JP2002525061A - Uracil permease from Arabidopsis as a herbicidal target gene - Google Patents
Uracil permease from Arabidopsis as a herbicidal target geneInfo
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Abstract
(57)【要約】 本発明は、実生の生長のために必須のタンパク質をコードするアラビドプシスから単離された遺伝子に関する。本発明は、正常な生長及び発達の不可欠性に基づいて、新しい除草剤を発見するためにこのタンパク質を用いる方法も含む。本発明は、潜在的な除草剤であるインヒビターを同定するためのスクリーニングアッセイに用いることもできる。本発明は、除草剤耐性植物、植物組織、植物種子、及び植物細胞の開発にも適用される。 (57) [Summary] The present invention relates to a gene isolated from Arabidopsis that encodes a protein essential for seedling growth. The invention also includes methods of using this protein to discover new herbicides based on the essentials of normal growth and development. The invention can also be used in screening assays to identify inhibitors that are potential herbicides. The invention also applies to the development of herbicide-tolerant plants, plant tissues, plant seeds and plant cells.
Description
【0001】 本発明は、実生生長のために必須のタンパク質をコードするアラビトプシス( Arabidopsis )から単離された遺伝子に関する。本発明は、正常な生
長及び発達のための遺伝子の本質に基づき、除草標的としてタンパク質を用いる
方法も含む。本発明は、潜在的な除草剤であるインヒビターを同定するためのス
クリーニングアッセイとしても役立つ。本発明は、除草剤耐性植物、植物組織、
植物種子、及び植物細胞の開発にも適用できる。The present invention relates to Arabidopsis (encoding proteins essential for seedling growth) Arabidopsis )). The present invention is
Use proteins as herbicidal targets based on the essence of genes for length and development
Including the method. The present invention provides a process for identifying inhibitors that are potential herbicides.
Also useful as a cleaning assay. The present invention relates to herbicide-tolerant plants, plant tissues,
It can also be applied to the development of plant seeds and plant cells.
【0002】 作物の土地において不要な雑草を抑制するための除草剤の使用はほとんど一般
的な習慣になっている。除草剤市場は毎年、150億ドルを超える。この大規模
な使用にかかわらず、雑草の抑制は、農業家のための大きなかつコスト的な問題
であり続けている。 除草剤の有効な使用は、健全な管理を必要とする。例えば、適用の時間及び方
法並びに雑草の発達の段階が除草剤で優れた雑草抑制を得るために重大である。
種々の雑草種が除草剤に対して耐性であるので、有効な新しい除草剤の生産は次
第に重要になっている。新規の除草剤は現在、組換えDNA技術を行う高スルー
プットスクリーンを用いて発見することができる。植物の生長及び発達に必須で
あることが見い出されている代謝性酵素は、標準的な分子生物学技術を介して組
換え生産することができ、酵素活性の新規インヒビターのためのスクリーンにお
いて除草剤標的として利用することができる。このようなスクリーンを介して発
見された新規インヒビターは、次に、不要な植物を抑制するために除草剤として
用いることができる。[0002] The use of herbicides to control unwanted weeds in crop lands has become an almost common practice. The herbicide market exceeds $ 15 billion each year. Despite this extensive use, weed control continues to be a major and costly problem for farmers. Effective use of herbicides requires sound management. For example, the time and method of application as well as the stage of weed development are critical to obtaining good weed control with herbicides.
As various weed species are resistant to herbicides, the production of effective new herbicides is becoming increasingly important. New herbicides can now be discovered using high-throughput screens performing recombinant DNA technology. Metabolic enzymes, which have been found to be essential for plant growth and development, can be produced recombinantly via standard molecular biology techniques and are screened for novel inhibitors of enzyme activity with herbicides Can be used as a target. New inhibitors discovered through such screens can then be used as herbicides to control unwanted plants.
【0003】 より大きな効力、より広い雑草範囲、及びより迅速な土中での分解を示す除草
剤は、不幸なことに、より大きな作物毒性も有する。この問題に適用される1つ
の解決法は、除草剤に対して耐性又は寛容性である作物を開発することである。
除草剤に対して耐性である作物ハイブリッド又は品種は、作物への損傷の付随す
る危険性なく雑草を殺すための除草剤の使用を許容する。耐性の開発は、その作
物の除草剤への感受性によりその使用が以前に妨げられ又は(例えば発芽前の使
用に)限定された場合に作物への除草剤の適用を許容し得る。例えば、Anderson
らの米国特許第4,761,373号は、種々のイミダゾリノン又はスルホンア
ミド除草剤に対して耐性の植物に関する。その耐性は、変化したアセトヒドロキ
シ酸シンターゼ(AHAS)酵素によって与えられる。Goodman らの米国特許第
4,975,374号は、GSを阻害することが知られている除草剤、例えばホ
スフィノトリシン及びメチオニンスルホキシミンによる阻害に対して耐性の変異
体グルタミンシンセターゼ(GS)をコードする遺伝子を含む植物細胞及び植物
に関する。Bedbrookらの米国特許第5,013,659号は、植物をスルホニル
ウレア除草剤による阻害に対して耐性にする変異体アセトラクテートシンターゼ
を発現する植物に関する。Somersらの米国特許第5,162,602号は、シク
ロヘキサンジオン及びアリールオキシフェノキシプロパン酸除草剤による阻害に
対して耐性の植物を開示する。その耐性は、変化したアセチル補酵素Aカルボキ
シラーゼ(ACCase)により与えられる。[0003] Herbicides that exhibit greater potency, wider weed coverage, and faster degradation in soil also have, unfortunately, greater crop toxicity. One solution applied to this problem is to develop crops that are resistant or tolerant to herbicides.
Crop hybrids or varieties that are resistant to herbicides allow the use of herbicides to kill weeds without the associated risk of damage to the crop. The development of tolerance may allow the application of the herbicide to the crop if its use has previously been hindered or limited (eg, to pre-emergence use) by the sensitivity of the crop to the herbicide. For example, Anderson
U.S. Patent No. 4,761,373 relates to plants that are resistant to various imidazolinone or sulfonamide herbicides. Its resistance is conferred by an altered acetohydroxy acid synthase (AHAS) enzyme. No. 4,975,374 to Goodman et al. Describes a mutant glutamine synthetase (GS) resistant to inhibition by herbicides known to inhibit GS, such as phosphinothricin and methionine sulfoximine. A) a plant cell and a plant comprising the gene encoding No. 5,013,659 to Bedbrook et al. Relates to plants expressing a mutant acetolactate synthase that renders the plants resistant to inhibition by sulfonylurea herbicides. No. 5,162,602 to Somers et al. Discloses plants that are resistant to inhibition by cyclohexanedione and aryloxyphenoxypropanoic acid herbicides. Its resistance is conferred by an altered acetyl coenzyme A carboxylase (ACCase).
【0004】 上述の進歩にもかかわらず、不要な又は有害な植物の成長(例えば雑草)の持
続的かつ断続中の問題があり続けている。更に、その人工は増加し続けるので、
食料不足は増加するであろう。それゆえ、新しく、有効で、かつ経済的な除草剤
を見い出すまだ満たされていない必要性が長い間、感じられている。 定義 明瞭さのため、本明細書に用いる特定の用語を定義し、以下に示す: キメラは、DNA配列、例えばベクター又は遺伝子が組換えDNA技術により
一緒に融合された別々の起源の1超のDNA配列から構成され、天然には生じな
いDNA配列を作り出すことをいうのに用いる。[0004] Despite the advances described above, there is a continuing and intermittent problem of unwanted or harmful plant growth (eg, weeds). Furthermore, as the artificiality continues to increase,
Food shortages will increase. Therefore, there is a long felt need for an unmet need to find new, effective, and economical herbicides. Definitions For clarity, certain terms used herein are defined and indicated below: A chimera is a DNA sequence, such as a vector or gene, of more than one of different origins fused together by recombinant DNA technology. Used to refer to the creation of a DNA sequence composed of DNA sequences that does not occur in nature.
【0005】 補因子(コファクター):酵素触媒反応において要求される有機分子又は金属
イオンのような天然の反応物。補因子は、例えばNAD(P)、リボフラビン(
FAD及びFNNを含む)、葉酸、モリブドプテリン、チアミン、ビオチン、リ
ポ酸、パントテン酸及び補酵素A、S−アデノシルメチオニン、ピリドキサール
ホスフェート、ユビキノン、メナキノンである。任意に、補因子は再生し、再使
用することができる。[0005] Cofactor : A natural reactant such as an organic molecule or metal ion required in an enzyme-catalyzed reaction. Cofactors include, for example, NAD (P), riboflavin (
FAD and FNN), folic acid, molybdopterin, thiamine, biotin, lipoic acid, pantothenic acid and coenzyme A, S-adenosylmethionine, pyridoxal phosphate, ubiquinone, menaquinone. Optionally, the cofactor can be regenerated and reused.
【0006】 DNAシャッフリング:DNAシャッフリングは、突然変異又は再配置を、好
ましくはランダムに、DNA分子に導入し、又は2又はそれ超のDNA分子の間
のDNA配列の交換を好ましくはランダムに行う方法である。DNAシャッフリ
ングから生ずるDNA分子は、少くとも1のテンプレートDNA分子由来の非天
然DNAであるシャッフル化DNAである。そのシャッフル化DNAは、テンプ
レートDNAによりコードされる酵素に対して改変された酵素をコードし、好ま
しくはテンプレートDNAによってコードされる酵素に対して変化した生物活性
を有する。[0006] DNA shuffling : DNA shuffling is a method of introducing mutations or rearrangements, preferably randomly, into DNA molecules or exchanging DNA sequences between two or more DNA molecules, preferably randomly. It is. The DNA molecule resulting from DNA shuffling is shuffled DNA, which is a non-natural DNA derived from at least one template DNA molecule. The shuffled DNA encodes an enzyme that is modified relative to the enzyme encoded by the template DNA, and preferably has an altered biological activity with respect to the enzyme encoded by the template DNA.
【0007】 酵素活性は、基質の産物への変換を触媒する酵素の能力を意味する。酵素のた
めの基質は、その酵素の天然の基質を含むが、酵素により産物又は産物のアナロ
グにも変換され得る天然の基質のアナログも含む。酵素の活性は、例えば、特定
の期間後にその反応中の産物の量を測定することにより、又は特定の期間後にそ
の反応混合物中に残っている基質の量を決定することにより測定される。酵素の
活性は、特定の期間後に反応混合物中に残っている反応の未使用の補因子の量を
測定することにより、又は特定期間後に、反応混合物中の使用された補因子の量
を測定することによっても測定される。酵素の活性は特定の期間後に反応混合物
中に残っている自由エネルギーのドナー又はエネルギーの豊富な分子(例えばA
TP、ホスホエノールピルベート、アセチルホスフェート又はホスホクレアチン
)の量を測定することにより、又は特定の期間後に反応混合物中の使用された自
由エネルギーのドナー又はエネルギーの豊富な分子(例えばADP、ピルベート
、アセテート又はクレアチン)の量を測定することによっても測定される。[0007] Enzymatic activity refers to the ability of an enzyme to catalyze the conversion of a substrate to a product. Substrates for an enzyme include the natural substrate for the enzyme, but also include analogs of the natural substrate that can also be converted into products or analogs of the product by the enzyme. The activity of the enzyme is measured, for example, by measuring the amount of product in the reaction after a certain period of time, or by determining the amount of substrate remaining in the reaction mixture after a certain period of time. The activity of the enzyme is determined by measuring the amount of unused cofactor of the reaction remaining in the reaction mixture after a certain period of time, or after a certain period of time, measuring the amount of used cofactor in the reaction mixture. It is also measured by The activity of the enzyme is determined by the free energy donor or energy-rich molecule (eg, A
By measuring the amount of TP, phosphoenol pyruvate, acetyl phosphate or phosphocreatine) or after a certain period of time the free energy donor or energy-rich molecule used in the reaction mixture (eg ADP, pyruvate, acetate) Or creatine).
【0008】 発現は、植物中の内在性遺伝子又はトランスジーンの転写及び/又は翻訳をい
う。アンチセンス構成物の場合、例えば、発現は、アンチセンスDNAのみの転
写をいうこともある。 遺伝子は、コーディング配列及び関連する調節配列をいい、そのコーディング
配列は、RNA、例えばmRNA、rRNA、tRNA、snRNA、センスR
NA又はアンチセンスRNAに転写される。調節配列の例はプロモーター配列、
5’及び3’非翻訳配列である。存在し得る更なる要素は例えばイントロンであ
る。[0008] Expression refers to the transcription and / or translation of an endogenous gene or transgene in a plant. In the case of an antisense construct, for example, expression may refer to transcription of only the antisense DNA. A gene refers to a coding sequence and related regulatory sequences, the coding sequence of which may be RNA, eg, mRNA, rRNA, tRNA, snRNA, sense R
Transcribed to NA or antisense RNA. Examples of regulatory sequences are promoter sequences,
5 'and 3' untranslated sequences. Further elements that may be present are, for example, introns.
【0009】 問題の遺伝子は、植物に移した時に、その植物に、要求される特徴、例えば抗
生物質耐性、ウイルス耐性、昆虫耐性、病気耐性、もしくは他の有害生物に対す
る耐性、除草剤耐性、改良された栄養価、工業過程における改良された能力又は
変化した再生能力を与えるいずれかの遺伝子をいう。“問題の遺伝子”は、植物
における商業的に価値のある酵素又は代謝物の生産のための植物に移されるもの
であってもよい。 The gene in question, when transferred to a plant, provides the plant with the required characteristics, such as antibiotic resistance, virus resistance, insect resistance, disease resistance, or resistance to other pests, herbicide resistance, improvement. Any gene that confers an improved nutritional value, an improved ability in an industrial process, or an altered regeneration ability. A “gene of interest” may be one that is transferred to a plant for the production of a commercially valuable enzyme or metabolite in the plant.
【0010】 除草剤:植物、植物細胞、植物の種子、又は植物組織を殺し又はその生長を抑
制するために用いる化学物質。 異種DNA配列:天然DNA配列の非天然多重コピーを含む、導入された宿主
細胞に天然には関連しないDNA配列。 同種DNA配列:導入された宿主細胞に天然で関連しているDNA配列。 Herbicides : Chemicals used to kill or inhibit the growth of plants, plant cells, plant seeds, or plant tissues. Heterologous DNA sequence : A DNA sequence that is not naturally associated with the introduced host cell, including unnatural multiple copies of the native DNA sequence. Homologous DNA sequence : A DNA sequence that is naturally associated with the introduced host cell.
【0011】 同一性:動力学的プログラミングアルゴリズムに基づくコンピュータープログ
ラムを用いて配列同一性の割合(%)が決定される。本発明の範囲内で好ましい
コンピュータープログラムには、タンパク質かDNAかにかかわらず、利用でき
る配列データベースの全てを検査するようデザインされたBLAST(Basi
c Local Alignment Search Tool)サーチプログ
ラムがある。このサーチツールのVersion BLAST 2.0(Gap
ped BLAST)は、インターネット(現在、http://www.ncbi.nlm.nih.go
v/BLAST/)で公共に利用できる。それは、グローバルアラインメントと反対に、
ローカルを探す発見的(heuristic)アルゴリズムを用い、それゆえ、
隔離した領域のみを共有する配列の中での関係を検出することができる。BLA
STサーチにおいて割り当てられるスコアは十分に規定された統計学に基づく。 Identity : Sequence identity (%) is determined using a computer program based on a kinetic programming algorithm. Preferred computer programs within the scope of the present invention include BLAST (Basi) designed to check all available sequence databases, whether protein or DNA.
c There is a Local Alignment Search Tool search program. This search tool version BLAST 2.0 (Gap
ped BLAST) is the Internet (currently http: //www.ncbi.nlm.nih.go)
v / BLAST /) for public use. It is the opposite of global alignment,
Use a heuristic algorithm that looks for locals, and therefore
Relationships in sequences sharing only isolated regions can be detected. BLA
The score assigned in the ST search is based on well-defined statistics.
【0012】 インヒビター:生合成酵素、レセプター、シグナル伝達タンパク質、構造遺伝
子産物、又は植物の生長もしくは生存に本質的である輸送タンパク質のようなタ
ンパク質の酵素活性を不活性化する化学物質、本発明の文脈において、インヒビ
ターは、植物から4788の酵素活性を不活性化する化学物質である。 アイソジェニック:トランスジーンの存在又は欠如により異なり得ることを除
いて遺伝子的に同一である植物。 Inhibitors : Chemicals that inactivate the enzymatic activity of proteins, such as biosynthetic enzymes, receptors, signaling proteins, structural gene products, or transport proteins that are essential for plant growth or survival. In context, an inhibitor is a chemical that inactivates 4788 enzyme activity from a plant. Isogenic : A plant that is genetically identical except that it may differ due to the presence or absence of the transgene .
【0013】 単離:本発明の文脈において、単離されたDNA分子又は単離された酵素は、
ヒトの手によりそのネイティブ環境から離れて存在し、それゆえ自然の産物でな
いDNA分子又は酵素である。単離されたDNA分子又は酵素は、精製された形
態で存在しても、例えばトランスジェニック宿主細胞のような非天然環境に存在
してもよい。 Isolation : In the context of the present invention, an isolated DNA molecule or an isolated enzyme is
A DNA molecule or enzyme that exists apart from its native environment by the human hand and is therefore not a natural product. An isolated DNA molecule or enzyme may be present in purified form or may be in a non-native environment such as a transgenic host cell.
【0014】 マーカー遺伝子:選択可能な又はスクリーニング可能な形質をコードする遺伝
子。 成熟タンパク質:クロロプラストのような、細胞オルガネラに通常、標的にさ
れ、それから一時的なペプチドが除去されるタンパク質。 最小プロモーター:上流活性化の欠如下で不活性であるか又はかなり減少した
プロモーター活性を有するプロモーター要素、特にTATA因子。好適な転写因
子の存在下で、最小プロモーターは転写を許容するよう機能する。 Marker gene : A gene encoding a selectable or screenable trait. Mature protein : A protein , such as chloroplast, that is usually targeted to cellular organelles from which temporary peptides are removed. Minimal promoter : A promoter element, particularly a TATA element, that is inactive or has significantly reduced promoter activity in the absence of upstream activation. In the presence of a suitable transcription factor, the minimal promoter functions to permit transcription.
【0015】 改変酵素活性:天然の酵素活性を阻害するインヒビターに対して耐性である植
物で天然であるもの(即ちヒトによるこのような活性の直接的又は間接的操作の
ない天然の酵素活性)と異なる酵素活性。 作用可能に結合/連結:調節DNA配列は、その調節DNA配列がコーディン
グDNA配列の発現に影響を与えるように2つの配列が位置するなら、RNA又
はタンパク質をコードするDNA配列と“作用可能に結合”又は“連結”してい
る。 Modified enzyme activity : those that are natural in plants that are resistant to inhibitors that inhibit the natural enzyme activity (ie, the natural enzyme activity without direct or indirect manipulation of such activity by humans). Different enzyme activities. Operably linked / ligated : A regulatory DNA sequence is "operably linked" to a DNA sequence that encodes an RNA or protein if the two sequences are located such that the regulatory DNA sequence affects the expression of the coding DNA sequence. "Or" connected ".
【0016】 植物は、いずれかの植物、特に種子植物をいう。 植物細胞:プロトプラスト及び細胞壁を含む、植物の構造的及び生理学的単位
。植物細胞は単離された単細胞もしくは培養細胞の形態であっても、又は例えば
植物組織もしくは植物器官のような高度に組織化したユニットの一部としてであ
ってもよい。 Plant refers to any plant, especially a seed plant. Plant cell : The structural and physiological unit of a plant, including protoplasts and cell walls. Plant cells may be in the form of isolated single cells or cultured cells, or as part of a highly organized unit such as a plant tissue or plant organ.
【0017】 植物材料は、葉、茎、根、花又は花の部分、果実、花粉、花粉管、胚珠、胚嚢
、卵細胞、接合子、胚、種子、挿木、細胞もしくは組織培養物、又は植物のいず
れか他の部分又は産物をいう。 プレタンパク質:クロロプラストのような細胞オルガネラに標的にされ、なお
その形質ペプチドを含むタンパク質。The plant material may be a leaf, stem, root, flower or flower part, fruit, pollen, pollen tube, ovule, embryo sac, egg cell, zygote, embryo, seed, cutting, cell or tissue culture, or plant Any other part or product. Preprotein: A protein that is targeted to cellular organelles such as chloroplasts and still contains its plasma peptide.
【0018】 組換えDNA分子:組換えDNA技術を用いて一緒に連結されたDNA配列の
組合せ。 組換えDNA技術:例えばSambrookら(1989, Cold Spring Harbor, NY : Col
d Spring Harbor Laboratory Press)に記載されるような、DNAを一緒に連結
するために用いる手順。 Recombinant DNA molecule : A combination of DNA sequences linked together using recombinant DNA technology. Recombinant DNA technology : see, for example, Sambrook et al. (1989, Cold Spring Harbor, NY: Col.
d The procedure used to ligate DNA together, as described in Spring Harbor Laboratory Press).
【0019】 選択マーカー:植物細胞内での発現が細胞に選択的利点を与える遺伝子。選択
マーカー遺伝子で形質転換した細胞が有する選択的利点は、非形質転換細胞の生
長と比べて、抗生物質又は除草剤のような負の選択剤の存在下で生長する能力の
ためであり得る。非形質転換細胞と比べた形質転換細胞が有する選択的利点は、
栄養素、成長因子又はエネルギー源として添加された化合物を利用する増強され
た又は新規な能力のためでもあり得る。選択マーカー遺伝子は、植物細胞内での
発現が細胞に、負の及び正の選択的利点を与える遺伝子及び遺伝子の組合せをも
いう。 Selectable marker : A gene whose expression in a plant cell gives the cell a selective advantage. The selective advantage of cells transformed with a selectable marker gene may be due to the ability to grow in the presence of a negative selection agent, such as an antibiotic or herbicide, over the growth of non-transformed cells. The selective advantage of transformed cells over untransformed cells is that
It may also be due to an enhanced or novel ability to utilize compounds added as nutrients, growth factors or energy sources. Selectable marker genes also refer to genes and combinations of genes whose expression in a plant cell confers on the cell both negative and positive selective advantages.
【0020】 有意な増加:測定技術に固有の誤差の限度より大きい酵素活性の増加、好まし
くはインヒビターの存在下で野生型酵素の活性より約2倍又はそれ超の増加、よ
り好ましくは約5倍又はそれ超の増加、そして最も好ましくは約10倍又はそれ
超の増加。 有意な減少は、酵素反応の産物の量が測定技術に固有の誤差の限度より大きい
こと、好ましくはインヒビターの欠如下で野生型酵素の活性の約2倍又はそれ超
の減少、より好ましくは約5倍又はそれ超の減少、そして最も好ましくは約10
倍又はそれ超の減少を意味する。 Significant increase : an increase in enzyme activity that is greater than the error limits inherent in the assay technique, preferably about a two-fold or more increase, more preferably about a five-fold increase, over the activity of the wild-type enzyme in the presence of the inhibitor. Or more, and most preferably about a 10-fold or more increase. A significant decrease is that the amount of the product of the enzymatic reaction is greater than the error limit inherent in the assay technique, preferably about a two-fold or more decrease in the activity of the wild-type enzyme in the absence of the inhibitor, more preferably about a 5 fold or more reduction, and most preferably about 10
Means a fold or greater reduction.
【0021】 その最も広い意味で、ヌクレオチド配列に関して本明細書で用いる用語“実質 的に類似 ”は、対応する配列が引用ヌクレオチド配列によりコードされるポリペ
プチドと実質的に同じ構造及び機能を有するポリペプチドをコードする、引用ヌ
クレオチド配列に対応するヌクレオチド配列、例えば、ポリペプチド機能に影響
を与えないアミノ酸の変化のみがおこる場合を意味する。所望により、実質的に
類似するヌクレオチド配列は引用ヌクレオチド配列によりコードされるポリペプ
チドをコードする。用語“実質的に類似”は、特に、特定の細胞において発現を
最適化するよう配列が改変されているヌクレオチド配列を含むことを意図する。
実質的に類似するヌクレオチド配列と引用ヌクレオチド配列の間の同一性の割合
は、必要に応じて、少くとも65%、より好ましくは少くとも75%、好ましく
は少くとも85%、より好ましくは少くとも90%、更により好ましくは少くと
も95%、なお更により好ましくは少くとも99%である。配列比較は、Smi
th−Waterman配列アラインメントアルゴリズムを用いて行う(例えば
Waterman, M.S, Introduction to Computational Biology : Maps, Sequence an
d genomes, Chapman & Hall. London ; 1995, ISBN 0-412-99391-0 又はhttp://
www-hto.usc.edu/software/seqaln/index-html)。local Sプログラムバ
ージョン1.16は、次のパラメータで用いる:match : 1, mismatch penalty
: 0.33, open-gap penalty : 2, extended-gap penalty : 2。引用ヌクレオチド
配列に“実質的に類似”するヌクレオチド配列は、引用ヌクレオチド配列に、5
0℃で2×SSC、0.1%SDSで洗って50℃で7%ドデシル硫酸ナトリウ
ム(SDS)、0.5M NaPO4 、1mM EDTA中で、より好ましくは5
0℃で1×SSC、0.1%SDSで洗って、50℃で7%ドデシル硫酸ナトリ
ウム(SDS)、0.5M NaPO4 、1mM EDTA中で、より好ましくは
、50℃で0.5×SSC、0.1%SDSで洗って50℃で7%ドデシル硫酸
ナトリウム(SDS)、0.5M NaPO4 、1mM EDTA中で、好ましく
は50℃で0.1×SSC、0.1%SDSで洗って、50℃で7%ドデシル硫
酸ナトリウム(SDS)、0.5M NaPO4 、1mM EDTA中で、より好
ましくは65℃で0.1×SSC、0.1%SDSで洗って、50℃で7%ドデ
シル硫酸ナトリウム(SDS)、0.5M NaPO4 、1mM EDTA中でハ
イブリダイズする。In its broadest sense, the term “ substantially similar ” as used herein in reference to a nucleotide sequence refers to a polypeptide in which the corresponding sequence has substantially the same structure and function as the polypeptide encoded by the referenced nucleotide sequence. It means that only the nucleotide sequence corresponding to the quoted nucleotide sequence encoding the peptide, for example, an amino acid change that does not affect polypeptide function, occurs. Optionally, a substantially similar nucleotide sequence encodes a polypeptide encoded by the referenced nucleotide sequence. The term "substantially similar" is specifically intended to include nucleotide sequences whose sequences have been modified to optimize expression in a particular cell.
The percentage of identity between the substantially similar nucleotide sequence and the referenced nucleotide sequence may be at least 65%, more preferably at least 75%, preferably at least 85%, more preferably at least 85%. 90%, even more preferably at least 95%, even more preferably at least 99%. For sequence comparisons, use Smi
Performed using the th-Waterman sequence alignment algorithm (eg,
Waterman, MS, Introduction to Computational Biology: Maps, Sequence an
d genomes, Chapman &Hall.London; 1995, ISBN 0-412-99391-0 or http: //
www-hto.usc.edu/software/seqaln/index-html). The local S program version 1.16 uses the following parameters: match: 1, mismatch penalty
: 0.33, open-gap penalty: 2, extended-gap penalty: 2. Nucleotide sequences that are "substantially similar" to the referenced nucleotide sequence are those that have 5
Wash with 2 × SSC at 0 ° C., 0.1% SDS and at 50 ° C. in 7% sodium dodecyl sulfate (SDS), 0.5 M NaPO 4 , 1 mM EDTA, more preferably 5 mM
Wash with 1 × SSC, 0.1% SDS at 0 ° C. and at 50 ° C. in 7% sodium dodecyl sulfate (SDS), 0.5 M NaPO 4 , 1 mM EDTA, more preferably 0.5 × at 50 ° C. Wash with SSC, 0.1% SDS and at 50 ° C. in 7% sodium dodecyl sulfate (SDS), 0.5 M NaPO 4 , 1 mM EDTA, preferably at 50 ° C. with 0.1 × SSC, 0.1% SDS. Wash and wash at 50 ° C. with 7% sodium dodecyl sulfate (SDS), 0.5 M NaPO 4 , 1 mM EDTA, more preferably at 65 ° C. with 0.1 × SSC, 0.1% SDS; Hybridize in 7% sodium dodecyl sulfate (SDS), 0.5 M NaPO 4 , 1 mM EDTA.
【0022】 タンパク質に関して本明細書で用いる場合の用語“実質的に類似”は、そのタ
ンパク質が引用タンパク質と実質的に同じ構造及び機能を有する、引用タンパク
質に対応するタンパク質、例えばポリペプチド機能に影響を与えたいアミノ酸配
列の変化のみがおこる場合を意味する。タンパク質又はアミノ酸配列のために用
いる場合、実質的に類似する及び引用タンパク質又はアミノ酸配列の間の同一性
の割合は、好ましくは少くとも65%、より好ましくは少くとも75%、好まし
くは少くとも85%、より好ましくは少くとも90%、更により好ましくは少く
とも95%、なお更により好ましくは少くとも99%である。The term “ substantially similar ” as used herein with respect to a protein, refers to a protein corresponding to a reference protein, eg, a polypeptide function, wherein the protein has substantially the same structure and function as the reference protein. Means that only the change in the amino acid sequence desired to be given occurs. When used for protein or amino acid sequences, the percentage of identity between substantially similar and referenced protein or amino acid sequences is preferably at least 65%, more preferably at least 75%, and preferably at least 85%. %, More preferably at least 90%, even more preferably at least 95%, even more preferably at least 99%.
【0023】 基質:基質は、酵素がその酵素が天然でその機能を行う生化学的経路において
認識し、産物に変換する分子であるか、又は酵素により認識され、天然の反応に
類似する酵素反応において酵素により産物に変換される分子の改変型である。 耐性:ネイティブの改変していない植物の正常な生長及び機能を抑制するため
に十分な量でインヒビター又は除草剤に露出した時に正常な生長又は機能を続け
る能力。 Substrate : A substrate is a molecule that an enzyme recognizes and converts into a product in a biochemical pathway in which the enzyme naturally performs its function, or an enzymatic reaction that is recognized by an enzyme and mimics the natural reaction. Is a modified version of a molecule that is converted to a product by an enzyme. Tolerance : The ability to continue normal growth or function when exposed to an inhibitor or herbicide in an amount sufficient to suppress normal growth and function of native unmodified plants.
【0024】 形質転換:異種DNAを細胞、組織、又は植物に導入するための方法。形質転
換細胞、組織、又は植物は、形質転換法の最終生成物ばかりでなく、そのトラン
スジェニック子孫も包含すると理解される。 トランスジェニック:問題のDNA配列に作用可能に連結した好適なプロモー
ターを好ましくは含む組換えDNA分子で安定に形質転換されたもの。 Transformation : A method for introducing heterologous DNA into cells, tissues, or plants. A transformed cell, tissue or plant is understood to include not only the end product of the transformation method, but also its transgenic progeny. Transgenic : Stably transformed with a recombinant DNA molecule preferably containing a suitable promoter operably linked to the DNA sequence in question.
【0025】 配列表の配列の簡単な記載 配列番号:1 アラビドプシス4788遺伝子のゲノムDNA配列。 配列番号:2 アラビドプシス4788遺伝子のcDNA配列。 配列番号:3 アラビドプシス4788タンパク質のアミノ酸配列。 配列番号:4 オリゴヌクレオチドSLP346for。BRIEF DESCRIPTION OF THE SEQUENCES IN THE SEQUENCE LISTING SEQ ID NO: 1 Genomic DNA sequence of the Arabidopsis 4788 gene. SEQ ID NO: 2 cDNA sequence of Arabidopsis 4788 gene. SEQ ID NO: 3 amino acid sequence for Arabidopsis 4788 protein. SEQ ID NO: 4 oligonucleotide SLP346for.
【0026】 本発明の目的は、新規除草剤を同定するための有効かつ有益な方法を供するこ
とである。本発明の特徴は、アラビドプシス(Arabidopsis)におけ
る推定上のパーミアーゼ遺伝子の同定である。本発明の別の特徴は、推定上のパ
ーミアーゼ遺伝子が実生の生長及び発達のために必須であるという発見である。
本発明の利点は、新しい除草剤の機能の態様を含む新しく発見された必須遺伝子
により、当業者が新規除草剤を容易かつ迅速に同定するのを可能にすることであ
る。It is an object of the present invention to provide an effective and valuable method for identifying new herbicides. A feature of the present invention is the identification of a putative permease gene in Arabidopsis . Another feature of the present invention is the discovery that putative permease genes are essential for seedling growth and development.
An advantage of the present invention is that the newly discovered essential genes, including aspects of the function of the new herbicide, allow those skilled in the art to easily and quickly identify the new herbicide.
【0027】 本発明の1つの目的は、除草活性を有する阻害化合物のためのアッセイ開発の
ための植物における必須遺伝子を供することである。遺伝子学の結果は、推定上
のパーミアーゼ遺伝子がアラビドプシスにおいて変異されている場合、得られる
表現型はホモ接合状態で致死的な実生である。これは、変異した遺伝子によりコ
ードされる遺伝子産物についての重大な役割を示唆する。One object of the present invention is to provide essential genes in plants for the development of assays for inhibitory compounds with herbicidal activity. Genetic results indicate that if the putative permease gene is mutated in Arabidopsis, the resulting phenotype is homozygous and lethal seedlings. This suggests a critical role for the gene product encoded by the mutated gene.
【0028】 T−DNA挿入変異誘発を用いて、本発明の発明者らは、その活性がアラビド
プシス実生において必須であることを証明した。これは、植物においてタンパク
質の機能を阻害する化学物質が植物に有害な効果を有するようであり、潜在的に
優れた除草候補であることを意味する。それゆえ、本発明は、そのインヒビター
を同定するために後述の遺伝子配列によりコードされる精製されたタンパク質を
用いる方法を供する。次にそれは、不要な植物の生長を抑制するために除草剤と
して、例えば作物が生長する土地、特に農業的に重要な作物、例えばトウモロコ
シ及び他の穀物、例えばコムギ、オート、ライムギ、ソルガム、コメ、オオムギ
、アワ、ターフ及び飼料の草等、並びにワタ、サトウキビ、シュガービート、ア
ブラナ、及びダイズが生長する土地において用いることができる。Using T-DNA insertion mutagenesis, the inventors of the present invention have demonstrated that its activity is essential in Arabidopsis seedlings. This means that chemicals that inhibit protein function in plants appear to have detrimental effects on plants and are potentially excellent herbicidal candidates. Therefore, the present invention provides a method using the purified protein encoded by the gene sequence described below to identify the inhibitor. It is then used as a herbicide to control unwanted plant growth, e.g. on crop-growing lands, especially agriculturally important crops, e.g. corn and other cereals, e.g. wheat, oats, rye, sorghum, rice , Barley, millet, turf and forage grass, as well as land where cotton, sugar cane, sugar beet, rape and soybean grow.
【0029】 本発明は、4788遺伝子と呼ぶアラビドプシス由来の新規ヌクレオチド配列
を開示する。そのゲノムクローンのヌクレオチド配列を配列番号:1に示し、対
応するcDNAクローンのヌクレオチド配列を配列番号:2に示し、そしてアラ
ビドプシス4788タンパク質のアミノ酸配列を配列番号:3に示す。本発明は
、配列番号:1及び配列番号:2に記載の配列に実質的に類似するヌクレオチド
配列も含む。本発明は、配列番号:1及び配列番号:2に記載の配列に実質的に
類似したヌクレオチド配列であって植物ヌクレオチド配列であるものも包含する
。配列番号:1及び配列番号:2に記載の配列に実質的に類似するヌクレオチド
配列であってアラビドプシス・タリアナ(Arabidopsis thali ana )ヌクレオチド配列であるものが好ましい。The present invention discloses a novel nucleotide sequence from Arabidopsis called the 4788 gene. The nucleotide sequence of the genomic clone is shown in SEQ ID NO: 1, the nucleotide sequence of the corresponding cDNA clone is shown in SEQ ID NO: 2, and the amino acid sequence of Arabidopsis 4788 protein is shown in SEQ ID NO: 3. The invention also includes nucleotide sequences that are substantially similar to the sequences set forth in SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2. The invention also includes nucleotide sequences substantially similar to the sequences set forth in SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2, which are plant nucleotide sequences. SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: a nucleotide sequence substantially similar to the sequence set forth in 2 Arabidopsis thaliana (Arabidopsis thali ana) what is the nucleotide sequence are preferred.
【0030】 更に、配列番号:1及び配列番号:2に記載の配列に実質的に類似するヌクレ
オチド配列であって、そのコードされるタンパク質がパーミアーゼ活性を有する
ものも包含される。配列番号:1及び配列番号:2に記載の配列に実質的に類似
するヌクレオチド配列であって、そのコードされるタンパク質がプリン又はピリ
ミジンパーミアーゼ活性を有するものがより好ましい。配列番号:1及び配列番
号:2に記載の配列に実質的に類似するヌクレオチド配列であって、そのコード
されるタンパク質がウラシルパーミアーゼ活性を有するものが特に好ましい。更
に配列番号:1又は配列番号:2に実質的に類似するヌクレオチド配列によりコ
ードされるアミノ酸配列を含むアミノ酸配列が包含される。配列番号:1又は配
列番号:2によりコードされるアミノ酸配列を含むアミノ酸配列も包含される。Furthermore, nucleotide sequences substantially similar to the sequences set forth in SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2, wherein the encoded protein has permease activity, are also included. More preferably, the nucleotide sequence is substantially similar to the sequences set forth in SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2, wherein the encoded protein has purine or pyrimidine permease activity. Particularly preferred are nucleotide sequences substantially similar to the sequences set forth in SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2, wherein the encoded protein has uracil permease activity. Also encompassed are amino acid sequences that include an amino acid sequence encoded by a nucleotide sequence substantially similar to SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2. Amino acid sequences that include the amino acid sequence encoded by SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 are also included.
【0031】 本発明は、そのアミノ酸配列が配列番号:3に記載のアミノ酸配列に実質的に
類似するタンパク質も包含する。 配列番号:3を含むアミノ酸配列及びそれに実質的に類似するアミノ酸配列も
包含する。配列番号:3を含むアミノ酸配列及び配列番号:3であるアミノ酸配
列が好ましい。The present invention also includes a protein whose amino acid sequence is substantially similar to the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 3. Also encompassed are amino acid sequences comprising SEQ ID NO: 3 and amino acid sequences substantially similar thereto. The amino acid sequence comprising SEQ ID NO: 3 and the amino acid sequence SEQ ID NO: 3 are preferred.
【0032】 配列番号:1又は配列番号:2に実質的に類似するヌクレオチド配列によりコ
ードされるアミノ酸配列を含むアミノ酸配列であって、そのタンパク質がパーミ
アーゼ活性を有するものを包含する。配列番号:1又は配列番号:2に実質的に
類似するヌクレオチド配列によりコードされるアミノ酸配列を含むアミノ酸配列
であって、そのタンパク質がプリン又はピリミジンパーミアーゼ活性を有するも
のがより好ましい。配列番号:1又は配列番号:2に実質的に類似するヌクレオ
チド配列によりコードされるアミノ酸配列を含むアミノ酸配列であって、そのタ
ンパク質がウラシルパーミアーゼ活性を有するものが特に好ましい。An amino acid sequence comprising an amino acid sequence encoded by a nucleotide sequence substantially similar to SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, wherein the protein has permease activity is included. More preferred is an amino acid sequence comprising an amino acid sequence encoded by a nucleotide sequence substantially similar to SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, wherein the protein has purine or pyrimidine permease activity. Particularly preferred is an amino acid sequence comprising an amino acid sequence encoded by a nucleotide sequence substantially similar to SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, wherein the protein has uracil permease activity.
【0033】 配列番号:1又は配列番号:2によりコードされるアミノ酸配列の少くとも2
0の連続するアミノ酸残基を含むアミノ酸配列を更に包含する。 配列番号:3のアミノ酸配列の少くとも20の連続するアミノ酸残基を含むア
ミノ酸配列を更に包含する。 更なる実施形態は配列番号:1又は配列番号:2に実質的に類似するヌクレオ
チド配列に作用可能に結合したプロモーターを含むキメラ遺伝子である。At least 2 of the amino acid sequence encoded by SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2
It further includes amino acid sequences containing 0 consecutive amino acid residues. It further includes an amino acid sequence comprising at least 20 contiguous amino acid residues of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3. A further embodiment is a chimeric gene comprising a promoter operably linked to a nucleotide sequence substantially similar to SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2.
【0034】 更に、配列番号:1又は配列番号:2に実質的に類似するヌクレオチド配列に
作用可能に結合したプロモーターを含むキメラ遺伝子を含む組換えベクターであ
って宿主細胞に安定に形質転換され得るものを包含する。 更に、配列番号:1又は配列番号:2に実質的に類似するヌクレオチド配列に
作用可能に結合したプロモーターを含むキメラ遺伝子を含むベクターを含む宿主
細胞であってそのベクターが宿主細胞に安定に形質転換することができ、そのヌ
クレオチド配列が前記細胞内で発現可能であるものを包含する。Furthermore, a recombinant vector comprising a chimeric gene comprising a promoter operably linked to a nucleotide sequence substantially similar to SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, which can be stably transformed into a host cell Things. Further, a host cell comprising a vector comprising a chimeric gene comprising a promoter operably linked to a nucleotide sequence substantially similar to SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, wherein the vector is stably transformed into the host cell. And those whose nucleotide sequence can be expressed in the cell.
【0035】 本発明による好ましい宿主細胞は真核生物細胞、より好ましくは、昆虫細胞、
イースト細胞、及び植物細胞からなる群から選択される宿主細胞である。更に好
ましい宿主細胞は原核生物細胞であり、細菌細胞がより好ましい。 配列番号:1又は配列番号:2に実質的に類似するヌクレオチド配列に作用可
能に連結したプロモーターを含むキメラ遺伝子を含むベクターを含む植物であっ
て、そのベクターが植物細胞に安定に形質転換することができる植物も含み;ま
たその植物の子孫及び種子も含み、その種子は任意に処理され(例えばプライシ
ングされ又はコーティングされ)及び/又はパッケージングされ、例えば使用の
ための説明書と共にバッグ又は他の容器に入れられる。パーミアーゼ活性のイン
ヒビターに対して耐性である本発明による植物がより好ましく;その植物のため
の子孫及び種子も含み、その種子は、任意に、処理され(例えばプライシングさ
れ又はコーティングされ)及び/又はパッケージングされ、例えば使用のための
説明書と共にバッグ又は他の容器に入れられる。[0035] Preferred host cells according to the invention are eukaryotic cells, more preferably insect cells,
A host cell selected from the group consisting of yeast cells and plant cells. Further preferred host cells are prokaryotic cells, with bacterial cells being more preferred. A plant comprising a vector comprising a chimeric gene comprising a promoter operably linked to a nucleotide sequence substantially similar to SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, wherein the vector stably transforms plant cells. Also include plants that are capable of growing; also include the progeny and seeds of the plants, the seeds being optionally treated (eg, priced or coated) and / or packaged, eg, in a bag or other form with instructions for use. Put in a container. More preferred are plants according to the invention that are resistant to inhibitors of permease activity; also include progeny and seeds for the plants, the seeds optionally being treated (eg, priced or coated) and / or packaged And placed, for example, in a bag or other container with instructions for use.
【0036】 本発明の更なる実施形態は、変化したパーミアーゼ活性を有する遺伝子産物を
コードするヌクレオチド配列を生産するための方法であって、 a)配列番号:1又は配列番号:2に実質的に類似するヌクレオチド配列をシ
ャッフリング(混合)し、 b)得られたシャッフル化ヌクレオチド配列を発現させ、そして c)改変していないヌクレオチド配列の遺伝子産物のパーミアーゼ活性と比べ
て変化したパーミアーゼ活性について選択すること を含む方法である。A further embodiment of the present invention is a method for producing a nucleotide sequence encoding a gene product having altered permease activity, comprising: a) substantially as SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2. Shuffling (mixing) similar nucleotide sequences; b) expressing the resulting shuffled nucleotide sequence; and c) selecting for altered permease activity relative to the permease activity of the gene product of the unmodified nucleotide sequence. It is a method including.
【0037】 好ましいのは、ヌクレオチド配列が配列番号:1又は配列番号:2である本発
明による方法である。より好ましいのは、前記パーミアーゼ活性がプリン又はピ
リミジンパーミアーゼ活性である本発明による方法である。特に好ましいのは、
前記パーミアーゼ活性がウラシルパーミアーゼ活性である本発明による方法であ
る。Preferred is a method according to the invention wherein the nucleotide sequence is SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2. More preferred is a method according to the present invention wherein said permease activity is purine or pyrimidine permease activity. Particularly preferred is
The method according to the invention, wherein said permease activity is uracil permease activity.
【0038】 更に本発明に含まれるのは、変化したパーミアーゼ活性を有する遺伝子産物を
コードするヌクレオチド配列を生産するための方法であって、 a)配列番号:1又は配列番号:2に実質的に類似するヌクレオチド配列をシ
ャッフリングし、 b)得られたシャッフリングされたヌクレオチド配列を発現させ、そして c)改変していないヌクレオチド配列の遺伝子産物のパーミアーゼ活性と比べ
て変化したパーミアーゼ活性について選択すること を含む方法によって得ることができるシャッフリングされたDNA分子である。Also included in the invention is a method for producing a nucleotide sequence encoding a gene product having altered permease activity, comprising: a) substantially as SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2. Shuffling similar nucleotide sequences; b) expressing the resulting shuffled nucleotide sequences; and c) selecting for altered permease activity relative to the permease activity of the gene product of the unmodified nucleotide sequence. A shuffled DNA molecule obtainable by the method.
【0039】 本発明の更なる実施形態は、本発明による方法により生産されるシャッフリン
グされたDNA分子である。 また、本発明に含まれるのは、本発明による方法により得られるシャッフリン
グされたDNA分子であって、パーミアーゼ活性のインヒビターに対して増加し
た耐性を有する遺伝子産物をコードするものである。A further embodiment of the present invention is a shuffled DNA molecule produced by a method according to the present invention. Also included in the present invention are shuffled DNA molecules obtained by the method according to the present invention, which encode a gene product having increased resistance to inhibitors of permease activity.
【0040】 本発明の更なる実施形態は、本発明による方法により生産されたシャッフリン
グされたDNA分子に作用可能に連結したプロモーターを含むキメラ遺伝子であ
る。 本発明の更なる実施形態は、本発明による方法により生産されたシャッフリン
グされたDNA分子に作用可能に連結したプロモーターを含むキメラ遺伝子を含
む組換えベクターであって、そのベクターが宿主細胞に安定に形質転換され得る
ものである。A further embodiment of the present invention is a chimeric gene comprising a promoter operably linked to a shuffled DNA molecule produced by a method according to the present invention. A further embodiment of the present invention is a recombinant vector comprising a chimeric gene comprising a promoter operably linked to a shuffled DNA molecule produced by a method according to the present invention, wherein said vector is stably maintained in a host cell. It can be transformed.
【0041】 更に含まれるのは、前記方法により生産されるシャッフリングされたDNA分
子に作用可能に連結したプロモーターを含むキメラ遺伝子を含む特許請求の範囲
に記載のベクターを含む宿主細胞であって、そのベクターが宿主細胞に安定に形
質転換することができ、そのヌクレオチド配列が前記細胞内で発現可能であるも
のである。好ましいのは、真核生物細胞である本発明による宿主細胞であり、よ
り好ましくは前記細胞は、昆虫細胞、イースト細胞、及び植物細胞からなる群か
ら選択されるものである。[0041] Also included is a host cell comprising a vector according to the claims comprising a chimeric gene comprising a promoter operably linked to the shuffled DNA molecule produced by the method, wherein the host cell comprises A vector that can stably transform a host cell and whose nucleotide sequence can be expressed in said cell. Preferred are host cells according to the invention that are eukaryotic cells, more preferably said cells are selected from the group consisting of insect cells, yeast cells, and plant cells.
【0042】 また好ましいのは、原核生物細胞である本発明による宿主細胞であり、より好
ましくは、細菌細胞である本発明による宿主細胞である。 更なる実質形態は、本発明による方法により生産されたシャッフル化DNA分
子に作用可能に結合したプロモーターを含むキメラ遺伝子を含む本発明によるベ
クターを含む植物細胞であって、そのベクターが植物細胞に安定に形質転換する
ことができ、そのヌクレオチド配列が前記細胞内で発現可能である植物であり;
その植物のための子孫及び種子も含み、その種子は、任意に処理され(例えばプ
ライシングされ又はコーティングされ及び/又はパッケージングされ、例えば使
用のための説明書と共にバッグ又は他の容器に入れられる。Also preferred are host cells according to the invention which are prokaryotic cells, more preferably host cells according to the invention which are bacterial cells. A further substantial form is a plant cell comprising a vector according to the invention comprising a chimeric gene comprising a promoter operably linked to a shuffled DNA molecule produced by a method according to the invention, wherein said vector is stable in plant cells. A plant whose nucleotide sequence can be expressed in said cell;
Also includes progeny and seeds for the plant, the seeds are optionally treated (e.g., priced or coated and / or packaged), e.g., placed in a bag or other container with instructions for use.
【0043】 更なる実質形態は、パーミアーゼ活性のインヒビターに対して耐性である本発
明による植物であり;またその植物のための子孫及び種子も含み、その種子は任
意に処理され(例えばプライシングされ又はコーティングされ)、及び/又はパ
ッケージングされ、例えば使用のための説明書と共にバッグ又は他の容器に入れ
られる。A further substantial form is a plant according to the invention that is resistant to inhibitors of permease activity; also includes progeny and seeds for the plant, the seed optionally being treated (eg, priced or Coated) and / or packaged and placed in a bag or other container, for example, with instructions for use.
【0044】 更なる実施形態は、除草活性を有する化合物を同定する方法であって、 a)配列番号:1又は配列番号:2に実質的に類似するヌクレオチド配列によ
りコードされるアミノ酸配列を含むタンパク質、及びそのタンパク質に結合する
能力についてテストすべき化合物を、結合に資する条件下で組み合わせ、 b)前記タンパク質に結合することができるステップ(a)で同定された化合
物を選択し、 c)ステップ(b)で同定された化合物を除草活性についてテストすべき植物
に適用し、そして d)除草活性を有する化合物を選択すること を含む方法である。A further embodiment is a method of identifying a compound having herbicidal activity, comprising: a) a protein comprising an amino acid sequence encoded by a nucleotide sequence substantially similar to SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 And the compound to be tested for its ability to bind to the protein are combined under conditions conducive to binding; b) selecting the compound identified in step (a) that is capable of binding to said protein; c) selecting applying the compound identified in b) to the plant to be tested for herbicidal activity, and d) selecting a compound having herbicidal activity.
【0045】 更に含まれるのは、本発明による方法により同定することができる除草活性を
有する化合物である。 更に含まれるのは除草活性を有するパーミアーゼ活性のインヒビターを同定す
る方法であって、 a)パーミアーゼ及び該パーミアーゼの活性を阻害する能力についてテストす
べき化合物を、その阻害に資する条件下で組み合わせ、 b)前記パーミアーゼ活性を阻害することができるステップ(a)で同定され
た化合物を選択し、 c)ステップ(b)で同定された化合物を除草活性についてテストすべき植物
に適用し、そして d)除草活性を有する化合物を選択すること を含む方法である。Also included are compounds having herbicidal activity that can be identified by the method according to the present invention. Also included are methods for identifying inhibitors of permease activity having herbicidal activity, comprising: a) combining permease and the compound to be tested for its ability to inhibit the activity of permease under conditions conducive to the inhibition; b. A) selecting the compound identified in step (a) capable of inhibiting said permease activity; c) applying the compound identified in step (b) to the plant to be tested for herbicidal activity; Selecting a compound having activity.
【0046】 本発明により含まれるのは、前記パーミアーゼがプリン又はピリミジンパーミ
アーゼである、より好ましくは前記パーミアーゼがウラシルパーミアーゼである
本発明による方法である。 本発明の更なる実施形態は、本発明による方法により同定することができる除
草活性を有する化合物である。Included by the present invention is a method according to the present invention, wherein said permease is a purine or pyrimidine permease, more preferably said permease is uracil permease. A further embodiment of the present invention is a compound having herbicidal activity that can be identified by the method according to the present invention.
【0047】 更なる実施形態は、パーミアーゼ活性のインヒビターを同定する方法であって
、 a)配列番号:1もしくは配列番号:2又はそれに実質的に類似するヌクレオ
チド配列を、パーミアーゼ欠損宿主細胞、例えば大腸菌uraAに、前記配列が
機能的に発現可能であるように導入し; b)前記ヌクレオチド配列を含む宿主細胞を最小阻害濃度の5−フルオロウラ
シルと、及び前記パーミアーゼの活性を阻害する能力についてテストすべき化合
物と、その阻害に資する条件下で組み合わせ; c)ステップ(b)の条件下で宿主細胞生長を測定し;そして d)ステップ(c)で宿主細胞生長を阻害する前記化合物を選択すること を含む方法である。A further embodiment is a method of identifying an inhibitor of permease activity, comprising: a) replacing a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 or substantially similar thereto with a permease-deficient host cell, such as E. coli uraA is introduced such that the sequence is functionally expressible; b) host cells containing the nucleotide sequence should be tested with a minimal inhibitory concentration of 5-fluorouracil and the ability to inhibit the activity of the permease C) measuring host cell growth under the conditions of step (b); and d) selecting said compound that inhibits host cell growth in step (c). It is a method that includes.
【0048】 更に含まれるのは、本発明による方法により同定可能な除草活性を有する化合
物である。 更に含まれるのは、植物の生長を抑制するための方法であって、前記植物に、
配列番号:1又は配列番号:2に実質的に類似するヌクレオチド配列によりコー
ドされるアミノ酸配列を含むアミノ酸配列の活性を阻害する化合物を、前記植物
の生長を抑制するのに十分な量で適用することを含む方法である。Also included are compounds having herbicidal activity identifiable by the method according to the invention. Further included is a method for inhibiting plant growth, wherein the plant comprises:
A compound that inhibits the activity of an amino acid sequence comprising an amino acid sequence encoded by a nucleotide sequence substantially similar to SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 is applied in an amount sufficient to inhibit the growth of said plant. It is a method including that.
【0049】 更に含まれるのは、除草活性を有する化合物を同定する方法であって、 a)請求項10のタンパク質及びそのタンパク質に結合する能力についてテス
トすべき化合物を、結合に資する条件下で組み合わせ、 b)そのタンパク質に結合することができるステップ(a)で同定された化合
物を選択し、 c)ステップ(b)で同定された化合物を除草活性についてテストすべき植物
に適用し、そして d)除草活性を有する化合物を選択すること を含む方法、及び本発明による方法により同定することができる除草活性を有す
る化合物である。Also included is a method of identifying a compound having herbicidal activity, comprising: a) combining the protein of claim 10 and the compound to be tested for its ability to bind to the protein under conditions conducive to binding. B) selecting the compound identified in step (a) that can bind to the protein; c) applying the compound identified in step (b) to the plant to be tested for herbicidal activity; and d) A method comprising selecting a compound having herbicidal activity; and a compound having herbicidal activity that can be identified by the method according to the present invention.
【0050】 更に含まれるのは、本発明による植物又は種子からなる群から選択されるパー
ミアーゼのンヒビターに対して耐性である除草剤耐性植物又は種子に、除草活性
を有する本発明による化合物を、除草剤耐性植物又は種子の生長を有意に抑制す
ることなく不要な植物の生長を阻害する量で適用することを含む方法である。 本発明は、正常な生長及び発達のための遺伝子の本質性に基づき、除草剤標的
として4788遺伝子産物を用いる方法も含む。更に、本発明は、潜在的な除草
剤であるインヒビターを同定するためにスクリーニングアッセイに用いることが
できる。Also included is a herbicide-tolerant plant or seed which is resistant to a permease inhibitor selected from the group consisting of a plant or seed according to the present invention, A method comprising applying the compound in an amount that inhibits the growth of an unnecessary plant without significantly suppressing the growth of a drug-resistant plant or seed. The invention also includes methods of using the 4788 gene product as a herbicide target, based on the nature of the gene for normal growth and development. Further, the present invention can be used in screening assays to identify inhibitors that are potential herbicides.
【0051】 別の好ましい実施形態において、本発明は、植物において4788活性を阻害
する能力を有する化学物質を同定するための方法であって、a)4788活性を
有する酵素をコードする非ネイティブヌクレオチド配列を含み、酵素的に活性な
4788遺伝子産物を過剰発現することができる好ましくは安定に形質転換され
たトランスジェニック植物、植物組織、植物種子又は植物細胞を得て;b)その
トランスジェニック植物、植物細胞、組織もしくは部分に、又はアイソジェニッ
ク非形質転換植物、植物細胞、組織又は部分に化学物質を適用し;c)化学物質
の適用後のトランスジェニック及び非形質転換植物、植物細胞、組織の生長又は
生存性を決定し;d)化学物質の適用後にトランスジェニック及び非形質転換植
物、植物細胞、組織を比較し;そしてe)アイソジェニックトランスジェニック
植物、植物細胞、組織又は部分の生存性又は生長を有意に抑制することなく、非
トランスジェニック植物、植物細胞、組織の生存性又は生長を抑制する化学物質
を選択するステップを好ましくは含む方法を記述する。好ましい実施形態におい
て、4788活性を有する酵素は植物、好ましくはアラビドプシス・タリアナ由
来のヌクレオチド配列によりコードされ、必要に応じて、配列番号:1又は配列
番号:2に記載のヌクレオチド配列と同一又は実質的に類似する。別の実施形態
において、4788活性を有する酵素は、配列番号:3のアミノ酸配列をコード
し得るヌクレオチド配列によりコードされる。更に別の実施形態において、47
88活性を有する酵素は、配列番号:3に記載のアミノ酸配列と同一又は実質的
に類似のアミノ酸配列を有する。In another preferred embodiment, the present invention provides a method for identifying a chemical capable of inhibiting 4788 activity in a plant, comprising: a) a non-native nucleotide sequence encoding an enzyme having 4788 activity. Obtaining a preferably stably transformed transgenic plant, plant tissue, plant seed or plant cell capable of overexpressing the enzymatically active 4788 gene product; b) the transgenic plant, plant Applying the chemical to the cells, tissues or parts or to the isogenic non-transformed plants, plant cells, tissues or parts; c) the growth of the transgenic and non-transformed plants, plant cells or tissues after application of the chemicals Or determining viability; d) transgenic and non-transformed plants, plants after application of the chemical Comparing cells, tissues; and e) increasing the viability or growth of non-transgenic plants, plant cells, tissues without significantly inhibiting the viability or growth of the isogenic transgenic plants, plant cells, tissues or parts. A method is described that preferably includes the step of selecting a chemical to suppress. In a preferred embodiment, the enzyme having 4788 activity is encoded by a nucleotide sequence from a plant, preferably Arabidopsis thaliana, optionally identical or substantially identical to the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2. Similar to In another embodiment, the enzyme having 4788 activity is encoded by a nucleotide sequence that can encode the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3. In yet another embodiment, 47
The enzyme having 88 activities has an amino acid sequence identical or substantially similar to the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 3.
【0052】 本発明は、更なる実施形態において、改変された4788活性を有し、それゆ
え天然の4788活性に対して通常に阻害するレベルでの除草剤による阻害に対
して耐性である植物、植物組織、及び植物細胞であり;その植物の子孫及び種子
も含み、ここで種子は任意に処理され(例えばプライシング又はコーティングさ
れ)及び/又はパッケージングされ、例えば使用のための説明書と共にバッグ又
は他の容器に入れられる。本発明に包含される除草剤耐性植物は、さもなければ
除草剤を通常、阻害するための潜在的な標的になるであろうもの、特に農業的に
重要な上述の作物を含む。この実施形態によれば、植物、植物組織、植物種子、
又は植物細胞は、野生型の未修飾の4788遺伝子産物の活性を通常、阻害する
であろう濃度での除草剤による阻害に対して耐性である改変4788遺伝子をコ
ードするヌクレオチドコーディング配列に作用可能に結合した植物において機能
する好適なプロモーターを含む組換えDNA分子で形質転換され、好ましくは安
定に形質転換される。改変された4788活性は、野生型4788遺伝子の多重
コピーを植物に供することにより、又は野生型より強力なプロモーターの制御下
での野生型4788遺伝子の過剰発現により野生型除草剤感受性4788タンパ
ク質の発現を増加させることによっても植物に与えることができる。次に、これ
により形成されたトランスジェニック植物、植物組織、植物種子、又は植物細胞
は、慣用的な選択技術により選択され、それにより除草剤耐性系が単離され、キ
ャラクタライズされ、そして開発される。あるいは、除草剤耐性系を作り出すた
めにランダム又は部位特異的変異誘発を用いることができる。The present invention provides, in a further embodiment, a plant that has altered 4788 activity, and is therefore resistant to inhibition by herbicides at levels that normally inhibit native 4788 activity, Plant tissue, and plant cells; also includes progeny and seeds of the plant, wherein the seeds are optionally treated (eg, priced or coated) and / or packaged, eg, in a bag or bag with instructions for use. Put in another container. Herbicide-tolerant plants encompassed by the present invention include those that would otherwise be potential targets for the inhibition of herbicides, especially those crops of agricultural significance. According to this embodiment, a plant, plant tissue, plant seed,
Alternatively, the plant cell is capable of acting on a nucleotide coding sequence encoding a modified 4788 gene that is resistant to inhibition by a herbicide at a concentration that would normally inhibit the activity of the wild-type unmodified 4788 gene product. It is transformed, preferably stably transformed, with a recombinant DNA molecule containing a suitable promoter that functions in the ligated plant. The altered 4788 activity may be due to expression of the wild-type herbicide-sensitive 4788 protein by providing multiple copies of the wild-type 4788 gene to the plant or by over-expression of the wild-type 4788 gene under the control of a stronger promoter than the wild-type. Can also be given to plants by increasing the amount. The transgenic plant, plant tissue, plant seed, or plant cell thus formed is then selected by conventional selection techniques, whereby the herbicide-tolerant system is isolated, characterized and developed. You. Alternatively, random or site-directed mutagenesis can be used to create a herbicide-tolerant system.
【0053】 それゆえ、本発明は、4788活性を有する酵素をコードする植物から単離さ
れたヌクレオチド配列を含むDNA分子で形質転換された植物、植物細胞、又は
植物組織を供し;またその植物のための子孫及び種子を含み、その種子は、任意
に処理され(例えばプライシングされ又はコーティングされ)及び/又はパッケ
ージングされ、例えば使用のための説明書と共にバッグ又は他の容器内に入れら
れる。ここで、前記酵素は4788活性を有し、前記DNA分子は、天然の47
88活性を通常、阻害する量で、除草剤に対する耐性を、植物、植物細胞、植物
種子、又は植物組織に与える。この実施形態の一例によれば、4788活性を有
する酵素は、配列番号:1又は配列番号:2に示すヌクレオチド配列と同一又は
実質的に類似するヌクレオチド配列によりコードされるか、又は配列番号:3に
記載のアミノ酸配列と同一又は実質的に類似のアミノ酸配列を有する。Thus, the present invention provides a plant, plant cell or plant tissue transformed with a DNA molecule comprising a nucleotide sequence isolated from a plant encoding an enzyme having 4788 activity; Seeds, optionally treated (e.g., priced or coated) and / or packaged, e.g., placed in a bag or other container with instructions for use. Here, the enzyme has 4788 activity and the DNA molecule
In a quantity that normally inhibits 88 activity, it confers resistance to a herbicide on a plant, plant cell, plant seed, or plant tissue. According to an example of this embodiment, the enzyme having 4788 activity is encoded by a nucleotide sequence identical or substantially similar to the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, or SEQ ID NO: 3 Has the same or substantially similar amino acid sequence as the amino acid sequence described in (1).
【0054】 本発明は、植物において天然の4788活性を阻害する化学物質を植物に適用
するステップを含む植物の生長を抑制するための方法も供する。関連する態様に
おいて、本発明は、定植した作物種子の作物又は植物を含む土地における不要な
植物の生長を選択的に抑制するための方法であって、(a)天然の4788活性
を阻害する除草剤に対して耐性である植物又は植物種子である除草剤耐性作物又
は作物種子を任意に定植し;そしてその土地における作物又は作物種子及び不要
な植物に、除草剤を、天然の4788活性を阻害する量で適用することを含み、
ここでその除草剤が作物の生長を有意に抑制することなく雑草の生長を抑制する
方法に関する。The present invention also provides a method for inhibiting plant growth comprising applying to the plant a chemical that inhibits natural 4788 activity in the plant. In a related aspect, the invention provides a method for selectively inhibiting the growth of unwanted plants in planted crop seed crops or land containing plants, comprising: (a) herbicidal activity that inhibits natural 4788 activity. Optionally planting herbicide-tolerant crops or crop seeds that are plants or plant seeds that are resistant to the herbicide; Including applying in the amount
Here, the present invention relates to a method in which the herbicide suppresses the growth of weeds without significantly suppressing the growth of crops.
【0055】 本発明の他の目的及び利点は、以下の本発明の記載及び非限定的例の研究から
、当業者に明らかになるであろう。 I.T−DNA挿入変異誘発により証明されるアラビドプシスにおける478
8遺伝子の不可欠性 以下の例に示されるように、新規遺伝子構造の同定及び正常な植物生長及び発
達のための4788遺伝子の不可欠性は、最初に、T−DNA挿入変異誘発を用
いてアラビドプシスにおいて証明されている。植物において4788機能の不可
欠性を確立し、この必須活性をコードする遺伝子を同定することにより、本発明
者らは新しい除草剤開発のための重要かつ需要のあるツールを供する。[0055] Other objects and advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art from the following description of the invention and the study of non-limiting examples. I. 478 in Arabidopsis demonstrated by T-DNA insertion mutagenesis
8 Gene Indispensability As shown in the examples below, the identification of novel gene structures and the essentiality of the 4788 gene for normal plant growth and development was first determined in Arabidopsis using T-DNA insertion mutagenesis. Proven. By establishing the essentiality of 4788 function in plants and identifying the gene that encodes this essential activity, we provide an important and in-demand tool for the development of new herbicides.
【0056】 実生致死変異について分離したアラビドプシス挿入変異体系を、必須タンパク
質の同定における最初のステップとして同定する。ゲノム内にT−DNA挿入を
含む単一T1植物から収集したT2種子で始めて、ホモ接合実生致死実生から分
離したこれらの系を同定する。これらの系は、種子を、殺真菌剤ベノミル及びマ
キシムを含む最小植物生長培地に入れ、室温で光の中で7〜14日間後に生存不
可能な実生についてスクリーニングすることにより見い出される。生存不能な表
現型は、変化した色又は変化した形態を含む。これらの表現型は、プレート上に
直接、又は実生の移植後に土において観察される。The Arabidopsis insertion mutant system isolated for the seedling lethal mutation is identified as the first step in identifying essential proteins. Starting with T2 seeds collected from a single T1 plant containing a T-DNA insertion in the genome, we identify these lines isolated from homozygous seedlings. These systems are found by placing seeds in minimal plant growth medium containing the fungicides benomyl and maxim and screening for non-viable seedlings after 7-14 days in the light at room temperature. Non-viable phenotypes include altered colors or altered forms. These phenotypes are observed directly on the plate or in soil after seedling transplantation.
【0057】 系が実生致死を分離するものとして同定される場合、T−DNA内の耐性マー
カーがその致死性と共に同じ分離されるか否かを決定する(Errampaltiら(1991
) The Plant Cell, 3 : 149-157)。同時分離分析を、種子を選択剤を含む培地に
入れ、そしてその剤に対する耐性又はセンシティビティーについて実生をスコア
リングすることにより行う。用いる選択剤の例はヒグロマイシン又はホスフィノ
トリシンである。約35の耐性実生を土に移植し、それらの子孫を実生致死の分
離について検査する。T−DNA挿入が必須遺伝子を破壊する場合、各々の植物
に耐性表現型及び実生致死表現型の同時分離がある。それゆえ、このような場合
、全ての耐性植物は次の世代で実生致死を分離し;この結果は、耐性植物の各々
が両方の表現型を引きおこすDNAについてヘテロ接合であることを示す。If the system is identified as segregating seedling lethality, determine if the resistance marker in the T-DNA segregates the same with its lethality (Errampalti et al. (1991).
) The Plant Cell, 3: 149-157). Co-segregation analysis is performed by placing the seeds in a medium containing a selective agent and scoring the seedlings for resistance or sensitivity to the agent. Examples of selective agents used are hygromycin or phosphinothricin. Approximately 35 resistant seedlings are transplanted into soil and their progeny are tested for segregation of seedlings. If the T-DNA insertion disrupts an essential gene, there is a simultaneous segregation of the resistant phenotype and the seedling lethal phenotype in each plant. Therefore, in such cases, all resistant plants segregate seedlings and lethals in the next generation; this result indicates that each of the resistant plants is heterozygous for DNA causing both phenotypes.
【0058】 T−DNA耐性マーカー及び実生致死表現型の同時分離を示すこれらの系につ
いて、各々の挿入の分子の性質のキャラクタリゼーションにおける最初のステッ
プとしてサザン分析を行う。サザン分析は、ヘテロ接合体から単離したゲノムD
NAと共に、T−DNAベクターDNAとハイブリダイズすることができるプロ
ーブを用いて行う。しばしば、所定の植物におけるT−DNA挿入は、単一ゲノ
ム座に挿入されたT−DNAの多重コピーを含むことが示される。サザン分析の
結果を用いて、T−DNA挿入の一方又は両方の側に隣接するアラビドプシスゲ
ノムDNAを分子的にクローン化するために、プラスミドレスキューを行うため
に好適な制限酵素が選択される。この方法で得られたプラスミドは、それらの消
化パターンに基づいてプラスミドをクラスに分類するために制限酵素消化によっ
て分析される。各々のクラスのプラスミドクローンのために、DNA配列が決定
される。得られた配列は、非T−DNAベクター配列の存在について分析される
。このような配列が見い出される場合、それらは、BLAST及びBLAST2
プログラムを用いて、DNA及びタンパク質データベースを調査するために用い
られる(Altschulら(1990), J. Mol. Biol. 215 : 403-410 ; Altschul ら(19
97) Nucleic Acid Res 25 : 3389-3402 )。各々の遺伝子についての更なるゲノ
ム及びcDNA配列は、標準的分子生物学手順によって同定される。For those systems that show a co-segregation of the T-DNA resistance marker and the seedling lethal phenotype, a Southern analysis is performed as the first step in characterizing the molecular properties of each insert. Southern analysis was performed on genome D isolated from heterozygotes.
This is performed using a probe capable of hybridizing with the T-DNA vector DNA together with NA. Often, the T-DNA insertion in a given plant is shown to contain multiple copies of the T-DNA inserted at a single genomic locus. The results of the Southern analysis are used to select suitable restriction enzymes for performing plasmid rescue in order to molecularly clone Arabidopsis genomic DNA flanking one or both sides of the T-DNA insert. Plasmids obtained in this way are analyzed by restriction enzyme digestion to classify the plasmids into classes based on their digestion pattern. The DNA sequence is determined for each class of plasmid clone. The resulting sequence is analyzed for the presence of a non-T-DNA vector sequence. If such sequences are found, they are called BLAST and BLAST2.
(Altschul et al. (1990), J. Mol. Biol. 215: 403-410; Altschul et al. (19)
97) Nucleic Acid Res 25: 3389-3402). Additional genomic and cDNA sequences for each gene are identified by standard molecular biology procedures.
【0059】 II.アラビドプシス4788遺伝子の配列 アラビドプシス4788遺伝子は、タグ化実生致死系#4788からT−DN
Aボーダーに隣接するDNAを単離することにより配列決定される。T−DNA
ボーダーに隣接するアラビトプシスDNAは、アラビドプシスの配列決定された
BACの内部領域(BAC T9 J22、染色体2)と同一である。このBA
Cクローンは、115,851bpの配列を含み、その極めて小さな部分は478
8遺伝子を含む、ゲノム領域に対応する。BAC情報にかかわらず、本発明者ら
は、最初に、全体の遺伝子配列を明確に確立し、その4788遺伝子産物が正常
な生長及び発達のために必須であることを最初に証明し、その4788遺伝子産
物の機能を定義する。本発明は、アラビドプシス4788遺伝子のヌクレオチド
配列及びアラビドプシス4788タンパク質のアミノ酸配列を開示する。そのゲ
ノムクローンに対応するヌクレオチド配列を配列番号:1に示し、対応するクロ
ーンを配列番号:2に示し、そしてその成熟タンパク質をコードするアミノ酸配
列を配列番号:3に示す。本発明は、植物由来の単離されたアミノ酸配列であっ
て、そのアミノ酸配列が配列番号:1又は配列番号:2に示すヌクレオチド配列
によりコードされるアミノ酸配列と同一又は実質的に類似し、そのアミノ酸配列
が4788活性を有するアミノ酸配列も包含する。デフオルトセッティングでB
LAST及びBLAST2プログラムを用いて、4788遺伝子の配列はウラシ
ルパーミアーゼとの類似性を示す。II. Sequence of the Arabidopsis 4788 Gene The Arabidopsis 4788 gene was obtained from the tagged seedling lethal system # 4788 by T-DN.
It is sequenced by isolating the DNA adjacent to the A border. T-DNA
The Arabidopsis DNA adjacent to the border is identical to the internal region of the sequenced BAC of Arabidopsis (BAC T9 J22, chromosome 2). This BA
The C clone contains 115,851 bp of sequence, a very small portion of which is 478
It corresponds to a genomic region containing eight genes. Despite the BAC information, we first clearly established the entire gene sequence and first demonstrated that the 4788 gene product was essential for normal growth and development, Define the function of the gene product. The present invention discloses the nucleotide sequence of the Arabidopsis 4788 gene and the amino acid sequence of the Arabidopsis 4788 protein. The nucleotide sequence corresponding to the genomic clone is shown in SEQ ID NO: 1, the corresponding clone is shown in SEQ ID NO: 2, and the amino acid sequence encoding the mature protein is shown in SEQ ID NO: 3. The present invention relates to an isolated amino acid sequence derived from a plant, wherein the amino acid sequence is identical or substantially similar to the amino acid sequence encoded by the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, and The amino acid sequence also includes an amino acid sequence having 4788 activity. B by default setting
Using the LAST and BLAST2 programs, the sequence of the 4788 gene shows similarity to uracil permease.
【0060】 4788遺伝子は、アラビドプシスにおける遺伝子ファミリーのメンバーでも
ある。この遺伝子ファミリーは、少くとも6のメンバーからなる(Genbank Acc.
#s:AC002505 (2739376), BAC T9J22;AC004481 (3337350), BAC F13P17;AC001229
(2190545), BAC F5I14;AB009053 (n/a), clone MQB2 (13th ORF);U83501 (1791
307);及びAA712474 (EST clone 194H6T7)並びにAA605567 (EST clone 205J16XP
))。[0060] The 4788 gene is also a member of the gene family in Arabidopsis. This gene family consists of at least six members (Genbank Acc.
#s: AC002505 (2739376), BAC T9J22; AC004481 (3337350), BAC F13P17; AC001229
(2190545), BAC F5I14; AB009053 (n / a), clone MQB2 (13 th ORF); U83501 (1791
307); and AA712474 (EST clone 194H6T7) and AA605567 (EST clone 205J16XP
)).
【0061】 III .4788の組換え生産及びその使用 宿主生物における4788の組換え生産のため、4788タンパク質をコード
するヌクレオチド配列を、選択された宿主のためにデザインした発現カセットに
挿入し、それが組換え生産される宿主に導入する。選択された宿主のために適し
た特定の調節配列、例えばプロモーター、シグナル配列、5’及び3’非翻訳配
列、並びにエンハンサーは当業者の範囲内である。正確な読み枠内で作用可能に
結合した個々の因子を含む得られた分子は、宿主細胞に形質転換することのでき
るベクターに挿入することができる。タンパク質の組換え生産のための好適な発
現ベクター及び方法は、宿主細胞、例えば大腸菌、イースト、及び昆虫細胞(例
えば、Luckow及びSummers, Bio/Technol. 6 : 47 (1988))、並びにバキュロウイ
ルス発現ベクター、例えばオートグラフィカ・カリホルニカ(Autograp hica californica )核多核体病ウイルス(AcMNPV)のゲ
ノム由来のものについて公知である。好ましいバキュロウイルス/昆虫系は、直
鎖オートグラファ・カリホルニカバキュロウイルスDNA(Pharmigen, San Die
go, CA)の存在下でソドプテラ・フルギペルダ(Spodoptera fru giperda )Sf9細胞(ATCC)をトランスフェクトするのに用いるp
AcHLT(Pharmingen, San Diego, CA )である。得られたウイルスは、Hi
gh Five Tricoplusia ni細胞(Invitrogen, La Jolla,
CA)に感染させるのに用いられる。III. Recombinant Production of 4788 and Use Thereof For the recombinant production of 4788 in a host organism, the nucleotide sequence encoding the 4788 protein is inserted into an expression cassette designed for the selected host, which is produced recombinantly. Introduce into host. Specific regulatory sequences suitable for the chosen host, such as promoters, signal sequences, 5 'and 3' untranslated sequences, and enhancers are within the skill of the art. The resulting molecule, containing the individual factors operably linked in the correct reading frame, can be inserted into a vector that can be transformed into a host cell. Suitable expression vectors and methods for recombinant production of proteins include host cells, such as E. coli, yeast, and insect cells (eg, Luckow and Summers, Bio / Technol. 6:47 (1988)), and baculovirus expression. Vectors are known, such as those derived from the genome of Autographa californica nuclear polynucleosis virus (AcMNPV). A preferred baculovirus / insect system is the linear autographa californica baculovirus DNA (Pharmigen, San Die
go, p used Sodoputera in the presence of a CA) · frugiperda a (Spodoptera fru giperda) Sf9 cells (ATCC) to transfect
AcHLT (Pharmingen, San Diego, CA). The resulting virus is Hi
gh Five Tricoplusia ni cells (Invitrogen, La Jolla,
CA).
【0062】 好ましい実施形態において、4788活性を有するタンパク質をコードするヌ
クレオチド配列は、真核生物、例えば哺乳動物、ハエ又はイーストから得られる
が、好ましくは植物から得られる。更に好ましい実施形態において、ヌクレオチ
ド配列は配列番号:1もしくは配列番号:2に示すヌクレオチド配列と同一もし
くは実質的に類似であるか、又はそのアミノ酸が配列番号:3に示すアミノ酸配
列と同じもしくは実質的に類似である4788活性を有するタンパク質をコード
する。配列番号:2に示すヌクレオチド配列は、そのアミノ酸配列が配列番号:
3に示されるアラビドプシス4788タンパク質をコードする、別々の好ましい
実施形態において、ヌクレオチド配列は、原核生物、好ましくは細菌から得られ
、例えば大腸菌中のuraA遺伝子(Andersenら(1995) J. Bacteriol. 177 :
2008-2013)である。組換え生産された4788は単離され、種々の標準的技術を
用いて精製される。用いることができる実際の技術は、用いる宿主細胞、タンパ
ク質が分泌のためにデザインされているか否か、及び当業者に知られた他の同様
の因子に依存して種々であろう(例えばAusubel, F.ら、“Current Protocols i
n Molecular Biology”, pub by John Wiley & Sons, Inc. (1994) のchapter 1
6を参照のこと)。In a preferred embodiment, the nucleotide sequence encoding the protein having 4788 activity is obtained from a eukaryote, such as a mammal, a fly or yeast, but is preferably obtained from a plant. In a further preferred embodiment, the nucleotide sequence is identical or substantially similar to the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, or its amino acid is the same or substantially the same as the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3. Encodes a protein having 4788 activity that is similar to The nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 2 has the amino acid sequence represented by SEQ ID NO:
In another preferred embodiment, encoding the Arabidopsis 4788 protein shown in Figure 3, the nucleotide sequence is obtained from a prokaryote, preferably a bacterium, such as the uraA gene in E. coli (Andersen et al. (1995) J. Bacteriol. 177:
2008-2013). Recombinantly produced 4788 is isolated and purified using various standard techniques. The actual techniques that can be used will vary depending on the host cell used, whether the protein is designed for secretion, and other similar factors known to those of skill in the art (eg, Ausubel, F. et al., “Current Protocols i
n Molecular Biology ”, pub by John Wiley & Sons, Inc. (1994) chapter 1
See 6).
【0063】 4788タンパク質をキャラクタライズするためのアッセイ 組換え生産された4788タンパク質は、種々の目的のために役立つ。例えば
、それらは、その標的が4788を阻害するか否かを決定するよう同定されてい
ない周知の除草化学物質をスクリーニングするために試験管内アッセイで用いる
ことができる。このような試験管内アッセイは、このような酵素活性を阻害し、
それゆえ新規除草剤候補である化学物質を同定するためにより一般的なスクリー
ンとして用いることもできる。あるいは、組換え生産された4788タンパク質
は、これらの分子の複合構造を解明するため並びに新規阻害性除草剤及び酵素の
除草剤耐性型を合理的にデザインするために周知のインヒビターとのそれらの関
連性を更にキャラクタライズするために用いることができる。微生物源を含むい
ずれかのソースからの配列番号:1又は配列番号:2に実質的に類似するヌクレ
オチド配列及び配列番号:3に実質的に類似するタンパク質は、本明細書に例示
されるアッセイに用いることができる。必要に応じて、このようなヌクレオチド
配列及びタンパク質は、植物から得られる。より好ましくは、それらは双子葉植
物から得られる。あるいは、これらのヌクレオチド配列及びタンパク質は、非ト
ウモロコシ源、あるいは非単子葉植物源から得られる。Assays for Characterizing 4788 Protein Recombinantly produced 4788 protein serves a variety of purposes. For example, they can be used in in vitro assays to screen for well-known herbicide chemicals that have not been identified to determine if their target inhibits 4788. Such in vitro assays inhibit such enzyme activity,
Therefore, it can be used as a more general screen to identify chemicals that are new herbicide candidates. Alternatively, the recombinantly produced 4788 proteins may be used to elucidate the complex structure of these molecules and their association with well-known inhibitors to rationally design novel inhibitory herbicides and herbicide-resistant forms of enzymes. Can be used to further characterize gender. Nucleotide sequences substantially similar to SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 and proteins substantially similar to SEQ ID NO: 3 from any source, including microbial sources, can be used in the assays exemplified herein. Can be used. Optionally, such nucleotide sequences and proteins are obtained from plants. More preferably, they are obtained from dicotyledonous plants. Alternatively, these nucleotide sequences and proteins are obtained from a non-corn source or a non-monocot source.
【0064】 パーミアーゼ活性のためのアッセイ 4788遺伝子産物は、パーミアーゼ、より詳しくはトウモロコシLpelタ
ンパク質に類似するウラシルパーミアーゼ(Schultesら(1996) The Plant Cell
, 8 : 463-475)として機能すると思われる。トウモロコシの葉パーミアーゼ1遺
伝子産物は細菌及び真菌からのプリン及びピリミジンパーミアーゼと類似性を有
することが知られており、lpel内の変異はクロロプラストの発達に悪影響を
与えることが知られている。それゆえ、lpelコード化タンパク質は潜在的な
除草剤標的であり、それは、更に、アラビドプシス4788遺伝子産物の不可欠
性の本明細書での証明により支持される。対応する活性を欠如する細菌宿主中の
植物タンパク質の発現に基づいて新規アッセイを開発することができる(Anders
enら(1995) J. Bacteriol. 177 : 2008-2013)。Assay for Permease Activity The 4788 gene product is a permease, more specifically a uracil permease similar to the maize Lpel protein (Schultes et al. (1996) The Plant Cell
, 8: 463-475). The maize leaf permease 1 gene product is known to have similarities to purine and pyrimidine permease from bacteria and fungi, and mutations in lpel are known to adversely affect chloroplast development. Therefore, lpel-encoded proteins are potential herbicide targets, which are further supported by the evidence herein of the essentiality of the Arabidopsis 4788 gene product. New assays can be developed based on the expression of plant proteins in bacterial hosts lacking the corresponding activity (Anders
en et al. (1995) J. Bacteriol. 177: 2008-2013).
【0065】 植物によりコードされた活性の正常な機能に影響を与える化合物についてスク
リーニングするために簡単なアッセイを開発することができる。このような化合
物は、生体内除草剤活性についてテストすることができる試験管内テード化合物
を約束する。1つのアッセイは、4788遺伝子を有し、それを機能的に発現す
る大腸菌uraAを、最小培地中で、最小阻害濃度の5−フルオロウラシルの存
在下で増殖させることからなる。これは、自動化高スループットスクリーニング
のための96ウェル形態で行われる。4788タンパク質の機能をブロックする
のに有効である化合物は、細胞が5−FUを摂取する能力を阻害し、細菌増殖が
おこる。この増殖は、簡単な比濁法によって測定される。Simple assays can be developed to screen for compounds that affect the normal function of the activity encoded by the plant. Such compounds promise an in vitro tade compound that can be tested for herbicidal activity in vivo. One assay consists of growing E. coli uraA , which has the 4788 gene and functionally expresses it, in minimal medium in the presence of a minimal inhibitory concentration of 5-fluorouracil. This is done in a 96-well format for automated high-throughput screening. Compounds that are effective at blocking the function of the 4788 protein inhibit the ability of cells to take up 5-FU, resulting in bacterial growth. This growth is measured by a simple turbidimetric method.
【0066】 対応する細菌変異体における植物遺伝子に基づく他のアッセイが記載されてい
る。しかしながら、新規除草剤標的であることに加えて、このアッセイの特定の
利点は、ウラシルパーミアーゼは細胞表面上で発現されるので、その機能を阻害
するのに有効である化合物がそれらの活性のために細胞に浸透する必要がないこ
とである。これは、植物において有効であろう化合物を見い出すためのモデルと
して細菌システムを用いる主な問題であり得る。なぜなら多くの潜在的な除草剤
が細菌による化合物の乏しい摂取のため細菌への活性を欠如することが知られて
いるからである。Other assays based on plant genes in corresponding bacterial variants have been described. However, in addition to being a novel herbicide target, a particular advantage of this assay is that, since uracil permease is expressed on the cell surface, compounds that are effective at inhibiting its function may be useful for their activity. It does not need to penetrate cells. This can be a major problem using the bacterial system as a model to find compounds that will be effective in plants. This is because many potential herbicides are known to lack activity on bacteria due to poor uptake of the compound by the bacteria.
【0067】 試験管内インヒビターアッセイ:未知の機能のタンパク質と相互作用する小分
子リガンドの発見 タンパク質が潜在的な除草標的として同定されたら、次のステップは、そのタ
ンパク質と相互作用するか否かを決定するために多数の化学物質をスクリーニン
グすることを許容するアッセイを開発することである。周知の機能のタンパク質
のためのアッセイを開発することは簡単であるが、未知の機能のタンパク質での
アッセイを開発するのはより難しい。In Vitro Inhibitor Assays: Finding Small Molecule Ligands That Interact with Proteins of Unknown Function Once a protein has been identified as a potential herbicidal target, the next step is to determine if it interacts with that protein To develop assays that allow screening of a large number of chemicals to do so. Developing assays for proteins of known function is straightforward, but developing assays for proteins of unknown function is more difficult.
【0068】 この問題に対応するために、タンパク質の生物学的機能を知ることなくタンパ
ク質とリガンドとの間の相互作用を検出することができる新しい技術を検査する
。蛍光補正分光法、表面増強レーザー脱着/イオン化法、及びbiacore技
術を含む3つの方法の短い記載を供する。より多くのこれらの方法が発見されて
おり、いくつかは、この開示の範囲内で自動化大規模スクリーニングに受け入れ
られ得る。To address this problem, we will examine new techniques that can detect the interaction between a protein and a ligand without knowing the biological function of the protein. A short description of three methods is provided, including fluorescence corrected spectroscopy, surface enhanced laser desorption / ionization, and biacore technology. More of these methods have been discovered and some may be acceptable for automated large-scale screening within the scope of this disclosure.
【0069】 蛍光補正分光法(FCS)理論は、1972年に開発されたが、FCSを行う
技術が利用できるようになったのは近年になってからである(Madge ら(1972).
Phys. Rev. Lett., 29 : 705-708 ; Maiti ら(1997) Proc. Natl. Acad. Sci.
USA, 94 : 11753-11757)。FCSは、小さなサンプル容量内の蛍光分子の平均
拡散率を測定する。そのサンプルサイズは、103 蛍光分子程度の低さであり得
、サンプル容量は単一細菌の細胞質程度の小ささである。その拡散率は、分子の
質量の関数であり、質量が増加すると減少する。それゆえ、FCSは、質量の変
化、それゆえ結合による分子の拡散率を測定することによりタンパク質−リガン
ド相互作用分析に適用することができる。[0069] The theory of fluorescence-corrected spectroscopy (FCS) was developed in 1972, but the technique of performing FCS has only recently become available (Madge et al. (1972).
Phys. Rev. Lett., 29: 705-708; Maiti et al. (1997) Proc. Natl. Acad. Sci.
USA, 94: 11753-11757). FCS measures the average diffusivity of fluorescent molecules in a small sample volume. The sample size can be as low as 10 3 fluorescent molecules and the sample volume is as small as the cytoplasm of a single bacterium. The diffusivity is a function of the mass of the molecule, which decreases with increasing mass. Therefore, FCS can be applied to protein-ligand interaction analysis by measuring the change in mass and therefore the diffusivity of the molecule upon binding.
【0070】 表面増強レーザー脱着/イオン化(SELDI)は、Hutchens and Yibにより
1980年代後期に発明された(Hutchens and Yib (1993) Rapid Commun. Mass
Spectrom. 7 : 576-580)。飛行時間質量分析(TOF)と組み合わせる場合、
SELDIは、チップ上に保持された分子を迅速に分析する手段を供する。それ
は、そのチップ上の標的タンパク質に共有結合することによりリガンド−タンパ
ク質相互作用分析に適用することができ、このタンパク質により保持された小分
子をMSにより分析することができる(Worrall ら(1998) Anal. Biochem. 70
: 750-756 )。Surface enhanced laser desorption / ionization (SELDI) was invented by Hutchens and Yib in the late 1980's (Hutchens and Yib (1993) Rapid Commun. Mass
Spectrom. 7: 576-580). When combined with time of flight mass spectrometry (TOF),
SELDI provides a means to rapidly analyze molecules retained on a chip. It can be applied to ligand-protein interaction analysis by covalently binding to a target protein on the chip, and small molecules retained by this protein can be analyzed by MS (Worrall et al. (1998) Anal. . Biochem. 70
: 750-756).
【0071】 Biacoreは、層上に固定されたタンパク質へのリガンドの結合による表
面層における屈折率の変化に依存する。このシステムにおいて、小さなリガンド
の収集は、固定化タンパク質と共に2〜5μLセルに連続的に注入される。結合
は、表面から屈折するレーザー光を記録することにより、表面プラスチン共鳴(
SPR)によって検出される。一般に、表面層での質量濃度の所定の変化につい
ての屈折率変化は、実際に、全てのタンパク質及びペプチドについて同じであり
、単一の方法でいずれのタンパク質のための適用可能である(Liedbergら(1983
) Sensors Actuators. 4 : 299-304 ; Malmquist (1993) Nature, 361 : 186-18
7)。Biacore relies on changes in the refractive index at the surface layer due to binding of ligands to proteins immobilized on the layer. In this system, a collection of small ligands is continuously injected into a 2-5 μL cell with the immobilized protein. Binding is achieved by recording laser light refracting from the surface, resulting in surface plastin resonance (
SPR). In general, the refractive index change for a given change in mass concentration at the surface layer is, in fact, the same for all proteins and peptides and is applicable for any protein in a single way (Liedberg et al.). (1983
) Sensors Actuators. 4: 299-304; Malmquist (1993) Nature, 361: 186-18
7).
【0072】 IV.生体内インヒビターアッセイ 一実施形態において、推測される除草剤、例えば試験管内スクリーニングによ
り同定されるものは、種々の濃度で植物に適用される。その推測される除草剤は
、好ましくは、植物に噴霧される。推測される除草剤の適用の後、その植物への
効果、例えば死又は生長の抑制が記録される。IV. In Vivo Inhibitor Assays In one embodiment, putative herbicides, such as those identified by in vitro screening, are applied to plants at various concentrations. The putative herbicide is preferably sprayed on the plant. After the application of the putative herbicide, the effect on the plant, for example the inhibition of death or growth, is recorded.
【0073】 別の実施形態において、4788活性のインヒビターのための生体内スクリー
ニングアッセイは、4788活性を有するヌクレオチド配列を過剰発現すること
ができるトランスジェニック植物、植物組織、植物種子又は植物細胞を用いる。
ここで、4788遺伝子産物は、トランスジェニック植物、植物組織、植物種子
又は植物細胞において酵素的に活性である。ヌクレオチド配列は、好ましくは、
真核生物、例えばイーストから得られるが、好ましくは、植物から得られる。更
に好ましい実施形態において、ヌクレオチド配列は、配列番号:1もしくは配列
番号:2に示すヌクレオチド配列と同一又は実質的に類似するか、又は4788
活性を有する酵素をコードする。そのアミノ酸配列は、配列番号:3に示すアミ
ノ酸配列と同一又は実質的に類似する。別の好ましい実施形態において、ヌクレ
オチド配列は原核生物、好ましくは細菌、例えば大腸菌のuraA遺伝子から得
られる。In another embodiment, an in vivo screening assay for an inhibitor of 4788 activity employs a transgenic plant, plant tissue, plant seed or plant cell capable of overexpressing a nucleotide sequence having 4788 activity.
Here, the 4788 gene product is enzymatically active in transgenic plants, plant tissues, plant seeds or plant cells. The nucleotide sequence is preferably
Obtained from eukaryotes, such as yeast, but preferably from plants. In a further preferred embodiment, the nucleotide sequence is identical or substantially similar to the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, or 4788.
Encodes an enzyme that has activity. Its amino acid sequence is identical or substantially similar to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3. In another preferred embodiment, the nucleotide sequence is obtained from a prokaryotic, preferably bacterial, eg, the uraA gene of E. coli.
【0074】 次に、化学物質が、トランスジェニック植物、植物組織、植物種子又は植物細
胞に、及びアイソジェニック植物、植物組織、植物種子又は植物細胞に適用され
、そしてトランスジェニック及び非形質転換植物、植物組織、植物種子又は植物
細胞の生長又は生存能が、化学物質の適用後に決定され、比較される。非トラン
スジェニック植物の生長を阻害することができるが、トランスジェニック植物の
生長に影響を与えない化合物が、4788活性の特定のインヒビターとして選択
される。Next, the chemical is applied to the transgenic plant, plant tissue, plant seed or plant cell, and to the isogenic plant, plant tissue, plant seed or plant cell, and the transgenic and non-transformed plant, The growth or viability of the plant tissue, plant seed or plant cell is determined and compared after application of the chemical. Compounds that can inhibit the growth of non-transgenic plants but do not affect the growth of the transgenic plants are selected as specific inhibitors of 4788 activity.
【0075】 V.除草剤耐性植物 本発明は、更に、これらの植物において天然の4788活性を阻害する除草剤
に対して耐性である植物、植物組織、植物種子、及び植物細胞であって、その耐
性が変化した4788活性によって与えられるものに関する。変化した4788
活性は、植物に更なる野生型4788遺伝子を供することにより、植物において
改変された除草剤耐性4788遺伝子を発現させることにより、又はこれらの技
術を組み合わせることにより、野生型除草剤感受性4788の発現を増加させる
ことにより本発明による植物に与えることができる。代表的な植物は、それらの
通常、意図した目的のためにこれらの除草剤が適用されるいずれの植物をも含む
。好ましいのは、農業的に重要な作物、例えば綿、ダイズ、アブラナ、シュガー
ビート、トウモロコシ、コメ、コムギ、オオムギ、オート、ライムギ、ソルガム
、穀類(キビ)、ターフ、かいば、4−フブラス等がある。V. The present invention also relates to plants, plant tissues, plant seeds, and plant cells that are resistant to herbicides that inhibit native 4788 activity in these plants, wherein the resistance has been altered. Regarding what is given by the activity. 4788 changed
The activity can be determined by providing the plant with an additional wild-type 4788 gene, expressing a modified herbicide-tolerant 4788 gene in the plant, or by combining these techniques, to increase the expression of wild-type herbicide sensitivity 4788. It can be given to the plant according to the invention by increasing it. Representative plants include any plants to which these herbicides are applied for their usually intended purpose. Preferred are agriculturally important crops, such as cotton, soybean, rape, sugar beet, corn, rice, wheat, barley, oats, rye, sorghum, cereals (millet), turf, porridge, 4-fubras and the like. is there.
【0076】 A.野生型4788の発現の増加 発現の増加を介して4788活性の変化を行うと、除草剤により引きおこされ
る生長阻害を克服するのに少くとも十分な植物細胞中の4788のレベルが生ず
る。発現した酵素のレベルは、一般に、ネイティブで発現する量の少くとも2倍
、好ましくは少くとも5倍、そしてより好ましくは少くとも10倍である。発現
の増加は、野生型4788遺伝子の多重コピー;遺伝子内のコーディング配列の
多重発生又は植物細胞内での内在性遺伝子の非コーディング調節配列中の突然変
異のためであり得る。このような変化した遺伝子活性を有する植物は、当業界で
知られた方法(例えば米国特許第5,162,602号及び米国特許第4,76
1,373号及びそれらの引用文献を参照のこと)により植物における直接的選
択によって得ることができる。これらの植物は、当業界で知られた遺伝子操作技
術によって得ることもできる。除草剤感受性4788遺伝子の発現の増加した植
物4788タンパク質をコードする相同又は非相同構造遺伝子に作用可能に結合
した植物細胞内で関連する構造遺伝子の発現を駆動することができるプロモータ
ーを含む細胞を組換え又はキメラDNA分子で形質転換することによって達成す
ることもできる。好ましくは、形質転換は安定であり、それにより遺伝性のトラ
ンスジェニック特質を供する。A. Increased Expression of Wild-Type 4788 Changing the 4788 activity through increased expression results in at least enough levels of 4788 in the plant cells to overcome the growth inhibition caused by the herbicide. The level of expressed enzyme is generally at least two times, preferably at least five times, and more preferably at least ten times the amount expressed natively. Increased expression may be due to multiple copies of the wild-type 4788 gene; multiple occurrences of coding sequences within the gene or mutations in non-coding regulatory sequences of endogenous genes in plant cells. Plants having such altered gene activity can be prepared by methods known in the art (eg, US Pat. Nos. 5,162,602 and 4,763).
No. 1,373 and their references) by direct selection in plants. These plants can also be obtained by genetic engineering techniques known in the art. A set of cells comprising a promoter capable of driving expression of a relevant structural gene in a plant cell operably linked to a homologous or heterologous structural gene encoding a plant 4788 protein with increased expression of a herbicide-sensitive 4788 gene. It can also be achieved by transforming with a recombinant or chimeric DNA molecule. Preferably, the transformation is stable, thereby providing a hereditary transgenic trait.
【0077】 B.改変除草剤耐性4788タンパク質の発現 この実施形態によれば、植物、植物組織、植物種子、又は植物細胞は、478
8の除草耐性をコードするコーディング配列に作用可能に結合した植物中で機能
的である好適なプロモーターを含む組換えDNA分子で安定に形質転換される。
その酵素の除草剤耐性型は、その酵素の非修飾の天然型を阻害する除草剤に対す
る耐性を与える少くとも1のアミノ酸置換、付加又は欠失を有する。次にこれに
より形成されたトランスジェニック植物、植物組織、植物種子、又は植物細胞は
、慣用的な選択技術によって選択され、それにより除草剤耐性系が単離され、キ
ャラクタライズされ、そして開発される。以下に4788の除草剤耐性型をコー
ドする遺伝子を得るための方法を記載する: 1つの一般的なストラテジーは、微生物での直接的又は間接的変異誘発に関す
る。例えば、遺伝子操作できる微生物、例えば大腸菌又はS.cerevisi
aeは、変異誘発原、例えばUV光又はエチルもしくはメチルメタンスルホネー
トでの生体内ランダム変異誘発にかけることができる。変異誘発手順は、例えば
、Miller, Experiments in Molecular Genetics, Cold Spring Harbor Laborato
ry, Cold Spring Harbor, NY (1972) ; Davis et al., Advanced Bacterial Gen
etics, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY (1980) ; Sh
erman et al., Methods in Yeast Genetics, Cold Spring Harbor Laboratory,
Cold Spring Harbor, NY (1983) ; 及び米国特許第4,975,374号に記載
される。変異誘発のために選択された微生物は通常のインヒビター感受性478
8遺伝子を含み、この遺伝子により与えられる活性に依存する。その変異誘発し
た細胞は、非改変遺伝子を阻害する濃度でインヒビターの存在下で成長させる。
インヒビターの存在下で非変異誘発微生物よりよく成長する(即ちインヒビター
に対する耐性を示す)変異誘発した微生物のコロニーは、更なる分析のために選
択される。これらのコロニーからの4788遺伝子は、クローニングにより又は
PCR増幅により単離され、それらの配列が解明される。次に、変化した遺伝子
産物をコードする配列がそれらのインヒビター耐性を与える能力を確認するため
に微生物にもどしてクローン化される。B. Expression of Modified Herbicide-Resistant 4788 Protein According to this embodiment, the plant, plant tissue, plant seed, or plant cell is 478
Transformants are stably transformed with a recombinant DNA molecule containing a suitable promoter that is functional in plants operably linked to a coding sequence encoding herbicide resistance.
The herbicide-resistant form of the enzyme has at least one amino acid substitution, addition or deletion that confers resistance to a herbicide that inhibits the unmodified native form of the enzyme. The transgenic plant, plant tissue, plant seed, or plant cell thus formed is then selected by conventional selection techniques, whereby a herbicide-tolerant system is isolated, characterized and developed. . The following describes a method for obtaining genes encoding 4788 herbicide-resistant forms: One general strategy involves direct or indirect mutagenesis in microorganisms. For example, a microorganism that can be genetically manipulated, such as E. coli or S. aureus. cerevisi
ae can be subjected to in vivo random mutagenesis with a mutagen such as UV light or ethyl or methyl methanesulfonate. Mutagenesis procedures are described, for example, in Miller, Experiments in Molecular Genetics, Cold Spring Harbor Laborato
ry, Cold Spring Harbor, NY (1972); Davis et al., Advanced Bacterial Gen
etics, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY (1980); Sh
erman et al., Methods in Yeast Genetics, Cold Spring Harbor Laboratory,
Cold Spring Harbor, NY (1983); and U.S. Patent No. 4,975,374. The microorganism selected for mutagenesis is normally inhibitor sensitive 478
8 genes, depending on the activity provided by this gene. The mutagenized cells are grown in the presence of the inhibitor at a concentration that inhibits the unmodified gene.
Colonies of mutagenized microorganisms that grow better than non-mutagenized microorganisms in the presence of the inhibitor (ie, exhibit resistance to the inhibitor) are selected for further analysis. The 4788 genes from these colonies are isolated by cloning or by PCR amplification and their sequence elucidated. The sequences encoding the altered gene products are then cloned back into the microorganism to confirm their ability to confer inhibitor resistance.
【0078】 植物4788遺伝子の変異体除草剤耐性対立遺伝子を得る方法は、植物により
なる直接的選択に関する。例えば、アラビドプシス、ダイズ、又はトウモロコシ
のような植物の生長インヒビターへの変異誘発した4788遺伝子の効果は、増
加する濃度のインヒビターを含む単純最小塩培地でのプレートでの当業界で認め
られた方法により滅菌された種子をプレーティングすることにより決定される。
このような濃度は、0.001、0.003、0.01、0.03、0.1、0
.3、1、3、10、30、110、300、1000及び3000パーツ・パ
ーミリオン(ppm)の範囲である。有意な生長阻害を再現可能に検出することがで
きる最も少い投与量が後の実験のために用いられる。最も低い投与量の決定は当
業界で慣用的である。A method for obtaining a mutant herbicide resistance allele of the plant 4788 gene involves direct selection by the plant. For example, the effect of the mutagenized 4788 gene on growth inhibitors of plants such as Arabidopsis, soybean, or maize can be determined by art-recognized methods on plates on simple minimal salt media containing increasing concentrations of the inhibitor. Determined by plating sterilized seeds.
Such concentrations are 0.001, 0.003, 0.01, 0.03, 0.1, 0
. 3, 1, 3, 10, 30, 110, 300, 1000 and 3000 parts per million (ppm). The lowest dose at which significant growth inhibition can be reproducibly detected is used for later experiments. Determination of the lowest dosage is routine in the art.
【0079】 植物材料の変異誘発は、選択された集団において耐性対立遺伝子が発生する頻
度を増加させるために利用される。変異誘発された種子材料は、化学もしくは物
理的変異誘発もしくは種子、又は化学もしくは物理的変異誘発もしくは花粉を含
む種々のソースから得られ(Neuffer In Maize for Biological Research Sheri
dan, ed. Univ. Press. Grand Forks, ND., pp.61-64 (1982))、それは次に、
植物を受精させるために用いられ、得られたM1 変異体種子が収集される。アラ
ビドプシスを例にとると、化学物質、例えばエチルメタンスルホネートで、又は
物理的剤、例えばガンマ線もしくは高速中性子で変異誘発された種子から生長し
た植物の子孫種子であるM2 種子(Lehle Seeds, Tucson, AZ)は、耐性について
選択するために好適な濃度のインヒビターを含む最小塩培地上で10,000種
子/プレート(10cm直径1までの密度でプレートされる。成長を続け、プレー
ティング後7〜21日間、緑色であり続ける実生は土に移植され、成熟して種子
をつけるまで生長させる。これらの種子の子孫は、除草剤に対する耐性について
テストされる。その耐性特質が優性であるなら、その種子が3:1/耐性:感受
性に分離する植物は、M2 世代で耐性についてヘテロ接合であると推定される。
全て耐性種子を生ずる植物は、M2 世代で耐性についてホモ接合であると推測定
される。このような完全な種子での突然変異誘発及びそれらのM2 子孫種子のス
クリーニングは、他の種、例えばダイズで行うこともできる(例えば米国特許第
5,084,082号を参照のこと)。あるいは、除草剤耐性についてスクリー
ニングするべき変異体種子は、化学又は物理的手段により変異誘発された花粉で
の受精の結果として得られる。[0079] Mutagenesis of plant material is used to increase the frequency of occurrence of resistance alleles in selected populations. Mutagenized seed material can be obtained from a variety of sources including chemical or physical mutagenesis or seed, or chemical or physical mutagenesis or pollen (Neuffer In Maize for Biological Research Sheri).
dan, ed. Univ. Press. Grand Forks, ND., pp. 61-64 (1982))
Is used to fertilize plants, M 1 mutant seeds obtained is collected. Taking Arabidopsis example, chemicals such as ethyl methanesulfonate, or physical agents, for example, gamma rays or fast neutrons are descendants seeds of plants grown from mutagenized seeds M 2 seeds (Lehle Seeds, Tucson, AZ) are plated at a density of 10,000 seeds / plate (10 cm diameter up to 1) on minimal salt medium containing the appropriate concentration of inhibitor to select for resistance. Continue growing, 7-21 after plating Seedlings that remain green for days are transplanted into the soil and allowed to grow to maturity and set seeds.The progeny of these seeds are tested for herbicide resistance. There 3: 1 / resistance: plant for separating the sensitivity is estimated to be resistant heterozygous for at M 2 generation.
All which resistance seed plant is estimated constant as resistant homozygous for at M 2 generation. Such complete mutagenesis and screening of their M 2 progeny seeds in seed, other species, (see for example U.S. Pat. No. 5,084,082) for example can also be carried out in soybean. Alternatively, mutant seeds to be screened for herbicide resistance are obtained as a result of fertilization with pollen mutated by chemical or physical means.
【0080】 除草剤耐性の遺伝子ベースか4788遺伝子であるという確認は、以下の例の
ように確認される。最初に、インヒビターに対して耐性を示す植物からの478
8遺伝子の対立遺伝子は、配列番号:2に示すアラビドプシスcDNAコーディ
ング配列に基づく、又はより好ましくは耐性対立遺伝子を生成するために用いら
れる植物からの変化していない4788遺伝子配列に基づくプライマーでのPC
Rを用いて単離される。コーディング配列内の変異の存在を決定するために対立
遺伝子をスクリーニングした後、その対立遺伝子は、推定上の耐性を与える対立
遺伝子が形質転換されている植物にインヒビターに対する耐性を与える能力につ
いてテストされる。これらの植物は、アラビドプシス植物又はその生長が478
8インヒビターに対して感受性であるいずれかの他の植物であり得る。第2に、
その挿入された4788遺伝子は、周知の制限フラグメント長多形性(RFLP
s)に対してマッピングされる(例えば、Chang et al. Proc. Natl. Acad, Sci
, USA 85 : 6856-6860 (1988) ; Nam et al., Plant Cell 1 : 699-705 (1989),
cleaved amplified polymorphic sequences (CAPS) (Konieczny and Ausubel (
1993) The Plant Journal, 4 (2) : 403-410) 、又はSSLPs (Bell and Ecker (1
994) Genomics, 19 : 137-144 を参照のこと)。4788インヒビター耐性特性
は、同じマーカーを用いて独立してマッピングされる。耐性が4788遺伝子の
変異による場合、耐性特性は4788遺伝子の位置と区別できない位置にマッピ
ングされる。The confirmation of the herbicide tolerance gene base or the 4788 gene is confirmed as follows. Initially, 478 from plants showing resistance to the inhibitor
The alleles of the eight genes were based on the Arabidopsis cDNA coding sequence shown in SEQ ID NO: 2, or more preferably, PC with primers based on the unchanged 4788 gene sequence from the plant used to generate the resistance allele.
Isolated using R. After screening the allele to determine the presence of a mutation in the coding sequence, the allele is tested for the ability to confer resistance to the inhibitor on the plant in which the allele conferring putative resistance has been transformed. . These plants are Arabidopsis plants or their growth is 478
It can be any other plant that is susceptible to 8 inhibitors. Second,
The inserted 4788 gene has a known restriction fragment length polymorphism (RFLP).
s) (eg, Chang et al. Proc. Natl. Acad, Sci.
, USA 85: 6856-6860 (1988); Nam et al., Plant Cell 1: 699-705 (1989),
cleaved amplified polymorphic sequences (CAPS) (Konieczny and Ausubel (
1993) The Plant Journal, 4 (2): 403-410), or SSLPs (Bell and Ecker (1
994) Genomics, 19: 1377-144). 4788 inhibitor resistance properties are independently mapped using the same marker. If the resistance is due to a mutation in the 4788 gene, the resistance trait maps to a position that is indistinguishable from the position of the 4788 gene.
【0081】 4788遺伝子の除草剤耐性対立遺伝子を得る別の方法は、植物細胞培養にお
ける選択による。植物組織の外植片、例えば胚、葉ディスク等又は問題の植物の
活性に生長するカルス又は懸濁培養物は、研究室環境に用いるために適した阻害
性除草剤又はアナログインヒビターの増加濃度の存在下での培地で生長させる。
種々の程度の生長が異なる培養で記録される。特定の培養において、通常の阻害
濃度のインヒビターの存在下でさえ生長し続ける迅速生長変異体コロニーが生ず
る。このような迅速に生長する変異体が発生する頻度は、その組織又は細胞をイ
ンヒビターに露出する前に化学的又は物理的変異誘発原での処理により増加させ
ることができる。4788遺伝子の推定上の耐性を与える対立遺伝子は先のパラ
グラフに記載されるように単離され、テストされる。除草剤耐性を与えるとして
同定されたこれらの対立遺伝子は、次に、最適な発現のために操作し、植物に形
質転換することができる。あるいは、植物は、これらの対立遺伝子を含む組織又
は細胞培養物から再生することができる。Another way to obtain the herbicide resistance allele of the 4788 gene is by selection in plant cell culture. Explants of plant tissue, such as embryos, leaf disks, etc., or callus or suspension cultures that grow to the activity of the plant in question, have increased concentrations of inhibitory herbicides or analog inhibitors suitable for use in a laboratory environment. Grow in medium in the presence.
Different degrees of growth are recorded in different cultures. In certain cultures, rapidly growing mutant colonies that continue to grow even in the presence of normal inhibitory concentrations of inhibitors are produced. The frequency of occurrence of such rapidly growing mutants can be increased by treatment with a chemical or physical mutagen prior to exposing the tissue or cell to the inhibitor. Alleles that confer the putative resistance of the 4788 gene are isolated and tested as described in the preceding paragraph. These alleles identified as conferring herbicide tolerance can then be manipulated for optimal expression and transformed into plants. Alternatively, plants can be regenerated from tissue or cell culture containing these alleles.
【0082】 なお別の方法は、細菌又はイースト中の野生型除草剤感受性植物4788遺伝
子の変異誘発、次の阻害濃度のインヒビターを含む培地上での微生物の培養及び
次のインヒビターの存在下で生長するこれらのコロニーの選択に関する。より詳
しくは、植物cDNA、例えば4788をコードするアラビドプシスcDNAは
、さもなければ選択された遺伝子の活性を欠如する微生物にクローン化される。
その形質転換された微生物は、次に、当業界で知られたいくつかの化学的又は酵
素的方法のいずれか、例えばナトリウムビスルファイト(Shortle et al., Meth
ods Enzymol. 100 : 457-468 (1983) ; メトキシルアミン(Kadonaga et al., N
ucleic Acids Res. 13 : 1733-1745 (1985) ; オリゴヌクレオチド誘導飽和変異
誘発(Hutchinson et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 83 : 710-714 (1986)
;又は種々のポリメラーゼミスインコーポレーションストラテジー(例えばShor
tle et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 79 : 1588-1592 (1982) ; Shiraish
i et al., Gene 64 : 313-319 (1988);及びLeung et al., Technique 1 : 11-1
5 (1989)を参照のこと)により、生体内変異誘発又は試験管内変異誘発にかけら
れる。通常の阻害濃度のインヒビターの存在下で生長するコロニーは、反後のリ
ストリーキングにより採取精製される。それらのプラスミドは、それらを478
8遺伝子活性を欠如する微生物に再形質転換することによりインヒビターに耐性
を与える能力について精製され、テストされる。このテストを通過するプラスミ
ドからのcDNA挿入物のDNA配列を次に決定する。Still another method involves mutagenizing the 4788 gene of a wild-type herbicide-sensitive plant in bacteria or yeast, culturing the microorganism on a medium containing the next inhibitory concentration of the inhibitor, and growing in the presence of the next inhibitor. To select these colonies. More specifically, a plant cDNA, for example, an Arabidopsis cDNA encoding 4788, is cloned into a microorganism that otherwise lacks the activity of the selected gene.
The transformed microorganism is then subjected to any of several chemical or enzymatic methods known in the art, such as sodium bisulfite (Shortle et al., Meth.
ods Enzymol. 100: 457-468 (1983); methoxylamine (Kadonaga et al., N
ucleic Acids Res. 13: 1733-1745 (1985); Oligonucleotide-induced saturation mutagenesis (Hutchinson et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 83: 710-714 (1986))
Or various polymerase miss incorporation strategies (eg, Shor
tle et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 79: 1588-1592 (1982); Shiraish
i et al., Gene 64: 313-319 (1988); and Leung et al., Technique 1: 11-1.
5 (1989)) in vivo or in vitro mutagenesis. Colonies that grow in the presence of the usual inhibitory concentrations of the inhibitor are harvested and purified by subsequent retreaking. Those plasmids make them 478
Purified and tested for the ability to confer resistance to an inhibitor by re-transforming a microorganism lacking 8 gene activity. The DNA sequence of the cDNA insert from the plasmid passing this test is then determined.
【0083】 除草剤耐性4788タンパク質は、DNAシャッフリングとも呼ぶ試験管内組
換えに関する方法を用いても得られる。DNAシャッフリングにより、変異、好
ましくはランダム変異は4788遺伝子に導入される。DNAシャッフリングは
4788遺伝子内の配列の組換え及び再配置を、又は2もしくはそれ超の異なる
4788遺伝子の間の配列の組換え及び交換を導く。これらの方法は、何百万の
変異した4788遺伝子の生産を許容する。変異した遺伝子又はシャッフリング
した遺伝子は、要求される特性、例えば除草剤に対する改良された耐性について
及び異なるクラスのインヒビター化学物質に対する広範囲の耐性を供する変異に
ついてスクリーニングされる。このようなスクリーニングは、当業者の範囲内で
ある。The herbicide-tolerant 4788 protein can also be obtained using a method for in vitro recombination, also called DNA shuffling. By DNA shuffling, a mutation, preferably a random mutation, is introduced into the 4788 gene. DNA shuffling leads to the recombination and rearrangement of sequences within the 4788 gene, or the recombination and exchange of sequences between two or more different 4788 genes. These methods allow the production of millions of mutated 4788 genes. The mutated or shuffled genes are screened for the required properties, such as improved resistance to herbicides and for mutations that provide a wide range of resistance to different classes of inhibitor chemicals. Such screening is within the skill of the art.
【0084】 好ましい実施形態において、変異誘発した4788遺伝子は、少くとも1のテ
ンプレート4788遺伝子から形成され、ここでそのテンプレート4788遺伝
子は、要求される大きさの二本鎖ランダムフラグメントに開裂されており、そし
て二本鎖ランダムフラグメントの得られた集団に1又は複数の一本又は二本鎖オ
リゴヌクレオチドを加え、ここで前記オリゴヌクレオチドは、同定の領域及び二
本鎖ランダムフラグメントに対して異種の領域を含み;得られた二本鎖ランダム
フラグメント及びオリゴヌクレオチドの混合物を一本鎖のフラグメントに変性し
;得られた一本鎖フラグメントの集団を、ポリメラーゼと、同一の前記領域で前
記一本鎖フラグメントのアニーリングを生じ、前記一本鎖フラグメントの対を形
成する条件下でインキュベートし、ここで前記同一の領域は一対の一方のメンバ
ーが他方の複製をプライミングするのに十分であり、それにより変異誘発された
二本鎖ポリヌクレオチドを形成し;そして少くとも2回の更なるサイクル、第2
及び第3のステップをくり返し、ここで更なるサイクルの第2のステップにおけ
る得られた混合物は先のサイクルの第3のステップからの変異誘発された二本鎖
ポリヌクレオチドを含み、そして更なるサイクルが、更に変異誘発された二本鎖
ポリヌクレオチドを形成し、ここで変異誘発されたポリヌクレオチドは、天然の
4788活性を阻害する除草剤に対して増強された活性を有することを含む。好
ましい実施形態において、二本鎖ランダムフラグメントの集団における単一種の
二本鎖ランダムフラグメントの濃度は、全DNAの1重量%未満である。更に好
ましい実施形態において、テンプレート二本鎖ポリヌクレオチドは、少くとも約
100種のポリヌクレオチドを含む。別の好ましい実施形態において二本鎖ラン
ダムフラグメントの大きさは約5bp〜5kbである。更に好ましい実施形態におい
て、その方法の第4のステップは、少くとも10サイクル、第2及び第3のステ
ップをくり返すことを含む。このような方法は、例えば、Stemmer et al. (1994
) Nature 370 : 389-391、米国特許5,605,793及びCrameri et al. (19
98) Nature 391 : 288-291, Cherry et al. (1999) Nature Biotechnology, 17
: 379-384、並びにWO 97/20078に記載される。これらの引用文献は
引用により本明細書に組み込まれる。In a preferred embodiment, the mutagenized 4788 gene is formed from at least one template 4788 gene, wherein the template 4788 gene has been cleaved into a double-stranded random fragment of the required size. And adding one or more single or double-stranded oligonucleotides to the resulting population of double-stranded random fragments, wherein said oligonucleotides are heterologous to the identified region and to the double-stranded random fragment. Denaturing the resulting mixture of double-stranded random fragments and oligonucleotides into single-stranded fragments; transforming the resulting population of single-stranded fragments in the same region as the polymerase with the single-stranded fragments To form a pair of the single-stranded fragments. Wherein the same region is sufficient for one member of the pair to prime the other's replication, thereby forming a mutagenized double-stranded polynucleotide; and Additional cycles, second
And repeating the third step, wherein the resulting mixture in the second step of the further cycle comprises the mutagenized double-stranded polynucleotide from the third step of the previous cycle, and But also forms a mutagenized double-stranded polynucleotide, wherein the mutagenized polynucleotide has enhanced activity against a herbicide that inhibits native 4788 activity. In a preferred embodiment, the concentration of a single species of double-stranded random fragment in the population of double-stranded random fragments is less than 1% by weight of the total DNA. In a further preferred embodiment, the template double-stranded polynucleotide comprises at least about 100 polynucleotides. In another preferred embodiment, the size of the double-stranded random fragment is between about 5 bp and 5 kb. In a further preferred embodiment, the fourth step of the method comprises repeating the second and third steps for at least 10 cycles. Such a method is described, for example, in Stemmer et al. (1994
) Nature 370: 389-391; U.S. Patent 5,605,793 and Crameri et al. (19)
98) Nature 391: 288-291, Cherry et al. (1999) Nature Biotechnology, 17
: 379-384, as well as WO 97/20078. These references are incorporated herein by reference.
【0085】 別の好ましい実施形態において、2又はそれ超の異なる4788遺伝子のいず
れの組み合わせも、例えばZhaoら(1988)Nature Biotechnology 16 : 258-261
に記載されるようにスタガード(staggered)エクステンションプロセス(StE
P)により試験管内で変異誘発される。2又はそれ超の4788遺伝子がPCR
反応のエクステンションサイクルでのPCR増幅のためのテンプレートとして用
いられ、好ましくはポリメラーゼの至適重合温度により低い温度で行われる。例
えば、至適温度約72℃で熱安定性ポリメラーゼを用いる場合、エクステンショ
ン反応のための温度は72℃未満、より好ましくは65℃未満、好ましくは60
℃未満、より好ましくはエクステンション反応のための温度は55℃である。更
に、PCRサイクルのエクステンション反応の持続時間は、必要に応じて、当業
界で通常、行われるより短く、より好ましくは30秒未満、好ましくは15秒未
満、より好ましくはエクステンション反応の持続時間は5秒である。短いDNA
フラグメントのみが各々のエクステンション反応で重合し、変性及びアニーリン
グの各々のサイクルの後、出発DNA分子間のエクステンション産物のテンプレ
ートスイッチを許容し、それによりエクステンション反応の中で多様性を作り出
す。PCR反応の最適な数は、変異誘発すべき4788コーディング領域の長さ
に依存するが、必要に応じて40サイクル超、より好ましくは60サイクル超、
好ましくは80サイクル超が用いられる。4788遺伝子の各々の組合せのため
の最適なエクステンション条件及びPCRサイクルの最適な数は、当業界で公知
の手順を用いて記載されるように決定される。PCR反応のための他のパラメー
タは、当業界で一般に用いられるのと本質的に同じである。増幅反応のためのプ
ライマーは、好ましくは、4788遺伝子のコーディング配列の外側に位置した
DNA配列に、例えば4788遺伝子を含むベクターのDNA配列にアニーリン
グするようデザインされ、それによりPCR反応に用いる異なる4788遺伝子
が、好ましくは別個のベクター含まれる。プライマーは、必要に応じて4788
コーディング配列から500bp未満離れて位置し、好ましくは4788コーディ
ング配列から200bp未満、より好ましくは4788コーディング配列から72
0bp未満離れる。好ましくは、4788コーディング配列は、制限部位で囲われ
、PCR反応の間に増幅されるDNA配列内に含まれ、それにより増幅された産
物の好適なベクターへのクローニングを容易にする。In another preferred embodiment, any combination of two or more different 4788 genes can be used, for example, in Zhao et al. (1988) Nature Biotechnology 16: 258-261.
Staggered extension process (StE) as described in
P) is mutagenized in vitro. Two or more 4788 genes are PCR
It is used as a template for PCR amplification in the extension cycle of the reaction and is preferably performed at a temperature lower than the optimal polymerization temperature of the polymerase. For example, when using a thermostable polymerase at an optimum temperature of about 72 ° C, the temperature for the extension reaction is less than 72 ° C, more preferably less than 65 ° C, preferably 60 ° C.
C., more preferably the temperature for the extension reaction is 55.degree. In addition, the duration of the extension reaction of the PCR cycle may be shorter, if necessary, than is normally done in the art, more preferably less than 30 seconds, preferably less than 15 seconds, more preferably 5 minutes. Seconds. Short DNA
Only the fragments polymerize in each extension reaction, allowing template switching of the extension product between the starting DNA molecules after each cycle of denaturation and annealing, thereby creating diversity in the extension reaction. The optimal number of PCR reactions will depend on the length of the 4788 coding region to be mutagenized, but will be greater than 40 cycles, more preferably greater than 60 cycles, as needed.
Preferably more than 80 cycles are used. Optimal extension conditions and optimal number of PCR cycles for each combination of 4788 genes are determined as described using procedures known in the art. Other parameters for the PCR reaction are essentially the same as commonly used in the art. Primers for the amplification reaction are preferably designed to anneal to a DNA sequence located outside the coding sequence of the 4788 gene, for example, to the DNA sequence of a vector containing the 4788 gene, such that different 4788 genes used in the PCR reaction are used. However, a separate vector is preferably included. Primers were optionally 4788
Located less than 500 bp from the coding sequence, preferably less than 200 bp from the 4788 coding sequence, more preferably 72 bp from the 4788 coding sequence.
Less than 0 bp away. Preferably, the 4788 coding sequence is surrounded by restriction sites and included within the DNA sequence that is amplified during the PCR reaction, thereby facilitating cloning of the amplified product into a suitable vector.
【0086】 別の好ましい実施形態において、付着末端を有する4788遺伝子のフラグメ
ントはWO98/05765に記載されるように生産される。粘着末端は、47
88遺伝子の一部に対応する第1のオリゴヌクレオチドをその遺伝子内に存在し
ない第2のオリゴヌクレオチド又は第1のオリゴヌクレオチドに対応する遺伝子
の部分に隣接しない遺伝子の一部に対応する第2のオリゴヌクレオチドに連結さ
せることによって生産される。ここで、第2のオリゴヌクレオチドは少くとも1
のリボヌクレオチドを含む。二本鎖DNAは、テンプレートとして第1のオリゴ
ヌクレオチド及びプライマーとして第2のオリゴヌクレオチドを用いて生産され
る。リボヌクレオチドは開裂され、除去される。リボヌクレオチドの5’に位置
したヌクレオチドも除去されて、粘着末端を有する二本鎖フラグメントを生ずる
。このようなフラグメントは連結によりランダムに再アセンブルして遺伝子配列
の新規組合せが得られる。[0086] In another preferred embodiment, a fragment of the 4788 gene with cohesive ends is produced as described in WO 98/05765. The sticky end is 47
A first oligonucleotide corresponding to a portion of the 88 gene to a second oligonucleotide not present in the gene or a second oligonucleotide corresponding to a portion of the gene not adjacent to the portion of the gene corresponding to the first oligonucleotide. Produced by linking to an oligonucleotide. Wherein the second oligonucleotide is at least 1
Of ribonucleotides. Double-stranded DNA is produced using a first oligonucleotide as a template and a second oligonucleotide as a primer. The ribonucleotide is cleaved and removed. The nucleotide located 5 'of the ribonucleotide is also removed, yielding a double-stranded fragment with sticky ends. Such fragments are reassembled randomly by ligation to yield new combinations of gene sequences.
【0087】 除草剤耐性タンパク質は標的遺伝子のイン・シトウ改変に関する方法を用いて
も得られる。生体内で遺伝子を標的にし、それを変異させる技術は、自己相補キ
メラオリゴヌクレオチドに基づいて用いることができる。このアプローチは、部
位特異的及び遺伝性の様式で内在性遺伝子の改変のために開発されている(Beet
ham ら(1999) Proc. Natl. Acad. Sci. 96 : 8774-8778 : 米国特許第5,75
6,325号、米国特許第5,871,984号、米国特許第5,731,18
1号)。これらの引用文献は引用により本明細書に組み込まれる。更に、植物細
胞においてその場で遺伝子を変異させ又は改変することを含む農業学的に要求さ
れる特質を示す植物を生産するための方法が記載される(WO98/54330
)。この引用文献は、引用により本明細書に組み込まれる。このような改変は、
相同的組換えのような定方向突然変異誘発を介して作ることができ、得られた除
草剤耐性表現型に基づいて選択される(例えば、Pazkowski ら、EMBO J. 7 : 40
21-4026 (1988) 及び米国特許第5,487,992号、特にコラム18〜19
及び実施例18を参照のこと)。これらの引用文献は引用により本明細書に組み
込まれる。[0087] Herbicide-resistant proteins can also be obtained using methods involving in-situ modification of target genes. Techniques for targeting and mutating genes in vivo can be used based on self-complementary chimeric oligonucleotides. This approach has been developed for the modification of endogenous genes in a site-specific and hereditary manner (Beet
Ham et al. (1999) Proc. Natl. Acad. Sci. 96: 8774-8778: U.S. Pat.
No. 6,325, US Pat. No. 5,871,984, US Pat. No. 5,731,18
No. 1). These references are incorporated herein by reference. Furthermore, a method is described for producing plants exhibiting agronomically required properties, including mutating or modifying genes in situ in plant cells (WO 98/54330).
). This reference is incorporated herein by reference. Such modifications are
It can be made through directed mutagenesis such as homologous recombination and is selected based on the resulting herbicide-tolerant phenotype (eg, Pazkowski et al., EMBO J. 7:40).
21-4026 (1988) and U.S. Pat. No. 5,487,992, especially columns 18-19.
And Example 18). These references are incorporated herein by reference.
【0088】 いずれの4788遺伝子も又は4788遺伝子の組合せも、本発明の文脈にお
ける試験管内組換えのために用いられ、例えば、植物、例えばアラビドプシス・
タリアナ由来の4788遺伝子、例えば配列番号:1もしくは配列番号:2に示
す4788遺伝子、細菌、例えばバチルス・カルドリチクス(Bacillus caldolyticus )(Ghim及びNeuhard (1994) J. Bacteriol. 176 :
3698-3707) もしくは大腸菌(Andersenら(1995) J. Bacteriol. 177 : 2008-2
013)からの4788遺伝子、Zea maysからの4788遺伝子(Schultes
ら(1996) The Plant Cell, 8 : 463-475)である。これら全ては引用により本明
細書に組み込まれる。全体の4788遺伝子又はその部分が本発明に用いられる
。上述の方法により得られた変異した4788遺伝子のライブラリーは好適な発
現ベクターいクローン化され、得られたベクターは、好適な宿主、例えばChl amydomonas のような藻類、イースト又は細菌に形質転換される。好適
な宿主は、好ましくは、さもなければ4788遺伝子活性を欠如する宿主、例え
ば大腸菌uraA変異体(Andersenら(1995) J. Bacteriol. 177 : 2008-2013)
である。変異した4788遺伝子のライブラリーを含むベクター形質転換した宿
主細胞は、阻害濃度のインヒビターを含む培地上で培養され、そのインヒビター
の存在下で生長するコロニーが選択される。通常の阻害濃度のインヒビターの存
在下で生長するコロニーが採取され、くり返しのリストリーキングによって精製
される。それらのプラスミドが精製され、このテストを通過するプラスミドから
のcDNA挿入物のDNA配列が次に選択される。[0088] Any 4788 gene or combination of 4788 genes can be used for in vitro recombination in the context of the present invention, for example, a plant such as Arabidopsis.
A 4788 gene derived from Thaliana, such as the 4788 gene shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, a bacterium such as Bacillus caldolyticus (Ghim and Neuhard (1994) J. Bacteriol. 176:
3698-3707) or E. coli (Andersen et al. (1995) J. Bacteriol. 177: 2008-2)
013), 4788 gene from Zea mays (Schultes
(1996) The Plant Cell, 8: 463-475). All of which are incorporated herein by reference. The entire 4788 gene or a part thereof is used in the present invention. Library of 4788 genes mutations obtained by the method described above are cloned have suitable expression vector, resulting vector is transformed into a suitable host, for example, algae such as Chl Amydomonas, yeast or bacteria . Suitable hosts are preferably those that would otherwise lack 4788 gene activity, such as the E. coli uraA mutant (Andersen et al. (1995) J. Bacteriol. 177: 2008-2013).
It is. Vector-transformed host cells containing a library of mutated 4788 genes are cultured on a medium containing an inhibitory concentration of the inhibitor, and colonies that grow in the presence of the inhibitor are selected. Colonies that grow in the presence of the usual inhibitory concentrations of the inhibitor are picked and purified by repeated restreaking. The plasmids are purified and the DNA sequence of the cDNA insert from the plasmid that passes this test is then selected.
【0089】 インヒビターに対して耐性である改変4788遺伝子を同定するためのアッセ
イは、以下の改良を加えて4788活性のインヒビターを同定するためのアッセ
イと同様に行うことができる(インヒビターアッセイ、上述):最初に、変異体
4788をインヒビターアッセイの野生型4788について反応混合物の1つに
おいて置換した。第2に、宿主型酵素のインヒビターは両方の反応混合物中に存
在する。第3に、変異した活性(インヒビター及び変異した酵素の存在下での活
性)及び非変異活性(インヒビター及び野生型酵素の存在下での活性)を、酵素
活性の有意な増加が非変異活性と比べた時に変異活性で観察される。変異活性は
、好適な基質及びインヒビターの存在下での変異酵素の活性のいずれかの基準で
ある。非変異活性は、好適な基質及びインヒビターの存在下での野生型酵素の活
性のいずれかの基準である。有意な増加は、測定技術に固有の誤差の限界より大
きい酵素活性の増加として定義され、好ましくはインヒビターの存在下での野生
型酵素の活性の少くとも2倍又はそれ超の増加、より好ましくは少くとも5倍又
はそれ超の増加、最も好ましくは少くとも10倍又はそれ超の増加である。Assays for identifying modified 4788 genes that are resistant to inhibitors can be performed similarly to assays for identifying inhibitors of 4788 activity with the following modifications (inhibitor assays, supra). : First, mutant 4788 was substituted in one of the reaction mixtures for wild-type 4788 of the inhibitor assay. Second, inhibitors of host-type enzymes are present in both reaction mixtures. Third, a mutated activity (activity in the presence of an inhibitor and a mutated enzyme) and a non-mutated activity (activity in the presence of an inhibitor and a wild-type enzyme), Observed in mutant activity when compared. Mutation activity is any measure of the activity of the mutant enzyme in the presence of a suitable substrate and inhibitor. Non-mutant activity is any measure of the activity of the wild-type enzyme in the presence of a suitable substrate and inhibitor. A significant increase is defined as an increase in enzyme activity that is greater than a margin of error inherent in the measurement technique, preferably at least a 2-fold or more increase in the activity of the wild-type enzyme in the presence of the inhibitor, more preferably The increase is at least 5-fold or more, most preferably at least 10-fold or more.
【0090】 除草剤耐性植物を作り出すために用いることに加えて除草剤耐性4788をコ
ードする遺伝子は、植物細胞形質転換法における選択マーカーとして用いること
ができる。例えば、トランスジーンで形質転換した植物、植物組織、植物種子、
又は植物細胞は、植物が発現することができる変化した4788をコードする遺
伝子で形質転換することもできる。その形質転換された細胞は、改変遺伝子を発
現しない植物細胞の生存性を阻害するのに十分な量で酵素のインヒビターを含む
培地に移される。ここで、形質転換された細胞のみが生存するであろう。その方
法は改変4788コーディング遺伝子で形質転換され得るいずれの植物細胞にも
適用することができ、問題のいずれのトランスジーンでも用いることができる。
トランスジーン及び改変遺伝子の発現は、植物細胞中で機能的な同じプロモータ
ーにより、又は別個のプロモーターにより駆動させることができる。In addition to being used to create herbicide-tolerant plants, the gene encoding herbicide-tolerant 4788 can be used as a selectable marker in plant cell transformation methods. For example, a transgene-transformed plant, plant tissue, plant seed,
Alternatively, plant cells can be transformed with a gene encoding an altered 4788 that the plant can express. The transformed cells are transferred to a medium containing an inhibitor of the enzyme in an amount sufficient to inhibit the viability of plant cells that do not express the modified gene. Here, only the transformed cells will survive. The method can be applied to any plant cell that can be transformed with the modified 4788 coding gene and can use any transgene of interest.
Expression of the transgene and the modified gene can be driven by the same promoter, which is functional in plant cells, or by separate promoters.
【0091】 VI.植物形質転換技術 4788遺伝子の野生型又は除草剤耐性型は、慣用的な組換えDNA技術を用
いて植物又は細菌細胞に組込むことができる。一般に、これは当業界で周知の標
準的クローニング手順を用いて、DNA分子が異種である(即ち通常、存在しな
い)発現システムに4788をコードするDNA分子を挿入することに関する。
そのベクターは、ベクターを含む宿主細胞中の挿入されたタンパク質コーディン
グ配列の転写及び翻訳のための必要な要素を含む。当業界で知られた多数のベク
ターシステム、例えばプラスミド、バクテリファージウイルス及び他の改変ウイ
ルスを用いることができる。発現システムの構成物は、発現を増加させるよう改
変することもできる。例えば、トランケートされた配列、ヌクレオチド置換又は
他の改変を用いることができる。当業界で知られた発現システムを用いて好適な
条件下で本質的にいずれの作物細胞でも形質転換することができる。4788遺
伝子の野生型又は除草剤耐性型を含むトランスジーンは、好ましくは安定に形質
転換され、宿主細胞のゲノムに組み込まれる。別の好ましい実施形態において、
4788遺伝子の野生型又は除草剤耐性型を含むトランスジーンは自己複製ベク
ター上に位置する。自己複製ベクターの例はウイルス、特にジェミニウイルスで
ある。形質転換された細胞は、4788遺伝子の選択された形態がトランスジェ
ニック植物に除草剤耐性を与えるように、全体の植物に再生させることができる
。VI. Plant Transformation Techniques The wild-type or herbicide-resistant form of the 4788 gene can be incorporated into plant or bacterial cells using conventional recombinant DNA techniques. Generally, this involves using standard cloning procedures well known in the art to insert the DNA molecule encoding 4788 into an expression system in which the DNA molecule is heterologous (ie, usually not present).
The vector contains the necessary elements for transcription and translation of the inserted protein coding sequence in a host cell containing the vector. Many vector systems known in the art can be used, such as plasmids, bacteriophage viruses and other modified viruses. The components of the expression system can also be modified to increase expression. For example, truncated sequences, nucleotide substitutions or other modifications can be used. Essentially any crop cell can be transformed under suitable conditions using expression systems known in the art. A transgene containing a wild-type or herbicide-resistant form of the 4788 gene is preferably stably transformed and integrated into the genome of the host cell. In another preferred embodiment,
The transgene containing the wild-type or herbicide-resistant form of the 4788 gene is located on a self-replicating vector. An example of a self-replicating vector is a virus, especially a geminivirus. The transformed cells can be regenerated into whole plants so that the selected form of the 4788 gene confers herbicide resistance on the transgenic plants.
【0092】 A.植物発現カセットの作製のための要求 トランスジェニック植物において発現を意図した遺伝子配列は、最初に、植物
内で発現可能な好適なプロモーターの後方の発現カセット内でアセンブルされる
。発現カセットは、トランスジーンの発現のために必要とされ又は選択されるい
ずれかの更なる配列も含み得る。このような配列には、これらに限らないが、転
写ターミネーター、発現を増強するための外部配列、例えばイントロン、必須配
列、及び特定のオルガネラ及び細胞成分への遺伝子産物のターゲッティングを意
図した配列がある。これらの発現カセットは、次に、上述の植物形質転換ベクタ
ーに容易に移すことができる。以下に典型的な発現カセットの種々の成分を記載
する。A. Requirements for the Production of a Plant Expression Cassette Gene sequences intended for expression in transgenic plants are first assembled in an expression cassette behind a suitable promoter that can be expressed in the plant. The expression cassette may also include any additional sequences required or selected for expression of the transgene. Such sequences include, but are not limited to, transcription terminators, external sequences to enhance expression, such as introns, essential sequences, and sequences intended for targeting gene products to particular organelles and cellular components. . These expression cassettes can then be easily transferred to the plant transformation vectors described above. The following describes the various components of a typical expression cassette.
【0093】 1.プロモーター 発現カセットに用いるプロモーターの選択は、トランスジェニック植物中のト
ランスジーンの空間的及び時間的発現パターンを決定するであろう。選択された
プロモーターは、特定の細胞型(例えば葉表皮細胞、葉肉細胞、根皮層細胞)又
は特定の組織もしくは器官(例えば根、葉又は花)においてトランスジーンを発
現するであろうし、その選択は、遺伝子産物の蓄積の要求される位置を反映する
であろう。あるいは、選択されたプロモーターは、種々の誘導条件下で遺伝子の
発現を駆動することができる。プロモーターは、それらの強度において、即ち転
写を促進する能力において多様である。利用する宿主細胞系に依存して、当業界
で知られたいくつかの好適なプロモーターのうちのいずれか1つを用いることが
できる。例えば、構成的発現のために、CaMV35Sプロモーター、コメアク
チンプロモーター、又はユビキチンプロモーターを用いることができる。調節可
能な発現のために、タバコ又はアラビトプシスからの化学的に誘導可能なPR−
1プロモーターを用いることができる(例えば米国特許第5,689,044号
を参照のこと)。1. Promoter The choice of promoter used for the expression cassette will determine the spatial and temporal expression pattern of the transgene in the transgenic plant. The selected promoter will express the transgene in a particular cell type (eg, leaf epidermal cells, mesophyll cells, root cortex cells) or a particular tissue or organ (eg, root, leaf or flower), and the selection may be Will reflect the required location of gene product accumulation. Alternatively, the selected promoter can drive the expression of the gene under various inducing conditions. Promoters vary in their strength, ie, in their ability to promote transcription. Depending on the host cell system utilized, any one of several suitable promoters known in the art can be used. For example, for constitutive expression, the CaMV35S promoter, rice actin promoter, or ubiquitin promoter can be used. For regulatable expression, chemically inducible PR- from tobacco or arabitopsis
One promoter can be used (see, eg, US Patent No. 5,689,044).
【0094】 2.転写ターミネーター 発現カセットに用いるために種々の転写ターミネーターが利用できる。これら
は、トランスジーンを超える転写の終了及びその正確なポリアデニル化の原因で
ある。好適な転写ターミネーターは、植物において機能することが知られている
ものであり、CaMV35Sターミネーター、tmlターミネーター、ノパリン
シンターゼターミネーター及びエンドウrbcS E9ターミネーターを含む。
これらは、単子葉植物及び双子葉植物の両方で用いることができる。[0094] 2. Transcription terminators Various transcription terminators are available for use in expression cassettes. These are responsible for the termination of transcription over the transgene and its correct polyadenylation. Suitable transcription terminators are those known to function in plants, and include the CaMV35S terminator, the tml terminator, the nopaline synthase terminator and the pea rbcS E9 terminator.
These can be used in both monocots and dicots.
【0095】 3.発現の増強又は調節のための配列 多数の配列が転写ユニット内で遺伝子発現を増加させることが見い出されてお
り、これらの配列は、トランスジェニック植物においてそれらの発現を増加させ
るために本発明の遺伝子と合わせて用いることができる。例えば、種々のイント
ロン配列、例えばトウモロコシAdhl遺伝子のイントロンは特に単子葉植物に
おいて発現を増強することが示されている。更に、ウイルス由来のいくつかの非
翻訳リーダー配列も発現を増強することが知られており、これらは双子葉植物細
胞において特に有効である。[0095] 3. Sequences for enhancing or regulating expression Numerous sequences have been found to increase gene expression within transcription units, and these sequences may be used to increase their expression in transgenic plants. Can be used in conjunction with For example, various intron sequences, such as those in the maize Adhl gene, have been shown to enhance expression, especially in monocots. In addition, some untranslated leader sequences from the virus are also known to enhance expression, which are particularly effective in dicotyledonous cells.
【0096】 4.コーディング配列最適化 選択された遺伝子のコーディング配列は、問題の作物種において至適発現のた
めのコーディング配列を変化させることにより遺伝子操作することができる。特
定の作物種において至適発現を達成するためにコーディング配列を改変するため
の方法は公知である(例えばPerlakら、Proc. Natl Acad. Sci. USA 88 : 3324
(1991);及びKozielら、Bio/technol. 11 : 194 (1993)を参照のこと)。[0096] 4. Coding sequence optimization The coding sequence of a selected gene can be engineered by changing the coding sequence for optimal expression in the crop species in question. Methods for modifying coding sequences to achieve optimal expression in particular crop species are known (eg, Perlak et al., Proc. Natl Acad. Sci. USA 88: 3324).
(1991); and Koziel et al., Bio / technol. 11: 194 (1993)).
【0097】 5.細胞内の遺伝子産物のターゲッティング 遺伝子産物をターゲッティングするための種々のメカニズムが植物において存
在することが知られており、これらのメカニズムの機能性を制御する配列はいく
らか詳細にキャラクタライズされている。例えば、遺伝子産物のクロロプラスト
へのターゲッティングは、成熟タンパク質を作り出すためにクロロプラストイン
ポートの間に開裂される種々のタンパク質のアミノ末端で見い出されるシグナル
配列により制御される(例えば、Comai ら、J. Biol. Chem. 263 : 15104-15109
(1988))。他の遺伝子産物は他のオルガネラ、例えばミトコンドリア及びペルオ
キシソームに局在化する(例えばUnger ら、Plant Molec. Biol. 13 : 411-418
(1989)) 。これらの産物をコードするcDNAをこれらのオルガネラに対する異
種遺伝子産物のターゲッティングを行うようにも操作することができる。更に、
遺伝子産物の他の細胞構成物へのターゲッティングを引きおこす配列もキャラク
タライズされている。アミノ末端配列は、ER、アポプラスト及びアリューロン
細胞からの細胞外分泌へのターゲッティングの原因である(Koehler & Ho, Plan
t Cell 2:769-783(1990)。更に、カルボキシ末端配列と合わせたアミノ末端配
列は、遺伝子産物の液胞のターゲッティングの原因である(Shinshi ら、Plant
Molec. Biol. 14 : 357-368 (1990))。上述の好適なターゲッティング配列の問
題のトランスジーン配列への融合により、トランスジーン産物をいずれかのオル
ガネラ又は細胞構成物に指示することが可能である。[0097] 5. Targeting gene products in cells Various mechanisms for targeting gene products are known to exist in plants, and the sequences that control the functionality of these mechanisms have been characterized in some detail. For example, targeting of gene products to chloroplasts is controlled by signal sequences found at the amino terminus of various proteins that are cleaved during chloroplast import to create the mature protein (see, for example, Comai et al., J. Am. Biol. Chem. 263 : 15104-15109
(1988)). Other gene products are localized to other organelles, such as mitochondria and peroxisomes (eg, Unger et al., Plant Molec. Biol. 13 : 411-418).
(1989)). The cDNAs encoding these products can also be manipulated to target heterologous gene products to these organelles. Furthermore,
Sequences that cause targeting of the gene product to other cellular components have also been characterized. Amino-terminal sequences are responsible for targeting to extracellular secretions from ER, apoplast and aleurone cells (Koehler & Ho, Plan
t Cell 2: 769-783 (1990). Furthermore, amino terminal sequences combined with carboxy terminal sequences are responsible for vacuolar targeting of gene products (Shinshi et al., Plant
Molec. Biol. 14: 357-368 (1990)). By fusing the suitable targeting sequence described above to the transgene sequence in question, it is possible to direct the transgene product to any organelle or cellular component.
【0098】 B.植物形質転換ベクターの作製 植物形質転換のために利用できる多数の形質転換ベクターが植物形質転換技術
の当業者に知られており、本発明に関係する遺伝子は、いずれのこのようなベク
ターと合わせても用いることができる。ベクターの選択は、好ましい形質転換技
術及び形質転換のための標的種に依存するであろう。特定の標的種のために、異
なる抗生物質又は除草剤選択マーカーが与えられ得る。形質転換に慣用的に用い
られる選択マーカーには、カナマイシン及び関連抗生物質に対する耐性を与える mptII 遺伝子(Messing & Vierra. Gene 19 : 259-268 (1982) ; Bevan et al
., Nature 304 : 184-187 (1983))、除草剤ホスフィノトリシンに耐性を与える
bar遺伝子(White et al., Nucl. Acids Res 18 : 1062 (1990), Spencer et
al., Theor. Appl. Genet 79 : 625-631 (1990))、抗生物質ヒグロマイシンに
対する耐性を与えるhph遺伝子(Blochinger & Diggelmann, Mol Cell Biol 4 : 2929-2931)、及びメトトレキセートに対する耐性を与えるdhfr遺伝子(
Bourouis et al., EMBO J. 2 (7) : 1099-1104 (1983))、及びグリホセートに対
する耐性を与えるEPSPS遺伝子(米国特許4,940,935及び5,18
8,642)がある。B. Construction of Plant Transformation Vectors A number of transformation vectors available for plant transformation are available from plant transformation technology.
Genes known to those of ordinary skill in the
It can also be used in combination with a tar. Selection of the vector depends on the preferred transformation technique.
It will depend on the target species for surgery and transformation. For a particular target species,
A different antibiotic or herbicide selection marker may be provided. Conventionally used for transformation
Selectable markers confer resistance to kanamycin and related antibiotics mptII Gene (Messing & Vierra. Gene 19: 259-268 (1982); Bevan et al.
., Nature304 : 184-187 (1983)), conferring tolerance to the herbicide phosphinothricin
barGene (White et al., Nucl. Acids Res18 : 1062 (1990), Spencer et
al., Theor. Appl. Genet79 : 625-631 (1990)), the antibiotic hygromycin
Gives resistance tohphGene (Blochinger & Diggelmann, Mol Cell BiolFour : 2929-2931) and resistance to methotrexatedhfrgene(
Bourouis et al., EMBO J.2 (7) : 1099-1104 (1983)) and glyphosate
EPSPS gene that confers resistance to infection (U.S. Pat.
8, 642).
【0099】 1.アグロバクテリウム(Agrobacterium)形質転換のために適
したベクター アグロバクテリウム・ツメファシエンス(Agrobacterium tu mefaciens )を用いる形質転換のために多くのベクターが利用できる。
これらは、典型的には、少くとも1のT−DNAボーダー配列を有し、pBIN
19(Bevan, Nucl. Acids Res (1984))及びpXYZのようなベクターを含む。
アグロバクテリウム形質転換のために適した典型的なベクターには、バイナリー
ベクターpCIB200及びpCIB2001、並びにバイナリーベクターpC
IB10及びそのヒグロマイシン選択誘導体がある(例えば米国特許第5,63
9,949号を参照のこと)。1. Many vectors for transformation using Agrobacterium (Agrobacterium) vector suitable for transformation Agrobacterium tumefaciens (Agrobacterium tu mefaciens) are available.
These typically have at least one T-DNA border sequence and have a pBIN
19 (Bevan, Nucl. Acids Res (1984)) and vectors such as pXYZ.
Typical vectors suitable for Agrobacterium transformation include the binary vectors pCIB200 and pCIB2001, and the binary vector pCIB2001.
There are IB10 and its selective derivatives of hygromycin (eg, US Pat. No. 5,633).
9, 949).
【0100】 2.非アグロバクテリウム形質転換のために適したベクター アグロバクテリウムツメファシエンスを用いない形質転換は、選択された形質
転換ベクターにおけるT−DNA配列についての要求を回避し、結果としてこれ
らの配列を欠如するベクターは、T−DNA配列を含む上述のもののようなベク
ターに加えて利用することができる。アグロバクテリウムによらない形質転換技
術には、パーティクル・ボンバードメント、プロトプラスト取込み(例えばPE
G及びエレクトロポレーション)及びマイクロインジェクションを介する形質転
換がある。ベクターの選択は形質転換される種についての好ましい選択に大きく
依存する。非アグロバクテリウム形質転換のために適した典型的なベクターには
、pCIB3064、pSOG19、及びpSOG35がある(例えば米国特許
第5,639,949号を参照のこと)。[0100] 2. Vectors Suitable for Non-Agrobacterium Transformations Transformation without Agrobacterium tumefaciens circumvents the requirement for T-DNA sequences in the selected transformation vectors and results in the absence of these sequences. Such vectors can be used in addition to vectors such as those described above containing a T-DNA sequence. Agrobacterium-free transformation techniques include particle bombardment, protoplast uptake (eg, PE
G and electroporation) and transformation via microinjection. The choice of vector depends largely on the preferred choice for the species to be transformed. Exemplary vectors suitable for non-Agrobacterium transformation include pCIB3064, pSOG19, and pSOG35 (see, eg, US Pat. No. 5,639,949).
【0101】 C.形質転換技術 問題のコーディング配列を発現システムにクローン化した後、それは、植物細
胞に形質転換される。植物の形質転換及び再生のための方法は、当業界で公知で
ある。例えば、Tiプラスミドベクターは、外来DNAのデリバリー、並びに直
接的DNA取込み、リポソーム、エレクトロポレーション、マイクロインジェク
ション、及びマイクロプロジェクティルのために利用されている。更に、アグロ
バクテリウム属からの細菌は、植物細胞を形質転換するために利用することがで
きる。C. Transformation techniques After cloning the coding sequence in question into an expression system, it is transformed into plant cells. Methods for plant transformation and regeneration are known in the art. For example, Ti plasmid vectors have been utilized for delivery of foreign DNA, as well as for direct DNA uptake, liposomes, electroporation, microinjection, and microprojectiles. In addition, bacteria from the genus Agrobacterium can be used to transform plant cells.
【0102】 双子葉植物のための形質転換技術は当業界で公知であり、アグロバクテリウム
ベースの技術及びアグロバクテリウムを要求しない技術を含む。非アグロバクテ
リウム技術は、プロトプラスト又は細胞による直接的な外来性遺伝子材料の取込
みに関する。これはPEGもしくはエレクトロポレーション媒介取込み、パーテ
ィクルボンバードメント媒介デリバリー、又はマイクロインジェクションによっ
て行うことができる。各々の場合、形質転換された細胞は当業界で周知の標準的
技術を用いて完全な植物に再生される。ほとんどの単子葉植物種の形転換は現在
、ルーチン化している。好ましい技術には、PEG又はエレクトロポレーション
を用いるプロトプラストへの直接的遺伝子転移、カルス組織へのパーティクルボ
ンバードメント、並びにアグロバクウテリウム媒介形質転換がある。[0102] Transformation techniques for dicots are known in the art and include Agrobacterium-based techniques and techniques that do not require Agrobacterium. Non-Agrobacterium technology involves the direct uptake of exogenous genetic material by protoplasts or cells. This can be done by PEG or electroporation mediated uptake, particle bombardment mediated delivery, or microinjection. In each case, the transformed cells are regenerated into whole plants using standard techniques well known in the art. Transformation of most monocot species is now routine. Preferred techniques include direct gene transfer into protoplasts using PEG or electroporation, particle bombardment into callus tissue, and Agrobacterium-mediated transformation.
【0103】 VII .育種 本発明の野生型又は変化型は、裸子植物、単子葉植物、及び双子葉植物のもの
を含む、広範囲の種々の植物細胞に除草剤耐性を与えるために利用することがで
きる。これらの広いクラスにあるいずれの植物細胞にも遺伝子を挿入することが
できるが、作物の細胞、特にコメ、コムギ、オオムギ、ライムギ、コーン、ポテ
ト、ニンジン、サツマイモ、シュガービート、マメ、エンドウ、チユリ、レタス
、キャベツ、カリフラワー、ブロッコリー、カブ、ダイコン、ホウレンソウ、ア
スパラガス、オニオン、ニンニク、ナス、コショウ、セロリー、ニンジン、カボ
チャ(Squash,pumpkin)、ズッキーニ、キュウリ、リンゴ、セイ
ヨウナシ、マルメロ、メロン、プラム、サクランボ、モモ、ネクタリン、アンズ
、イチゴ、グレープ、ラズベリー、ブラックベリー、パイナップル、アボカド、
パパイヤ、マンゴー、バナナ、ダイズ、タバコ、トマト、モロコシ類及びサトウ
キビにおいて特に役立つ。野生型4788遺伝子の高レベル発現及び植物におい
て除草剤耐性を与える4788遺伝子の除草剤耐性型の発現は、生産及び質のた
めに重要な他の特徴と組み合わせて、育種アプローチ及び当業界で知られた技術
を介して植物系に組み込むことができる。VII. Breeding The wild type or mutated forms of the present invention can be utilized to confer herbicide tolerance on a wide variety of plant cells, including those of gymnosperms, monocots, and dicots. Genes can be inserted into any of these broad classes of plant cells, but can be from crop cells, especially rice, wheat, barley, rye, corn, potatoes, carrots, sweet potatoes, sugar beets, beans, peas, and lilies. , Lettuce, cabbage, cauliflower, broccoli, turnip, radish, spinach, asparagus, onion, garlic, eggplant, pepper, celery, carrot, pumpkin (Squash, pumpkin), zucchini, cucumber, apple, pear, quince, melon, Plum, cherry, peach, nectarine, apricot, strawberry, grape, raspberry, blackberry, pineapple, avocado,
Particularly useful in papaya, mango, banana, soybean, tobacco, tomato, sorghum and sugarcane. The high level expression of the wild-type 4788 gene and the expression of the herbicide-resistant form of the 4788 gene that confers herbicide resistance in plants, combined with other features important for production and quality, are well known in breeding approaches and in the art. And can be incorporated into plant systems via techniques.
【0104】 除草剤耐性4788遺伝子対立遺伝子が作物における直接的選択又は作物を再
生することができる植物細胞培養により得られる場合、それは、その対立遺伝子
を遺伝子操作し、それで植物を形質転換する必要なしに除草剤耐性作物を開発す
るための伝統的な育種技術を用いて商用品種にされる。 本発明は、以下の詳細な例を引用することにより更に記載されよう。これらの
例は説明の目的のためだけに供され、特に示さない限り、限定することを意図し
ない。If the herbicide-resistant 4788 gene allele is obtained by direct selection in the crop or by plant cell culture capable of regenerating the crop, it is not necessary to engineer the allele and transform the plant with it Become a commercial variety using traditional breeding techniques to develop herbicide-tolerant crops. The present invention will be further described by reference to the following detailed examples. These examples are provided for illustrative purposes only and are not intended to be limiting unless otherwise indicated.
【0105】 実施例 ここで用いる標準的組換えDNA及び分子クローニング技術は当業界で公知で
あり、Sambrook, et al., Molecular Cloning, eds., Cold Spring Harbor Labo
ratory Press, Cold Spring Harbor, Ny (1989), T.J.Silhavy, M.L.Berman, an
d L.W.Enquist, Experiments with Gene Fusions, Cold Spring Harbor Laborat
ory, Cold Spring Harbor NY (1984), Ausubel, F.M. et al., Current Protoco ls in Molecular Biology , pub. by Greene Publishing Assoc. and Wiley- Interscience (1987), Reiter et al., Methods in Arabidopsis Research, Wor
ld Scientific Press (1992)、及びSchultz et al., Plant Molecular Biology Manual , Kluwer Academic Publishers (1998) に記載される。これらの引用文献
は、アラビドプシスのT−DNA変異誘発集団からの遺伝子のタグ化及びクロー
ン化における全てのステップ:植物感染及び形質転換;実生変異体の同定のため
のスクリーニング;同時分離分析;及びプラスミドレスキューのために用いられ
る標準的な技術を記載する。EXAMPLES Standard recombinant DNA and molecular cloning techniques used herein are known in the art and are described in Sambrook, et al., Molecular Cloning , eds., Cold Spring Harbor Labo.
ratory Press, Cold Spring Harbor, Ny (1989), TJSilhavy, MLBerman, an
d LWEnquist, Experiments with Gene Fusions , Cold Spring Harbor Laborat
ory, Cold Spring Harbor NY (1984), Ausubel, FM et al., Current Protocols in Molecular Biology , pub. by Greene Publishing Assoc. and Wiley- Interscience (1987), Reiter et al., Methods in Arabidopsis Research , Wor
ld Scientific Press (1992), and Schultz et al., Plant Molecular Biology Manual , Kluwer Academic Publishers (1998). These references describe all steps in tagging and cloning genes from the T-DNA mutagenized population of Arabidopsis: plant infection and transformation; screening for identification of seedling variants; co-segregation analysis; and plasmids Describes the standard techniques used for rescue.
【0106】 実施例1:タグ化実生−アラビドジプシスのT−DNA変異誘発集団からの致
死系#4788の配列分析 T−DNA変異誘発から生ずるT−DNA挿入の一方又は両方の側に隣接する
アラビドプシスゲノムDNAを分子クローン化するためにプラスミドレスキュー
技術を用いる。この様式で得られたプラスミドは、それらの消化パターンに基づ
くクラスにプラスミドを分離するために制限酵素消化によって分析される。各々
のクラスのプラスミドクローンのために、DNA配列を決定する得られた配列は
、非T−DNAベクター配列の存在について分析する。プラスミドレスキュープ
ロトコルから回収したプラスミドをslp346プライマーを用いて配列決定す
る。プライマーslp346は左のT−DNAボーダーにすぐ隣接したフランキ
ング配列に情報を与える。プラスミドレスキューは、4788変異についてのヘ
テロ接合体からのゲノムDNAのPCRによって実証される。このPCR実験は
、予測されるフランキング配列内に固定されたプライマー及び(T−DNA挿入
物中に固定された)slp346プライマーを用いる。プラスミドレスキューク
ローンの配列に基づいて予想されるサイズのPCR産物を見い出すことで妥当な
レスキューを確認する。Example 1 Sequence Analysis of Lethal Line # 4788 from a Tagged Seedling-Arabidopsis T-DNA Mutagenized Population The Arabidopsis Genome Flanked on One or Both Sides of a T-DNA Insert Resulting from T-DNA Mutagenesis Plasmid rescue technology is used to molecularly clone DNA. Plasmids obtained in this manner are analyzed by restriction digestion to separate plasmids into classes based on their digestion pattern. For each class of plasmid clones, the resulting sequences that determine the DNA sequence are analyzed for the presence of non-T-DNA vector sequences. Plasmids recovered from the plasmid rescue protocol are sequenced using the slp346 primer. Primer slp346 informs the flanking sequence immediately adjacent to the left T-DNA border. Plasmid rescue is demonstrated by PCR of genomic DNA from heterozygotes for the 4788 mutation. This PCR experiment uses the primers immobilized within the predicted flanking sequence and the slp346 primer (immobilized in the T-DNA insert). Reasonable rescue is confirmed by finding a PCR product of the expected size based on the sequence of the plasmid rescue clone.
【0107】 上述のクローンから得られた配列を、ヌクレオチド配列データベースに対する
NCBIWWW blastnサーチに用いる(Altschulら(1990) J. Mol. Bi
ol. 215 : 403-410 : Altschulら(1997) Nucleic Acids Res. 25 : 3389-3402)
。そのサーチ結果は、回収された配列がアラビドプシス染色体II BACT9J
22(Genbank Acc. AC002505 (2739376))からのゲノムDNAと同一であること
を示す。挿入がおこっているゲノムDNAの領域を、推定上のパーミアーゼをコ
ードするとして注釈する(ACCESSION#2739376)。次にプライ
マーを予想されるmRNAの5’及び3’端に対してデザインし、テンプレート
としてアラビドプシスcDNAライブラリーからのDNAを用いてPCRを行う
。得られたPCR産物はTA連結化及びクローン化(Original TA Cloning Kit,
Invitrogen)、そして配列決定する。そのcDNA配列はGenbankに注釈
で予測される配列と同じであり、これにより推定上のオープンリーディングフレ
ーム注釈(annotation)を最初に確認する。The sequences obtained from the above clones are used for NCBIWWW blastn searches against nucleotide sequence databases (Altschul et al. (1990) J. Mol. Bi
ol. 215: 403-410: Altschul et al. (1997) Nucleic Acids Res. 25: 3389-3402)
. The search results indicate that the recovered sequence is Arabidopsis chromosome II BACT9J
22 (Genbank Acc. AC002505 (2739376)). The region of the genomic DNA where the insertion has taken place is annotated as encoding a putative permease (ACCESSION # 2 739 376). Next, primers are designed for the 5 'and 3' ends of the expected mRNA, and PCR is performed using DNA from an Arabidopsis cDNA library as a template. The obtained PCR product was TA-linked and cloned (Original TA Cloning Kit,
Invitrogen) and sequence. The cDNA sequence is the same as the sequence predicted by Genbank annotation, thereby first confirming the putative open reading frame annotation.
【0108】 実施例2:大腸菌によりなる組換え4788タンパク質の発現 cDNAクローンに対応する推定上の成熟タンパク質のコーディング領域を上
述の発現ベクターにサブクローン化し、製造元の条件を用いて大腸菌に形質転換
する。特定の例には、プラスミド、例えばpBluescript(Stratagene
, La Jolla, CA), pFLAG (International Biotechndogies, Inc., New Hav
en, CT)、及びpTrcHis(Invitrogen, La Jolla, CA)がある。Example 2 Expression of Recombinant 4788 Protein Consisting of Escherichia coli The coding region of the putative mature protein corresponding to the cDNA clone is subcloned into the above expression vector and transformed into E. coli using the manufacturer's conditions. . Specific examples include plasmids such as pBluescript (Stratagene
, La Jolla, CA), pFLAG (International Biotechndogies, Inc., New Hav
en, CT), and pTrcHis (Invitrogen, La Jolla, CA).
【0109】 実施例3:DNAシャッフリングによる4788遺伝子の試験管内組換え 4788タンパク質をコードするA.タリアナ4788遺伝子をPCRにより
増幅する。得られたDNAフラグメントを本質的に記載される(Stemmer ら(19
94) PNAS 91 : 10747-10751)ようなDNaseI処理により消化し、その反応
混合物からPCRプライマーを除去する。プライマーなしでPCR反応を行い、
次にプライマーと共にPCR反応を行う。両方とも記載(Stemmer ら1994) PNAS
91 : 10747-10751)されている。得られたDNAフラグメントをpTRC99a
(Pharmacia, Cat no : 27-5067-01)にクローン化し、Biorad Gene Pulser及び
製造元の条件を用いるエレクトロポレーションにより大腸菌uraA株(Anders
enら(1995) Journal of Bacteriol. 177 (8) : 2008-2013)に形質転換する。
その形質転換した細菌を阻害濃度のインヒビターを含む培地上で増殖させ、イン
ビターの存在下で増殖するコロニーを選択する。通常の阻害濃度のインヒビター
の存在下で増殖するコロニーを採取し、くり返しのリストリーキングによって精
製する、それらのプラスミドを精製し、次にこのテストを通過するプラスミドか
らのcDNA挿入物のDNA配列を決定する。同様の反応で、タンパク質をコー
ドするA.タリアナ4788遺伝子を含む、PCR増幅化DNAフラグメント及
び大腸菌uraA遺伝子を含むPCR増幅化DNAフラグメントを試験管内で組
み換えて、インヒビターに対する改良された耐性を有する得られた変異体を上述
のように回収する。Example 3: In vitro recombination of the 4788 gene by DNA shuffling A. encoding the 4788 protein The Thaliana 4788 gene is amplified by PCR. The resulting DNA fragment is essentially described (Stemmer et al. (19
94) Digest by DNase I treatment as in PNAS 91: 10747-10751) and remove the PCR primers from the reaction mixture. Perform a PCR reaction without primers,
Next, a PCR reaction is performed with the primers. Both listed (Stemmer et al. 1994) PNAS
91: 10747-10751). The obtained DNA fragment was ligated with pTRC99a
(Pharmacia, Cat no: 27-5067-01) and E. coli uraA strain (Anders) by electroporation using Biorad Gene Pulser and manufacturer conditions.
(1995) Journal of Bacteriol. 177 (8): 2008-2013).
The transformed bacteria are grown on a medium containing an inhibitory concentration of the inhibitor, and colonies that grow in the presence of the inhibitor are selected. Colonies that grow in the presence of the usual inhibitory concentrations of the inhibitor are picked and purified by repeated restreaking, the plasmids are purified, and then the DNA sequence of the cDNA insert from the plasmid passing this test is determined. I do. In a similar reaction, A. The PCR-amplified DNA fragment containing the Thaliana 4788 gene and the PCR-amplified DNA fragment containing the E. coli uraA gene are recombined in vitro and the resulting mutants with improved resistance to the inhibitor are recovered as described above.
【0110】 実施例4:スタガード(Staggered)エクステンション法による47
88遺伝子の試験管内組換え 4788タンパク質をコードするA.タリアナ4788遺伝子及び大腸菌ur
aA遺伝子を、各々pBluescriptベクターのポリリンカーにクローン
化する。“逆プライマー”及び“M13−20プライマー”(Stratage
ne Catalog)を用いて、本質的に記載される(Zhaoら(1998) Nature
Biotechnology 16 : 258-261 )ようにPCR反応を行う。増幅されたPCRフ
ラグメントを好適な制限酵素で消化し、pTRC99aにクローン化し、変異し
た4788遺伝子を実施例3に記載されるようにスクリーニングする。Example 4: 47 by the Staggered extension method
In vitro recombination of 88 genes Thaliana 4788 gene and E. coli ur
The aA gene is each cloned into the polylinker of the pBluescript vector. “Reverse primer” and “M13-20 primer” (Stratage
(Nata Catalog) (Zhao et al. (1998) Nature
Biotechnology 16: 258-261). The amplified PCR fragment is digested with appropriate restriction enzymes, cloned into pTRC99a, and the mutated 4788 gene is screened as described in Example 3.
【0111】 実施例5:試験管内結合アッセイ 組換え4788タンパク質を、例えば実施例2に従って得る。そのタンパク質
をリガンド結合アッセイのために適したチップ上に固定する。そのチップ上に固
定されたタンパク質を当業界で公知の方法に従って溶液中のサンプル化合物に露
出する。サンプル化合物をその固定されたタンパク質と接触させて、タンパク質
−リガンド相互作用を検出することができる測定を行う。このような測定の例は
、上述のSELDI、biacore及びFLCである。タンパク質に結合する
ことが見い出された化合物は、この様式で直ちに発見され、例えば以下の実施例
6に従って、更なるキャラクタリゼーションにかけられる。Example 5 In Vitro Binding Assay Recombinant 4788 protein is obtained, for example, according to Example 2. The protein is immobilized on a chip suitable for a ligand binding assay. The proteins immobilized on the chip are exposed to sample compounds in solution according to methods known in the art. The sample compound is contacted with the immobilized protein and a measurement is taken that can detect protein-ligand interactions. Examples of such measurements are SELDI, biacore and FLC described above. Compounds found to bind to proteins are immediately discovered in this manner and are subjected to further characterization, for example, according to Example 6 below.
【0112】 実施例6:ウラシルパーミアーゼ活性のためのアッセイ 4788活性の通常の機能性に影響を与える化合物についてスクリーニングす
るため簡単なアッセイを開発する。このような化合物は生体内除草活性について
テストすることができる試験管内リード化合物を約束する。そのアッセイは、4
788遺伝子を有し、それを機能的に発現する大腸菌uraAを、最小培地中で
、最小阻害濃度の5−フルオロウラシルの存在下で生長させることからなる。こ
れは、自動化高スループットスクリーニングのための96ウェル形態で行われる
。4788タンパク質の機能をブロックするために有効である化合物は細胞が5
−FUを摂取する能力を阻害し、細菌の増殖がおこる。この増殖は、簡単な比濁
測定手段によって測定される。より詳しくは、本発明は、パーミアーゼ活性のイ
ンヒビターを同定する方法であって、 a)配列番号:1もしくは配列番号:2、又はそれに実質的に類似するヌクレ
オチド配列を、パーミアーゼ欠損宿主細胞、例えば大腸菌uraAに、前記配列
が機能的に発現可能であるように導入し、 b)前記ヌクレオチド配列を含む宿主細胞を、最小阻害濃度の5−フルオロウ
ラシルと、及び前記パーミアーゼの活性を阻害する能力についてテストすべき化
合物と、このような阻害に資する条件下で組み合わせ、 c)ステップ(b)の条件下で宿主細胞増殖を測定し;そして d)ステップ(c)で宿主細胞増殖を阻害する化合物を選択し、そして任意に
、 e)ステップ(d)で同定された化合物を除草活性についてテストすべき植物
に適用し、そして f)ステップ(e)において除草活性を有する化合物を選択すること を含む方法に関する。Example 6: Assay for uracil permease activity A simple assay is developed to screen for compounds that affect the normal functionality of 4788 activity. Such compounds promise an in vitro lead compound that can be tested for herbicidal activity in vivo. The assay is 4
E. coli uraA carrying the 788 gene and functionally expressing it is grown in minimal medium in the presence of a minimal inhibitory concentration of 5-fluorouracil. This is done in a 96-well format for automated high-throughput screening. Compounds that are effective to block the function of the 4788 protein are 5
-Inhibits the ability to ingest FU and causes bacterial growth. This growth is measured by simple turbidimetric means. More particularly, the invention relates to a method of identifying an inhibitor of permease activity, comprising the steps of: a) replacing SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, or a nucleotide sequence substantially similar thereto, with a permease-deficient host cell, such as E. coli; introducing the sequence into uraA such that the sequence is functionally expressible; b) testing the host cell containing the nucleotide sequence for a minimal inhibitory concentration of 5-fluorouracil and the ability to inhibit the activity of the permease. C) measuring host cell growth under the conditions of step (b); and d) selecting a compound that inhibits host cell growth in step (c). And, optionally, e) applying the compound identified in step (d) to the plant to be tested for herbicidal activity, and It said method comprising selecting a compound which has a herbicidal activity at f) Step (e).
【0113】 上述の実施形態は説明のためである。本発明の開示は、本発明の多くのバリエ
ーションを当業者に与えるであろう。全てのこのような明らかな予測できるバリ
エーションは添付の請求の範囲に含まれることを意図する。The above embodiments are illustrative. The disclosure of the present invention will give those skilled in the art many variations of the invention. All such obvious and predictable variations are intended to be within the scope of the appended claims.
【配列表】 [Sequence list]
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C12N 5/10 C12Q 1/02 4H011 9/00 1/25 C12Q 1/02 C12R 1:91) 1/25 C12N 15/00 ZNAA //(C12N 5/10 5/00 B C12R 1:91) C (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,UG,ZW),E A(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ,BA ,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CR, CU,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB,G D,GE,GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN ,IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC, LK,LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,M K,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO ,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ, TM,TR,TT,UA,UG,US,UZ,VN,Y U,ZA,ZW (72)発明者 バドツィスツェウスキ,グレゴリー ジョ セフ アメリカ合衆国,ノースカロライナ 27705,ダーハム,エングルウッド アベ ニュ 2016 (72)発明者 ウォード,エリック ラッセル アメリカ合衆国,ノースカロライナ 27707,ダーハム,ベントレー ドライブ 3761 (72)発明者 バーナスコニ,ポール アメリカ合衆国,ノースカロライナ 27514,チャペル ヒル,ウィンドホバー ドライブ 102 Fターム(参考) 2B030 AA02 AB03 AD05 CA06 CA17 CA19 CB03 CD14 4B024 AA07 AA08 BA07 CA04 DA01 DA02 DA05 DA12 EA01 EA02 EA04 FA02 GA11 HA11 4B050 CC01 CC03 DD13 LL10 4B063 QA01 QA08 QQ05 QQ21 QR01 QR57 QR59 QR74 QR80 QS05 QS36 QX01 4B065 AA01X AA72X AA88X AA88Y AA90X AB01 BA01 CA27 CA47 CA53 4H011 AB04 BB19 DH11 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) C12N 5/10 C12Q 1/02 4H011 9/00 1/25 C12Q 1/02 C12R 1:91) 1/25 C12N 15/00 ZNAA // (C12N 5/10 5/00 B C12R 1:91) C (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR , IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, MW, SD, SL, SZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AL, AM, A T, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CR, CU, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR , HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZA, ZW (72 ) Inventor Badtsitsszewski, Gregory Joseph Joseph United States, North Carolina 27705, Durham, Englewood Avenue 2016 (72) Inventor Ward, Eric Russell United States of America, North Carolina 27707, Durham, Bentley Dora Eve 3761 (72) Inventor Burnasconi, Paul United States, North Carolina 27514, Chapel Hill, Windhover Drive 102 F-term (reference) 2B030 AA02 AB03 AD05 CA06 CA17 CA19 CB03 CD14 4B024 AA07 AA08 BA07 CA04 DA01 DA02 DA05 DA12 EA01 EA02 EA04 FA02 GA11 HA11 4B050 CC01 CC03 DD13 LL10 4B063 QA01 QA08 QQ05 QQ21 QR01 QR57 QR59 QR74 QR80 QS05 QS36 QX01 4B065 AA01X AA72X AA88X AA88Y AA90X AB01 BA01 CA27 CA47 CA53 4H011 AB04 BB19 DH11
Claims (42)
チド配列。1. A nucleotide sequence substantially similar to SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2.
請求項1に記載のヌクレオチド配列。2. The nucleotide sequence according to claim 1, which encodes an amino acid sequence substantially similar to SEQ ID NO: 3.
1に記載のヌクレオチド配列。3. The nucleotide sequence according to claim 1, wherein said nucleotide sequence is a plant nucleotide sequence.
のヌクレオチド配列。4. The nucleotide sequence according to claim 1, wherein said protein has permease activity.
有する請求項4に記載のヌクレオチド配列。5. The nucleotide sequence according to claim 4, wherein said protein has purine or pyrimidine permease activity.
チド配列によりコードされるアミノ酸配列を含むアミノ酸配列。6. An amino acid sequence comprising an amino acid sequence encoded by a nucleotide sequence substantially similar to SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2.
酸。7. An amino acid comprising an amino acid sequence substantially similar to SEQ ID NO: 3.
のアミノ酸配列。8. The amino acid sequence according to claim 6, wherein the protein has permease activity.
有する請求項8に記載のアミノ酸配列。9. The amino acid sequence according to claim 8, wherein the protein has purine or pyrimidine permease activity.
酸配列の少くとも20の連続アミノ酸残基を含むアミノ酸配列。10. An amino acid sequence comprising at least 20 contiguous amino acid residues of the amino acid sequence encoded by SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2.
酸残基を含むアミノ酸配列。11. An amino acid sequence comprising at least 20 consecutive amino acid residues of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3.
用可能に結合したプロモーターを含むキメラ遺伝子。12. A chimeric gene comprising a promoter operably linked to the nucleotide sequence according to claim 1.
あって、該ベクターが宿主細胞に安定に形質転換することができる組換えベクタ
ー。13. A recombinant vector comprising the chimeric gene according to claim 12, wherein the vector is capable of stably transforming a host cell.
記ヌクレオチド配列が前記細胞内で発現できる宿主細胞。14. A host cell comprising the vector of claim 13, wherein said host cell is capable of expressing said nucleotide sequence in said cell.
主細胞。15. The host cell according to claim 14, wherein said host cell is a eukaryotic cell.
からなる群から選択される請求項15に記載の宿主細胞。16. The host cell according to claim 15, wherein said host cell is selected from the group consisting of an insect cell, a yeast cell, and a plant cell.
主細胞。17. The host cell according to claim 15, wherein said host cell is a prokaryotic cell.
である請求項18に記載の植物。19. The plant according to claim 18, wherein said plant is resistant to an inhibitor of permease activity.
るヌクレオチド配列を作るための方法であって、 a)請求項1に記載のヌクレオチド配列をシャッフリングし、 b)得られたシャッフリングしたヌクレオチド配列を発現させ、そして c)改変していないヌクレオチド配列の遺伝子産物のパーミアーゼ活性と比べ
て変化したパーミアーゼ活性について選択すること を含む方法。20. A method for making a nucleotide sequence encoding a gene product having altered permease activity, comprising: a) shuffling the nucleotide sequence of claim 1; b) the resulting shuffled nucleotide sequence. And c) selecting for altered permease activity relative to the permease activity of the gene product of the unmodified nucleotide sequence.
ある請求項20に記載の方法。21. The method of claim 20, wherein said nucleotide sequence is SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2.
ゼ活性である請求項20に記載の方法。22. The method of claim 20, wherein said permease activity is purine or pyrimidine permease activity.
リングされたDNA分子。23. A shuffled DNA molecule obtainable by the method of claim 20.
のインヒビターに対する耐性が増加した遺伝子産物をコードする請求項20に記
載の方法により得ることができるシャッフリングされたDNA分子。24. A shuffled DNA molecule obtainable by the method of claim 20, wherein the shuffled DNA molecule encodes a gene product having increased resistance to inhibitors of permease activity.
に作用可能に結合したプロモーターを含むキメラ遺伝子。25. A chimeric gene comprising a promoter operably linked to the nucleotide sequence according to any one of claims 23 to 24.
あって、該ベクターが宿主細胞に安定に形質転換することができる組換えベクタ
ー。26. A recombinant vector comprising the chimeric gene according to claim 25, wherein the vector is capable of stably transforming a host cell.
記ヌクレオチド配列が前記細胞内で発現できる宿主細胞。27. A host cell comprising the vector of claim 26, wherein said nucleotide sequence is capable of being expressed in said cell.
主細胞。28. The host cell according to claim 27, wherein said host cell is a eukaryotic cell.
からなる群から選択される請求項27に記載の宿主細胞。29. The host cell according to claim 27, wherein said host cell is selected from the group consisting of an insect cell, a yeast cell, and a plant cell.
主細胞。30. The host cell according to claim 27, wherein said host cell is a prokaryotic cell.
である請求項31に記載の植物。32. The plant according to claim 31, wherein said plant is resistant to an inhibitor of permease activity.
ストすべき化合物を、結合に資する条件下で組み合わせ、 b)前記タンパク質に結合することができるステップ(a)で同定された化合
物を選択し、 c)ステップ(b)で同定された化合物を、除草活性についてテストすべき植
物に適用し、そして d)除草活性を有する化合物を選択すること を含む方法。33. A method for identifying a compound having herbicidal activity, comprising: a) combining the protein of claim 6 and a compound to be tested for its ability to bind to said protein under conditions conducive to binding; b. A) selecting the compound identified in step (a) that is capable of binding said protein; c) applying the compound identified in step (b) to the plant to be tested for herbicidal activity; Selecting a compound having activity.
活性を有する化合物。34. A compound having herbicidal activity that can be identified by the method according to claim 33.
する方法であって、 a)パーミアーゼ及び該パーミアーゼの活性を阻害する能力についてテストす
べき化合物を、その阻害に資する条件下で組み合わせ、 b)前記パーミアーゼ活性を阻害することができるステップ(a)で同定され
た化合物を選択し、 c)ステップ(b)で同定された化合物を、除草活性についてテストすべき植
物に適用し、そして d)除草活性を有する化合物を選択すること を含む方法。35. A method for identifying an inhibitor of permease activity having herbicidal activity, comprising: a) combining permease and a compound to be tested for its ability to inhibit the activity of permease under conditions conducive to the inhibition; b. A) selecting the compound identified in step (a) capable of inhibiting said permease activity; c) applying the compound identified in step (b) to the plant to be tested for herbicidal activity; and d) Selecting a compound having herbicidal activity.
ある請求項35に記載の方法。36. The method of claim 35, wherein said permease is a purine or pyrimidine permease.
活性を有する化合物。37. A compound having herbicidal activity that can be identified by the method of claim 35.
、 a)配列番号:1もしくは配列番号:2、又はそれらに実質的に類似したヌク
レオチド配列を、パーミアーゼ欠損宿主細胞、例えば大腸菌uraAに、前記配
列が機能的に発現可能であるように導入し; b)前記ヌクレオチド配列を含む宿主細胞を、最小阻害濃度の5−フルオロウ
ラシルと、及び前記パーミアーゼの活性を阻害する能力についてテストすべき化
合物と、その阻害に資する条件下で組み合わせ; c)ステップ(b)の条件下で宿主細胞増殖を測定し;そして d)ステップ(c)において宿主細胞増殖を阻害する化合物を選択すること を含む方法。38. A method for identifying an inhibitor of permease activity, comprising: a) transferring SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, or a nucleotide sequence substantially similar thereto, to a permease deficient host cell, such as E. coli uraA . B) introducing a host cell containing said nucleotide sequence into a host cell containing said nucleotide sequence with a minimal inhibitory concentration of 5-fluorouracil and the ability to inhibit the activity of said permease. C) measuring host cell growth under the conditions of step (b); and d) selecting a compound that inhibits host cell growth in step (c). .
活性を有する化合物。39. A compound having a herbicidal activity that can be identified by the method according to claim 38.
求項6に記載のアミノ酸配列の活性を阻害する化合物を、前記植物の生長を抑制
するのに十分な量で適用することを含む方法。40. A method for inhibiting the growth of a plant, which comprises adding the compound that inhibits the activity of the amino acid sequence according to claim 6 to the plant in an amount sufficient to inhibit the growth of the plant. A method that includes applying at.
記載の化合物からなる群から選択される請求項40に記載の方法。41. The method of claim 40, wherein said compound is selected from the group consisting of the compound of claim 37 and the compound of claim 39.
は種子及び請求項32に記載の植物又は種子からなる群から選択される除草剤耐
性植物又は種子に、請求項34に記載の化合物、請求項37に記載の化合物及び
請求項39に記載の化合物からなる群から選択される除草活性を有する化合物を
、除草剤耐性植物又は種子の生長を有意に抑制することなく不要な植物の生長を
阻害する量で適用することを含む方法。42. A method for improving a crop, comprising the steps of providing a plant or seed according to claim 19 and a herbicide-tolerant plant or seed selected from the group consisting of the plant or seed according to claim 32. 34, a compound having herbicidal activity selected from the group consisting of the compound according to claim 37 and the compound according to claim 39, without significantly suppressing the growth of herbicide-tolerant plants or seeds. A method comprising applying in an amount that inhibits unwanted plant growth.
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