)、E. シデロキシロン(E .sideroxylon)、E. スチュアルチ アナ (E .stuartiana)、E. テレチコルミス(E .tereticornis)、E.トレリアナ(E .torelliana )、E. ウルニゲラ(E .urnigera)、E.ウロフィラ(E .urophylla)、E . ヴィミラリス (E .viminalis)、E. ヴィリディス(E .viridis)、E. ワンドゥー(E .wandoo )およびE. ユマンニ(Eyoumanni)。 本発明のDNA配列は、下記の例1および2に記述したようにユーカリプタス グランディス およびパイナス ラヂアタから調製されたような、cDNAライブラリ ーの高収量配列決定で単離することもできる。他の選択肢としては、配列番号1- 13および16-88に与えられた配列に基づくオリゴヌクレオチド・プローブを合成 することができ、cDNAまたは、ハイブリッド形成またはPCR法によってユーカリ プタス グランディス およびパイナス ラヂアタからか上記の同定されたものを 含む他の裸子植物および被子植物からのゲノムDNAライブラリー、のいずれかで のポジティブクローンを同定するために利用することができる。プローブはここ で提供された配列より短くてもよいが、ヌクレオチドの長さは少なくとも約10、 好ましくは少なくとも約15、最も好ましくは少なくとも約20であるべきである。 このようなオリゴヌクレオチドプローブで利用するのに適したハイブリッド形成 およびPCR技術は周知な技術である。ポジティブクローンは制限酵素消化、DNA配 列決定等によって解析することもでき る。 更に、本発明のDNA配列は周知な技術を用いる合成手段で創製することもでき る。オリゴヌクレオチドの自動合成装置はパーキンエルマー・アプライド・バイ オシステムズ・ディヴィジョン(Perkin Elmer/Applied Biosystems Division)( フォスターシティ、CA)等の供給者から市販品を入手でき、製作者の指導書に従 って操作することができる。 一つの実施態様では、本発明のDNA構造物は本発明のヌクレオチド配列または その変種でコード化された酵素の少なくとも機能部分をコードするオープンリー ディングフレームを含む。ここで用いた酵素の「機能部分」は代謝段階に影響を 与えるのに必須な活性部位を含む部分、すなわち1種以上の反応物質を結合する こと、または反応速度を改善または制御することができる分子の部分である。活 性部位は1種以上のポリペプチド鎖上に存在する離れた部分で構成することもで き、一般的に高い基質特異性を示すだろう。ここで使用した用語「ヌクレオチド 配列でコード化された酵素」には、本発明の部分的単離DNA配列を含むヌクレオ チド配列によってコード化された酵素が含まれる。 リグニン合成の増幅が望まれる適用には、DNA構造物での標的植物の形質転換 が遺伝子の複写数を増加し、従って酵素量が増加する結果となるように、オープ ンリーディングフレームをセンス配向にDNA構造物に挿入する。リグニン合成の 下方制御を望む場合には、DNA配列の転写で産生するRNAが内在的mRNAに相補的で あるように、オープンリーディングフレームをアンチセンス配向にDNA構造物に 挿入する。この結果、遺伝子の複写数が減少して酵素量が減少する だろう。別の選択肢として、リボザイム構造物に適当な配列または亜配列(例え ばDNAまたはRNA)を挿入して制御することもできる。 第二の実施態様では、本発明のDNA構造物は本発明のDNA配列でコード化された 酵素をコードする遺伝子の非コーディング領域を含むヌクレオチド配列、または このような非コーディング領域に相補的なヌクレオチド配列を含む。ここで用い た用語「非コーデイング領域」には、翻訳されない転写配列と翻訳された配列ま たはオープンリーディングフレームの5’または3’塩基対約2000のうちの非転写 配列の両方が含まれる。本発明の構造物に有用に使用することができる非コーデ ィング領域の例には、イントロンおよび5’-非コーディングリーダー配列が含ま れる。標的植物のこのようなDNA構造物での形質転換は、例えばナポリ(Napoli) ら(Plant Cell2;279-290,1990)およびド・カバロ・ニーベル(de Carvalho N iebel)ら(Plant Cell7;347-358,1995)の考察と類似な方法で、コサプレッシ ョンプロセスで植物によるリグニン合成量を結果的に減らすこともできる。 更に、本発明のDNA構造物は、転写されるDNA配列に操作的にリンクした、遺伝 子発現を制御する遺伝子プロモータ配列および遺伝子終止配列を含む。遺伝子プ ロモータ配列は通常、転写されるDNA配列の5’末端に位置し、DNA配列の転写の 開始に使われる。遺伝子プロモータ配列は通常、遺伝子の5’非コーディング領 域に見いだされるが、イントロン(ルーエルソン(Luehrsen,K.R.),Mol .Gen .Genet225:81-93,1991)またはトマトのPALの例のようにコーディング領域に 存在することもある(ブロクスバーグ(Bloksberg)1991,「フェニルアラニンアン モニアリアーゼの生物学および植物病 原体の相互作用に関する研究」Ph.D.学位論文、Univ.of California.Davis、U niversity Microfilms International注文番号9217564)。構造物がオープンリー ディングフレームをセンス配向に含む場合には、遺伝子プロモータ配列もオープ ンリーディングフレームの翻訳を開始する。アンチセンス配向のオープンリーデ ィングフレームまたは非コーディング領域のいずれかを含むDNA構造物では、遺 伝子プロモータ配列はRNAポリメラーゼ結合部位を有する翻訳開始部位だけから なる。 本発明のDNA構造物に有効に用いられる種々の遺伝子プロモータ配列は周知の 技術である。プロモータ遺伝子の配列および遺伝子の終止配列は、プロモータが 標的ホストで機能的であれば、標的植物ホストに内在的また外在的であってもよ い。例えば、プロモータおよび終止配列は他の植物種、植物ウィルス、細菌プラ スミド等からのものでもよい。好ましくは、遺伝子プロモータおよび終止配列は 本発明の配列自体からのものである。 プロモータの選択に影響を与える因子には、望ましい構造物の組織特異性およ び転写や翻訳のタイミングが含まれる。例えば、35Sカリフォルニアモザイクウ ィルス(CaMV 35S)プロモータ等の、構成プロモータは植物のすべての部分におけ る酵素の活性に影響を与える。組織特異的プロモータを使用することは、注目す る組織中に所望のセンスまたはアンチセンスRNAだけを産生することになるだろ う。誘導遺伝子プロモータ配列を用いるDNA構造物で、RNAポリメラーゼの結合お よび開始の速度が光、熱、嫌気性ストレス、栄養素状態の改変等の外部刺激で調 節されてもよい。一時的に制御されたプロモータを用いて、形質転換細胞の発生 中の特定時点にRNAポリ メラーゼの結合および開始速度の調節に影響を与えることができる。好ましくは 、問題の酵素遺伝子からの本来のプロモータ、またはユーカリまたはマツ等の形 質転換される生物の特異的組織標的遺伝子からのプロモータが使用される。本発 明において有効に用いられる遺伝子プロモータの他の例には、マンノピンシンタ ーゼ(mas)、オクトピンシンターゼ(ocs)およびチュア(Chua)ら(Science244:17 4-181,1989)によって調査されたものが含まれる。 遺伝子終止配列は転写されるDNA配列に対し3’に位置し、プロモータ配列と同 じ遺伝子から得られることもあり、別の遺伝子から得られることもある。アグロ バクテリウム ツメファシエンスノパ リンシンターゼ遺伝子等、既知な多くの遺 伝子終止配列を本発明で有効に利用することができる。しかし、好ましい遺伝子 終止配列は本来の酵素の遺伝子または形質転換される標的種からのものである。 本発明のDNA構造物は植物細胞に有効な選択マーカーを含み、本発明の構造物 に含まれる形質転換された細胞の検出を可能にする。このようなマーカーはこの 分野で周知であり、1種類以上の毒素に対する特有な抵抗を付与する。このマー カーの一例はNPTII遺伝子であり、この発現がカナマイシンまたはヒグロマイシ ンといった、一般的に中度の濃度で植物細胞に毒性である抗生物質に耐性を示す ことになる(ロジャーズ(Rogers)ら、「植物分子生物学の方法」、バイスバッハ (A.Weissbach)およびH.バイスバッハ(H.Weissbach)編.アカデミック・プレス 、サンディエゴ、CA(1988))。別の選択肢として、形質転換細胞中に望ましい構 造物が存在することは周知な技術であるサザン・ウェスタンブロット法等で確認 することができる。 本発明のDNA構造物の成分を操作的にリンクさせる技術も周知で あり、例えばマニアチス(Maniatis)らによって記述されたように、一つ以上の制 限エンドヌクレアーゼ部位を含む合成リンカーの利用が含まれる(「分子クロ− ニング:実験室手順書 」、コールド・スプリング・ハーバーラボラトリーズ、コ ールド・スプリング・ハーバー、ニューヨーク、1989)。本発明のDNA構造物は少 なくとも一つの複製システムを有するベクター、例えば大腸菌(E .coli)にリン クさせることもでき、これによって各操作の後に、得られた構造物のクローニン グおよび配列決定をすることができ、操作の正確性を確認することができる。 本発明のDNA構造物は、単子葉植物(例えば稲科の草、コーン、穀類、オート ムギ、小麦およびオオムギ)、双子葉植物(例えばシロイヌナズナ(Arabidopsis) 、タバコ、マメ、ムラサキウマゴヤシ、オーク、ユーカリ、カエデ)の両方およ び裸子植物(例えばオウシュウアカマツ(アロネン(Aronen).Finnish Forest Re s.Papers,vol.595,1966)、ホワイトスプルース(エリス(Ellis)ら、Biotech nology 11 :94-92,1993)、カラマツ(フアン(Huang)ら、In Vitro Cell 27:201- 207,1991))等の種々の植物の形質転換に使用できる。好ましい実施態様ては、 本発明のDNA構造物は木本(ここでは数年間生存し、かつ年ごとに木質組織を付加 して径が増加する高木または低木として定義する)の形質転換に用いられる。好 ましい標的植物はユーカリおよびマツの種からなる群から、最も好ましくはユー カリプタス グランディス およびパイナス ラヂアタからなる群から選択される 。すでに考察したように、オープンリーディングフレームがセンス方向に配向し ている本発明のDNA構造物でコード化された酵素をコードするオープンリーディ ングフレームを含むDNA構造物で植物を形 質転換することは、植物のリグニン含有量を増加させ、ある場合にはコサプレッ ションによって減少させる結果となるだろう。アンチセンス配向のオープンリー ディングフレームまたは遺伝子の非コーディング(翻訳されない)領域を含むDN A構造物で植物を形質転換することは、形質転換植物のリグニン含有量を減少さ せる結果となるだろう。 DNA構造物を安定的に標的植物のゲノム内に組み込む技術は周知であり、アグ ロバクテリウム ツメファシエンス 仲介導入、エレクトロポレーション、原形体 融合、生殖器官内挿入、朱成熟胚内挿入、高速発射導入などが含まれる。技術の 選択は形質転換される標的植物に依存するだろう。例えば、双子葉植物およびあ る種の単子葉植物と裸子植物は、例えばベヴァン(Bevan)(Nucl .Acid Res.12: 8711-8721,1984)によって記述されたアグロバクテリウムTiプラスミド法によっ て形質転換することができる。本発明のDNA構造物を導入する標的には、葉組織 、播種性細胞、原形体、種子、胚、分裂領域等の組織、子葉、胚軸等が含まれる 。ユーカリおよびマツを形質転換する好ましい方法の一つは、花粉(例えばアロ ネン、1996,Finnish Forest Res.Papers vol.595,53ppを参照)または容易に 再生可能な胚組織を用いるバイオリスティック法である。本発明の方法で有用に 使用することができる他の形質転換技術には、エリスら(Plant Cell Reports8 :16-20,1989)、ウィルソン(Wilson)ら(Plant Cell Reports7:704-707,198 9)およびタウトーラス(Tautorus)ら(Theor .Appl.Genet78:531-536,1989)に よって教示された方法がある。 細胞が形質転換されると、ゲノムに組み込まれた本発明のDNA構 造物を持つ細胞が、上述したカナマイシン耐性マーカー等の、マーカーによって 選択される。次に形質転換細胞を周知な技術を使用して植物全体の再生に適切な 培地中で培養することができる。原形体の場台には、細胞壁を適切な浸透条件下 でリフォームする。種子または胚の場台には、適切な発芽またはカルス培地を使 用する。外植体には適切な再生培地を使用する。植物の再生は多くの種で確立さ れている。森林樹の再生に関する報告については、ダンスタン(Dunstan)らの「木 本における体細胞胚形成」、トルペ(Thorpe,T.A.)編、1995:「農業における最近 の植物科学およびバイオテクノロジー」、Chapter 12,pp.471-540中、「植物の インビトロ胚形成」、Vol.20、を参照されたい。トウヒの再生のための特殊プロ トコルがロバーツ(Roberts)らによって考察されている(「トウヒの体細胞胚形成」 、Synseed.収穫高を改善するための合成種子の応用」、レーデンボー(Redenbaug h,K.)ら編,CRP Press,Chapter 23,pp.427-449,1993)。得られた形質転換 植物は性的または無性的に生殖される。使用する方法は周知であり、形質転換植 物の継続再生ができる。 すでに考察したように、標的細胞におけるRNAの産生はプロモータ配列の選択 または標的植物ホストのゲノム内に組み込まれたDNA配列の組込み部位または機 能複写数を選択することで制御される。標的植物は本発明の一つ以上のDNA構造 物で形質転換することかでき、これによって一つ以上の酵素の活性に適したリグ ニン生合成経路を調節し、一つ以上の組織における酵素の活性に影響を与え、ま たは一つ以上の発現時での酵素の活性に影響を与える。同様に、DNA構造物も本 発明のDNA配列でコード化された酵素をコードする一つ以上のオープンリーディ ングフレーム、またはこのような酵素をコ ードする遺伝子の一つ以上の非コーディング領域を含むように組み立てることが できる。本発明のDNA配列はリグニン生合成経路に関与する酵素をコード化する 既知な他の配列と組み合わせて用いることもできる。この方法で、非木本にリグ ニン生合成経路を加えて新規な木本を産生することが可能になる。 本発明の単離DNA配列はリグニン合成経路に関与する酵素をコード化するDNA配 列を他の植物種から単離するプローブとして用いることもでき、使用する技術は 当業者に周知である。 以下の例は例示のために提供したものであり、制限するためのものではない。 例1 ユーカリプタス グランディスからの cDNA クローンの単離と特徴付け 以下に示す二つ(単一高木からの種々の組織混合物から一つ、単一高木の葉か ら一つ)のユーカリプタス グランディスcDNA発現ライブラリーを構築しスクリ ーニングした。 チャン(Chang)らのプロトコル(Plant Molecular Biology Reporter 11:113-1 16,1993)を若干修正して用い、植物組織からmRNAを抽出した。詳細には、試料 をCPC-RNAXB(トリス-Cl,(pH8.0,100mM);EDTA(25mM);NaCl(2.0M);CTAB2%;PVP2% ;スペルミジン*3HCl 0.05%)に溶解し、クロロホルム:イソアミルアルコール( 24:1)で抽出した。エタノールでmRNAを沈殿させ、RNAプレパラート全体をポリ(A )クイックmRNA単離キット(ストラタジェン、ラジヨーラ、CA)を用いて精製した 。精製mRNAから逆転写酵素合成でcDNA 発現ライブラリーを構築し、得られたcDNAクローンをZAPエキスプレスcDNA合成 キット(ストラタジェン)を用い、製造者のプロトコルに従って、ラムダZAP中 に挿入した。得られたcDNAを連結反応混和物5μlからDNA試料1μlを用いて ギガパックIIパッケージングエクストラクト(ストラタジェン)を用いてパッケー ジングした。XL1-ブルーMRF’細胞およびXLOLR細胞(ストラタジェン)を用いて 、エックスアシストヘルパーファージ(ストラタジェン)でライブラリーの集団切 除を行った。切除したフアージミド(phagemid)をNZY肉汁(ギブコBRL、ガイザー ズバーグ、MD)で希釈し、X-galおよびイソプロピルチオ-β−ガラクトシド(IPTG )を含むLB-カナマイシン寒天平板上で平板培養した。 DNAミニ調合に平板培養され選び出されたコロニーの99%は配列決定に適した挿 入断片を含んでいた。ポジティブコロニーをカナマイシンを含むNZY肉汁中で培 養し、cDNAをアルカリ性溶解法およびポリエチレングリコール(PEG)沈殿法で精 製した。アガロースゲルを1%で用いて染色体混入のスクリーン配列決定鋳型に用 いた。ターボカタリスト800マシーン(パーキンエルマー・アプライド・バイオシ ステムズ、フォスターシティ、CA)を使用し、製造者のプロトコルに従って、色 素プライマー配列を調製した。 ポジティブクローンのDNA配列はアプライドバイオシステムズプリズム377シー ケンサーを用いて得た。まず、両5’末端から、ある場合には3’末端からもcDN Aクローンを配列決定した。あるクローンについては、サブクローニング断片を 用いて内部配列を得た。制限マッピングおよびサブクローニングの標準手法を用 いてpブルースクリプト II SK+ベクターにサブクローニングを行った。 1996年2月のFASTAアルゴリズム(バージョン2.0u4)(インターネットサイト、 ftp://ftp.virginia.edu/pub/fasta/から入手可能)を用いて決定されたcDNA配 列をEMBLデータベース(46、1996年3月リリース)の中の既知な配列と比較した 。信頼できるコンセンサス配列を構築するために、重複配列の多重アライメント を用いた。他の植物種からの既知な配列との類似性に基づき、単離したDNA配列 (配列番号1)はCAD酵素をコード化する配列として同定された。 さらなる調査で、上記の手法を用いて、次のユーカリプタス グランディス酵 素をコード化するcDNA配列を単離した。PAL(配列番号16);C4H(配列番号17);C3H( 配列番号18);F5H(配列番号19-21);OMT(配列番号22-25);CCR(配列番号26-29);CAD (配列番号30);CGT(配列番号31-33);CBG(配列番号34);PNL(配列番号35,36);LAC( 配列番号37-41);およびPOX(配列番号42-44)。 例2 パイナス ラヂアタからのcDNAの単離と特徴付け (a)高収量スクリ−ニングによるcDNAクローンの単離 木部からパイナス ラヂアタcDNA発現ライブラリーを構築し、例1に記述した ようにスクリーニングした。アプライドバイオシステムズプリズム377シーケン サー上で前進および逆プライマーを用いて、ポジティブクローンのDNA配列を得 、決定された配列を上記のデータベースの既知な配列と比較した。 他の植物種からの既知な配列との類似性に基づき、単離されたDNA配列を次の 酵素、C4H(配列番号2および3);C3H(配列番号4);PNL(配列番号5);OMT(配列番号6 );CAD(配列番号7);CCR(配列番 号8);PAL(配列番号9-11)および4CL(配列番号12)をコード化するものとして同定 した。 さらなる調査で、上記の手法を用いて、次のパイナス ラヂアタ酵素、PAL(配 列番号45-47);C4H(配列番号48,49);C3H(配列番号50-52);OMT(配列番号53-55);4C L(配列番号56,57);CCR(配列番号58-70);CAD(配列番号71);CGT(配列番号72);CBG( 配列番号73-80);PNL(配列番号81);LAC(配列番号82-84);およびPOX(配列番号85-8 8)をコード化する付加的なcDNA配列を単離した。(b)PCR によるcDNAクローンの単離 以前にほかの種で同定された次のペルオキシダーゼ配列に保存されたドメイン に基づき、二つのPCRプローブ(以後LNB010およびLNB011(配列番号は各々14及び1 5)と表す)をデザインした。すなわち、バンポックス(vanpox)、ヒブポックス6(h vupox6)、タエポックス(taepox)、ヒブポックス1(hvupoxl)、オサポックス(osa pox)、ノトポックス2(ntopox2)、ノトポックス1(ntopox1)、レスポックス(le spox)、ポクポックス(pokpox)、ルスポックス(luspox)、アソポックス(athpox) 、ヒルポックス(hrpox)、スポポックス(spopox)およびツベポックス(tvepox)(遺 伝子バンクアクセス番号、D11337、M83671、X56011、X58396、X66125、J02979、 D11396、X71593、D11102、L07554、M58381、X57564、Z22920およびZ31011)。 マツ木部からRNAを単離し、第1鎖cDNAを上述のように合成した。LNB010(4μ M)、LNB011(4μM)、1xコーゲン緩衝液(Kogen's buffer)、BSA(0.1mg/ml)、dN TP(200mM)、Mg2+(2mM)、Taqポリメラーゼ(キブコBRL)(0.1U/μl)を用いるPCRを このcDNAで行った。条件はス トラタジェンロボサイクラーで、94℃で2分、55℃で1分および72℃で1分の2 サイクル;94℃で1分、55℃で1分および72℃で1分の25サイクル;94℃で1分 、55℃で1分および72℃で3分の18サイクルであった。同じ方法で遺伝子を再増 幅した。約200bpのバンドをシュライヒャー アンド シュル エルークイック (Schleicher & Schull Elu-Quik)DNA精製キットを用いるTAEアガロースケルか ら精製し、Tテールpブルースクリプトベクター(マルチュク(Marchuk,D.)ら、N ucleic Acids Res19:1154,1991)内にクローニングした。既知な配列への類 似性に基づき、単離された遺伝子(配列番号13)をマツのペルオキシダーゼ(POX) をコード化する遺伝子として同定した。 例3 リグニン生合成を変更するための O- メチルトランスフェラーゼ(OMT)遺伝子の使用 (a)パイナス ラヂアタOMT遺伝子によるタバコの形質転換 パイナス ラヂアタからのOMT(配列番号53)のコーディング領域を含む配列を 含んでなるセンスおよびアンチセンス構造物を、公表された方法(アン(An,G)、 エバート(Ebert,PR)、ミトラ(Mitra,A)、ハ(Ha,SB):「バイナリーベクター」、 ケルビン(Gelvin,SB)、シルペルート(Schilperoort,RA)編:「植物分子生物学 マニュアル」、Kluwer Publishers,Dordrecht(1988))を参照)を用いる直接形質 転換でアグロバクテリウム・ツメファシエンスLBA4301(ドクター カド(C.Kado )、カリフォルニア大学、デイヴィス、CAより寄贈)に挿入した。形質転換構造物 の存在および組込みを制限消化およびDNA 配列決定で検証した。 タバコ葉(ニコチアナ・タバカム(Nicotiana tabacum)cv.サムスン)切片をホル シュ(Horsch)らの方法(Science,227:1229-1231,1985)を用いて形質転換した。 センス構造物につき独立な形質転換植物5ラインおよびOMTのアンチセンス構造 物につき独立な形質転換植物8ラインを確立した。適切なリグニン遺伝子構造物 を含む形質転換植物をサザンブロット実験法で検証した。以下に示す表1中、「 サザン」欄の「+」は形質転換植物ラインが独立な形質転換ラインであると確認 されたことを示す。(b)形質転換植物におけるパイナスOMTの発現 OMTセンスおよびアンチセンス構造物で創製したそれそれ独立した形質転換植 物ラインから全RNAを単離した。RNA試料をノザンブロット実験法で解析して各形 質転換ラインにおける導入遺伝子発現レベルを決定した。表1中、「ノザン」欄 に示したデータはOMTのセンスおよびアンチセンス構造物を含む形質転換植物ラ インかすべて、ノザンブロットのバックグランドに比較して、高度な発現レベル を呈示したことを示す。センス植物ライン番号2のOMT発現は、RNA試料が劣化の 徴候を示したので、測定されなかった。空のベクターを導入した対照植物からの RNA試料にはハイブリッド形成を検出することができなかった。(c)形質転換植物におけるOMT酵素の活性の調節 形質転換タバコにおけるパイナスOMT遺伝子および内在性タバコOMT遺伝子でコ ード化されたOMT酵素の仝活性を、OMTセンスおよび アンチセンス構造物で創製した形質転換植物ラインのそれそれにつき解析した。 タンパク質粗抽出物をそれぞれの形質転換植物から調製し、ザン(Zhang)らの方 法(Plant Physiol.113:65-74,1997))を用いて検定した。表1中「酵素」欄 に示したデータはOMTセンス構造物を含む形質転換植物ラインが、空のベクター 導入対照植物に比較して、通常OMT酵素の活性の上昇(最大で199%)を示すが、OMT アンチセンス構造物を含む形質転換植物ラインは通常OMT酵素の活性が減少(最小 で35%)することを示す。センス植物ライン番号3のOMT酵素の活性は評価しなか った。(d)形質転換植物におけるリグニン濃度に与えるパイナスOMTの効果 形質転換されたタバコ植物のリグニン濃度を、確立された方法であるチオグリ コール酸抽出(フロイデンベルグ(Freudenberg)ら、「リグニンの構造および生合 成」、Springer-Verlag、ベルリン、1968を参照)を用いて決定した。概略を記す と、平均日齢38日のタバコ植物全体を液体窒素中で凍結し、乳鉢と乳棒で微粉砕 した。空のベクター導入対照植物ライン1、OMTセンス構造物を含む独立な形質転 換植物ライン5、およびOMTアンチセンス構造物を含む独立な形質転換植物ライン 8、からの凍結粉末100mgを個別にメタノール、次に10%チオグリコール酸で抽出 し、最後に1MのNaOHに溶解した。 最終抽出物の吸光度を280nmで検定した。表1中「TGA」欄のデータはセンスおよ びアンチセンスOMT遺伝子構造物を含む形質転換植物ラインがすべて、空のベク ター導入対照植物ラインに比べ、リグニンレベルの著しい減少を呈示したことを 示す。表1 これらのデータはリグニン濃度を、TGA検定で測定したように、OMT等のリグニ ン生合成遺伝子のセンス発現またはアンチセンス発現のいずれかで直接操作する ことができることを明白に示す。 例4 リグニン生合成を変更させるための 4- クマリン酸エステル:CoAリガーゼ(4CL)遺伝子の使用 (a)パイナス ラヂアタ4CL遺伝子によるタバコ植物の形質転換 パイナス ラヂアタからの4CL(配列番号56)のコーディング領域を含む配列を 含んでなるセンスおよびアンチセンス構造物を、上述のように直接形質転換で グロバクテリウム ツメファシエンス LBA4301内に挿入した。形質転換構造物の 存在および組込みを制限消化およびDNA配列決定で検証した。 タバコ(ニコチアナ タバカムcv.サムスン)葉切片を上述したように形質転 換した。センス構造物につき独立な形質転換植物5ラインおよび4CLのアンチセ ンス構造物につき独立な形質転換植物8ラインを確立した。適切なリグニン遺伝 子構造物を含む形質転換植物をサザンブロット実験法で検証した。以下に示す表 2中、「サザン」欄の「+」はリストされた形質転換植物ラインが独立な形質転 換ラインであると確認されたことを示す。(b)形質転換植物におけるパイナス4CL発現 4CLセンスおよびアンチセンス構造物で創製したそれぞれ独立した形質転換植 物ラインから全RNAを単離した。RNA試料をノザンブロット実験法で解析して各形 質転換ラインの導入遺伝子の発現レベルを決定した。下記の表2中、「ノザン」 欄に示したデータは4CLのセンスおよびアンチセンス構造物を含む形質転換植物 ラインがすべて、ノザンブロットのバックグランドに比較して、高度な発現レベ ルを呈示したことを示す。アンチセンス植物ライン番号1の4CL発現は、実験時 にRNA試料が得られなかったので、測定しなかった。空のベクターを導入した対 照植物からのRNA試料にはハイブリッド形成を検出することができなかった。(c)形質転換植物における4CL酵素の活性の調節 形質転換タバコ植物におけるパイナス4CL遺伝子および内在性タバコ4CL遺伝子 によってコード化された4CL酵素の全活性を、4CLセンスおよびアンチセンス構造 物で創製したそれぞれの形質転換植物について解析した。タンパク質粗抽出物を それぞれの形質転換植物から調製し、ザン(Zhang)らの方法(Plant Physiol.11 3 :65-74,1997))を用いて検定した。表2中の「酵素」欄に示したデータは4CL センス構造物を含む形質転換植物ラインが、空のベクター導入対照植物に比較し て、4CL酵素の活性の上昇(最大で258%)を示すが、4CLアンチセンス構造物を含む 形質転換植物ラインでは4CL酵素の活性が減少(最小で59%)することを示す。(d)形質転換植物におけるリグニン濃度に与えるパイナス4CLの効果 形質転換された植物物質の試料中のリグニン濃度を、例3に述べたように決定 した。表2中の「TGA」欄のデータはセンスおよびアンチセンス4CL遺伝子構造物 を含む形質転換植物ラインがすべて、空のベクター導入対照植物ラインに比べ、 リグニンレベルの著しい減少を呈示したことを示す。これらのデータはリグニン 濃度を、TGA検定で測定したように、4CL等のリグニン生合成遺伝子のセンス発現 またはアンチセンス発現のいずれかで直接操作できることを明白に示す。 表 例5 本発明のリグニン生合成遺伝子を用いるタバコの形質転換 ユーカリプタス グランディスからのC3H(配列番号18)、F5H(配列番号19)、CC R(配列番号25)およびCGT(配列番号31)、パイナス ラチアタからのPAL(配列番号 45,47)、C4H(配列番号48,49)、PNL(配列番号81)およびLAC(配列番号83)のコーデ ィング領域を含む配列を含んでなるセンスおよびアンチセンス構造物を上述のよ うに直接 形質転換でアグロバクテリウム ツメファシエンスLBA4301内に挿入した。形質 転換構造物の存在および組込みを制限消化およびDNA配列決定で検証した。 タバコ(ニコチアナ タバカムcv.サムスン)葉切片を例3で示したように形質 転換した。独立な形質転換植物ラインの12までを、前のパラグラフにリストした それぞれのセンス構造物およびそれそれのアンチセンス構造物について確立した 。適切なリグニン遺伝子構造物を含む形質転換植物をサザンブロット実験法で検 証した。解析した形質転換植物ラインのすべてが独立な形質転換ラインとして確 認された。 例6 形質転換植物におけるリグニン含有量の操作 (a)ノザンブロット実験法による導入遺伝子発現の確認 例5に示した独立な形質転換植物ラインのそれぞれからRNAをすべて単離した 。RNA試料をノザンブロット実験法で解析して、形質転換ラインそれぞれでの導 入遺伝子の発現レベルを決定した。表3の「ノザン」欄は検定したすべての植物 ラインについての導入遺伝子発現レベルを、ノサンブロットのバックグランドと 比較して示す。空のベクター導入対照植物からのRNA試料には、ハイブリッド形 成を検出することはできなかった。(b)形質転換植物におけるのリグニン濃度の決定 空のベクター導入対照植物および例5に示したそれぞれのセンス構造物および アンチセンス構造物についての独立な形質転換ライン 12までのリグニン濃度を、例3に記述したように決定した。表3に示す「TGA」欄 は検定したすべての植物ラインについてのチオグリコール酸抽出可能なリグニン を示し、対照植物に対する形質転換植物中のTGA抽出可能リグニンの平均百分率 で表示する。括弧内に変動幅を示す。 表3 センスおよびアンチセンスリグニン生合成遺伝子構造物を含む形質転換植物ラ インはすべてが、空のベクター導入対照植物ラインに比べ、著しいリグニンレベ ルの減少を示した。リグニン濃度に関する最も劇的な効果はF5Hアンチセンス植 物にみられ、対照植物にお けるリグニン量の35%、PALアンチセンス植物で対照植物におけるリグニン量の37 %であった。これらのデータはTGA検定で測定されたリグニン濃度を従来のアンチ センス法および本発明のリグニン生合成遺伝子を利用するセンス過剰発現によっ ても直接操作されうることを明白に示す。 例7 形質転換植物におけるリグニン酵素の活性の調節 選択したリグニン生合成酵素の活性および基質特異性を、パイナス ラヂアタ からのPAL(配列番号45)、PNL(配列番号81)およびLAC(配列番号83)、ユーカリプ タス グランディス からのCGT(配列番号31)につき、センスおよびアンチセンス 構造物を含む形質転換タバコ植物からの粗抽出物で検定した。 酵素の検定は公表された方法でおこなった。すなわち、PALに関してはサザー トン(Southerton,S.G.)およびデバーラル(Deverall,B.J.)らの方法(Plant P ath39:223-230,1990)、CGTはベレクープ(Vellekoop,P.)ら(FEBS330:36- 40,1993)、PNLはエスピン(Espin,C.J.)ら(Phytochemistry44:17-22,1997) およびLACに関してはボー(Bao.W.)らの方法(Science260:672-674,1993)であ る。表4の「酵素」欄に示したデータは検定したすべての植物ラインについての 複製処理からの平均酵素の活性を示し、空のベクター導入対照植物の酵素の活性 の百分率で表示した。括弧内は変動幅を示す。表4 PNLアンチセンス形質転換植物ラインを除くすべての形質転換植物ラインが空 のベクター導入対照植物に観察された活性より著しく低い平均リグニン酵素の活 性を示した。リグニン酵素の活性に関する最も劇的な効果は、すべてのラインが PAL活性の減少を示したPALアンチセンス形質転換植物ラインと、空のベクター導 入対照植物ラインのLAC活性の14%を示したLACアンチセンス形質転換植物ライン にみられた。 例8 リグニン生合成遺伝子の機能同定 パイナス ラヂアタからのPAL(配列番号47)、OMT(配列番号53)、4CL(配列番号 56,57)およびPOX(配列番号86)、ユーカリプタス グランディスからのOMT(配列 番号23,24)、CCR(配列番号26-28)、CGT(配列番号31,33)およびPOX(配列番号42,4 4)のコーディング領域を含む配列を含んでなるセンス構造物を、市販の入手可能 なタン パク質発現ベクターであるpProEX-1(キブコBRL)内に挿入した。得られた構造物 を大腸菌XL1-Blue(ストラタジエン)内に形質転換し、次にこれを誘導してITPG を加えることで組換えタンパク質を産生させた。パイナスOMTおよび4CL構造物、ユーカリプタス OMTおよびPOX構造物につき、精製したタンパク質をNiカラムクロ マトグラフィー(ヤンクネクト(Janknecht,R.)ら、Proc .Natl.Acad.Sci.88 :8972-8976,1991)を用いて産生した。それぞれの精製したタンパク質について の酵素検定で、期待された基質特異性および検定した遺伝子に関する酵素の活性 が最終的に実証された。 パイナス ラヂアタ4CL遺伝子(配列番号56)およびパイナス ラヂアタOMT遺伝 子(配列番号53)の酵素の活性の証拠を示す代表的な二つの酵素検定に関するデー タを表5に示す。4CL酵素では、1単位は基質を1分あたり0.1吸光度単位の速度 で生成物に転換するのに要するタンパク質の量に等しい。OMT酵素では、1単位 は1分あたり基質1ピコモルを生成物に転換するのに必要なタンパク質の量に等 しい。 表5 表5に示したデータは、精製4CL酵素および精製OMT酵素双方が酵素検定で高い 活性を示すことを表し、この用途で記述した4CLおよびOMT遺伝子の同定を確認す る。空のベクターで形質転換した大腸菌からの粗タンパク質調製物は4CL酵素検 定、OMT酵素検定のいずれにおいても活性を示さない。 本発明を明確に理解するために、本発明を例示及び例を用いてある程度詳細に 説明したが、変更および修正は本発明の範囲から逸脱することなく行うことがで き、本発明は添付の請求の範囲の範囲によってのみ制約されるべきものであるこ とを意図している。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION           Materials and methods for altering lignin content in plantsTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION   The present invention modifies the lignin content and composition of plants. About the field to be made More specifically, the present invention relates to an enzyme involved in the lignin biosynthesis pathway. And nucleotide sequences encoding such enzymes.Background of the Invention   Lignin is an insoluble polymer that is primarily responsible for plant stem rigidity. Specifically, the rig Nin acts as a matrix around the polysaccharide component of some plant cell walls. Lignin The higher the content of, the greater the rigidity of the plant. For example, Takagi species produce large amounts of lignin Synthesized, lignin makes up 20% to 30% of the dry weight of wood. In addition to providing rigidity Lignin transports water in plants by making cell walls hydrophobic and making water impermeable. Promote shipping. Lignin also inhibits the invasion and growth of virulence factors and It plays a role in disease resistance.   High concentrations of lignin in trees cause serious problems for the paper industry. In the paper industry, Large amounts of resources are used to separate lignin from the cellulose fibers required for paper production. Must be used. The typical method used to remove lignin is extremely energy Energy and chemical intensive, increasing costs and undesired waste levels Result. About 20 million tons of lignin annually from wood in the United States alone Are separated.   Lignin has a significant effect on the digestibility or lack of digestion of feed grains, and lignin in plants A slight increase in nin content results in a relatively large decrease in digestion. For example, Cereals with reduced lignin content are more effective feeds for livestock, And the yield of meat is high compared to the amount of forage grain consumed. Normal growth period of the plant Medium, an increase in dry matter content is accompanied by a corresponding decrease in digestion. Therefore, the highest When deciding on the right time to harvest, growers should consider high yields of indigestible substances and low yields. You must choose from substances that are easily digested.   For some applications, increasing the lignin content of plants increases the mechanical strength of wood However, high lignin content is desirable because it changes its color and increases rot resistance. Mycorrhizal species composition and abundance are favored by altering lignin content and structural composition. Can be operated as desired.   As described in detail below, lignin is an enzyme at each stage of the synthetic pathway. Of at least three different monolignols synthesized in a multi-step route catalyzed by Produced by polymerization. Cinnamyl alcohol dehydrogenase (CAD) and caffeine Gene encoding certain enzymes such as 3-0-methyltransferase (COMT) Manipulating copy number of offspring has been shown to alter lignin production (US National patent no. 5,451,514 and PCT Publication No. WO 94/23044). In addition, Pop Antisense expression of a sequence encoding CAD in a ligase with altered composition It has also been shown to produce nin (Grand (C) et al.Planta(Berl.)163: 232 -237 (1985)).   Encodes several enzymes involved in the lignin biosynthetic pathway DNA sequence isolated in some plant species, but encodes many enzymes in a wide range of plant species The transforming gene has not yet been identified. Therefore, the lignin content and There is still a need in the art for materials useful for altering It is important.Summary of the Invention   Briefly, the present invention encodes enzymes involved in the lignin biosynthetic pathway. Isolated DNA sequences available from eucalyptus and pine, such sequences DNA constructs and methods of using such constructs are provided. Lignin content Also provided are transformed plants having altered compositions.   In a first aspect, the invention relates to the following enzymes, isolated from eucalyptus and pine, In other words, cinnamate 4-hydroxylase (C4H), coumarate 3-hydro Xylase (C3H), phenolase (PNL), 0-methyltransferase (OMT), Nnamyl alcohol dehydrogenase (CAD), cinnamoyl-CoA reductase (CCR), Nylalanine ammonia-lyase (PAL), 4-coumarate: CoA ligase (4C L), coniferol glucosyltransferase (CGT), coniferin β-g With lucosidase (CBG), laccase (LAC), and peroxidase (POX) Simply encodes ferulate 5-hydroxylase (F5H) from eucalyptus Provide the isolated DNA sequence. In one embodiment, the isolated DNA sequence comprises (a) SEQ ID NO: 3,13, Sequences listed in 16-70 and 72-88; (b) listed in SEQ ID NOs: 3,13, 16-70 and 72-88 (C) the reverse complement of the sequences listed in SEQ ID NOs: 3,13,16-70 and 72-88 (D) the reverse of the sequences listed in SEQ ID NOs: 3,13,16-70 and 72-88 Sequence, and (e) the same as sequences (a)-(d) as measured by computer algorithm FASTA. A sequence having a probability of being at least about 99% Contains a reotide sequence.   In another embodiment, the DNA sequence of the invention is used alone, in combination with one or more sequences of the invention. Either in combination or in combination with one or more known DNA sequences. The present invention provides a DNA construct that is contained together with a transformed cell containing such a construct.   In a related aspect, the invention provides a gene promoter sequence in the 5'-3 'direction. At least one of the enzymes encoded by the DNA sequences of the invention or variants thereof. Open reading frame encoding the active region, and a gene termination sequence. A DNA structure. The open reading frame is in the sense direction or It may be oriented in any of the orientation directions. The above DNA sequence or non-coding Gene encoding the enzyme encoded by the nucleotide sequence complementary to the region DNA constructs containing non-coding regions of offspring also contain gene promoter sequences and Provided with child termination sequence. Preferably, the gene promoter and termination sequence Is functional in the host plant. Most preferably, the gene promoter and termination The sequence is native to the enzyme gene, but others commonly used in the art, For example, an enhancer such as a Kozak sequence or an Omega enhancer. Cauliflower mosaic virus (CMV) promoter with or without, andUg Lobacterium tumefaciens (Agrobacterium tumefaciens) Nopalinecin Tase terminators can be used effectively in the present invention. One or more desired A tissue-specific promoter may be used for target expression in a given tissue. Like In a preferred embodiment, the gene promoter sequence results in transcription in xylem. DNA structure May further comprise a marker identifying the transformed cell.   In another embodiment, a transformed plant cell comprising a DNA construct of the present invention is such a plant cell. Provided with plants containing transformed cells, fruits and seeds of such plants .   In yet another aspect, a method is provided for regulating the lignin content and composition of a plant. Such a method can stably integrate the DNA structure of the present invention into the genome of a plant. And In a preferred embodiment, the target plant is woody, preferably eucalyptus. And most preferably from the group consisting of pine seedsEucalyptus grandis (Eucalyptus grandis)andPinus Radiata(Pinus radiataGroup) Selected from In a related aspect, a method of producing a plant having an altered lignin content This method comprises transforming a plant cell with the DNA construct of the present invention. Providing cells and promoting regeneration of transformed cells and growth of mature plants Culturing under the conditions.   In yet another aspect, the invention provides a method of altering the activity of a plant enzyme, comprising the steps of: Stably incorporating the DNA constructs of the invention into the kenom of the plant. Preferred practice In embodiments, the target plant is a woody plant, preferably consisting of eucalyptus and pine seeds From the group, most preferablyEucalyptus grandisandPinus Radio Ta Selected from the group consisting of:   The above and other features of the invention, as well as methods for obtaining them, are described in the appended claims. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will become apparent from the following more detailed description, taken in conjunction with the drawings, in which: Seems to be well understood.BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES   FIG. 1 is a schematic diagram of the entire lignin biosynthesis pathway.Detailed description   Lignin is at least three different monolignols, mainly p-coumarilua Produced by polymerization of alcohol, coniferyl alcohol and sinapyl alcohol . Although the three subunits of lignin are well known, It is possible that few variants are involved in the lignin biosynthetic pathway in various plants You. Relative concentrations of these residues in lignin vary between different plant species and within species . In addition, the composition of lignin varies between different tissues within a particular plant. Three kinds of monoliths Gunol is derived from phenylalanine in a multi-step process, It is thought that lignin is polymerized by the mechanism.   Figure 1 illustrates the different steps in the biosynthesis pathway of coniferyl alcohol, Are shown together with the enzymes that catalyze them. p-Cumaryl alcohol and Sinapyral Calls are synthesized by a similar route. First, phenylalanine is replaced by phenylalanine Deamination with ammonia-lyase (PAL) to give cinnamate, which Is hydroxylated with cinnamate 4-hydroxylase (C4H) to give p-bear Produces luic ester. p-coumarate is 3-coumarate It is hydroxylated with a lase to give a caffeic acid ester. Newly added The hydroxyl group is then methylated with 0-methyltransferase (OMT) to produce ferulic acid. Ester, which is co-enzyme by 4-coumarate: CoA ligase (4CL) Joined to A Produces Royl-CoA. Reduction of feruloyl-CoA to coniferaldehyde Catalyzed by namoyl-CoA reductase (CCR). Coniferaldehyde is It is further reduced by the action of cinnamyl alcohol dehydrogenase (CAD) to conif Glyceryl alcohol, which in turn produces coniferol glucosyltransfer Glucosylated for transport from the cytoplasm to the cell wall by the enzyme (CGT) Converted to shape. Following transport, deglycosylated coniferyl alcohol The form is obtained by the action of coniferin β-glucosidase (CBG). Finally, Phenolase (PNL), Lacquer Catalyzed by zea (LAC) and peroxidase (POX).   An additional enzyme, ferulic acid ester-5-hydrogen, is used to produce synapyr alcohol. Xylase (F5H) is involved. For more details on the lignin biosynthesis pathway, see Whetton, R. and Sederoff, R .;The Plant Cell,7: 100 See 1-1013 (1995).   Qualitative and quantitative changes in the lignin content in plants are based on photostimulation, low calcium levels. It is known to be triggered by external factors such as bells and mechanical stimuli. New species Lignin synthesis sometimes does not lignify properly in tissues, but is caused by pathogen infection. Even triggered. In addition to lignin, other types of plant products are Derived from nin. These products include flavonoids, coumarins, and stilbes. Benzoic acid and benzoic acid derivatives, and the initial stages of the synthesis of these compounds are all the same. It is. Therefore, alteration of the action of PAL, C4H and 4CL is not only in addition to lignin, but also in other plants. It may affect the synthesis of the product.   Using the methods and materials of the present invention, enzymes involved in the lignin biosynthetic pathway are By additionally incorporating a copy of the dosing gene into the genome of the target plant , Can increase the lignin content of the plant. Similarly, such a gene Lignin content by transforming the target plant with a copy of the antisense You can do it. In addition, genes encoding different enzymes in the lignin biosynthetic pathway Manipulating the number of child copies to change the relative amount of each synthesized monolignol Can be. This can lead to the production of lignin with a changed composition. Re A change in the composition of gnin would be beneficial, for example, in the treatment of paper timber and spoil the wood It will also be effective to change the fungus to your liking.   In one embodiment, the invention encodes an enzyme involved in the lignin biosynthesis pathway To provide fully or partially isolated DNA sequences that encode or partially encode . Its DNA sequence was obtained from eucalyptus and pine. Specifically, the book The invention isEucalyptus grandisEnzyme CAD (SEQ ID NO: 1, 30), PAL ( (SEQ ID NO: 16), C4H (SEQ ID NO: 17), C3H (SEQ ID NO: 18), F5H (SEQ ID NO: 19-21), OMT ( (SEQ ID NO: 22-25), CCR (SEQ ID NO: 26-29), CGT (SEQ ID NO: 31-33), CBG (SEQ ID NO: 34) , PNL (SEQ ID NOs: 35 and 36), LAC (SEQ ID NOs: 37-41) and POX (SEQ ID NOs: 42-44), ToPinus RadiataEnzymes C4H (SEQ ID NO: 2, 3, 48, 49), C3H (SEQ ID NO: 4, 50-52), PNL (SEQ ID NO: 5, 81), OMT (SEQ ID NO: 6, 53-55), CAD (SEQ ID NO: 7, 71), C CR (SEQ ID NO: 8, 58-70), PAL (SEQ ID NO: 9-11, 45-47), 4CL (SEQ ID NO: 12, 56, 57) , CGT (SEQ ID NO: 72), CBG (SEQ ID NO: 73-80), LAC (SEQ ID NO: 82-84) and POX (SEQ ID NO: 82) Nos. 13, 85-88) are provided. like this The complement of the isolated DNA sequence, the reverse complement of the isolated DNA sequence, and the reverse sequence of the isolated DNA sequence are also included. Provided with sequence variants such as The DNA sequence encompassed by the present invention includes cDNA, Includes genomic DNA, recombinant DNA and wholly or partially chemically synthesized DNA molecules. I will.   As used herein, the terms “complement”, “reverse complement” and “reverse sequence” The definition is best illustrated in the following example. For sequence 5'AGGACC3 ', complement, reverse phase The complement and reverse sequence are as follows.                       Complement 3 'TCCTGG 5'                       Reverse complement 3'GGTCCT 5 '                       Inverse sequence 5 'CCAGGA 3'   As used herein, the term "variant" refers to at least about 50%, preferably at least about 50%, of a sequence of the invention. Any sequence that exhibits at least about 70%, more preferably at least about 90%, homology. Covers columns as well. Most preferably, the "variant" has a probability of being the same as the sequence of the present invention. A sequence that is at least about 99%. DNA sequence probability is a computer algorithm FASTA (version 2.0u4, February 1996; Pearson, W.R.) et al.Pro . Natl . Acad. Sci. ,85: 2444-2448, 1988) and the probability of translated DNA sequence is Using the computer algorithm TBLASTX, the probability of protein sequence Gorism BLASTP (Altschul, SF) et al.J . Mol. Biol.,215: 403-410 , 1990). Thus, the term “variant” happens to be coincidental in the database. The probability of seeing (minimum sum probability) is less than about 1% as measured by any of the above tests Sequences.   Sequence variants isolated from other eucalyptus and pine species have been used in the timber industry. Variants from other commercially important species were considered as well. These include the following gymnosperms as examples. Loblolly pine (Pinus taeda), Elio Pine (Pinus elliotti), Crow pine (Pinus clausa), Rhubarb (Pinus palustrus ), Kimatsu (Pinus echinata), Ponderosa pine (Pinus ponderosa), Jeffrey Pine (Pinus jeffrey), American red pine (Pinus resinosa), Yanima Tsu (Pinus rigida), Banks pine (Pinus banksiana), Pound pine (Pinus seroti na ), Eastern Strobe Pine (Pinus strobus), Western strobe Pine tree(Pinus monticola), Sugar pine (Pinus lambertiana), Virginia pine (Pin us virginiana ), Contorta pine (Pinus contorta), Caribbean pine (Pinus car ibaea , P. pinaster ), Calabrian pine (P . brutia), Afgammatz (P . eldari ca ), Cool Tarmatsu (P . coulteri), European pine (P . nigraandP . sylve stris ), Bay pine (Dowgrass-Phil) (Pseudotsuga menziesii);T suga heterophylla ), Canada Tsuga (Tsuga canadensis), Mountain Tsuga (Tsuga m ertensiana Bleeding moth including spruce; German spruce (Picea abies), Red spruce (Picea rubens ), Canadian spruce (Picea glauca), Black spruce (Picea mariana), Bait Uhi (Picea sitchensis), Engleman spruce (Picea engelemanni), Pungen Spruce (Picea pungens) Containing spruce;Sequoia sempervirens); Lots Key fir (Abies lasiocarpa), European fir (Abies amabilis) Fir (Abies grandis), Noble fir (Abies procera), Bay fir (Abies concolo r ), California red fir (California red fir) (Abies magnifica), Balsa Momi (Abies balsamea) Containing this fir;Thuja plicata), Onihiva (li bocedrus decurrens ),Thuja occidentalis), Nu Mahinoki (Chamaecyparis lawsoniona), Atlantic Numa Hinoki (Chamaecyp aris thyoides ), Alaska Hinoki (Chamaecyparis nootkatensis), Empitsby Kushin (Huniperus virginiana) Containing cedar; Eastern larch (Larix laricin a ), Western larch (Larix occidentalis), European larch (Larix dec idua ), Larch (Larix leptolepis), Siberian larch (Larix siberica) Larch;Taxodium distichum) And Sequoia (Sequoia g igantae ); As well as the following angiosperms:Eucalyptus Aruba (Eucalyptus alba),E. Bancrofty(E.bancroftii) ,E. Botiloid(E . botyroides),E. Brigesiana(E.bridgesiana),E. Caro Huila (E . calophylla),E. Camaldrensis(E . camaldulensis),E. Citrio Dora (E . citriodora),E. Cladocalix(E . cladocalyx),E. Cosifera(E . coccifera ),E. Kurtishii(E . curtisii),E. Darling Pleana(E . dalrymple ana ),E. Degrappa(E . deglupta),E. Delagatensis(E . delagatensis),E. De Iversi color (E . diversicolor),E . Donny(E . dunnii),E. Fisifou rear (E . ficifolia),E. Globras(E . globulus),E. Gonfosefara(E . gom phocephala ),E. Gunny(E . gunnii),E. Henry(E . henryi),E. Lavopine A (E . laevopinea),E. Makarturi(E . macarthurii),E. Macro linker(E . mac rorhyncha ),E. Macrata(E . maculata),E. Marginata(E . marginata),E. Mega Kalpa (E . megacarpa),E. Meliodora(E . melliodora),E. Nikolii(E . nicholi i ),E. Nitens(E . nitens),E. Nova Angelica(E . novaanglica),E. Obli Kuah (E . obliqua),E. Obssiflow La (E . obtusiflora),E. Oleades(E . oreades),E. Porciflora(E . pauciflo ra ),E. Polybractair(E . polybractea),E. Legnance(E . regnans),E. Resi Nifera (E . resinifera),E. Robusta(E . robusta),E. Rudis(E . rudis),E . Saligna (E . saligna),E. Sideroxilone(E . sideroxylon),E. Stuarti Anna (E . stuartiana),E. Teleticolmis(E . tereticornis),E. Toleriana(E . torelliana ),E. Urnigella(E . urnigera),E. Urofira(E . urophylla),E . Vimiralis (E . viminalis),E. Viridis(E . viridis),E. Wandoo(E . wandoo )andE. Yumanni(E.youmanni).   The DNA sequences of the present invention were prepared as described in Examples 1 and 2 below.Eucalyptus Grandis andPinus RadiataCDNA library, as prepared from Can be isolated by high yield sequencing. As another option, SEQ ID NO: 1- Synthesize oligonucleotide probes based on sequences given in 13 and 16-88 Can be made by cDNA or by hybridization or PCReucalyptus Putus grandis andPinus RadiataThe above identified ones Genomic DNA libraries from other gymnosperms and angiosperms, including Can be used to identify positive clones. Probe here May be shorter than the sequence provided in, but the length of nucleotides is at least about 10, Preferably it should be at least about 15, most preferably at least about 20. Hybridization suitable for use with such oligonucleotide probes And PCR technology is a well-known technology. Positive clones are digested with restriction enzymes and DNA It can also be analyzed by column determination etc. You.   Furthermore, the DNA sequences of the present invention can be created by synthetic means using well-known techniques. You. An automated oligonucleotide synthesizer is available from PerkinElmer Applied Bi Osystems Division (Perkin Elmer / Applied Biosystems Division) Commercial products can be obtained from suppliers such as Foster City (CA) and follow the manufacturer's instructions. Can be operated.   In one embodiment, the DNA construct of the invention comprises a nucleotide sequence of the invention or An open library encoding at least a functional part of the enzyme encoded by the variant Includes the loading frame. The “functional part” of the enzyme used here affects the metabolic stage. A moiety containing the active site essential to provide, ie, bind one or more reactants Or the part of the molecule that can improve or control the rate of the reaction. Activity A sex site can be composed of discrete parts present on one or more polypeptide chains. Will generally show high substrate specificity. The term "nucleotide" used here `` Enzyme encoded by a sequence '' includes a nucleoside comprising a partially isolated DNA sequence of the present invention. Includes enzymes encoded by the peptide sequences.   For applications where amplification of lignin synthesis is desired, transformation of target plants with DNA constructs Increase the number of copies of the gene and thus the amount of enzyme. The reading frame is inserted into the DNA construct in the sense orientation. Lignin synthesis If down regulation is desired, the RNA produced by transcription of the DNA sequence is complementary to the endogenous mRNA. As you can see, the open reading frame is inserted into the DNA construct in the antisense orientation. insert. As a result, the number of gene copies decreases and the amount of enzymes decreases right. Alternatively, sequences or subsequences that are appropriate for the ribozyme construct (eg, (DNA or RNA, for example).   In a second embodiment, the DNA construct of the invention is encoded by a DNA sequence of the invention A nucleotide sequence containing the non-coding region of the gene encoding the enzyme, or Includes nucleotide sequences complementary to such non-coding regions. Used here The term "noncoding region" includes both untranslated and translated sequences. Or about 5 'or 3' base pairs of the open reading frame Both sequences are included. Non-code that can be usefully used for the structure of the present invention Examples of coding regions include introns and 5'-noncoding leader sequences It is. Transformation of a target plant with such a DNA construct can be performed, for example, by using Napoli (Plant Cell,Two279-290, 1990) and de Carvalho N. iebel) et al. (Plant Cell,7; 347-358, 1995). The process can also reduce the amount of lignin synthesis by the plant.   In addition, the DNA constructs of the present invention are genetically linked to a transcribed DNA sequence. It contains a gene promoter sequence that controls offspring expression and a gene termination sequence. Gene The promoter sequence is usually located at the 5 'end of the DNA sequence to be transcribed and Used to get started. The gene promoter sequence is usually the 5 'non-coding region of the gene. Introns (Luehrsen, K.R.),Mol . Gen . Genet .225: 81-93, 1991) or in the coding region as in the example of tomato PAL May be present (Bloksberg 1991, "Phenylalanine ann Monialiase biology and plant diseases Studies on the Interaction of the Active Substances "Ph.D. Dissertation, Univ. of California. Davis, U niversity Microfilms International order number 9217564). Structure is openly When the coding frame is included in the sense orientation, the gene promoter sequence is also Begin translation of the reading frame. Open reading of antisense orientation For DNA constructs that contain either a coding frame or non-coding regions, The gene promoter sequence is only from the translation initiation site with the RNA polymerase binding site Become.   Various gene promoter sequences effectively used in the DNA construct of the present invention are well-known. Technology. The sequence of the promoter gene and the termination sequence of the gene are As long as it is functional in the target host, it may be internal or external to the target plant host. No. For example, promoters and termination sequences may be used in other plant species, plant viruses, bacterial plasmids. It may be from a sumid or the like. Preferably, the gene promoter and termination sequence are It is from the sequence of the invention itself.   Factors affecting promoter selection include tissue specificity of the desired construct and And the timing of transcription and translation. For example, 35S California Mosaic Constitutive promoters, such as the virus (CaMV 35S) promoter, are found in all parts of the plant. Affects the activity of the enzyme. The use of tissue-specific promoters is notable Will produce only the desired sense or antisense RNA in certain tissues. U. A DNA construct that uses an inducible gene promoter sequence to bind RNA polymerase and And the rate of onset are controlled by external stimuli such as light, heat, anaerobic stress, and altered nutrient status. It may be clause. Generation of transformed cells using a temporally regulated promoter RNA poly at a specific point in time The regulation of the binding and initiation rate of the merase can be affected. Preferably , The native promoter from the enzyme gene in question, or a form such as eucalyptus or pine A promoter from the specific tissue target gene of the organism to be transformed is used. Departure Another example of a gene promoter that can be used effectively in (Mas), octopine synthase (ocs) and Chua et al. (Science,244: 17 4-181, 1989).   The gene termination sequence is located 3 'to the transcribed DNA sequence and is identical to the promoter sequence. It can be obtained from the same gene or from another gene.Aggro Bacterium tumefaciens nopa Many known sources such as the phosphorus synthase gene Gene termination sequences can be effectively utilized in the present invention. But preferred genes The termination sequence may be from the gene for the native enzyme or from the target species to be transformed.   The DNA structure of the present invention contains a selectable marker effective for plant cells, and the structure of the present invention Enables the detection of transformed cells contained in E. coli. Such a marker is It is well known in the art and confers a unique resistance to one or more toxins. This mer One example of a car is the NPTII gene, whose expression is kanamycin or hygromycin. Resistant to antibiotics that are generally toxic to plant cells at moderate concentrations, such as (Rogers et al., “Methods of plant molecular biology”, Weissbach (A. Weissbach) and H. Weissbach (eds.). Academic Press San Diego, CA (1988)). Alternatively, the desired composition in the transformed cells The presence of the structure is confirmed by a well-known technique, such as Southern Western blotting. can do.   Techniques for operatively linking the components of the DNA structure of the present invention are also well known. Yes, one or more controls, e.g., as described by Maniatis et al. And the use of synthetic linkers containing restriction endonuclease sites (``Molecular black Ning: Laboratory Procedures ”, Cold Spring Harbor Laboratories, Co. Spring Harbor, New York, 1989). The DNA structure of the present invention A vector having at least one replication system, such as E. coli (E . coli) To phosphorus After each operation, the cloning of the resulting structure Can perform sequencing and sequencing, and confirm the accuracy of the operation.   The DNA construct of the present invention may be used for monocotyledonous plants (eg, rice grass, corn, cereals, oats). Wheat, wheat and barley), dicotyledonous plants (eg, Arabidopsis (Arabidopsis) , Tobacco, legumes, green coconut palm, oak, eucalyptus, maple) And gymnosperms (eg, Scots pine (Aronen). Finnish Forest Re s. Papers, vol. 595, 1966), white spruce (Ellis et al.,Biotech nology 11 : 94-92,1993), Larch (Huang et al.,In Vitro Cell 27: 201- 207, 1991)). In a preferred embodiment, The DNA construct of the present invention is a woody plant (here, it survives for several years and adds woody tissue every year). (Defined as trees or shrubs of increasing diameter). Good The preferred target plant is from the group consisting of eucalyptus and pine species, most preferablyYou Calyptus Grandis andPinus RadiataSelected from the group consisting of . As already discussed, the open reading frame is oriented in the sense direction. Open ready encoding an enzyme encoded by the DNA construct of the present invention. Plants with DNA structures containing Transversion increases the lignin content of the plant and, in some cases, cosuppressor Will result in a reduction. Open sense antisense orientation DNs containing coding frames or non-coding (non-translated) regions of genes Transforming plants with A structures reduces the lignin content of the transformed plants Will result.   Techniques for stably integrating a DNA structure into the genome of a target plant are well known,Ug Lobacterium tumefaciens Mediation introduction, electroporation, prototype Includes fusion, reproductive organ insertion, vermilion embryo insertion, rapid firing induction, and the like. Technical Selection will depend on the target plant to be transformed. For example, dicotyledonous plants and Certain monocots and gymnosperms, for example, Bevan (Bevan) (Nucl . Acid Res.,12: 8711-8721, 1984)AgrobacteriumTi plasmid method Can be transformed. Targets for introducing the DNA construct of the present invention include leaf tissue , Seeding cells, protomorphs, seeds, embryos, divisions and other tissues, cotyledons, hypocotyls, etc. . One of the preferred methods of transforming eucalyptus and pine is pollen (e.g., allo Nen, 1996, Finnish Forest Res. Papers vol. 595, 53pp) or easily This is a biolistic method using regenerable embryo tissue. Useful in the method of the present invention Other transformation techniques that can be used include Ellis et al. (Plant Cell Reports,8 : 16-20, 1989), Wilson et al. (Plant Cell Reports,7: 704-707, 198 9) and Tautorus et al. (Theor . Appl. Genet.78: 531-536, 1989) So there is a method taught.   When the cells are transformed, the DNA structure of the present invention integrated into the genome. The cells carrying the construct are identified by a marker, such as the kanamycin resistance marker described above. Selected. The transformed cells are then used to regenerate the whole plant using well-known techniques. It can be cultured in a medium. The cell surface of the prototypical body should be placed under appropriate permeation conditions. Renovate with. For seed or embryo platforms, use appropriate germination or callus media. To use. Use appropriate regeneration media for explants. Plant regeneration is established in many species Have been. For a report on forest tree regeneration, see Dunstan et al. Somatic embryogenesis in books, edited by Thorpe, T.A., 1995: "Recent in agriculture" Plant Science and Biotechnology ”, Chapter 12, pp. In 471-540, " In Vitro Embryogenesis ", Vol. 20. Special professional for spruce regeneration Tocol is considered by Roberts et al. ("Spruce somatic embryogenesis") ,Synseed."Application of synthetic seeds to improve yield”, Redenbaug h, K.) et al., CRP Press, Chapter 23, pp. 427-449, 1993). Transformation obtained Plants are sexually or asexually reproduced. The methods used are well known and The object can be continuously regenerated.   As discussed earlier, RNA production in target cells depends on the choice of promoter sequence. Or the integration site or machinery of the DNA sequence integrated into the genome of the target plant host It is controlled by selecting the number of active copies. The target plant is one or more DNA structures of the present invention. Rigs suitable for the activity of one or more enzymes. Regulates the nin biosynthetic pathway, affects the activity of enzymes in one or more tissues, Or affects the activity of the enzyme during one or more of its expressions. Similarly, DNA structures One or more open readings encoding the enzyme encoded by the DNA sequence of the invention. Frame or such an enzyme Can be constructed to include one or more non-coding regions of the gene to be encoded. it can. The DNA sequence of the present invention encodes an enzyme involved in the lignin biosynthetic pathway It can be used in combination with other known sequences. Rig to non-kimoto in this way The addition of the nin biosynthetic pathway makes it possible to produce new woody plants.   The isolated DNA sequence of the present invention comprises a DNA sequence encoding an enzyme involved in the lignin synthesis pathway. The sequence can also be used as a probe to isolate from other plant species, and the technique used is It is well known to those skilled in the art.   The following examples are provided for illustration and not limitation.                                   Example 1 From Eucalyptus grandis cDNA Clone isolation and characterization   Two of the following (one from various tissue mixtures from a single tree, the leaves of a single tree) One)Eucalyptus grandisBuild cDNA expression library and script Learning.   Chang et al.'S protocol (Plant Molecular Biology Reporter 11: 113-1 16, 1993) with slight modifications to extract mRNA from plant tissues. In detail, the sample CPC-RNAXB (Tris-Cl, (pH 8.0, 100 mM); EDTA (25 mM); NaCl (2.0 M); CTAB2%; PVP2% ; Spermidine*Dissolved in 3HCl 0.05%), chloroform: isoamyl alcohol ( 24: 1). Precipitate the mRNA with ethanol and transfer the entire RNA preparation to poly (A ) Purified using Quick mRNA Isolation Kit (Stratagene, Radiola, CA) . CDNA from reverse transcriptase synthesis from purified mRNA Build an expression library and use the resulting cDNA clones to synthesize ZAP Express cDNA Lambda ZAP using kit (Stratagene) according to manufacturer's protocol Was inserted. The obtained cDNA was prepared from 5 μl of the ligation mixture using 1 μl of a DNA sample. Package using Gigapack II Packaging Extract (Stratagene) Jing. Using XL1-blue MRF 'cells and XLOLR cells (Stratagene) , X-assist helper phage (Stratagene) Removal. Removed phagemid from NZY broth (Gibco BRL, Geyser) X-gal and isopropylthio-β-galactoside (IPTG ) Was plated on an LB-kanamycin agar plate.   99% of the selected colonies plated and plated in the DNA minipreparation are suitable for sequencing. The input fragment was included. Grow positive colonies in NZY broth containing kanamycin And cDNA is purified by alkaline lysis and polyethylene glycol (PEG) precipitation. Made. Use agarose gel at 1% for screen sequencing template for chromosome contamination Was. Turbo Catalyst 800 Machine (PerkinElmer Applied Biosystem) (Stems, Foster City, CA) and according to the manufacturer's protocol Primer sequences were prepared.   The DNA sequence of the positive clone was Applied Biosystems Prism 377 Obtained using a Kencer. First, cDN from both 5 'ends and, in some cases, 3' end The A clone was sequenced. For some clones, subcloned fragments To obtain the internal sequence. Uses standard methods for restriction mapping and subcloning And subcloned into pBluescript II SK + vector.   FASTA algorithm of February 1996 (version 2.0u4) (Internet site, ftp://ftp.virginia.edu/pub/fasta/) Sequence compared to known sequences in EMBL database (46, released March 1996) . Multiple alignment of overlapping sequences to build reliable consensus sequences Was used. DNA sequence isolated based on similarity to known sequences from other plant species (SEQ ID NO: 1) was identified as the sequence encoding the CAD enzyme.   In a further study, using the above approach,Eucalyptus grandisYeast The cDNA sequence encoding the element was isolated. PAL (SEQ ID NO: 16); C4H (SEQ ID NO: 17); C3H ( (SEQ ID NO: 18); F5H (SEQ ID NO: 19-21); OMT (SEQ ID NO: 22-25); CCR (SEQ ID NO: 26-29); CAD (SEQ ID NO: 30); CGT (SEQ ID NOs: 31-33); CBG (SEQ ID NO: 34); PNL (SEQ ID NOs: 35, 36); LAC ( And POX (SEQ ID NOs: 42-44).                                   Example 2 Isolation and characterization of cDNA from Pinus radiata (A) Isolation of cDNA clones by high yield screening   From KibePinus RadiataA cDNA expression library was constructed and described in Example 1. Was screened as follows. Applied Biosystems Prism 377 Sequence Use forward and reverse primers to obtain the DNA sequence of the positive clone The determined sequence was compared to known sequences in the above database.   Based on similarities to known sequences from other plant species, the isolated DNA Enzyme, C4H (SEQ ID NOs: 2 and 3); C3H (SEQ ID NO: 4); PNL (SEQ ID NO: 5); OMT (SEQ ID NO: 6 ); CAD (SEQ ID NO: 7); CCR (SEQ ID NO: No. 8); identified as encoding PAL (SEQ ID NO: 9-11) and 4CL (SEQ ID NO: 12) did.   In a further study, using the above approach,Pinus RadiataEnzyme, PAL SEQ ID NOs: 45-47); C4H (SEQ ID NOs: 48, 49); C3H (SEQ ID NOs: 50-52); OMT (SEQ ID NOs: 53-55); L (SEQ ID NO: 56, 57); CCR (SEQ ID NO: 58-70); CAD (SEQ ID NO: 71); CGT (SEQ ID NO: 72); CBG ( SEQ ID NOS: 73-80); PNL (SEQ ID NO: 81); LAC (SEQ ID NOs: 82-84); and POX (SEQ ID NOs: 85-8) An additional cDNA sequence encoding 8) was isolated.(b) PCR Of cDNA clones by HPLC   Domain conserved in the following peroxidase sequence previously identified in other species Based on two PCR probes (hereinafter LNB010 and LNB011 (SEQ ID NOs: 14 and 1 respectively) 5)) was designed. That is, bumppox (vanpox), hibupox 6 (h vupox6), taepox, hibpox1 (hvupoxl), osapox (osa pox), notopox2 (ntopox2), notopox1 (ntopox1), respox (le spox), pokpox, luspox, aspox , Hillpox, hrspox, spopox and tvepox (remains) Gene bank access number, D11337, M83671, X56011, X58396, X66125, J02979, D11396, X71593, D11102, L07554, M58381, X57564, Z22920 and Z31011).   RNA was isolated from pine xylem and first strand cDNA was synthesized as described above. LNB010 (4μ M), LNB011 (4 μM), 1 × Kogen's buffer, BSA (0.1 mg / ml), dN TP (200mM), Mg2+(2 mM) and PCR using Taq polymerase (Kibco BRL) (0.1 U / μl). Performed with this cDNA. The condition is 2 minutes at 94 ° C, 1 minute at 55 ° C and 1/2 minute at 72 ° C on a Tratagen robocycler 25 cycles of 1 minute at 94 ° C, 1 minute at 55 ° C and 1 minute at 72 ° C; 1 minute at 94 ° C 18 cycles of 1 minute at 55 ° C and 3 minutes at 72 ° C. Regenerate genes in the same way Width. Approximately 200 bp band for Schleicher and Sur Eleuquick (Schleicher & Schull Elu-Quik) TAE agarose skeleton using DNA purification kit And purified by T-tail p blue script vector (Marchuk, D.)N ucleic Acids Res .19: 1154, 1991). Kind to known sequence Based on the similarity, the isolated gene (SEQ ID NO: 13) was converted to pine peroxidase (POX). Was identified as a gene encoding                                   Example 3 For altering lignin biosynthesis O- Use of the methyltransferase (OMT) gene (A) Transformation of tobacco with the Pinus radiata OMT gene Pinus RadiataA sequence containing the coding region of OMT (SEQ ID NO: 53) from The sense and antisense construct comprising the compound can be prepared by published methods (An, G). Ebert (PR), Mitra (A), Ha (SB): "binary vector", Kelvin (Gelvin, SB), Schilperoort (RA) ed .: "Plant molecular biology" Manual ", Kluwer Publishers, Dordrecht (1988))) In conversionAgrobacterium tumefaciensLBA4301 (Doctor Cado (C. Kado ), Donated by the University of California, Davis, CA). Transformation construct Restriction of presence and integration of digestion and DNA Validated by sequencing.   Tobacco leaves (Nicotiana Tabacam(Nicotiana tabacum) cv.Samsung) Hold the section Transformation was performed using the method of Horsch et al. (Science, 227: 1229-1231, 1985). 5 independent lines of transformed plants per sense sense construct and antisense structure of OMT Eight independent transformed plant lines were established for each product. Suitable lignin gene constructs The transformed plants containing were verified by Southern blot experiments. In Table 1 shown below, "+" In the "Southern" column confirms that the transformed plant line is an independent transformation line Indicates that it was done.(B) Expression of Pinus OMT in transgenic plants   Independently transformed plants created with OMT sense and antisense constructs Total RNA was isolated from the product line. RNA samples were analyzed by Northern blotting The transgene expression level in the quality conversion line was determined. "Northern" column in Table 1 The data shown in the figure are for a transformed plant library containing OMT sense and antisense constructs. High levels of expression compared to the Northern blot background Is presented. OMT expression in sense plant line number 2 indicates that RNA samples It was not measured because it showed signs. From a control plant with an empty vector No hybridization could be detected in the RNA samples.(C) Regulation of OMT enzyme activity in transgenic plants   In transgenic tobaccoPinusOMT gene and endogenous tobacco OMT gene Activity of the oxidized OMT enzyme Each of the transformed plant lines created with the antisense construct was analyzed. Crude protein extracts were prepared from each transformed plant and were prepared according to Zhang et al. Law (Plant Physiol.,113: 65-74, 1997)). "Enzyme" column in Table 1 The data shown in the above shows that the transformed plant line containing the OMT sense construct Normally, the activity of the OMT enzyme is increased (up to 199%) as compared to the introduced control plant. Transformed plant lines containing the antisense construct usually have reduced OMT enzyme activity (minimal 35%). Do not evaluate the activity of OMT enzyme of sense plant line number 3 Was.(D) Effect of Pinus OMT on lignin concentration in transgenic plants   The lignin concentration of the transformed tobacco plants was determined using an established method, thioglycol. Cholic acid extraction (Freudenberg et al., "Structure and biosynthesis of lignin. , "Springer-Verlag, Berlin, 1968). Outline And freeze the whole tobacco plant on average age 38 days in liquid nitrogen and pulverize it with a mortar and pestle did. Empty vector transfer control plant line 1, independent transformation containing OMT sense construct Transgenic plant line 5, and an independent transformed plant line containing the OMT antisense construct 8.Extract 100mg of frozen powder from methanol individually with methanol, then with 10% thioglycolic acid And finally dissolved in 1M NaOH. The absorbance of the final extract was assayed at 280 nm. The data in the “TGA” column in Table 1 All transformed plant lines containing the E. coli and antisense OMT gene constructs Lignin levels were significantly reduced compared to Show.Table 1   These data indicate that lignin concentrations were measured by lignin such as OMT, as measured by the TGA assay. Manipulate directly with either sense or antisense expression of biosynthetic genes Show clearly what you can do.                                   Example 4 To alter lignin biosynthesis Four- Coumarate: Use of CoA ligase (4CL) gene (A) Transformation of tobacco plant with Pinus radiata 4CL gene Pinus RadiataA sequence containing the coding region of 4CL (SEQ ID NO: 56) from The comprising sense and antisense constructs are directly transformed as described above.A Globacterium tumefaciens Inserted into LBA4301. Of the transformed structure Presence and integration were verified by restriction digestion and DNA sequencing.   tobacco(Nicotiana Tabacamcv. Samsung) Transform leaf sections as described above. Changed. 5 independent lines of transformed plants and 4CL antisense Eight independent lines of transformed plants were established for each construct. Proper lignin inheritance Transgenic plants containing the offspring were verified by Southern blot experiments. Table shown below 2, “+” in the “Southern” column indicates that the listed transformed plant lines were transformed independently. Indicates that the line was confirmed as a replacement line.(B) Pinus 4CL expression in transformed plants   Independently transformed plants created with 4CL sense and antisense constructs Total RNA was isolated from the product line. RNA samples were analyzed by Northern blotting The expression level of the transgene in the quality conversion line was determined. In Table 2 below, "Northern" Transformed plants containing 4CL sense and antisense constructs All lines have high expression levels compared to the Northern blot background. This indicates that the file was presented. 4CL expression of antisense plant line number 1 As no RNA sample was obtained, no measurement was performed. Vs introducing an empty vector No hybridization could be detected in RNA samples from control plants.(C) Regulation of 4CL enzyme activity in transgenic plants   In transgenic tobacco plantsPinus4CL gene and endogenous tobacco 4CL gene The full activity of the 4CL enzyme encoded by 4CL sense and antisense structures Each transformed plant created with the product was analyzed. Crude protein extract Prepared from each transformed plant, the method of Zhang et al. (Plant Physiol.,11 Three : 65-74, 1997)). The data shown in the "Enzyme" column in Table 2 is 4CL The transformed plant line containing the sense construct is compared to the empty vector transfected control plant. Shows an increase in activity of the 4CL enzyme (up to 258%) but includes the 4CL antisense construct It shows that the activity of 4CL enzyme is reduced (minimum 59%) in the transformed plant line.(D) Effect of Pinus 4CL on lignin concentration in transgenic plants   Lignin concentration in a sample of transformed plant material is determined as described in Example 3. did. The data in the "TGA" column in Table 2 are the sense and antisense 4CL gene constructs All transformed plant lines containing 4 shows that it exhibited a significant decrease in lignin levels. These data are lignin The concentration was determined by the TGA assay, as indicated by the sense expression of lignin biosynthesis genes such as 4CL. Or that it can be directly manipulated with either antisense expression.                                   table2 Example 5 Transformation of tobacco using the lignin biosynthesis gene of the present invention Eucalyptus grandisC3H (SEQ ID NO: 18), F5H (SEQ ID NO: 19), CC R (SEQ ID NO: 25) and CGT (SEQ ID NO: 31),Pinus LachitaFrom PAL (SEQ ID NO: 45,47), C4H (SEQ ID NO: 48,49), PNL (SEQ ID NO: 81) and LAC (SEQ ID NO: 83) Sense and antisense constructs comprising sequences comprising the Sea urchin directly By transformationAgrobacterium tumefaciensInserted into LBA4301. Trait The presence and integration of the converted construct was verified by restriction digestion and DNA sequencing.   tobacco(Nicotiana Tabacamcv.Samsung) Leaf sections were characterized as shown in Example 3. Converted. Up to 12 independent transformed plant lines are listed in the previous paragraph Established for each sense structure and each antisense structure . Transgenic plants containing the appropriate lignin gene constructs are examined by Southern blotting Testified. All of the transformed plant lines analyzed were identified as independent transformation lines. It has been certified.                                   Example 6 Manipulation of lignin content in transgenic plants (A) Confirmation of transgene expression by Northern blotting   All RNA was isolated from each of the independent transformed plant lines shown in Example 5. . RNA samples were analyzed by Northern blotting and transferred to each transformation line. The expression level of the transgene was determined. The "Northern" column in Table 3 shows all plants tested. The transgene expression level for the line was compared to the background of the Northern blot. Shown in comparison. RNA samples from empty vector transfection control plants include hybrid Could not be detected.(B) Determination of lignin concentration in transgenic plants   Empty vector-transferred control plants and the respective sense constructs shown in Example 5 and Independent transformation lines for antisense constructs Lignin concentrations up to 12 were determined as described in Example 3. "TGA" column shown in Table 3 Is thioglycolic acid extractable lignin for all tested plant lines Indicates the average percentage of TGA extractable lignin in the transformed plant relative to the control plant To display. The range of fluctuation is shown in parentheses.                                   Table 3   Transgenic plants containing sense and antisense lignin biosynthetic gene constructs All of the lignin levels were significantly higher than the empty vector transfection control plant line. Showed a decrease. The most dramatic effect on lignin concentration was with F5H antisense plants. In the plant Of lignin in the PAL antisense plant and 37% in the control plant %Met. These data show that lignin concentrations measured by the TGA assay can be The sense method and the sense overexpression using the lignin biosynthesis gene of the present invention It clearly shows that it can also be manipulated directly.                                   Example 7 Regulation of lignin enzyme activity in transgenic plants   The activity and substrate specificity of the selected lignin biosynthetic enzymePinus Radiata PAL (SEQ ID NO: 45), PNL (SEQ ID NO: 81) and LAC (SEQ ID NO: 83),Eucalyptus Tas Grandis Sense and antisense per CGT from SEQ ID NO: 31) Assays were performed on crude extracts from transformed tobacco plants containing the structure.   Enzyme assays were performed as published. That is, for PAL, (Southerton, S.G.) and Deverall, BJ.Plant P ath .39: 223-230,1990), CGT is Vellekoop (P.) et al. (FEBS,330: 36- 40, 1993), and PNL is based on Espin (C.J.) et al.Phytochemistry,44: 17-22, 1997) As for LAC and LAC, Bao et al.'S method (Science,260: 672-674, 1993) You. The data shown in the "Enzyme" column of Table 4 are for all plant lines tested. The average enzyme activity from the replication treatment is shown, and the enzyme activity of an empty vector-transferred control plant %. The values in parentheses indicate the fluctuation range.Table 4   All transformed plant lines are empty except PNL antisense transformed plant lines Of average lignin enzyme activity is significantly lower than that observed in Showed sex. The most dramatic effect on lignin enzyme activity is that all lines A PAL antisense transformed plant line showing reduced PAL activity and an empty vector LAC antisense-transformed plant line showing 14% of the LAC activity of the incoming control plant line Was seen in                                   Example 8 Functional identification of lignin biosynthesis gene Pinus RadiataPAL (SEQ ID NO: 47), OMT (SEQ ID NO: 53), 4CL (SEQ ID NO: 56,57) and POX (SEQ ID NO: 86),Eucalyptus grandisOMT (array from Nos. 23, 24), CCR (SEQ ID NOs: 26-28), CGT (SEQ ID NOs: 31, 33) and POX (SEQ ID NOs: 42, 4) A sense construct comprising a sequence comprising the coding region of 4) is commercially available Natan It was inserted into pProEX-1 (Kibco BRL) which is a protein expression vector. The resulting structure Was transformed into E. coli XL1-Blue (Stratadiene), which was then induced to Was added to produce a recombinant protein.PinusOMT and 4CL structures,Eucalyptus For OMT and POX structures, purify the purified protein Matography (Janknecht, R.)Proc . Natl. Acad. Sci.,88 : 8972-8976, 1991). About each purified protein In the enzyme assay, the expected substrate specificity and activity of the enzyme for the tested gene Was finally demonstrated.   Pinus Radiata4CL gene (SEQ ID NO: 56) andPinus RadiataOMT genetics Data on two representative enzyme assays showing evidence of activity of the offspring (SEQ ID NO: 53). Table 5 shows the results. For 4CL enzymes, one unit is the rate of the substrate at 0.1 absorbance units per minute. Equal to the amount of protein required to convert to product. 1 unit for OMT enzyme Is equal to the amount of protein required to convert 1 pmol substrate to product per minute. New                                   Table 5   The data shown in Table 5 shows that both the purified 4CL enzyme and the purified OMT enzyme were high in the enzyme assay. Activity and confirm the identity of the 4CL and OMT genes described in this application. You. Crude protein preparation from Escherichia coli transformed with empty vector was tested for 4CL enzyme And no activity in any of the OMT enzyme assays.   For a clear understanding of the present invention, the present invention will be described in some detail by way of illustration and example. Although described, changes and modifications may be made without departing from the scope of the invention. It is intended that the invention be limited only by the scope of the appended claims. And intended.

【手続補正書】 【提出日】平成11年3月12日(1999.3.12) 【補正内容】 (1)明細書4頁3行の「配列を含む。」の後に続けて以下の記載を加入します 。「好ましい実施態様では、単離DNA配列は、配列番号1のヌクレオチド1-535; 配列番号2のヌクレオチド46-671;配列番号3のヌクレオチド1-535;配列番号4 のヌクレオチド290-949;配列番号5のヌクレオチド15-959;配列番号6のヌクレ オチド15-1026;配列番号7のヌクレオチド15-1454;配列番号8のヌクレオチド15 -740;配列番号9のヌクレオチド108-624;配列番号10のヌクレオチド68-274;配列 番号11のヌクレオチド1-765;配列番号12のヌクレオチド1-384;配列番号13のヌク レオチド1-278;配列番号16のヌクレオチド14-472;配列番号17のヌクレオチド1-6 72;配列番号18のヌクレオチド15-469;配列番号19のヌクレオチド15-469;配列番 号20のヌクレオチド1-341;配列番号21のヌクレオチド15-387;配列番号22のヌク レオチド1-443;配列番号23のヌクレオチド15-607;配列番号24のヌクレオチド15- 421;配列番号25のヌクレオチド1-760;配列番号26のヌクレオチド58-469;配列番 号27のヌクレオチド15-495;配列番号28のヌクレオチド15-472;配列番号29のヌク レオチド13-396;配列番号30のヌクレオチド15-592;配列番号31のヌクレオチド15 -468;配列番号32のヌクレオチド1-405;配列番号33のヌクレオチド1-380;配列番 号34のヌクレオチド1-305;配列番号35のヌクレオチド15-693;配列番号36のヌク レオチド1-418;配列番号37のヌクレオチド15-777;配列番号38のヌクレオチド1-3 44;配列番号39のヌクレオチド1-341;配列番号40のヌクレオチド15-358;配列番号 41のヌクレオチド1-409;配列番号42のヌクレオチド1-515;配列番号43のヌクレオ チド15-471;配列番号44のヌクレオチド15-487;配列番号45のヌクレオチド108-66 4;配列番号46のヌクレオチド15-418;配列番号47のヌクレオチド65-479;配列番号 48のヌクレオチド127-1785;配列番号49のヌクレオチド15-475;配列番号50のヌク レオチド288-801;配列番号51のヌクレオチド51-711;配列番号52のヌクレオチド1 -426;配列番号53のヌクレオチド92-562;配列番号54のヌクレオチド1-1074;配列 番号55のヌクレオチド1-1075;配列番号56のヌクレオチド1-1961;配列番号57のヌ クレオチド1-1010;配列番号58のヌクレオチド15-741;配列番号59のヌクレオチド 1-643;配列番号60のヌク レオチド15-441;配列番号61のヌクレオチド15-913;配列番号62のヌクレオチド15 -680;配列番号63のヌクレオチド15-492;配列番号64のヌクレオチド15-524;配列 番号65のヌクレオチド1-417;配列番号66のヌクレオチド1-511;配列番号67のヌク レオチド176-609;配列番号68のヌクレオチド1-474;配列番号69のヌクレオチド1- 474;配列番号70のヌクレオチド176-608;配列番号71のヌクレオチド15-1474;配列 番号72のヌクレオチド15-1038;配列番号73のヌクレオチド1-372;配列番号74のヌ クレオチド18-545;配列番号75のヌクレオチド40-463;配列番号76のヌクレオチド 32-435;配列番号77のヌクレオチド15-451;配列番号78のヌクレオチド1-374;配列 番号79のヌクレオチド1-457;配列番号80のヌクレオチド1-346;配列番号81のヌク レオチド15-957;配列番号82のヌクレオチド40-452;配列番号83のヌクレオチド15 -471;配列番号84のヌクレオチド1-338;配列番号85のヌクレオチド150-1229;配列 番号86のヌクレオチド1-1410;配列番号87のヌクレオチド1-687;および配列番号8 8のヌクレオチド1-688:からなる群から選択されるヌクレオチド配列を含んでな る。」(2)同書8頁15行〜末行の「具体的には、本発明は・・・単離DNA配 列を提供する。」を以下の記載に補正します。 「具体的には、本発明は、ユーカリプタス グランディスからの酵素CAD(配列番 号1,特にヌクレオチド1-535;および配列番号30,特にヌクレオチド15-592)、PAL( 配列番号16,特にヌクレオチド14-472)、C4H(配列番号17,特にヌクレオチド1-672 )、C3H(配列番号18,特にヌクレオチド15-469)、F5H(配列番号19,特にヌクレオチ ド15-469;配列番号20,特にヌクレオチド1-341;および配列番号21,特にヌクレオ チド15-387)、OMT(配列番号22,特にヌクレオチド1-443;配列番号23,特にヌクレ オチド15-607;配列番号24,特にヌクレオチド15-421;および配列番号25,特にヌク レオチド1-760)、CCR(配列番号26,特にヌクレオチド58-469;配列番号27,特にヌ クレオチド15-495;配列番号28,特にヌクレオチド15-472;および配列番号29,特に ヌクレオチド13-396)、CGT(配列番号31,特にヌクレオチド15-468;配列番号32,特 にヌクレオチド1-405;および配列番号33,特にヌクレオチド1-380)、CBG(配列番 号34,特にヌクレオチド1-305)、PNL(配列番号35,特にヌクレオチド15-693;およ び配列番号36,特にヌクレオチド1-418)、LAC(配列番号37, 特にヌクレオチド15-777;配列番号38,特にヌクレオチド1-344;配列番号39,特に ヌクレオチド1-341;配列番号40,特にヌクレオチド15-358;および配列番号41,特 にヌクレオチド1-409)およびPOX(配列番号42,特にヌクレオチド1-515;配列番号4 3,特にヌクレオチド15-571;および配列番号44,特にヌクレオチド15-487)、並び にパイナス ラヂアタからの酵素C4H(配列番号2,特にヌクレオチド46-671;配列 番号3,特にヌクレオチド1-535;配列番号48,特にヌクレオチド127-1785;および配 列番号49,特にヌクレオチド15-475)、C3H(配列番号4,特にヌクレオチド290-949; 配列番号50,特にヌクレオチド288-801;配列番号51,特にヌクレオチド51-711;お よび配列番号52,特にヌクレオチド1-426)、PNL(配列番号5,特にヌクレオチド15- 959;および配列番号81,特にヌクレオチド15-957)、OMT(配列番号6,特にヌクレオ チド15-1026;配列番号53,特にヌクレオチド92-562;配列番号54,特にヌクレオチ ド1-1074;および配列番号55,特にヌクレオチド1-1075)、CAD(配列番号7,特にヌ クレオチド15-1454;および配列番号71,特にヌクレオチド15-1474)、CCR(配列番 号8,特にヌクレオチド15-740;配列番号58,特にヌクレオチド15-741;配列番号59, 特にヌクレオチド1-643;配列番号60,特にヌクレオチド15-441;配列番号61,特に ヌクレオチド15-913;配列番号62,特にヌクレオチド15-680;配列番号63,特にヌク レオチド15-492;配列番号64,特にヌクレオチド15-524;配列番号65,特にヌクレ オチド1-417;配列番号66,特にヌクレオチド1-511;配列番号67,特にヌクレオチド 176-609;配列番号68,特にヌクレオチド1-474;配列番号69,特にヌクレオチド1-47 4;および配列番号70,特にヌクレオチド176-608)、PAL(配列番号9,特にヌクレオ チド108-624;配列番号10,特にヌクレオチド68-274;配列番号11,特にヌクレオチ ド1-765;配列番号45,特にヌクレオチド108-664;配列番号46,特にヌクレオチド15 -418;および配列番号47,特にヌクレオチド65-479)、4CL(配列番号12,特にヌクレ オチド1-384;配列番号56,特にヌクレオチド1-1961;および配列番号57,特にヌク レオチド1-1010)、CGT(配列番号72,特にヌクレオチド15-1038)、CBG(配列番号73 ,特にヌクレオチド1-372;配列番号74,特にヌクレオチド18-545;配列番号75,特に ヌクレオチド40-463;配列番号76,特にヌクレオチド32-435;配列番号77,特にヌク レオチド15-451;配列番号78,特にヌクレオチド1-374;配列番号79,特にヌクレオ チド1-457;およ び配列番号80,特にヌクレオチド1-346)、LAC(配列番号82,特にヌクレオチド40-4 52;配列番号83,特にヌクレオチド15-471;および配列番号84,特にヌクレオチド1- 338)およびPOX(配列番号13,特にヌクレオチド1-278;配列番号85,特にヌクレオチ ド150-1229;配列番号86,特にヌクレオチド1-1410;配列番号87,特にヌクレオチド 1-687;および配列番号88,特にヌクレオチド1-688)をコード化する単離DNA配列を 提供する。」[Procedure for Amendment] [Date of Submission] March 12, 1999 (1999.3.12) [Content of Amendment] (1) The following statement follows “Including Sequence” on page 4, 3 lines of the specification. Subscribe. "In a preferred embodiment, the isolated DNA sequence is: nucleotides 1-535 of SEQ ID NO: 1; nucleotides 46-671 of SEQ ID NO: 2; nucleotides 1-535 of SEQ ID NO: 3; nucleotides 290-949 of SEQ ID NO: 4; 5 nucleotides 15-959; SEQ ID NO: 6 nucleotides 15-1026; SEQ ID NO: 7 nucleotides 15-1454; SEQ ID NO: 8 nucleotides 15-740; SEQ ID NO: 9 nucleotides 108-624; SEQ ID NO: 10 nucleotides 68- 274; nucleotides 1-765 of SEQ ID NO: 11; nucleotides 1-384 of SEQ ID NO: 12; nucleotides 1-278 of SEQ ID NO: 13; nucleotides 14-472 of SEQ ID NO: 16; nucleotides 1-6 72 of SEQ ID NO: 17; SEQ ID NO: 18 nucleotides 15-469; SEQ ID NO: 19 nucleotides 15-469; SEQ ID NO: 20 nucleotides 1-341; SEQ ID NO: 21 nucleotides 15-387; SEQ ID NO: 22 nucleotides 1-443; SEQ ID NO: 23 nucleotides 15- 607; nucleotides 15-421 of SEQ ID NO: 24; SEQ ID NO: SEQ ID NO: 26 nucleotides 1-760; SEQ ID NO: 26 nucleotides 58-469; SEQ ID NO: 27 nucleotides 15-495; SEQ ID NO: 28 nucleotides 15-472; SEQ ID NO: 29 nucleotides 13-396; SEQ ID NO: 30 nucleotide 15 -592; nucleotides 15-468 of SEQ ID NO: 31; nucleotides 1-405 of SEQ ID NO: 32; nucleotides 1-380 of SEQ ID NO: 33; nucleotides 1-305 of SEQ ID NO: 34; nucleotides 15-693 of SEQ ID NO: 35; SEQ ID NO: 36 nucleotides 1-418; SEQ ID NO: 37 nucleotides 15-777; SEQ ID NO: 38 nucleotides 1-344; SEQ ID NO: 39 nucleotides 1-341; SEQ ID NO: 40 nucleotides 15-358; SEQ ID NO: 41 nucleotide 1 -409; nucleotides 1-515 of SEQ ID NO: 42; nucleotides 15-471 of SEQ ID NO: 43; nucleotides 15-487 of SEQ ID NO: 44; nucleotides 108-664 of SEQ ID NO: 45; nucleotides 15-418 of SEQ ID NO: 46; sequence Nucleotides 47-479 of SEQ ID NO: 47; nucleotides 127-1785 of SEQ ID NO: 48; Nucleotides 15-475 of SEQ ID NO: 50; nucleotides 288-801 of SEQ ID NO: 50; nucleotides 51-711 of SEQ ID NO: 51; nucleotides 1-426 of SEQ ID NO: 52; nucleotides 92-562 of SEQ ID NO: 53; nucleotides 1 of SEQ ID NO: 54 -1074; nucleotides 1-1075 of SEQ ID NO: 55; nucleotides 1-11961 of SEQ ID NO: 56; nucleotides 1-1010 of SEQ ID NO: 57; nucleotides 15-741 of SEQ ID NO: 58; nucleotides 1-643 of SEQ ID NO: 59; SEQ ID NO: Nucleotides 15-441 of SEQ ID NO: 61; nucleotides 15-913 of SEQ ID NO: 62; nucleotides 15-680 of SEQ ID NO: 63; nucleotides 15-524 of SEQ ID NO: 64; nucleotides 1-524 of SEQ ID NO: 65 417; nucleotides 1-511 of SEQ ID NO: 66; nucleotides 176-609 of SEQ ID NO: 67; nucleotides 1-474 of SEQ ID NO: 68; nucleotides 1-474 of SEQ ID NO: 69; nucleotides 176-608 of SEQ ID NO: 70; SEQ ID NO: 71 Nucleotides 15-1474 of SEQ ID NO: 72 -1038; nucleotides 1-372 of SEQ ID NO: 73; nucleotides 18-545 of SEQ ID NO: 74; nucleotides 40-463 of SEQ ID NO: 75; nucleotides 32-435 of SEQ ID NO: 76; nucleotides 15-451 of SEQ ID NO: 77; SEQ ID NO: 78 nucleotides 1-374; SEQ ID NO: 79 nucleotides 1-457; SEQ ID NO: 80 nucleotides 1-346; SEQ ID NO: 81 nucleotides 15-957; SEQ ID NO: 82 nucleotides 40-452; SEQ ID NO: 83 nucleotide 15- 471; nucleotides 1-338 of SEQ ID NO: 84; nucleotides 150-1229 of SEQ ID NO: 85; nucleotides 1-1410 of SEQ ID NO: 86; nucleotides 1-687 of SEQ ID NO: 87; and nucleotides 1-688 of SEQ ID NO: 88. A nucleotide sequence selected from the group consisting of: "(2) From page 15, line 15 to the end of the same book," Specifically, the present invention provides ... an isolated DNA sequence. " The "Specifically, the present invention is the enzyme CAD (SEQ ID NO: 1, in particular nucleotides 1-535; and SEQ ID NO: 30, in particular nucleotides 15-592) from Eucalyptus grandis, PAL (SEQ ID NO: 16, in particular nucleotides 14-472 ), C4H (SEQ ID NO: 17, especially nucleotides 1-672), C3H (SEQ ID NO: 18, especially nucleotides 15-469), F5H (SEQ ID NO: 19, especially nucleotides 15-469; SEQ ID NO: 20, especially nucleotides 1-341; And SEQ ID NO: 21, especially nucleotides 15-387), OMT (SEQ ID NO: 22, especially nucleotides 1-443; SEQ ID NO: 23, especially nucleotides 15-607; SEQ ID NO: 24, especially nucleotides 15-421; and SEQ ID NO: 25, especially Nucleotides 1-760), CCR (SEQ ID NO: 26, especially nucleotides 58-469; SEQ ID NO: 27, especially nucleotides 15-495; SEQ ID NO: 28, especially nucleotides 15-472; and SEQ ID NO: 29, especially nucleotides 13-396), CGT (SEQ ID NO: 31, especially nucleotides 15-468; SEQ ID NO: 32, especially nucleotides 1-4) 05; and SEQ ID NO: 33, especially nucleotides 1-380), CBG (SEQ ID NO: 34, especially nucleotides 1-305), PNL (SEQ ID NO: 35, especially nucleotides 15-693; and SEQ ID NO: 36, especially nucleotides 1-418) LAC (SEQ ID NO: 37, especially nucleotides 15-777; SEQ ID NO: 38, especially nucleotides 1-344; SEQ ID NO: 39, especially nucleotides 1-341; SEQ ID NO: 40, especially nucleotides 15-358; and SEQ ID NO: 41, especially nucleotides 1-409) and POX (SEQ ID NO: 42, in particular the nucleotide 1-515; SEQ ID NO: 4 3, particularly nucleotides 15-571; and SEQ ID NO: 44, in particular nucleotides 15-487), as well as enzymes C4H (SEQ ID from Painasu Radjiata 2, especially nucleotides 46-671; SEQ ID NO: 3, especially nucleotides 1-535; SEQ ID NO: 48, especially nucleotides 127-1785; and SEQ ID NO: 49, especially nucleotides 15-475), C3H (SEQ ID NO: 4, especially nucleotides 290- 949; SEQ ID NO: 50, especially nucleotides 288-801; SEQ ID NO: 51, especially nucleotides Ptide (SEQ ID NO: 5, especially nucleotides 15-959; and SEQ ID NO: 81, especially nucleotides 15-957), OMT (SEQ ID NO: 6, especially nucleotide 15). -1026; SEQ ID NO: 53, especially nucleotides 92-562; SEQ ID NO: 54, especially nucleotides 1-1074; and SEQ ID NO: 55, especially nucleotides 1-1075), CAD (SEQ ID NO: 7, especially nucleotides 15-1454; and SEQ ID NO: 71, especially nucleotides 15-1474), CCR (SEQ ID NO: 8, especially nucleotides 15-740; SEQ ID NO: 58, especially nucleotides 15-741; SEQ ID NO: 59, especially nucleotides 1-643; SEQ ID NO: 60, especially nucleotides 15-441 SEQ ID NO: 61, especially nucleotides 15-913; SEQ ID NO: 62, especially nucleotides 15-680; SEQ ID NO: 63, especially nucleotides 15-492; SEQ ID NO: 64, especially nucleotides 15-524; SEQ ID NO: 65, especially nucleotides 1-417 SEQ ID NO: 66, especially nucleotides 1-511; SEQ ID NO: 67, especially nucleotides 176-609; SEQ ID NO: 68, especially nucleotides 1-474; SEQ ID NO: 69, especially nucleotides 1-474; and SEQ ID NO: 70, especially nucleotides 176-608), PAL (SEQ ID NO: 9, especially nucleotides 108-624; SEQ ID NO: 10, especially Nucleotides 68-274; SEQ ID NO: 11, especially nucleotides 1-765; SEQ ID NO: 45, especially nucleotides 108-664; SEQ ID NO: 46, especially nucleotides 15-418; and SEQ ID NO: 47, especially nucleotides 65-479), 4CL (sequence SEQ ID NO: 12, especially nucleotides 1-384; SEQ ID NO: 56, especially nucleotides 1-1196; and SEQ ID NO: 57, especially nucleotides 1-1010), CGT (SEQ ID NO: 72, especially nucleotides 15-1038), CBG (SEQ ID NO: 73, SEQ ID NO: 74, especially nucleotides 40-463; SEQ ID NO: 76, especially nucleotides 32-435; SEQ ID NO: 77, especially nucleotides 15-451; SEQ ID NO: 78; Especially nucleotides 1-374; SEQ ID NO: 79, especially nucleotides 1-457; and SEQ ID NO: 80, particularly Nucleotides 1-346), LAC (SEQ ID NO: 82, especially nucleotides 40-4 52; SEQ ID NO: 83, especially nucleotides 15-471; and SEQ ID NO: 84, especially nucleotides 1-338) and POX (SEQ ID NO: 13, especially nucleotides 1-278; SEQ ID NO: 85, especially nucleotides 150-1229; SEQ ID NO: 86, especially nucleotides 1-1410; SEQ ID NO: 87, especially nucleotides 1-687; and SEQ ID NO: 88, especially nucleotides 1-688). Provide the isolated DNA sequence. "

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(GH,KE,LS,MW,S D,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG ,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM,AT ,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA, CH,CN,CU,CZ,DE,DK,EE,ES,F I,GB,GE,GH,HU,ID,IL,IS,JP ,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR, LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,MN,M W,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD ,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR, TT,UA,UG,UZ,VN,YU,ZW (72)発明者 グリアスン、アリステア ウォラス ニュージーランド オークランド バック ランズ ビーチ メディナ プレイス 1 /24 (72)発明者 ハブッカラ、イルッカ ジャッコ ニュージーランド オークランド ミッシ ョン ベイ アトキン アヴェニュー 3 /121────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, L U, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF) , CG, CI, CM, GA, GN, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, KE, LS, MW, S D, SZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG) , KZ, MD, RU, TJ, TM), AL, AM, AT , AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CU, CZ, DE, DK, EE, ES, F I, GB, GE, GH, HU, ID, IL, IS, JP , KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, M W, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD , SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, UZ, VN, YU, ZW (72) Inventors Gliason, Alistair Walas             New Zealand Auckland Buck             Lands Beach Medina Place 1             /twenty four (72) Inventors Havkkala, Ilkka Jacco             New Zealand Auckland Missis             Yong Bay Atkin Avenue 3             / 121

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1. (a)配列番号3,13,16-70,72-88に列挙された配列と、 (b)配列番号3,13,16-70,72-88に列挙された配列の相補体と、 (c)配列番号3,13,16-70,72-88に列挙された配列の逆相補体と、 (d)配列番号3,13,16-70,72-88に列強された配列の逆配列と、 (e)コンピュータアルゴリズムFASTAで測定して配列(a)-(d)と同じである確率 を少なくとも約99%有する配列 とからなる群から選択されたヌクレオチド配列を含んでなる単離DNA配列。 2. 請求項1のDNA配列を含んでなるDNA構造物。 3. 請求項2のDNA構造物を含んでなる形質転換細胞。 4. 5’-3’方向において、 (a)遺伝子プロモータ配列と、 (b)配列番号3,13,16-70,72-88に列挙された配列およびコンピュータアルゴリ ズムFASTAで測定して配列番号3,13,16-70,72-88の配列と同じてある確率を少な くとも約99%有する配列からなる群から選択されたヌクレオチド配列によってコ ード化された酵素の少なくとも機能部分をコードするオープンリーディングフレ ームと、 (c)遺伝子終止配列 とを含んでなるDNA構造物。 5. 前記オープンリーディングフレームがセンス配向にある請求項4に記載のDN A構造物。 6. 前記オープンリーディングフレームがアンチセンス配向にある請求項4に記 載のDNA構造物。 7. 前記遺伝子プロモータ配列および遺伝子終止配列が植物ホストで機能的であ る請求項4に記載のDNA構造物。 8. 前記遺伝子プロモータ配列が木部で転写をもたらす請求項4に記載のDNA構 造物。 9. 形質転換細胞を同定するマーカーを更に含む請求項4に記載のDNA構造物。 10.5’-3’方向において、 (a)遺伝子プロモータ配列と、 (b)配列番号3,13,16-70,72-88に列挙された配列およびコンピュータアルゴリ ズムFASTAで測定して配列番号3,13,16-70,72-88の配列と同じである確率を少な くとも約99%有する配列からなる群から選択されたヌクレオチド配列によってコ ード化された酵素をコードする遺伝子の非コーディング領域と、 (c)遺伝子終止配列 とを含んでなるDNA構造物。 11.前記非コーディング領域がセンス配向にある請求項10に記載のDNA構造物。 12.前記非コーディング領域がアンチセンス配向にある請求項10に記載のDNA構 造物。 13.前記遺伝子プロモータ配列および遺伝子終止配列が植物ホストで機能的であ る請求項10に記載のDNA構造物。 14.前記遺伝子プロモータ配列が木部で転写をもたらす請求項10に記載のDNA構 造物。 15.5’-3’方向において、 (a)遺伝子プロモータ配列と、 (b)配列番号3,13,16-70,72-88に列挙された配列およびコンピュータアルゴリ ズムFASTAで測定して配列番号3,13,16-70,72-88の配列と同じである確率を少な くとも約99%有する配列からなる詳から選択されたヌクレオチド配列によってコ ード化された酵素の少なくとも機能部分をコードするオープンリーディングフレ ームと、 (c)遺伝子終止配列 とを含むDNA構造物を含んでなる形質転換植物細胞。 16.前記オープンリーディングフレームがセンス配向にある請求項15に記載の形 質転換植物細胞。 17.前記オープンリーディングフレームがアンチセンス配向にある請求項15に記 載の形質転換植物細胞。 18.前記DNA構造物が形質転換細胞を同定するマーカーを更に含む請求項15に記 載の形質転換植物細胞。 19.請求項15の形質転換植物細胞またはその果実もしくは種子を含んでなる植物 。 20.前記植物が木本である請求項19に記載の植物。 21.前記植物がユーカリおよびマツの種からなる群から選択された請求項20に記 載の植物。 22.5’-3’方向において、 (a)遺伝子プロモータ配列と、 (b)配列番号3,13,16-70,72-88に列挙された配列およびコンピュータアルゴリ ズムFASTAて測定して配列番号3,13,16-70,72-88の配列と同じである確率を少な くとも約99%有する配列からなる詳から選択されたヌクレオチド配列によってコ ード化された酵素をコードする逍伝子の非コーディング領域と、 (c)遺伝子終止配列 とを含むDNA構造物を含んでなる形質転換植物細胞。 23.前記非コーディング領域がセンス配向にある請求項22に記載の形質転換植物 細胞。 24.前記非コーディング領域がアンチセンス配向にある請求項22に記載の形質転 換植物細胞。 25.請求項22の形質転換植物細胞またはその果実もしくは種子を含んでなる植物 。 26.前記植物が木本である請求項25に記載の植物。 27.前記植物がユーカリおよびマツの種からなる群から選択された請求項26に記 載の植物。 28.5’-3’方向において、 (a)遺伝子プロモータ配列と、 (b)配列番号3,13,16-70,72-88に列挙された配列およびコンピュータアルゴリ ズムFASTAで測定して配列番号3,13,16-70,72-88の配列と同じである確率を少な くとも約99%有する配列からなる群から選択されたヌクレオチド配列によってコ ード化された酵素の少なくとも機能部分をコードするオープンリーデイングフレ ームと、 (c)遺伝子終止配列 とを含むDNA構造物を植物のゲノム内に安定に組み込むことを含んでなる植物の リグニン含有量を調節する方法。 29.前記植物がユーカリおよびマツの種からなる群から選択された請求項28に記 載の方法。 30.前記オープンリーディングフレームがセンス配向にある請求項28に記載の方 法。 31.前記オープンリーディングフレームがアンチセンス配向にある請求項28に記 載の方法。 32.5’-3’方向において、 (a)遺伝子プロモータ配列と、 (b)配列番号3,13,16-70,72-88に列挙された配列およびコンピュータアルコリ ズムFASTAで測定して配列番号3,13,16-70,72-88の配列と同じである確率を少な くとも約99%有する配列からなる群から選択されたヌクレオチド配列によってコ ード化された酵素をコードする遺伝子の非コーディング領域と、 (c)遺伝子終止配列 とを含むDNA構造物を植物のゲノム内に安定に組み込むことを含んでなる植物の リグニン含有量を調節する方法。 33.前記非コーディング領域がセンス配向にある請求項32に記載の方法。 34.前記非コーディング領域がアンチセンス配向にある請求項32に記載の方法。 35.前記植物が木本である請求項32に記載の方法。 36.前記植物がユーカリおよびマツの種からなる群から選択された請求項35の方 法。 37.(a)5’-3’方向において、遺伝子プロモータ配列と、配列番号3,13,16-70,7 2-88に列挙された配列およびコンピュータアルコリズムFASTAで測定して配列番 号3,13,16-70,72-88の配列と同じである確率を少なくとも約99%有する配列から なる群から選択されたヌクレオチド配列によってコード化された酵素の少なくと も機能部分をコードするオープンリーディングフレーム、並びに形質転換細胞 を与える遺伝子終止配列とを含んでなるDNA構造物で植物細胞を形質転換するこ と、 (b)前記形質転換細胞を、再生および成熟植物の成長を促す条件下で培養する こと を含んでなる変化したリグニン構造を有する植物を産生する方法。 38.前記オープンリーディングフレームがセンス配向にある請求項37に記載の方 法。 39.前記オープンリーディングフレームがアンチセンス配向にある請求項37に記 載の方法。 40.前記植物が木本である請求項37に記載の方法。 41.前記植物がユーカリおよびマツの種からなる群から選択された請求項40に記 載の方法。 42.(a)5’-3’方向において、遺伝子プロモータ配列と、配列番号3,13,16-70,7 2-88に列挙された配列およびコンピュータアルゴリズムFASTAで測定して配列番 号3,13,16-70,72-88の配列と同じである確率を少なくとも約99%有する配列から なる群から選択されたヌクレオチド配列によってコード化された酵素をコードす る遺伝子の非コーディング領域、並びに形質転換細胞を与える遺伝子終止配列と を含んでなるDNA構造物で植物細胞を形質転換すること、 (b)前記形質転換細胞を、再生および成熟植物の成長を促す条件下て培養する こと を含んでなる変化したリグニン構造を有する植物を産生する方法。 43.前記非コーディング領域がセンス配向にある請求項42に記載の方法。 44.前記非コーディンダ領域がアンチセンス配向にある請求項42 に記載の方法。 45.前記植物が木本である請求項42に記載の方法。 46.前記植物がユーカリおよびマツの種からなる群から選択された請求項45に記 載の方法。 47.(a)遺伝子プロモータ配列と、 (b)配列番号3,13,16-70,72-88に列挙された配列およびコンピュータアルゴリ ズムFASTAで測定して配列番号3,13,16-70,72-88の配列と同じである確率を少な くとも約99%有する配列からなる詳から選択されたヌクレオチド配列によってコ ード化された酵素の少なくとも機能部分をコードするオープンリーディングフレ ームと、 (c)遺伝子終止配列 とを含むDNA構造物を植物のゲノム内に安定に組み込むことを含んでなる植物に おける酵素の活性を変更させる方法。 48.前記オープンリーディングフレームがセンス配向にある請求項47に記載の方 法。 49.前記オープンリーディングフレームがアンチセンス配向にある請求項47に記 載の方法。 50.(a)遺伝子プロモータ配列と、 (b)配列番号3,13,16-70,72-88に列挙された配列およびコンピュータアルゴリ ズムFASTAで測定して配列番号3,13,16-70,72-88の配列と同じである確率を少な くとも約99%有する配列からなる群から選択されたヌクレオチド配列によってコ ード化された酵素をコードする遺伝子の非コーディング領域と、 (c)遺伝子終止配列 とを含むDNA構造物を植物のゲノム内に安定に組み込むことを含ん でなる植物における酵素の活性を変更させる方法。 51.前記非コーディング領域がセンス配向にある請求項50に記載の方法。 52.前記非コーディング領域がアンチセンス配向にある請求項50に記載の方法。 53.前記植物が木本である請求項50に記載の方法。 54.前記植物がユーカリおよびマツの種からなる群から選択された請求項53に記 載の方法。[Claims] 1. (a) the sequences listed in SEQ ID NOs: 3,13,16-70,72-88,   (b) the complement of the sequence listed in SEQ ID NOs: 3,13,16-70,72-88,   (c) reverse complements of the sequences listed in SEQ ID NOs: 3,13,16-70,72-88,   (d) a reverse sequence of the sequence strengthened to SEQ ID NOs: 3,13,16-70,72-88,   (e) Probability of being the same as sequence (a)-(d) measured by computer algorithm FASTA Having at least about 99% of An isolated DNA sequence comprising a nucleotide sequence selected from the group consisting of: 2. A DNA construct comprising the DNA sequence of claim 1. 3. A transformed cell comprising the DNA construct of claim 2. 4. In the 5'-3 'direction,   (a) a gene promoter sequence;   (b) the sequences and computer algorithms listed in SEQ ID NOs: 3,13,16-70,72-88 Have the same probability as the sequence of SEQ ID NO: 3,13,16-70,72-88 as measured by FASTA A nucleotide sequence selected from the group consisting of at least about 99% sequences. Open reading frame that encodes at least the functional part of the read enzyme And   (c) gene termination sequence A DNA structure comprising: 5. The DN of claim 4, wherein the open reading frame is in a sense orientation. A structure. 6. The method of claim 4, wherein the open reading frame is in an antisense orientation. DNA structure shown. 7. The gene promoter sequence and gene termination sequence are functional in a plant host. The DNA construct according to claim 4. 8. The DNA structure of claim 4, wherein the gene promoter sequence results in transcription in xylem. Structure. 9. The DNA structure according to claim 4, further comprising a marker for identifying a transformed cell. 10. In the 5'-3 'direction,   (a) a gene promoter sequence;   (b) the sequences and computer algorithms listed in SEQ ID NOs: 3,13,16-70,72-88 The probability of being the same as the sequence of SEQ ID NO: 3,13,16-70,72-88 At least 99% by nucleotide sequence selected from the group consisting of A non-coding region of the gene encoding the encoded enzyme;   (c) gene termination sequence A DNA structure comprising: 11. 11. The DNA construct according to claim 10, wherein the non-coding region is in a sense orientation. 12. The DNA structure according to claim 10, wherein the non-coding region is in an antisense orientation. Structure. 13. The gene promoter sequence and the gene termination sequence are functional in a plant host. 11. The DNA structure according to claim 10, wherein 14. 11. The DNA structure according to claim 10, wherein the gene promoter sequence results in transcription in xylem. Structure. 15. In the 5'-3 'direction,   (a) a gene promoter sequence;   (b) the sequences and computer algorithms listed in SEQ ID NOs: 3,13,16-70,72-88 The probability of being the same as the sequence of SEQ ID NO: 3,13,16-70,72-88 A nucleotide sequence selected from the details consisting of at least about 99% sequence. Open reading frame that encodes at least the functional part of the read enzyme And   (c) gene termination sequence A transformed plant cell comprising a DNA construct comprising: 16. The shape of claim 15, wherein the open reading frame is in a sense orientation. Transgenic plant cells. 17. The method according to claim 15, wherein the open reading frame is in an antisense orientation. Transformed plant cells as described above. 18. The method according to claim 15, wherein the DNA construct further comprises a marker for identifying a transformed cell. Transformed plant cells as described above. 19. A plant comprising the transformed plant cell of claim 15 or a fruit or seed thereof. . 20. 20. The plant according to claim 19, wherein the plant is a woody plant. twenty one. The method according to claim 20, wherein the plant is selected from the group consisting of eucalyptus and pine species. On the plant. 22.5 In the 5'-3 'direction,   (a) a gene promoter sequence;   (b) the sequences and computer algorithms listed in SEQ ID NOs: 3,13,16-70,72-88 The probability of being the same as the sequence of SEQ ID NO: 3,13,16-70,72-88 A nucleotide sequence selected from the details consisting of at least about 99% sequence. A non-coding region of the gene encoding the encoded enzyme;   (c) gene termination sequence A transformed plant cell comprising a DNA construct comprising: twenty three. The transformed plant of claim 22, wherein the non-coding region is in a sense orientation. cell. twenty four. The transformation of claim 22, wherein the non-coding region is in an antisense orientation. Transgenic plant cells. twenty five. A plant comprising the transformed plant cell of claim 22 or a fruit or seed thereof. . 26. 26. The plant according to claim 25, wherein the plant is a woody plant. 27. The method according to claim 26, wherein the plant is selected from the group consisting of eucalyptus and pine species. On the plant. 28.5 In the 5'-3 'direction,   (a) a gene promoter sequence;   (b) the sequences and computer algorithms listed in SEQ ID NOs: 3,13,16-70,72-88 The probability of being the same as the sequence of SEQ ID NO: 3,13,16-70,72-88 At least 99% by nucleotide sequence selected from the group consisting of Open reading frame that encodes at least the functional part of the loaded enzyme And   (c) gene termination sequence Comprising stably integrating a DNA structure comprising A method for adjusting the lignin content. 29. The method according to claim 28, wherein the plant is selected from the group consisting of eucalyptus and pine species. The method described. 30. 29. The method of claim 28, wherein the open reading frame is in a sense orientation. Law. 31. The method according to claim 28, wherein the open reading frame is in an antisense orientation. The method described. 32.5 In the 3'-3 'direction,   (a) a gene promoter sequence;   (b) Sequences listed in SEQ ID NOs: 3,13,16-70,72-88 and computer alcohol The probability of being the same as the sequence of SEQ ID NO: 3,13,16-70,72-88 At least 99% by nucleotide sequence selected from the group consisting of A non-coding region of the gene encoding the encoded enzyme;   (c) gene termination sequence Comprising stably integrating a DNA structure comprising A method for adjusting the lignin content. 33. 33. The method of claim 32, wherein said non-coding region is in a sense orientation. 34. 33. The method of claim 32, wherein said non-coding region is in an antisense orientation. 35. The method according to claim 32, wherein the plant is a woody plant. 36. 36. The method of claim 35, wherein said plant is selected from the group consisting of eucalyptus and pine species. Law. 37. (a) In the 5'-3 'direction, the gene promoter sequence and SEQ ID NOs: 3,13,16-70,7 The sequences listed in 2-88 and the sequence numbers determined by computer algorithm FASTA No. 3,13,16-70,72-88 from sequences that have at least about 99% probability of being the same as the sequences At least one of the enzymes encoded by the nucleotide sequences selected from the group Reading frame encoding a functional part, and transformed cells Transforming a plant cell with a DNA construct comprising When,   (b) culturing the transformed cells under conditions that promote regeneration and growth of mature plants thing A method for producing a plant having an altered lignin structure comprising: 38. The method of claim 37, wherein the open reading frame is in a sense orientation. Law. 39. The method according to claim 37, wherein the open reading frame is in an antisense orientation. The method described. 40. The method according to claim 37, wherein the plant is a woody plant. 41. The method according to claim 40, wherein the plant is selected from the group consisting of eucalyptus and pine species. The method described. 42. (a) In the 5'-3 'direction, the gene promoter sequence and SEQ ID NOs: 3,13,16-70,7 Sequences listed in 2-88 and sequence numbers measured by computer algorithm FASTA No. 3,13,16-70,72-88 from sequences that have at least about 99% probability of being the same as the sequences Encoding an enzyme encoded by a nucleotide sequence selected from the group consisting of: A non-coding region of the gene, as well as a gene termination sequence that gives the transformed cell Transforming a plant cell with a DNA structure comprising   (b) culturing the transformed cells under conditions that promote regeneration and growth of mature plants thing A method for producing a plant having an altered lignin structure comprising: 43. 43. The method of claim 42, wherein said non-coding region is in a sense orientation. 44. 43.The non-coordinator region is in an antisense orientation. The method described in. 45. 43. The method according to claim 42, wherein the plant is a tree. 46. The method of claim 45, wherein the plant is selected from the group consisting of eucalyptus and pine species. The method described. 47. (a) a gene promoter sequence;   (b) the sequences and computer algorithms listed in SEQ ID NOs: 3,13,16-70,72-88 The probability of being the same as the sequence of SEQ ID NO: 3,13,16-70,72-88 A nucleotide sequence selected from the details consisting of at least about 99% sequence. Open reading frame that encodes at least the functional part of the read enzyme And   (c) gene termination sequence Comprising stably incorporating a DNA structure comprising To change the activity of the enzyme in 48. The method of claim 47, wherein the open reading frame is in a sense orientation. Law. 49. The method of claim 47, wherein the open reading frame is in an antisense orientation. The method described. 50. (a) a gene promoter sequence;   (b) the sequences and computer algorithms listed in SEQ ID NOs: 3,13,16-70,72-88 The probability of being the same as the sequence of SEQ ID NO: 3,13,16-70,72-88 At least 99% by nucleotide sequence selected from the group consisting of A non-coding region of the gene encoding the encoded enzyme;   (c) gene termination sequence And stably incorporating a DNA structure comprising A method for changing the activity of an enzyme in a plant comprising: 51. 51. The method of claim 50, wherein said non-coding region is in a sense orientation. 52. 51. The method of claim 50, wherein said non-coding region is in an antisense orientation. 53. The method according to claim 50, wherein the plant is a woody plant. 54. The method according to claim 53, wherein the plant is selected from the group consisting of eucalyptus and pine species. The method described.
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