JP2017104099A - Method for producing limonene - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リモネンの製造方法などに関する。 The present invention relates to a method for producing limonene and the like.
芳香物質として知られるリモネンは、ハッカやレモンをはじめ、様々な植物の精油中に含まれる単環式モノテルペンの一種である。リモネンは、香水、化粧品、シャンプー、石鹸等の香粧品に利用され、食品又は飲料へのフレーバー付加のための添加物としても利用される。また、リモネンは、製薬および香料産業において、例えばカルベオール、カルボン、ペリリルアルコールなどの化合物の出発化合物として、あるいは、有機溶剤としても重要な化合物である。 Limonene, known as an aromatic substance, is a type of monocyclic monoterpene contained in essential oils of various plants including mint and lemon. Limonene is used in cosmetics such as perfumes, cosmetics, shampoos and soaps, and is also used as an additive for adding flavor to foods or beverages. Limonene is also an important compound in the pharmaceutical and perfumery industries, for example, as a starting compound for compounds such as carveol, carvone, and perillyl alcohol, or as an organic solvent.
リモネンにはエナンチオマーが存在し、(+)−limonene(d−limonene、4R−limonene)、及び(−)−limonene(l−limonene、4S−limonene)と称される。(+)−limoneneと(−)−limoneneは、異なる香りを呈することが知られており(+)−limoneneは爽やかな柑橘類様香気を、(−)−limoneneは強いテレピン油様の香気を呈するとされている。2つのエナンチオマーは匂いの閾値も異なり、(+)−limoneneは(−)−limoneneの2.5倍程度高い閾値を示すとされる。また、リモネンが有する生物活性の研究が進められており、鎮静作用、抗がん作用など、比較的多くの生物活性を有することが明らかとなってきている。近年、健康志向の高まりから機能性の植物由来素材が添加された食品や飲料のニーズが高まってきており、リモネンを添加することでリモネンが有する機能を訴求した商品の開発も実際に行われている。今後もこのような食品や飲料のニーズが高まると予想され、それに伴いリモネンの需要も高まることが考えられ、ナチュラルを訴求可能かつ、効率的にリモネンを生産できる製法の確立が望まれている。
また、カルボンはキャラウェイやスペアミントに含まれ、香料として利用される。リモネンからカルボンへの化学的、酵素的な変換が知られている(非特許文献6)。このことから、リモネンは素材そのものの有用性に加え、有用物質の中間体としての用途が挙げられる。
Limonene has enantiomers and is called (+)-limonene (d-limonene, 4R-limonene) and (-)-limonene (l-limonene, 4S-limonene). (+)-Limonene and (-)-limonene are known to have different scents, (+)-limonene has a refreshing citrus-like scent, and (-)-limone has a strong turpentine-like scent. It is said that. The two enantiomers have different odor thresholds, and (+)-limonene is said to show a threshold value about 2.5 times higher than (-)-limonene. In addition, research on the biological activity of limonene has been promoted, and it has become clear that it has relatively many biological activities such as sedation and anticancer activity. In recent years, the need for foods and beverages to which functional plant-derived materials have been added has been increasing due to the growing health consciousness, and the development of products that promote the functions of limonene by adding limonene has actually been carried out. Yes. The need for such foods and beverages is expected to increase in the future, and the demand for limonene is expected to increase accordingly, and it is desired to establish a production method capable of appealing to natural and capable of producing limonene efficiently.
Carvone is contained in caraways and spearmints and used as a fragrance. Chemical and enzymatic conversion of limonene to carvone is known (Non-patent Document 6). For this reason, limonene can be used as an intermediate for useful substances in addition to the usefulness of the raw material itself.
リモネンは、リモネンシンターゼによって、モノテルペンの共通前駆体であるゲラニル二リン酸(GPP)より合成される。GPPは、イソペンテニル二リン酸(IPP)、及びその異性体であるジメチルアリル二リン酸(DMAPP)の縮合によって生成するが、これらの生合成経路として、メバロン酸経路及び非メバロン酸経路(MEP経路)の存在が知られている。メバロン酸経路は、植物、動物、酵母などの真核生物や一部の放線菌や古細菌に存在している。一方、MEP経路は、バクテリアや植物のプラスチドに存在している。
従来、リモネンなどの植物の精油成分は、様々な抽出法によって植物から抽出することで製造されている。抽出法として例えば、特許文献1には水蒸気蒸留が、特許文献2には減圧蒸留法が、それぞれ記載されている。また、特許文献3には植物材料と溶媒の混合物を超高温処理することで植物成分を抽出する方法の記載がある。一方で、化学合成による製法も確立されており、例えば、特許文献4には高温高圧水環境下での化学合成によるα−ピネンを原料としたリモネンの製造法が記載されている。さらに近年では遺伝子組換え技術を用いて酵母及び原核生物でのリモネン生産が報告されている(特許文献5、6、7、8及び9、非特許文献1、2、3、4及び5)。しかしながら、遺伝子組換え酵母又は遺伝子組換え原核生物によるリモネン生産量は非常に微量なレベルに止まっており、必ずしも効率的な生産方法とはいえない。
Limonene is synthesized by limonene synthase from geranyl diphosphate (GPP), a common precursor of monoterpenes. GPP is produced by the condensation of isopentenyl diphosphate (IPP) and its isomer, dimethylallyl diphosphate (DMAPP). These biosynthetic pathways include mevalonate pathway and non-mevalonate pathway (MEP). The existence of the route) is known. The mevalonate pathway is present in eukaryotes such as plants, animals, and yeast, and some actinomycetes and archaea. On the other hand, the MEP pathway exists in bacteria and plant plastids.
Conventionally, essential oil components of plants such as limonene are produced by extraction from plants by various extraction methods. As an extraction method, for example, Patent Document 1 describes steam distillation and Patent Document 2 describes a vacuum distillation method.
本発明は、効率的なリモネンの製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an efficient method for producing limonene.
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、トウヒ属、モミ属、ハッカ属又はミカン属に属する植物由来のリモネンシンターゼを発現する微生物を培養培地で培養することにより、リモネンを効率的に生産することができることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of earnest research to solve the above problems, the present inventors have cultivated limonene synthase derived from a plant belonging to the genus Spruce, Fir genus, Hakka genus or Citrus genus by culturing limonene in a culture medium. The present inventors have found that it can be produced efficiently and have completed the present invention.
すなわち、本発明は、以下のとおりである。
[1]リモネンシンターゼを発現するパントエア属細菌を培養培地中で培養してリモネンを生成することを含む、リモネンの製造方法。
[2]前記細菌は、前記リモネンシンターゼをコードするポリヌクレオチド及びそれに作動可能に連結されたプロモーターを含む異種発現単位を含む、[1]記載の方法。
[3]前記ポリヌクレオチドは、以下の(a)〜(o)からなる群より選ばれる1又は2以上のポリヌクレオチドである、[2]記載の方法。
(a)(i)配列番号2で表される塩基配列、(ii)配列番号2で表される塩基配列中の193〜1905番目のヌクレオチド残基からなる塩基配列、もしくは(iii)配列番号3で表される塩基配列を含むポリヌクレオチド;
(b)前記(i)、(ii)もしくは(iii)の塩基配列と90%以上の同一性を有する塩基配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(c)前記(i)、(ii)もしくは(iii)の塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(d)(iv)配列番号5で表される塩基配列、(v)配列番号5で表される塩基配列中の205〜1914番目のヌクレオチド残基からなる塩基配列、もしくは(vi)配列番号6で表される塩基配列を含むポリヌクレオチド;
(e)前記(iv)、(v)もしくは(vi)の塩基配列と90%以上の同一性を有する塩基配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(f)前記(iv)、(v)もしくは(vi)の塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(g)(vii)配列番号8で表される塩基配列、(viii)配列番号8で表される塩基配列中の169〜1800番目のヌクレオチド残基からなる塩基配列、もしくは(ix)配列番号9で表される塩基配列を含むポリヌクレオチド;
(h)前記(vii)、(viii)もしくは(ix)の塩基配列と90%以上の同一性を有する塩基配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(i)前記(vii)、(viii)もしくは(ix)の塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(j)(x)配列番号11で表される塩基配列、(xi)配列番号11で表される塩基配列中の154〜1827番目のヌクレオチド残基からなる塩基配列、もしくは(xii)配列番号12で表される塩基配列を含むポリヌクレオチド;
(k)前記(x)、(xi)もしくは(xii)の塩基配列と90%以上の同一性を有する塩基配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(l)前記(x)、(xi)もしくは(xii)の塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(m)(xiii)配列番号14で表される塩基配列、(xiv)配列番号14で表される塩基配列中の154〜1821番目のヌクレオチド残基からなる塩基配列、もしくは(xv)配列番号15で表される塩基配列を含むポリヌクレオチド;
(n)前記(xiii)、(xiv)もしくは(xv)の塩基配列と90%以上の同一性を有する塩基配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;又は
(o)前記(xiii)、(xiv)もしくは(xv)の塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド。
[4]前記リモネンシンターゼは、以下の(A)〜(O)からなる群より選ばれる1又は2以上のタンパク質である、[1]〜[3]のいずれか1項記載の方法。
(A)(i’)配列番号1で表される全長アミノ酸配列、もしくは(ii’)配列番号1で表されるアミノ酸配列中の65〜634番目のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列を含むタンパク質;
(B)前記(i’)もしくは(ii’)のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質;
(C)前記(i’)もしくは(ii’)のアミノ酸配列において1個もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換、付加もしくは挿入されているアミノ酸配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質;
(D)(iii’)配列番号4で表される全長アミノ酸配列、もしくは(iv’)配列番号4で表されるアミノ酸配列中の69〜637番目のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列を含むタンパク質;
(E)前記(iii’)もしくは(iv’)のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質;または
(F)前記(iii’)もしくは(iv’)のアミノ酸配列において1個もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換、付加もしくは挿入されているアミノ酸配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質;
(G)(v’)配列番号7で表される全長アミノ酸配列、もしくは(vi’)配列番号7で表されるアミノ酸配列中の57〜599番目のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列を含むタンパク質;
(H)前記(v’)もしくは(vi’)のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質;
(I)前記(v’)もしくは(vi’)のアミノ酸配列において1個もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換、付加もしくは挿入されているアミノ酸配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質;
(J)(vii’)配列番号10で表される全長アミノ酸配列、もしくは(viii’)配列番号10で表されるアミノ酸配列中の52〜608番目のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列を含むタンパク質;
(K)前記(vii’)もしくは(viii’)のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質;
(L)前記(vii’)もしくは(viii’)のアミノ酸配列において1個もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換、付加もしくは挿入されているアミノ酸配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質;
(M)(ix’)配列番号13で表される全長アミノ酸配列、もしくは(x’)配列番号13で表されるアミノ酸配列中の52〜606番目のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列を含むタンパク質;又は
(N)前記(ix’)もしくは(x’)のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質;または
(O)前記(ix’)もしくは(x’)のアミノ酸配列において1個もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換、付加もしくは挿入されているアミノ酸配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質。
[5]前記リモネンシンターゼは、Picea属、Abies属、Mentha属、又はCitrus属に属する植物由来のリモネンシンターゼである、[1]〜[4]のいずれか一項に記載の方法。
[6]前記リモネンシンターゼは、アメリカオオモミ(Abies grandis)、アラスカトウヒ(Picea sitchensis)、スペアミント(Mentha spicata)、ウンシュウミカン(Citrus unshu)、又はレモン(Citrus limon)由来のリモネンシンターゼである、[1]〜[5]のいずれか一項に記載の方法。
[7]前記細菌は、さらにゲラニル二リン酸シンターゼを発現する細菌である[1]〜[6]のいずれか1項に記載の方法。
[8]前記細菌が、メチルエリスリトールリン酸経路によるジメチルアリル二リン酸又はイソペンテニル二リン酸の合成能を有する、[1]〜[7]のいずれか1項記載の方法。
[9]前記細菌が、メバロン酸経路によるジメチルアリル二リン酸又はイソペンテニル二リン酸の合成能を有する、[1]〜[8]のいずれか1項記載の方法。
[10]前記細菌は、2−ケトグルコン酸生成経路が遮断されている微生物である、[1]〜[9]のいずれか1項記載の方法。
[11]2−ケトグルコン酸生成経路が、グルコース脱水素酵素活性の低減により遮断されている、[10]記載の方法。
[12]前記細菌において、グルコース脱水素酵素遺伝子であるポリヌクレオチドが破壊されている、[11]記載の方法。
[13]前記ポリヌクレオチドは、以下の(x)〜(z)からなる群より選ばれる1又は2以上のポリヌクレオチドである、[12]記載の方法。
(x)〔i〕配列番号18で表される塩基配列、もしくは〔ii〕配列番号18で表される塩基配列中301〜2691番目のヌクレオチド残基からなる塩基配列を含むポリヌクレオチド;
(y)前記〔i〕もしくは〔ii〕の塩基配列と90%以上の同一性を有する塩基配列を含み、かつグルコース脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;または
(z)前記〔i〕もしくは〔ii〕の塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつグルコース脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド。
[14]前記グルコース脱水素酵素は、以下の(X)〜(Z)からなる群より選ばれる1又は2以上のタンパク質である、[12]又は[13]記載の方法。
(X)配列番号19で表される全長アミノ酸配列を含むタンパク質;
(Y)配列番号19で表されるアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を含み、かつGCD活性を有するタンパク質;及び
(Z)配列番号19で表されるアミノ酸配列において1個もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換、付加もしくは挿入されているアミノ酸配列を含み、かつGCD活性を有するタンパク質。
[15]前記細菌は、パントエア・アナナティスである、[1]〜[14]のいずれか一項に記載の方法。
That is, the present invention is as follows.
[1] A method for producing limonene, comprising culturing pantoea bacteria expressing limonene synthase in a culture medium to produce limonene.
[2] The method according to [1], wherein the bacterium comprises a heterologous expression unit comprising a polynucleotide encoding the limonene synthase and a promoter operably linked thereto.
[3] The method according to [2], wherein the polynucleotide is one or more polynucleotides selected from the group consisting of the following (a) to (o).
(A) (i) a base sequence represented by SEQ ID NO: 2, (ii) a base sequence consisting of nucleotide residues 193 to 1905 in the base sequence represented by SEQ ID NO: 2, or (iii) SEQ ID NO: 3 A polynucleotide comprising the base sequence represented by:
(B) a polynucleotide comprising a base sequence having 90% or more identity with the base sequence of (i), (ii) or (iii), and encoding a protein having limonene synthase activity;
(C) a poly which hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide comprising a base sequence complementary to the base sequence of (i), (ii) or (iii) and which encodes a protein having limonene synthase activity nucleotide;
(D) (iv) a nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 5, (v) a nucleotide sequence consisting of nucleotide residues 205 to 1914 in the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 5, or (vi) SEQ ID NO: 6 A polynucleotide comprising the base sequence represented by:
(E) a polynucleotide comprising a base sequence having 90% or more identity with the base sequence of (iv), (v) or (vi), and encoding a protein having limonene synthase activity;
(F) a poly which hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide comprising a base sequence complementary to the base sequence of (iv), (v) or (vi) and which encodes a protein having limonene synthase activity nucleotide;
(G) (vii) a base sequence represented by SEQ ID NO: 8, (viii) a base sequence consisting of nucleotide residues 169 to 1800 in the base sequence represented by SEQ ID NO: 8, or (ix) SEQ ID NO: 9 A polynucleotide comprising the base sequence represented by:
(H) a polynucleotide comprising a base sequence having 90% or more identity with the base sequence of (vii), (viii) or (ix) and encoding a protein having limonene synthase activity;
(I) a poly which hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide comprising a base sequence complementary to the base sequence of (vii), (viii) or (ix) and which encodes a protein having limonene synthase activity nucleotide;
(J) (x) a base sequence represented by SEQ ID NO: 11, (xi) a base sequence consisting of nucleotide residues 154 to 1827 in the base sequence represented by SEQ ID NO: 11, or (xii) SEQ ID NO: 12 A polynucleotide comprising the base sequence represented by:
(K) a polynucleotide encoding a protein comprising a base sequence having 90% or more identity with the base sequence of (x), (xi) or (xii), and having limonene synthase activity;
(L) a polynucleotide that hybridizes with a polynucleotide comprising a base sequence complementary to the base sequence of (x), (xi) or (xii) under a stringent condition and encodes a protein having limonene synthase activity nucleotide;
(M) (xiii) a nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 14, (xiv) a nucleotide sequence consisting of nucleotide residues 154 to 1821 in the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 14, or (xv) SEQ ID NO: 15 A polynucleotide comprising the base sequence represented by:
(N) a polynucleotide comprising a base sequence having 90% or more identity with the base sequence of (xiii), (xiv) or (xv) and encoding a protein having limonene synthase activity; or (o) A polynucleotide encoding a protein that hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide comprising a base sequence complementary to the base sequence of (xiii), (xiv) or (xv) and has limonene synthase activity.
[4] The method according to any one of [1] to [3], wherein the limonene synthase is one or more proteins selected from the group consisting of the following (A) to (O).
(A) (i ′) a full-length amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 or (ii ′) a protein comprising an amino acid sequence consisting of amino acid residues 65 to 634 in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1;
(B) a protein comprising an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence of (i ′) or (ii ′) and having limonene synthase activity;
(C) a protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted, added or inserted in the amino acid sequence of (i ′) or (ii ′) and having limonene synthase activity;
(D) (iii ′) a full-length amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4 or (iv ′) a protein comprising an amino acid sequence consisting of amino acid residues 69 to 637 in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4;
(E) a protein comprising an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence of (iii ′) or (iv ′) and having limonene synthase activity; or (F) the (iii ′) or (iv) A protein having a limonene synthase activity, including an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted, added or inserted in the amino acid sequence of ');
(G) (v ′) a full-length amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 7 or (vi ′) a protein comprising an amino acid sequence consisting of the 57th to 599th amino acid residues in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 7;
(H) a protein comprising an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence of (v ′) or (vi ′) and having limonene synthase activity;
(I) a protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted, added or inserted in the amino acid sequence of (v ′) or (vi ′) and having limonene synthase activity;
(J) (vii ′) a protein comprising the full-length amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 10, or (viii ′) an amino acid sequence consisting of amino acid residues 52 to 608 in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 10;
(K) a protein comprising an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence of (vii ′) or (viii ′) and having limonene synthase activity;
(L) a protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted, added or inserted in the amino acid sequence of (vii ′) or (viii ′) and having limonene synthase activity;
(M) (ix ′) a full-length amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 13, or (x ′) a protein comprising an amino acid sequence consisting of amino acid residues 52 to 606 in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 13; Or (N) a protein comprising an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence of (ix ′) or (x ′) and having limonene synthase activity; or (O) the (ix ′) or ( A protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted, added or inserted in the amino acid sequence of x ′) and having limonene synthase activity.
[5] The method according to any one of [1] to [4], wherein the limonene synthase is a limonene synthase derived from a plant belonging to the genus Picea, Abies, Mentha, or Citrus.
[6] The limonene synthase is derived from the American fir (Abies grandis), Alaska spruce (Picea stitchensis), Spearmint (Mentha spicata), Citrus unshu, or lemon (Citrus limon), [1] The method according to any one of [5].
[7] The method according to any one of [1] to [6], wherein the bacterium further expresses geranyl diphosphate synthase.
[8] The method according to any one of [1] to [7], wherein the bacterium has the ability to synthesize dimethylallyl diphosphate or isopentenyl diphosphate by the methylerythritol phosphate pathway.
[9] The method according to any one of [1] to [8], wherein the bacterium has the ability to synthesize dimethylallyl diphosphate or isopentenyl diphosphate by the mevalonate pathway.
[10] The method according to any one of [1] to [9], wherein the bacterium is a microorganism in which a 2-ketogluconic acid production pathway is blocked.
[11] The method according to [10], wherein the 2-ketogluconic acid production pathway is blocked by a decrease in glucose dehydrogenase activity.
[12] The method according to [11], wherein a polynucleotide that is a glucose dehydrogenase gene is disrupted in the bacterium.
[13] The method according to [12], wherein the polynucleotide is one or more polynucleotides selected from the group consisting of the following (x) to (z).
(X) [i] a nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 18, or [ii] a polynucleotide comprising a nucleotide sequence consisting of nucleotide residues 301 to 2691 in the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 18;
(Y) a polynucleotide comprising a base sequence having 90% or more identity with the base sequence of [i] or [ii] and encoding a protein having glucose dehydrogenase activity; or (z) the above [i ] Or a polynucleotide encoding a protein having a glucose dehydrogenase activity, which hybridizes with a polynucleotide comprising a base sequence complementary to the base sequence of [ii] under stringent conditions.
[14] The method according to [12] or [13], wherein the glucose dehydrogenase is one or more proteins selected from the group consisting of the following (X) to (Z).
(X) a protein comprising the full-length amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 19;
(Y) a protein comprising an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 19 and having GCD activity; and (Z) one or more in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 19 or A protein comprising an amino acid sequence in which several amino acids are deleted, substituted, added or inserted, and having GCD activity.
[15] The method according to any one of [1] to [14], wherein the bacterium is Pantoea ananatis.
本発明によれば、リモネンを効率よく製造することができる。 According to the present invention, limonene can be produced efficiently.
本発明は、リモネンの製造方法を提供する。 The present invention provides a method for producing limonene.
本発明の方法は、リモネンシンターゼを発現するパントエア属細菌を培養培地中で培養してリモネンを生成することを含む。 The method of the present invention comprises culturing a Pantoea bacterium expressing limonene synthase in a culture medium to produce limonene.
リモネンは、C10H16で表されるイソプレノイド化合物の1種である。CAS番号138−86−3で表され、R体は5989−27−5、S体は5989−54−8で表記される。 Limonene is one type of isoprenoid compound represented by C 10 H 16 . CAS number is represented by 138-86-3, R-form is represented by 5989-27-5, and S-form is represented by 5989-54-8.
本発明の方法は、リモネンシンターゼを発現するパントエア属細菌を培養培地中で培養してリモネンを生成することを含む。 The method of the present invention comprises culturing a Pantoea bacterium expressing limonene synthase in a culture medium to produce limonene.
リモネンシンターゼとは、ゲラニル二リン酸(GPP)からのリモネンの合成に関与する1以上の酵素をいう。リモネンシンターゼとしては、例えば、Picea属植物(例えば、アラスカトウヒ(Picea sitchensis)、オウシュウトウヒ(Picea abies))、Abies属植物(例えば、アメリカオオモミ(Abies grandis))、Mentha属植物(例えば、スペアミント(Mentha spicata)、ペパーミント(Mentha x piperita))、Cannabis属植物(例えば、大麻草(Cannabis sativa))、Solanum属植物(例えば、トマト(Solanum lycopersicum))、Ricciocarpos属植物(例えば、イチョウウキゴケ(Ricciocarpos natans))、Perilla属植物(例えば、シソ(Perilla frutescens))、Agastache属植物(例えば、カワミドリ(Agastache rugosa))、Citrus属植物(例えば、ウンシュウミカン(Citrus unshu)、レモン(Citrus limon))、Schizonepeta属植物(例えば、ケイガイ(Schizonepeta tenuifolia))、Ricinus属植物(例えば、トウゴマ(Ricinus communis))、Lavandula属植物(例えば、ラベンダー(Lavandula angustifolia))由来のリモネンシンターゼが挙げられる。これらのうち、Picea属、Abies属、Mentha属、又はCitrus属に属する植物由来のリモネンシンターゼが好ましく、アメリカオオモミ(Abies grandis)、アラスカトウヒ(Picea sitchensis)、スペアミント(Mentha spicata)、ウンシュウミカン(Citrus unshu)、レモン(Citrus limon)由来のリモネンシンターゼがより好ましい。 Limonene synthase refers to one or more enzymes involved in the synthesis of limonene from geranyl diphosphate (GPP). Examples of limonene synthase include, for example, Picea genus plants (for example, Picea sitpensis, Picea abies), Abies plants (for example, American fir (Abies grandis)), Mentha (for example, Spearmint (Mentha spicata), peppermint (Mentha x pipeperita), Cannabis plant (eg Cannabis sativa), Solanum plant (eg Tomato lycopersicum plant), Ricco sp. Natans), Perilla genus plants (eg Peril) a fruitescens), Agastache plants (eg, Agastache rugosa), Citrus plants (eg, Citrus unshu), Lemon (i) et al., Schizonepeta, et al. And limonene synthase derived from a plant belonging to the genus Ricinus (for example, Ricinus communis) and a plant from the genus Lavandula (for example, Lavandula angustifolia). Among these, limonene synthase derived from a plant belonging to the genus Picea, Abies, Mentha, or Citrus is preferable, and the American wolf (Abies grandis), Alaska spruce (Picea situchensis), Spearmint (Mentha spicata), and Satsuma mandarin (Mentha spicata) Limonene synthase derived from Citrus unshu and lemon (Citrus limon) is more preferred.
遺伝子、プロモーター等の核酸配列、またはタンパク質等のアミノ酸配列について本明細書中で用いられる語句「由来」は、微生物により天然またはネイティブに合成される、あるいは天然または野生型の微生物から単離され得るヌクレオチド配列またはアミノ酸配列を意味し得る。 The phrase “derived from” as used herein for a nucleic acid sequence such as a gene, a promoter, or an amino acid sequence such as a protein, can be naturally or natively synthesized by a microorganism or isolated from a natural or wild-type microorganism. It can mean a nucleotide sequence or an amino acid sequence.
パントエア(Pantoea)属細菌としては、例えば、パントエア・アナナティス(Pantoea ananatis)、パントエア・スチューアルティ(Pantoea stewartii)、パントエア・アグロメランス(Pantoea agglomerans)、パントエア・シトレア(Pantoea citrea)等が挙げられ、パントエア・アナナティス(Pantoea ananatis)、パントエア・シトレア(Pantoea citrea)が好ましい。また、パントエア属細菌としては、欧州特許出願公開0952221号に例示された株を使用してもよい。パントエア属細菌の代表的な株としては、例えば、欧州特許出願公開0952221号に開示されるパントエア・アナナティスAJ13355株(FERM BP−6614)およびパントエア・アナナティスAJ13356株(FERM BP−6615)、パントエア・アナナティスSC17株(FERM BP−11901)、パントエア・アナナティスSC17(0)株(VKPM B−9246)(Katashkina JI et al.,BMC Mol Biol.,2009;10:34)が挙げられる。 Examples of the bacteria belonging to the genus Pantoea include Pantoea ananatis, Pantoea stewartii, Pantoea agglomerans, Pantoea citrea, Pantoea pantoea, and Pantoea pantoea. Ananatis (Panthea ananatis) and Pantoea citrea are preferred. Further, as the Pantoea bacterium, strains exemplified in European Patent Application Publication No. 09522121 may be used. As typical strains of the genus Pantoea, for example, Pantoea ananatis AJ13355 strain (FERM BP-6614) and Pantoea ananatis AJ13356 strain (FERM BP-6615), Pantoea ananatis disclosed in European Patent Application No. 0952212 are disclosed. SC17 strain (FERM BP-11901), Pantoea Ananatis SC17 (0) strain (VKPM B-9246) (Katashkina JI et al., BMC Mol Biol., 2009; 10:34).
リモネンシンターゼを発現するパントエア属細菌は、例えば、リモネンシンターゼをコードするポリヌクレオチド及びそれに作動可能に連結されたプロモーターを含む異種発現単位を含む発現ベクターでパントエア属細菌を形質転換することにより得ることができる。 Pantoea bacteria expressing limonene synthase can be obtained, for example, by transforming Pantoea bacteria with an expression vector comprising a heterologous expression unit comprising a polynucleotide encoding limonene synthase and a promoter operably linked thereto. it can.
リモネンシンターゼをコードするポリヌクレオチドは、以下の(a)〜(o)よりなる群より選ばれる1以上のポリヌクレオチドであることが好ましい。
(a)(i)配列番号2で表される塩基配列、(ii)配列番号2で表される塩基配列中の193〜1905番目のヌクレオチド残基からなる塩基配列、もしくは(iii)配列番号3で表される塩基配列を含むポリヌクレオチド;
(b)前記(i)、(ii)もしくは(iii)の塩基配列と90%以上の同一性を有する塩基配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(c)前記(i)、(ii)もしくは(iii)の塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(d)(iv)配列番号5で表される塩基配列、(v)配列番号5で表される塩基配列中の205〜1914番目のヌクレオチド残基からなる塩基配列、もしくは(vi)配列番号6で表される塩基配列を含むポリヌクレオチド;
(e)前記(iv)、(v)もしくは(vi)の塩基配列と90%以上の同一性を有する塩基配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(f)前記(iv)、(v)もしくは(vi)の塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(g)(vii)配列番号8で表される塩基配列、(viii)配列番号8で表される塩基配列中の169〜1800番目のヌクレオチド残基からなる塩基配列、もしくは(ix)配列番号9で表される塩基配列を含むポリヌクレオチド;
(h)前記(vii)、(viii)もしくは(ix)の塩基配列と90%以上の同一性を有する塩基配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(i)前記(vii)、(viii)もしくは(ix)の塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(j)(x)配列番号11で表される塩基配列、(xi)配列番号11で表される塩基配列中の154〜1827番目のヌクレオチド残基からなる塩基配列、もしくは(xii)配列番号12で表される塩基配列を含むポリヌクレオチド;
(k)前記(x)、(xi)もしくは(xii)の塩基配列と90%以上の同一性を有する塩基配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(l)前記(x)、(xi)もしくは(xii)の塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(m)(xiii)配列番号14で表される塩基配列、(xiv)配列番号14で表される塩基配列中の154〜1821番目のヌクレオチド残基からなる塩基配列、もしくは(xv)配列番号15で表される塩基配列を含むポリヌクレオチド;
(n)前記(xiii)、(xiv)もしくは(xv)の塩基配列と90%以上の同一性を有する塩基配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;又は
(o)前記(xiii)、(xiv)もしくは(xv)の塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド。
The polynucleotide encoding limonene synthase is preferably one or more polynucleotides selected from the group consisting of the following (a) to (o).
(A) (i) a base sequence represented by SEQ ID NO: 2, (ii) a base sequence consisting of nucleotide residues 193 to 1905 in the base sequence represented by SEQ ID NO: 2, or (iii) SEQ ID NO: 3 A polynucleotide comprising the base sequence represented by:
(B) a polynucleotide comprising a base sequence having 90% or more identity with the base sequence of (i), (ii) or (iii), and encoding a protein having limonene synthase activity;
(C) a poly which hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide comprising a base sequence complementary to the base sequence of (i), (ii) or (iii) and which encodes a protein having limonene synthase activity nucleotide;
(D) (iv) a nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 5, (v) a nucleotide sequence consisting of nucleotide residues 205 to 1914 in the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 5, or (vi) SEQ ID NO: 6 A polynucleotide comprising the base sequence represented by:
(E) a polynucleotide comprising a base sequence having 90% or more identity with the base sequence of (iv), (v) or (vi), and encoding a protein having limonene synthase activity;
(F) a poly which hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide comprising a base sequence complementary to the base sequence of (iv), (v) or (vi) and which encodes a protein having limonene synthase activity nucleotide;
(G) (vii) a base sequence represented by SEQ ID NO: 8, (viii) a base sequence consisting of nucleotide residues 169 to 1800 in the base sequence represented by SEQ ID NO: 8, or (ix) SEQ ID NO: 9 A polynucleotide comprising the base sequence represented by:
(H) a polynucleotide comprising a base sequence having 90% or more identity with the base sequence of (vii), (viii) or (ix) and encoding a protein having limonene synthase activity;
(I) a poly which hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide comprising a base sequence complementary to the base sequence of (vii), (viii) or (ix) and which encodes a protein having limonene synthase activity nucleotide;
(J) (x) a base sequence represented by SEQ ID NO: 11, (xi) a base sequence consisting of nucleotide residues 154 to 1827 in the base sequence represented by SEQ ID NO: 11, or (xii) SEQ ID NO: 12 A polynucleotide comprising the base sequence represented by:
(K) a polynucleotide encoding a protein comprising a base sequence having 90% or more identity with the base sequence of (x), (xi) or (xii), and having limonene synthase activity;
(L) a polynucleotide that hybridizes with a polynucleotide comprising a base sequence complementary to the base sequence of (x), (xi) or (xii) under a stringent condition and encodes a protein having limonene synthase activity nucleotide;
(M) (xiii) a nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 14, (xiv) a nucleotide sequence consisting of nucleotide residues 154 to 1821 in the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 14, or (xv) SEQ ID NO: 15 A polynucleotide comprising the base sequence represented by:
(N) a polynucleotide comprising a base sequence having 90% or more identity with the base sequence of (xiii), (xiv) or (xv) and encoding a protein having limonene synthase activity; or (o) A polynucleotide encoding a protein that hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide comprising a base sequence complementary to the base sequence of (xiii), (xiv) or (xv) and has limonene synthase activity.
配列番号2で表される塩基配列は、アラスカトウヒ由来リモネンシンターゼ遺伝子の完全長の塩基配列である。配列番号2で表される塩基配列は、配列番号1で表されるアミノ酸配列をコードし、1〜192番目のヌクレオチド残基からなる塩基配列は、推定上の葉緑体移行シグナルをコードし、193〜1905(1902)番目のヌクレオチド残基からなる塩基配列は、成熟リモネンシンターゼのアミノ酸配列をコードし得る。配列番号3で表される塩基配列は、配列番号2で表される塩基配列における193〜1905番目のヌクレオチド残基からなる塩基配列にあるコドンが改変されており、さらに5’末端にメチオニンコドンが付加されているヌクレオチド配列からなる。
配列番号5で表される塩基配列は、アメリカオオモミ由来リモネンシンターゼ遺伝子の完全長の塩基配列である。配列番号5で表される塩基配列は、配列番号4で表されるアミノ酸配列をコードし、1〜204番目のヌクレオチド残基からなる塩基配列は、推定上の葉緑体移行シグナルをコードし、205〜1914(1911)番目のヌクレオチド残基からなる塩基配列は、成熟リモネンシンターゼのアミノ酸配列をコードし得る。配列番号6で表される塩基配列は、配列番号5で表される塩基配列における205〜1914番目のヌクレオチド残基からなる塩基配列にあるコドンが改変されており、さらに5’末端にメチオニンコドンが付加されているヌクレオチド配列からなる。
配列番号8で表される塩基配列は、スペアミント由来リモネンシンターゼ遺伝子の完全長の塩基配列である。配列番号8で表される塩基配列は、配列番号7で表されるアミノ酸配列をコードし、1〜168番目のヌクレオチド残基からなる塩基配列は、推定上の葉緑体移行シグナルをコードし、169〜1800(1797)番目のヌクレオチド残基からなる塩基配列は、成熟リモネンシンターゼのアミノ酸配列をコードし得る。配列番号9で表される塩基配列は、配列番号8で表される塩基配列における169〜1800番目のヌクレオチド残基からなる塩基配列にあるコドンが改変されており、さらに5’末端にメチオニンコドンが付加されているヌクレオチド配列からなる。
配列番号11で表される塩基配列は、ウンシュウミカン由来リモネンシンターゼ遺伝子の完全長の塩基配列である。配列番号11で表される塩基配列は、配列番号10で表されるアミノ酸配列をコードし、1〜153番目のヌクレオチド残基からなる塩基配列は、推定上の葉緑体移行シグナルをコードし、154〜1827(1824)番目のヌクレオチド残基からなる塩基配列は、成熟リモネンシンターゼのアミノ酸配列をコードし得る。配列番号12で表される塩基配列は、配列番号11で表される塩基配列における154〜1827番目のヌクレオチド残基からなる塩基配列にあるコドンが改変されており、さらに5’末端にメチオニンコドンが付加されているヌクレオチド配列からなる。
配列番号14で表される塩基配列は、レモン由来リモネンシンターゼ遺伝子の完全長の塩基配列である。配列番号14で表される塩基配列は、配列番号13で表されるアミノ酸配列をコードし、1〜153番目のヌクレオチド残基からなる塩基配列は、推定上の葉緑体移行シグナルをコードし、154〜1821(1818)番目のヌクレオチド残基からなる塩基配列は、成熟リモネンシンターゼのアミノ酸配列をコードし得る。配列番号15で表される塩基配列は、配列番号14で表される塩基配列における154〜1821番目のヌクレオチド残基からなる塩基配列にあるコドンが改変されており、さらに5’末端にメチオニンコドンが付加されているヌクレオチド配列からなる。
The base sequence represented by SEQ ID NO: 2 is the full-length base sequence of the Alaska spruce-derived limonene synthase gene. The base sequence represented by SEQ ID NO: 2 encodes the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, the base sequence consisting of nucleotide residues 1 to 192 encodes a putative chloroplast transition signal, The base sequence consisting of nucleotide residues 193 to 1905 (1902) can encode the amino acid sequence of mature limonene synthase. The base sequence represented by SEQ ID NO: 3 has a modified codon in the base sequence consisting of nucleotide residues 193 to 1905 in the base sequence represented by SEQ ID NO: 2, and a methionine codon at the 5 ′ end. It consists of an added nucleotide sequence.
The base sequence represented by SEQ ID NO: 5 is the full-length base sequence of the American monkey-derived limonene synthase gene. The base sequence represented by SEQ ID NO: 5 encodes the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4, the base sequence consisting of nucleotide residues 1 to 204 encodes a putative chloroplast translocation signal, The base sequence consisting of nucleotide residues 205 to 1914 (1911) can encode the amino acid sequence of mature limonene synthase. In the base sequence represented by SEQ ID NO: 6, the codon in the base sequence consisting of nucleotide residues 205 to 1914 in the base sequence represented by SEQ ID NO: 5 is modified, and a methionine codon is further added to the 5 ′ end. It consists of an added nucleotide sequence.
The base sequence represented by SEQ ID NO: 8 is the full-length base sequence of the spearmint-derived limonene synthase gene. The base sequence represented by SEQ ID NO: 8 encodes the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 7, the base sequence consisting of nucleotide residues 1 to 168 encodes a putative chloroplast transition signal, The base sequence consisting of nucleotide residues 169 to 1800 (1797) can encode the amino acid sequence of mature limonene synthase. The base sequence represented by SEQ ID NO: 9 has a modified codon in the base sequence consisting of nucleotide residues 169 to 1800 in the base sequence represented by SEQ ID NO: 8, and a methionine codon at the 5 ′ end. It consists of an added nucleotide sequence.
The base sequence represented by SEQ ID NO: 11 is the full-length base sequence of Limonen synthase gene derived from Citrus unshiu. The base sequence represented by SEQ ID NO: 11 encodes the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 10, the base sequence consisting of nucleotide residues 1 to 153 encodes a putative chloroplast transition signal, The base sequence consisting of nucleotide residues 154 to 1827 (1824) can encode the amino acid sequence of mature limonene synthase. In the base sequence represented by SEQ ID NO: 12, the codon in the base sequence consisting of nucleotide residues 154 to 1827 in the base sequence represented by SEQ ID NO: 11 has been modified, and a methionine codon at the 5 ′ end. It consists of an added nucleotide sequence.
The base sequence represented by SEQ ID NO: 14 is the full-length base sequence of the lemon-derived limonene synthase gene. The base sequence represented by SEQ ID NO: 14 encodes the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 13, the base sequence consisting of nucleotide residues 1 to 153 encodes a putative chloroplast translocation signal, The base sequence consisting of nucleotide residues 154-11821 (1818) can encode the amino acid sequence of mature limonene synthase. The base sequence represented by SEQ ID NO: 15 has a modified codon in the base sequence consisting of nucleotide residues 154 to 1821 in the base sequence represented by SEQ ID NO: 14, and a methionine codon at the 5 ′ end. It consists of an added nucleotide sequence.
塩基配列との同一性%は、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%または99%以上であってもよい。リモネンシンターゼ活性とは、ゲラニル二リン酸(GPP)からリモネンを生成する活性をいう(以下同様)。 The percent identity with the base sequence may be 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% or 99% or more. Limonene synthase activity refers to the activity of producing limonene from geranyl diphosphate (GPP) (the same applies hereinafter).
塩基配列の同一性%および後述するようなアミノ酸配列の同一性%は、例えばKarlinおよびAltschulによるアルゴリズムBLAST(Pro.Natl.Acad.Sci.USA,90,5873(1993))、PearsonによるFASTA(MethodsEnzymol.,183,63(1990))を用いて決定することができる。このアルゴリズムBLASTに基づいて、BLASTP、BLASTNとよばれるプログラムが開発されているので(http://www.ncbi.nlm.nih.gov参照)、これらのプログラムをデフォルト設定で用いて、塩基配列およびアミノ酸配列の同一性%を計算してもよい。また、アミノ酸配列の相同性としては、例えば、Lipman−Pearson法を採用している株式会社ゼネティックスのソフトウェアGENETYX Ver7.0.9を使用し、ORFにコードされるポリペプチド部分全長を用いて、Unit Size to Compare=2の設定でSimilarityをpercentage計算させた際の数値を用いてもよい。塩基配列およびアミノ酸配列の同一性%として、これらの計算で導き出される値のうち、最も低い値を採用してもよい。 The percent identity of the base sequence and the percent identity of the amino acid sequence as described below are, for example, the algorithm BLAST by Karlin and Altschul (Pro. Natl. Acad. Sci. USA, 90, 5873 (1993)), FASTA by Pearson (Methods Enzymol). , 183, 63 (1990)). Based on this algorithm BLAST, programs called BLASTP and BLASTN have been developed (see http://www.ncbi.nlm.nih.gov). The% amino acid sequence identity may be calculated. As the homology of amino acid sequences, for example, using GENETYX Ver 7.0.9 of GENETICS, which employs the Lipman-Pearson method, the full length of the polypeptide part encoded by ORF is used. You may use the numerical value at the time of calculating percentity with size to compare = 2 setting. The lowest value among the values derived by these calculations may be adopted as the percent identity between the base sequence and the amino acid sequence.
「ストリンジェントな条件」とは、いわゆる特異的なハイブリッドが形成され、非特異的なハイブリッドが形成されない条件をいう。このような条件を明確に数値化することは困難であるが、一例を示せば、高い同一性を有する実質的に同一のポリヌクレオチド同士、例えば上述した同一性%を有するポリヌクレオチド同士がハイブリダイズし、それより低い相同性を示すポリヌクレオチド同士がハイブリダイズしない条件である。具体的には、このような条件としては、6×SSC(塩化ナトリウム/クエン酸ナトリウム)中、約45℃でのハイブリダイゼーション、続いて、0.2×SSC、0.1%SDS中、50〜65℃での1または2回以上の洗浄が挙げられる。 “Stringent conditions” refers to conditions under which so-called specific hybrids are formed and non-specific hybrids are not formed. Although it is difficult to quantify such conditions clearly, for example, substantially identical polynucleotides having high identity, for example, polynucleotides having the above-mentioned% identity hybridize. However, this is a condition in which polynucleotides having lower homology do not hybridize with each other. Specifically, such conditions include hybridization at about 45 ° C. in 6 × SSC (sodium chloride / sodium citrate), followed by 50 × 0.2 × SSC in 0.1% SDS. One or more washings at ˜65 ° C. may be mentioned.
上記(a)〜(o)のポリヌクレオチドは、DNAであっても、チミン塩基をウラシル塩基に置換することにより対応するDNAから得られるRNAであってもよいが、DNAであることが好ましい。 The polynucleotides (a) to (o) may be DNA or RNA obtained from the corresponding DNA by substituting the thymine base with a uracil base, but is preferably DNA.
リモネンシンターゼは、以下の(A)〜(O)からなる群より選ばれる1以上のタンパク質であることが好ましい。
(A)(i’)配列番号1で表される全長アミノ酸配列、もしくは(ii’)配列番号1で表されるアミノ酸配列中の65〜634番目のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列を含むタンパク質;
(B)前記(i’)もしくは(ii’)のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質;
(C)前記(i’)もしくは(ii’)のアミノ酸配列において1個もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換、付加もしくは挿入されているアミノ酸配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質;
(D)(iii’)配列番号4で表される全長アミノ酸配列、もしくは(iv’)配列番号4で表されるアミノ酸配列中の69〜637番目のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列を含むタンパク質;
(E)前記(iii’)もしくは(iv’)のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質;または
(F)前記(iii’)もしくは(iv’)のアミノ酸配列において1個もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換、付加もしくは挿入されているアミノ酸配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質;
(G)(v’)配列番号7で表される全長アミノ酸配列、もしくは(vi’)配列番号7で表されるアミノ酸配列中の57〜599番目のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列を含むタンパク質;
(H)前記(v’)もしくは(vi’)のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質;
(I)前記(v’)もしくは(vi’)のアミノ酸配列において1個もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換、付加もしくは挿入されているアミノ酸配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質;
(J)(vii’)配列番号10で表される全長アミノ酸配列、もしくは(viii’)配列番号10で表されるアミノ酸配列中の52〜608番目のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列を含むタンパク質;
(K)前記(vii’)もしくは(viii’)のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質;
(L)前記(vii’)もしくは(viii’)のアミノ酸配列において1個もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換、付加もしくは挿入されているアミノ酸配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質;
(M)(ix’)配列番号13で表される全長アミノ酸配列、もしくは(x’)配列番号13で表されるアミノ酸配列中の52〜606番目のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列を含むタンパク質;又は
(N)前記(ix’)もしくは(x’)のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質;または
(O)前記(ix’)もしくは(x’)のアミノ酸配列において1個もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換、付加もしくは挿入されているアミノ酸配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質。
Limonene synthase is preferably one or more proteins selected from the group consisting of the following (A) to (O).
(A) (i ′) a full-length amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 or (ii ′) a protein comprising an amino acid sequence consisting of amino acid residues 65 to 634 in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1;
(B) a protein comprising an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence of (i ′) or (ii ′) and having limonene synthase activity;
(C) a protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted, added or inserted in the amino acid sequence of (i ′) or (ii ′) and having limonene synthase activity;
(D) (iii ′) a full-length amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4 or (iv ′) a protein comprising an amino acid sequence consisting of amino acid residues 69 to 637 in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4;
(E) a protein comprising an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence of (iii ′) or (iv ′) and having limonene synthase activity; or (F) the (iii ′) or (iv) A protein having a limonene synthase activity, including an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted, added or inserted in the amino acid sequence of ');
(G) (v ′) a full-length amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 7 or (vi ′) a protein comprising an amino acid sequence consisting of the 57th to 599th amino acid residues in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 7;
(H) a protein comprising an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence of (v ′) or (vi ′) and having limonene synthase activity;
(I) a protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted, added or inserted in the amino acid sequence of (v ′) or (vi ′) and having limonene synthase activity;
(J) (vii ′) a protein comprising the full-length amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 10, or (viii ′) an amino acid sequence consisting of amino acid residues 52 to 608 in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 10;
(K) a protein comprising an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence of (vii ′) or (viii ′) and having limonene synthase activity;
(L) a protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted, added or inserted in the amino acid sequence of (vii ′) or (viii ′) and having limonene synthase activity;
(M) (ix ′) a full-length amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 13, or (x ′) a protein comprising an amino acid sequence consisting of amino acid residues 52 to 606 in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 13; Or (N) a protein comprising an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence of (ix ′) or (x ′) and having limonene synthase activity; or (O) the (ix ′) or ( A protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted, added or inserted in the amino acid sequence of x ′) and having limonene synthase activity.
配列番号1で表されるアミノ酸配列中の1〜64番目のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列は、推定上の葉緑体移行シグナルを含み得る。65〜634番目のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列は、成熟リモネンシンターゼを含み得る。配列番号4で表されるアミノ酸配列中の1〜68番目のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列は、推定上の葉緑体移行シグナルを含み、69〜637番目のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列は、成熟リモネンシンターゼを含み得る。配列番号7で表されるアミノ酸配列中の1〜56番目のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列は、推定上の葉緑体移行シグナルを含み、57〜599番目のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列は、成熟リモネンシンターゼを含み得る。配列番号10で表されるアミノ酸配列中の1〜51番目のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列は、推定上の葉緑体移行シグナルを含み、52〜608番目のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列は、成熟リモネンシンターゼを含み得る。配列番号13で表されるアミノ酸配列中の1〜51番目のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列は、推定上の葉緑体移行シグナルを含み、52〜606番目のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列は、成熟リモネンシンターゼを含み得る。微生物で成熟リモネンシンターゼの発現を実施する場合には、通常、N末端にメチオニン残基が付加された配列を用いる。 The amino acid sequence consisting of amino acid residues 1 to 64 in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 can contain a putative chloroplast transition signal. The amino acid sequence consisting of amino acid residues 65 to 634 may include mature limonene synthase. The amino acid sequence consisting of amino acid residues 1 to 68 in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4 contains a putative chloroplast transfer signal, and the amino acid sequence consisting of amino acid residues 69 to 637 is Mature limonene synthase may be included. The amino acid sequence consisting of the 1st to 56th amino acid residues in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 7 contains a putative chloroplast transfer signal, and the amino acid sequence consisting of the 57th to 599th amino acid residues is Mature limonene synthase may be included. The amino acid sequence consisting of amino acid residues 1 to 51 in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 10 contains a putative chloroplast transition signal, and the amino acid sequence consisting of amino acid residues 52 to 608 is Mature limonene synthase may be included. The amino acid sequence consisting of amino acid residues 1 to 51 in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 13 contains a putative chloroplast transfer signal, and the amino acid sequence consisting of amino acid residues 52 to 606 is Mature limonene synthase may be included. When expressing mature limonene synthase in a microorganism, a sequence in which a methionine residue is added to the N-terminus is usually used.
アミノ酸配列との同一性%は、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%または99%以上であってもよい。 The percent identity with the amino acid sequence may be 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% or 99% or more.
アミノ酸残基の変異としては、例えば、アミノ酸残基の欠失、置換、付加および挿入が挙げられる。1個もしくは数個のアミノ酸残基の変異は、アミノ酸配列中の1つの領域に導入されてもよいが、複数の異なる領域に導入されてもよい。用語「1個もしくは数個」は、タンパク質の立体構造や活性を大きく損なわない範囲を示すものである。タンパク質の場合における用語「1もしくは数個」が示す数は、例えば、1〜100個、好ましくは1〜80個、より好ましくは1〜50個、1〜30個、1〜20個、1〜10個または1〜5個である。上記(A)〜(O)のタンパク質は、N末端に開始メチオニン残基を有していてもよい。上記(A)〜(O)のタンパク質は、C末端にヒスチジンタグ等の精製用タグを有していてもよい。 Examples of amino acid residue mutations include deletion, substitution, addition and insertion of amino acid residues. The mutation of one or several amino acid residues may be introduced into one region in the amino acid sequence, but may be introduced into a plurality of different regions. The term “one or several” indicates a range in which the three-dimensional structure and activity of the protein are not significantly impaired. The number indicated by the term “one or several” in the case of protein is, for example, 1 to 100, preferably 1 to 80, more preferably 1 to 50, 1 to 30, 1 to 20, 1 to 10 or 1 to 5. The proteins (A) to (O) may have an initiation methionine residue at the N-terminus. The proteins (A) to (O) may have a purification tag such as a histidine tag at the C-terminus.
(B)及び(C)のタンパク質は、同一条件で測定された場合、上記(i’)もしくは(ii’)のいずれか一つのアミノ酸配列を含むタンパク質のリモネンシンターゼ活性の50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、90%以上または95%以上の活性を有することが好ましい。(E)及び(F)のタンパク質は、同一条件で測定された場合、上記(iii’)もしくは(iv’)のいずれか一つのアミノ酸配列を含むタンパク質のリモネンシンターゼ活性の50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、90%以上または95%以上の活性を有することが好ましい。(H)及び(I)のタンパク質は、同一条件で測定された場合、上記(v’)もしくは(vi’)のいずれか一つのアミノ酸配列を含むタンパク質のリモネンシンターゼ活性の50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、90%以上または95%以上の活性を有することが好ましい。(K)及び(L)のタンパク質は、同一条件で測定された場合、上記(vii’)もしくは(viii’)のいずれか一つのアミノ酸配列を含むタンパク質のリモネンシンターゼ活性の50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、90%以上または95%以上の活性を有することが好ましい。(N)及び(O)のタンパク質は、同一条件で測定された場合、上記(ix’)もしくは(x’)のいずれか一つのアミノ酸配列を含むタンパク質のリモネンシンターゼ活性の50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、90%以上または95%以上の活性を有することが好ましい。 When the proteins (B) and (C) are measured under the same conditions, 50% or more and 60% of the limonene synthase activity of the protein comprising any one amino acid sequence of (i ′) or (ii ′) above It is preferable that the activity is 70% or more, 80% or more, 90% or more, or 95% or more. When the proteins of (E) and (F) are measured under the same conditions, 50% or more and 60% of the limonene synthase activity of the protein comprising any one of the amino acid sequences (iii ′) or (iv ′) above It is preferable that the activity is 70% or more, 80% or more, 90% or more, or 95% or more. When the proteins (H) and (I) are measured under the same conditions, 50% or more and 60% of the limonene synthase activity of the protein comprising any one of the amino acid sequences (v ′) or (vi ′) above It is preferable that the activity is 70% or more, 80% or more, 90% or more, or 95% or more. When the proteins of (K) and (L) are measured under the same conditions, 50% or more and 60% of the limonene synthase activity of the protein comprising any one of the amino acid sequences (vii ′) or (viii ′) above It is preferable that the activity is 70% or more, 80% or more, 90% or more, or 95% or more. When the proteins (N) and (O) are measured under the same conditions, 50% or more and 60% of the limonene synthase activity of the protein containing any one of the amino acid sequences (ix ′) or (x ′) above It is preferable that the activity is 70% or more, 80% or more, 90% or more, or 95% or more.
上記タンパク質は、目的活性を保持し得る限り、触媒ドメイン中の部位、および触媒ドメイン以外の部位に変異が導入されていてもよい。目的活性を保持し得る、タンパク質中の変異が導入されてもよいアミノ酸残基の位置は、当業者に自明である。具体的には、当業者は、1)同種の活性を有する複数のタンパク質のアミノ酸配列(例、配列番号1、4、7、10又は13により表されるアミノ酸配列、および他のリモネンシンターゼのアミノ酸配列)を比較し、2)相対的に保存されている領域、および相対的に保存されていない領域を明らかにし、次いで、3)相対的に保存されている領域および相対的に保存されていない領域から、それぞれ、機能に重要な役割を果たし得る領域および機能に重要な役割を果たし得ない領域を予測できるので、構造・機能の相関性を認識できる。したがって、当業者は、リモネンシンターゼのアミノ酸配列において変異が導入されてもよいアミノ酸残基の位置を特定できる。 As long as the said protein can hold | maintain target activity, the variation | mutation may be introduce | transduced into the site | part in a catalytic domain, and sites other than a catalytic domain. Those skilled in the art will know the position of an amino acid residue into which a mutation in a protein that can retain the desired activity may be introduced. Specifically, those skilled in the art will 1) amino acid sequences of a plurality of proteins having the same type of activity (eg, amino acid sequences represented by SEQ ID NOs: 1, 4, 7, 10 or 13 and amino acids of other limonene synthases) Sequence), 2) reveal relatively conserved and relatively unconserved regions, then 3) relatively conserved regions and relatively unconserved From the regions, it is possible to predict regions that can play an important role in the function and regions that can not play an important role in the function, so that the correlation between structure and function can be recognized. Therefore, those skilled in the art can specify the position of an amino acid residue to which a mutation may be introduced in the amino acid sequence of limonene synthase.
アミノ酸残基が置換により変異される場合、アミノ酸残基の置換は、保存的置換であってもよい。本明細書中で用いられる場合、用語「保存的置換」とは、所定のアミノ酸残基を、類似の側鎖を有するアミノ酸残基で置換することをいう。類似の側鎖を有するアミノ酸残基のファミリーは、当該分野で周知である。例えば、このようなファミリーとしては、塩基性側鎖を有するアミノ酸(例、リジン、アルギニン、ヒスチジン)、酸性側鎖を有するアミノ酸(例、アスパラギン酸、グルタミン酸)、非荷電性極性側鎖を有するアミノ酸(例、アスパラギン、グルタミン、セリン、スレオニン、チロシン、システイン)、非極性側鎖を有するアミノ酸(例、グリシン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、プロリン、フェニルアラニン、メチオニン、トリプトファン)、β位分岐側鎖を有するアミノ酸(例、スレオニン、バリン、イソロイシン)、芳香族側鎖を有するアミノ酸(例、チロシン、フェニルアラニン、トリプトファン、ヒスチジン)、ヒドロキシル基含有側鎖(例、アルコール、フェノキシ基含有側鎖)を有するアミノ酸(例、セリン、スレオニン、チロシン)、および硫黄含有側鎖を有するアミノ酸(例、システイン、メチオニン)が挙げられる。好ましくは、アミノ酸の保存的置換は、アスパラギン酸とグルタミン酸との間での置換、アルギニンとリジンとヒスチジンとの間での置換、トリプトファンとフェニルアラニンとの間での置換、フェニルアラニンとバリンとの間での置換、ロイシンとイソロイシンとアラニンとの間での置換、およびグリシンとアラニンとの間での置換であってもよい。 When an amino acid residue is mutated by substitution, the amino acid residue substitution may be a conservative substitution. As used herein, the term “conservative substitution” refers to the replacement of a given amino acid residue with an amino acid residue having a similar side chain. Families of amino acid residues with similar side chains are well known in the art. For example, such families include amino acids having basic side chains (eg, lysine, arginine, histidine), amino acids having acidic side chains (eg, aspartic acid, glutamic acid), amino acids having uncharged polar side chains (Eg, asparagine, glutamine, serine, threonine, tyrosine, cysteine), amino acids with non-polar side chains (eg, glycine, alanine, valine, leucine, isoleucine, proline, phenylalanine, methionine, tryptophan), β-branched side chain Having amino acids (eg, threonine, valine, isoleucine), amino acids having aromatic side chains (eg, tyrosine, phenylalanine, tryptophan, histidine), and hydroxyl group-containing side chains (eg, alcohol, phenoxy group-containing side chains) Amino acids (eg, serine) Threonine, tyrosine), and amino acids (e.g. having sulfur-containing side chains, cysteine, methionine) and the like. Preferably, the conservative substitution of amino acids is a substitution between aspartic acid and glutamic acid, a substitution between arginine and lysine and histidine, a substitution between tryptophan and phenylalanine, and between phenylalanine and valine. Or a substitution between leucine, isoleucine and alanine, and a substitution between glycine and alanine.
リモネンシンターゼを発現するパントエア属細菌は、ゲラニル二リン酸シンターゼも発現することが好ましい。ゲラニル二リン酸は、ジメチルアリル二リン酸(DMAPP、dimethylallyl diphosphate)は、ペプチドグリカンや電子受容体(ユビキノン等)の前駆体であり、微生物の増殖に必須であることが知られている(Fujisaki et al.,J.Biochem.,1986;99:1137−1146)。ゲラニル二リン酸シンターゼとしては、例えば、エシェリヒア・コリ由来のゲラニル二リン酸シンターゼが挙げられる。もしくは、パントエア・アナナティス(Pantoea ananatis)(例えば、国際公開第2007/029577A1号)由来、バチルス・ステアロサーモフィルス(Bacillus stearothermophilus)(例えば、特開2000−245482号公報)、ゲオバチルス・ステアロサーモフィルス(Geobacillus stearothermophilus)、放線菌(国際公開第2007/029577A1号)等の微生物由来のゲラニル二リン酸シンターゼが挙げられる。また、アメリカオオモミ(Abies grandis)、ペパーミント(Mentha × piperita)、オウシュウトウヒ(Picea abies)、ニチニチソウ(Catharanthus roseus)、シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)、キンギョソウ(Antirrhinum majus)、ホップ(Humulus lupulus)等の植物由来のゲラニル二リン酸シンターゼが挙げられる。 The Pantoea bacterium expressing limonene synthase preferably also expresses geranyl diphosphate synthase. Geranyl diphosphate is a precursor of peptidoglycan and electron acceptors (ubiquinone, etc.), and dimethylallyl diphosphate (DMAPP) is known to be essential for the growth of microorganisms (Fujisaki et al. al., J. Biochem., 1986; 99: 1137-1146). Examples of geranyl diphosphate synthase include geranyl diphosphate synthase derived from Escherichia coli. Alternatively, Pantoea ananatis (for example, International Publication No. 2007/029577 A1), Bacillus stearothermophilus (for example, JP 2000-245482 A), Geobacillus stearothermophilus (Geobacillus stearothermophilus), actinomycetes (International Publication No. 2007 / 029577A1) and other microorganism-derived geranyl diphosphate synthase. In addition, American fir (Abies grandis), Peppermint (Mentha × piperita), Spruce (Picea abies), Catharanthus roseus, ul, H. Examples include plant-derived geranyl diphosphate synthase.
ゲラニル二リン酸シンターゼをコードするポリヌクレオチドは、以下の(p)、(q)及び(r)からなる群より選ばれる1以上のポリヌクレオチドであることが好ましい。
(p)(xvi)配列番号16で表される塩基配列、もしくは(xvii)配列番号17で表される塩基配列を含むポリヌクレオチド;
(q)前記(xvi)、もしくは(xvii)の塩基配列と90%以上の同一性を有する塩基配列を含み、かつゲラニル二リン酸シンターゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;又は
(r)前記(xvi)、もしくは(xvii)の塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつゲラニル二リン酸シンターゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド。
The polynucleotide encoding geranyl diphosphate synthase is preferably one or more polynucleotides selected from the group consisting of the following (p), (q) and (r).
(P) (xvi) a nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 16, or (xvii) a polynucleotide comprising the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 17;
(Q) a polynucleotide comprising a base sequence having 90% or more identity with the base sequence of (xvi) or (xvii) and encoding a protein having geranyl diphosphate synthase activity; or (r) A polynucleotide encoding a protein that hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide comprising a base sequence complementary to the base sequence of (xvi) or (xvii) and has geranyl diphosphate synthase activity.
配列番号16で表される塩基配列は、エシェリヒア・コリ由来ファルネシル二リン酸/ゲラニル二リン酸シンターゼ遺伝子の塩基配列である。配列番号17で表される塩基配列は、配列番号16で表される塩基配列にあるコドンが改変されており、セリンコドンがフェニルアラニンコドンに変異している。この変異ファルネシル二リン酸シンターゼ遺伝子によりコードされるタンパク質は、ゲラニル二リン酸シンターゼとして知られている(Reiling KK et al.(2004) Biotechnol Bioeng.87(2) 200−212)。ゲラニル二リン酸シンターゼをコードするポリヌクレオチドは、上記のS80F変異に限らず、同様の効果が得られる変異を有していてもよく、変異はS80F変異に限定されるものではない。また、ファルネシル二リン酸シンターゼ遺伝子の由来はエシェリヒア・コリに限定されるものではなく、例えばバチルス・ステアロサーモフィルス由来のファルネシル二リン酸シンターゼにおいて、菌体内のゲラニル二リン酸の濃度を高める変異が明らかにされている(Narita K.,et al.(1999) J Biochem 126(3)566−571.)。また、ファルネシル二リン酸シンターゼ遺伝子への変異導入によって得られるゲラニル二リン酸シンターゼに限らず、元々ゲラニル二リン酸シンターゼとして機能する遺伝子を用いても良い。例えば、ニチニチソウ由来ゲラニル二リン酸シンターゼ遺伝子(Rai A., et al.(2013)Mol Plant.6(5)1531−49)、シロイヌナズナ由来ゲラニル二リン酸シンターゼ遺伝子(Camara B,.(2000)Plant J. 24 (2), 241−252)、放線菌由来ゲラニル二リン酸シンターゼ遺伝子(国際公開第2007/029577A1号)等を用いてもよい。ゲラニル二リン酸シンターゼ活性とは、IPP及びDMAPPからゲラニル二リン酸を生成する活性をいう。ファルネシル二リン酸シンターゼ活性とは、ゲラニル二リン酸(GPP)からファルネシル二リン酸を生成する活性をいう。塩基配列の同一性、ストリンジェントな条件、ポリヌクレオチドの定義は、上記(a)〜(o)のポリヌクレオチドにて説明したのと同様である。 The base sequence represented by SEQ ID NO: 16 is the base sequence of the Escherichia coli derived farnesyl diphosphate / geranyl diphosphate synthase gene. The base sequence represented by SEQ ID NO: 17 has a modified codon in the base sequence represented by SEQ ID NO: 16, and the serine codon is mutated to a phenylalanine codon. The protein encoded by this mutant farnesyl diphosphate synthase gene is known as geranyl diphosphate synthase (Reilling KK et al. (2004) Biotechnol Bioeng. 87 (2) 200-212). The polynucleotide encoding geranyl diphosphate synthase is not limited to the S80F mutation described above, and may have a mutation that provides the same effect, and the mutation is not limited to the S80F mutation. The origin of the farnesyl diphosphate synthase gene is not limited to Escherichia coli. For example, in the farnesyl diphosphate synthase derived from Bacillus stearothermophilus, a mutation that increases the concentration of geranyl diphosphate in the cell. (Narita K., et al. (1999) J Biochem 126 (3) 566-571.). Moreover, not only geranyl diphosphate synthase obtained by introducing mutation into the farnesyl diphosphate synthase gene, but also a gene that originally functions as geranyl diphosphate synthase may be used. For example, periwinkle-derived geranyl diphosphate synthase gene (Rai A., et al. (2013) Mol Plant. 6 (5) 1531-49), Arabidopsis derived geranyl diphosphate synthase gene (Camara B,. (2000) Plant) J. 24 (2), 241-252), actinomycete-derived geranyl diphosphate synthase gene (International Publication No. 2007 / 029577A1) and the like may be used. The geranyl diphosphate synthase activity refers to an activity for producing geranyl diphosphate from IPP and DMAPP. Farnesyl diphosphate synthase activity refers to the activity of producing farnesyl diphosphate from geranyl diphosphate (GPP). The identity of the base sequence, stringent conditions, and the definition of the polynucleotide are the same as those described for the polynucleotides (a) to (o) above.
ゲラニル二リン酸シンターゼは、以下の(P)〜(R)からなる群より選ばれる1以上のタンパク質であることが好ましい。
(P)配列番号76又は77で表される全長アミノ酸配列を含むタンパク質;
(Q)前記アミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を含み、かつゲラニル二リン酸シンターゼ活性を有するタンパク質;及び
(R)前記アミノ酸配列において1個もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換、付加もしくは挿入されているアミノ酸配列を含み、かつゲラニル二リン酸シンターゼ活性を有するタンパク質。
The geranyl diphosphate synthase is preferably one or more proteins selected from the group consisting of the following (P) to (R).
(P) a protein comprising the full-length amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 76 or 77;
(Q) a protein comprising an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence and having geranyl diphosphate synthase activity; and (R) one or several amino acids are deleted in the amino acid sequence; A protein comprising a substituted, added or inserted amino acid sequence and having geranyl diphosphate synthase activity.
配列番号76で表されるアミノ酸配列は、成熟ファルネシル二リン酸/ゲラニル二リン酸シンターゼを含み得る。配列番号77で表されるアミノ酸配列は、変異型成熟ファルネシル二リン酸/ゲラニル二リン酸シンターゼを含み得る。(Q)及び(R)のタンパク質は、同一条件で測定された場合、配列番号76又は77で表されるアミノ酸配列を含むタンパク質のゲラニル二リン酸シンターゼ活性の、好ましくはゲラニル二リン酸シンターゼ活性及びファルネシル二リン酸シンターゼ活性の、50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、90%以上又は95%以上の活性を有することが好ましい。欠失、置換、付加もしくは挿入の定義、アミノ酸の同一性等については、上記(A)〜(O)のタンパク質にて説明したのと同様である。 The amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 76 may comprise mature farnesyl diphosphate / geranyl diphosphate synthase. The amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 77 may comprise a mutant mature farnesyl diphosphate / geranyl diphosphate synthase. When the proteins of (Q) and (R) are measured under the same conditions, the geranyl diphosphate synthase activity, preferably the geranyl diphosphate synthase activity of the protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 76 or 77 And it is preferable to have 50% or more, 60% or more, 70% or more, 80% or more, 90% or more, or 95% or more of the activity of farnesyl diphosphate synthase activity. The definition of deletion, substitution, addition or insertion, amino acid identity, and the like are the same as described in the proteins (A) to (O) above.
本発明で用いられる細菌が含み得る発現単位では、所望のタンパク質をコードするポリヌクレオチド、およびプロモーターの一方は、宿主細胞に固有のものではない。したがって、発現単位は、異種発現単位であり得る。好ましくは、リモネンシンターゼをコードするポリヌクレオチド、必要に応じて含まれるゲラニル二リン酸シンターゼ、およびプロモーターのいずれもが、宿主細胞に固有のものではない。プロモーターは、所望のタンパク質をコードするポリヌクレオチドに対して同種であっても異種であってもよい。発現単位はさらに、ターミネーター、リボソーム結合部位、および薬物耐性遺伝子等のさらなるエレメントを含んでいてもよい。発現単位はDNAであってもRNAであってもよいが、好ましくはDNAである。異種発現単位は、リモネンシンターゼをコードするポリヌクレオチド以外のタンパク質をコードする遺伝子を含んでもよい。斯かるタンパク質としては、例えば、リモネンシンターゼ、メバロン酸キナーゼ、イソプレンシンターゼ、メチルエリスリトールリン酸経路に関与する1以上の酵素、およびメバロン酸経路に関与する1以上の酵素が挙げられるが、これらに限定されない。 In the expression unit that can be contained in the bacterium used in the present invention, one of the polynucleotide encoding the desired protein and the promoter is not unique to the host cell. Thus, the expression unit can be a heterologous expression unit. Preferably, neither the polynucleotide encoding limonene synthase, the optional geranyl diphosphate synthase, or the promoter is unique to the host cell. The promoter may be homologous or heterologous to the polynucleotide encoding the desired protein. The expression unit may further comprise additional elements such as terminators, ribosome binding sites, and drug resistance genes. The expression unit may be DNA or RNA, but is preferably DNA. The heterologous expression unit may include a gene encoding a protein other than the polynucleotide encoding limonene synthase. Examples of such proteins include, but are not limited to, limonene synthase, mevalonate kinase, isoprene synthase, one or more enzymes involved in the methylerythritol phosphate pathway, and one or more enzymes involved in the mevalonate pathway. Not.
本発明で用いられる細菌は、例えば、以下の発現ベクターで形質転換することにより得ることができる:リモネンシンターゼをコードするポリヌクレオチド及びそれに作動可能に連結されたプロモーターを含む発現単位を含む発現ベクター;リモネンシンターゼをコードするポリヌクレオチド、ゲラニル二リン酸シンターゼ及びそれに作動可能に連結されたプロモーターを含む発現単位を含む発現ベクター;リモネンシンターゼをコードするポリヌクレオチド及びそれに作動可能に連結されたプロモーターを含む第1の発現単位と、ゲラニル二リン酸シンターゼをコードするポリヌクレオチド及びそれに作動可能に連結されたプロモーターを含む第2の発現単位とを含む発現ベクター;及び、リモネンシンターゼをコードするポリヌクレオチド及びそれに作動可能に連結されたプロモーターを含む第1の発現ベクターと、ゲラニル二リン酸シンターゼ及びそれに作動可能に連結されたプロモーターを含む発現単位を含む第2の発現ベクターの組み合わせ。発現ベクターは、組込み型(integrative)ベクターであっても、非組込み型ベクターであってもよい。発現ベクターにおいて、リモネンシンターゼをコードする遺伝子は、構成型プロモーター、または誘導型プロモーターの制御下に配置され得る。構成型プロモーターとしては、例えば、tacプロモーター、lacプロモーター、trpプロモーター、trcプロモーター、T7プロモーター、T5プロモーター、T3プロモーター、およびSP6プロモーターが挙げられる。誘導型プロモーターとしては、例えば、後述の増殖促進剤逆依存プロモーターが挙げられる。用語「作動可能に連結された」とは、調節領域のヌクレオチド配列が核酸分子又は遺伝子(すなわち、ポリヌクレオチド)のヌクレオチド配列にポリヌクレオチドの発現(例、増強された、向上された、構成的な、基礎的な、抗転写終結の、弱毒化された、調節解除された、減少した、又は抑制された、発現)が可能な形式で連結しており、これによりヌクレオチド配列によりコードされるポリヌクレオチドの発現産物が生産されることを意味する。 The bacterium used in the present invention can be obtained, for example, by transformation with the following expression vector: an expression vector comprising a polynucleotide encoding limonene synthase and an expression unit comprising a promoter operably linked thereto; A polynucleotide encoding limonene synthase, an expression vector comprising an expression unit comprising geranyl diphosphate synthase and a promoter operably linked thereto; a polynucleotide comprising a polynucleotide encoding limonene synthase and a promoter operably linked thereto; An expression vector comprising one expression unit and a second expression unit comprising a polynucleotide encoding geranyl diphosphate synthase and a promoter operably linked thereto; and a polynucleotide encoding limonene synthase And combinations of a second expression vector comprising a first expression vector comprising a promoter operably linked to it, the expression unit containing the geranyl diphosphate synthase and a promoter operably linked to it. The expression vector may be an integral vector or a non-integration vector. In the expression vector, the gene encoding limonene synthase can be placed under the control of a constitutive promoter or an inducible promoter. Examples of the constitutive promoter include tac promoter, lac promoter, trp promoter, trc promoter, T7 promoter, T5 promoter, T3 promoter, and SP6 promoter. Examples of the inducible promoter include the growth promoter reverse-dependent promoter described below. The term “operably linked” means that the nucleotide sequence of the regulatory region is expressed (eg, enhanced, improved, constitutive) in the nucleotide sequence of the nucleic acid molecule or gene (ie, polynucleotide). , Basic, anti-transcriptional termination, attenuated, deregulated, reduced or repressed, expression) linked in a manner capable of being thereby encoded by a nucleotide sequence Means that the expression product of is produced.
ジメチルアリル二リン酸(DMAPP、dimethylallyl diphosphate)は、ペプチドグリカンや電子受容体(ユビキノン等)の前駆体であり、微生物の増殖に必須であることが知られている(Fujisaki et al.,J.Biochem.,1986;99:1137−1146)。リモネンシンターゼを発現するパントエア族細菌は、ジメチルアリル二リン酸又はイソペンテニル二リン酸供給経路によるジメチル二リン酸の合成能を有することが好ましい。ジメチルアリル二リン酸又はイソペンテニル二リン酸供給経路としては、例えば、メチルエリスリトールリン酸(MEP)経路及びメバロン酸(MVA)経路が挙げられる。 Dimethylallyl diphosphate (DMAPP) is a precursor of peptidoglycan and electron acceptors (such as ubiquinone) and is known to be essential for the growth of microorganisms (Fujisaki et al., J. Biochem). , 1986; 99: 1137-1146). The Pantoea bacterium expressing limonene synthase preferably has the ability to synthesize dimethyl diphosphate through the dimethylallyl diphosphate or isopentenyl diphosphate supply pathway. Examples of the dimethylallyl diphosphate or isopentenyl diphosphate supply pathway include a methyl erythritol phosphate (MEP) pathway and a mevalonic acid (MVA) pathway.
リモネンの材料であるDMAPPは、通常、微生物が固有またはネイティブに有するメチルエリスリトールリン酸経路またはメバロン酸経路のいずれかにより生合成される。したがって、効率的なリモネンの製造のためのDMAPPの供給の観点から、本発明で用いられる細菌は、後述するように、メチルエリスリトールリン酸経路および/またはメバロン酸経路が強化されていてもよい。 DMAPP, a material for limonene, is usually biosynthesized by either the methylerythritol phosphate pathway or the mevalonate pathway inherent in microorganisms or natively. Therefore, from the viewpoint of supplying DMAPP for efficient production of limonene, the bacterium used in the present invention may have an enhanced methylerythritol phosphate pathway and / or mevalonate pathway as described later.
リモネンシンターゼを発現するパントエア属細菌は、ジメチルアリル二リン酸又はイソペンテニル二リン酸供給経路を有し、かつ2−ケトグルコン酸生成経路が遮断されていることが好ましい。 The Pantoea bacterium expressing limonene synthase preferably has a dimethylallyl diphosphate or isopentenyl diphosphate supply pathway, and the 2-ketogluconate production pathway is preferably blocked.
本発明で用いる細菌は、2−ケトグルコン酸生成経路が遮断されている細菌であることが好ましい。2−ケトグルコン酸生成経路においては、グルコースがグルコース脱水素酵素により酸化されてグルコン酸が生成し、次いでグルコン酸がグルコン酸2−ケト脱水素酵素により酸化されてNADPHと2−ケトグルコン酸が生成される。よって、2−ケトグルコン酸生成経路が遮断されている細菌は、グルコース脱水素酵素(GCD)及びグルコン酸2−ケト脱水素酵素からなる群より選ばれる1以上の酵素の活性を低減させることにより得ることができる。好ましくは、2−ケトグルコン酸生成経路は、酵素活性の低減により遮断される。すなわち、本発明で用いる細菌は、グルコースデヒドロゲナーゼ及びグルコン酸2−ケト−デヒドロゲナーゼからなる群より選ばれる1以上の酵素の酵素活性が低減しており、これにより細菌内で2−ケトグルコン酸生成経路が遮断されている。 The bacterium used in the present invention is preferably a bacterium in which the 2-ketogluconic acid production pathway is blocked. In the 2-ketogluconic acid production pathway, glucose is oxidized by glucose dehydrogenase to produce gluconic acid, and then gluconic acid is oxidized by gluconate 2-ketodehydrogenase to produce NADPH and 2-ketogluconic acid. The Therefore, a bacterium in which the 2-ketogluconic acid production pathway is blocked is obtained by reducing the activity of one or more enzymes selected from the group consisting of glucose dehydrogenase (GCD) and gluconate 2-keto dehydrogenase. be able to. Preferably, the 2-ketogluconic acid production pathway is blocked by a decrease in enzyme activity. That is, the bacterium used in the present invention has a reduced enzyme activity of one or more enzymes selected from the group consisting of glucose dehydrogenase and gluconate 2-keto-dehydrogenase, whereby a 2-ketogluconate production pathway is formed in the bacterium. Blocked.
細菌における酵素活性の低減は、例えば、酵素活性の低下及び完全消失を含む。また、細菌における酵素活性の低減は、例えば、細菌における酵素の発現の低下及び完全消失を含む。細菌における酵素の発現の低下又は完全消失は、細菌が保有する活性の低下又は完全消失につながるためである。細菌における酵素活性の低減は、例えば、酵素をコードする遺伝子、酵素の発現又は活性を調節し得る因子をコードする遺伝子、又はこれらの遺伝子の上流に位置する転写調節領域、翻訳調節領域等の発現調節領域(例、プロモーター、シャインダルガルノ(SD)配列)、非翻訳領域を破壊することにより達成することができる。上記の遺伝子又は領域の破壊は、酵素の発現又は活性を低下又は完全消失させるように、上記の遺伝子又は領域に対応するゲノム領域を改変することにより行うことができる。このような改変としては、例えば、上記ゲノム領域の一部又は全ての欠失、上記ゲノム領域へのポリヌクレオチドの挿入、および上記ゲノム領域の別のポリヌクレオチドへの交換が挙げられるが、これらに限定されない。 Reduction of enzyme activity in bacteria includes, for example, reduction and complete disappearance of enzyme activity. Moreover, the reduction | decrease of the enzyme activity in bacteria includes the fall of the expression of the enzyme in bacteria, and complete elimination | eradication, for example. This is because a decrease or complete disappearance of the enzyme expression in the bacteria leads to a decrease or complete disappearance of the activity possessed by the bacteria. Reduction of enzyme activity in bacteria is, for example, expression of a gene encoding the enzyme, a gene encoding a factor capable of regulating the expression or activity of the enzyme, or a transcriptional regulatory region, a translational regulatory region, etc. located upstream of these genes. It can be achieved by destroying regulatory regions (eg promoters, Shine-Dalgarno (SD) sequences), untranslated regions. The gene or region can be disrupted by modifying the genomic region corresponding to the gene or region so that the expression or activity of the enzyme is reduced or completely eliminated. Such modifications include, for example, deletion of part or all of the genomic region, insertion of a polynucleotide into the genomic region, and replacement of the genomic region with another polynucleotide. It is not limited.
リモネンシンターゼを発現するパントエア属細菌は、ピロロキノリンキノン(PQQ)を合成する能力のある、あるいは、培養環境中に含まれるPQQを利用する能力のある細菌であることが好ましい。 Pantoea bacteria expressing limonene synthase are preferably bacteria capable of synthesizing pyrroloquinoline quinone (PQQ) or capable of utilizing PQQ contained in the culture environment.
リモネンシンターゼを発現するパントエア属細菌は、グルコース脱水素酵素の活性が低減していることが好ましく、PQQを補酵素として利用するグルコース脱水素酵素の活性が低減していることがより好ましい。
リモネンシンターゼを発現するパントエア属細菌が、リモネンシンターゼの発現ベクターで、本来的に2−ケトグルコン酸経路を有しているパントエア属細菌等の宿主を形質転換して得られる場合には、該細菌は2−ケトグルコン酸経路を遮断するための改変がなされることが好ましい。
例えば、エシェリヒア・コリ等の腸内細菌科に属する微生物はグルコースデヒドロゲナーゼをコードする遺伝子を持ち、GCDアポ酵素を産生するが、PQQ産生能を有していないため、PQQ非添加ではGCD活性を有しない。しかしながらある外来遺伝子を菌体内で発現させるとPQQを代替する物質が生成し、GCD活性を発現することが知られている(WO2006/133898)。GCD活性を後天的に獲得した上述の腸内細菌科に属する微生物等の微生物は、本発明における「本来的に2−ケトグルコン酸経路を有する微生物」に含まれる。
Pantoea bacteria that express limonene synthase preferably have reduced glucose dehydrogenase activity, and more preferably have reduced glucose dehydrogenase activity using PQQ as a coenzyme.
When a Pantoea bacterium expressing limonene synthase is obtained by transforming a host such as Pantoea bacterium originally having a 2-ketogluconic acid pathway with an expression vector for limonene synthase, the bacterium Preferably, modifications are made to block the 2-ketogluconic acid pathway.
For example, microorganisms belonging to the family Enterobacteriaceae such as Escherichia coli have a gene encoding glucose dehydrogenase and produce GCD apoenzyme, but have no ability to produce PQQ. do not do. However, it is known that when a certain foreign gene is expressed in cells, a substance that substitutes for PQQ is produced and GCD activity is expressed (WO 2006/133898). Microorganisms such as the aforementioned microorganisms belonging to the family Enterobacteriaceae acquired GCD activity are included in the “microorganisms inherently having a 2-ketogluconic acid pathway” in the present invention.
2−ケトグルコン酸生成経路を遮断するための改変は、グルコース脱水素酵素活性を低減するための改変であることが好ましく、PQQを補酵素として利用するグルコース脱水素酵素活性を低減するための改変であることが好ましい。改変は、細菌の細胞あたりのGCD活性が、非改変株、例えば野生型の腸内細菌科に属する菌株よりも低くなるように行い得る。例えば、改変株の細胞あたりのGCDの分子数、又は分子あたりのGCD活性が、野生株のそれよりも低下すればよい。細胞あたりのGCD活性の比較は、例えば、同じ条件で培養した改変株と野生株の細胞抽出液に含まれるGCD活性を比較することによって、行うことができる。比較の対照となり得る野生型のパントエア属細菌としては、例えば、パントエア・アナナティスAJ13355株(FERM BP−6614)、パントエア・アナナティスSC17株(FERM BP−11901)、パントエア・アナナティス SC17(0)株(VKPM B−9246)(Katashkina JI et al.,BMC Mol Biol.,2009;10:34)が挙げられる。 The modification for blocking the 2-ketogluconic acid production pathway is preferably a modification for reducing glucose dehydrogenase activity, and is a modification for reducing glucose dehydrogenase activity using PQQ as a coenzyme. Preferably there is. The modification can be performed such that the GCD activity per bacterial cell is lower than that of an unmodified strain, such as a strain belonging to the wild type Enterobacteriaceae. For example, the number of GCD molecules per cell of the modified strain or the GCD activity per molecule may be lower than that of the wild strain. The comparison of GCD activity per cell can be performed by, for example, comparing the GCD activity contained in the cell extract of the modified strain and the wild strain cultured under the same conditions. Examples of wild-type Pantoea bacteria that can be used as comparison controls include Pantoea ananatis AJ13355 strain (FERM BP-6614), Pantoea ananatis SC17 strain (FERM BP-11901), Pantoea ananatis SC17 (0) strain (VKPM). B-9246) (Katashkina JI et al., BMC Mol Biol., 2009; 10:34).
PQQを補酵素とするGCDの活性は、下記反応を触媒する活性をいう(以下同様)。 The activity of GCD using PQQ as a coenzyme refers to the activity of catalyzing the following reaction (the same applies hereinafter).
β−D−グルコース+酸化型PQQ→D−δ−グルコノラクトン+還元型PQQ β-D-glucose + oxidized PQQ → D-δ-gluconolactone + reduced PQQ
GCD活性は、例えば、以下の反応を介した還元型DCPIPの生成を600nmの吸光度を測定による検出に基づき、測定することができる(特開2007−129965;以下同様)。 The GCD activity can be measured, for example, based on detection of absorbance at 600 nm by measuring the production of reduced DCPIP through the following reaction (JP 2007-129965; the same applies hereinafter).
D−グルコース+酸化型PMS→D−グルコノ−1,5−ラクトン+還元型PMS
還元型PMS+酸化型DCPIP→酸化型PMS+還元型DCPIP
PMS:フェナジンメトサルフェート
DCPIP:2,6−ジクロロフェノール−インドフェノール
D-glucose + oxidized PMS → D-glucono-1,5-lactone + reduced PMS
Reduced PMS + oxidized DCPIP → oxidized PMS + reduced DCPIP
PMS: Phenazine methosulfate DCPIP: 2,6-dichlorophenol-indophenol
GCDの活性は、GCDをコードする遺伝子(gcd遺伝子)、GCDの発現又は活性を調節し得る因子をコードする遺伝子、又はこれらの遺伝子の上流に位置する転写調節領域を破壊することにより低減させることができる。 The activity of GCD is reduced by disrupting a gene encoding GCD (gcd gene), a gene encoding a factor capable of regulating GCD expression or activity, or a transcriptional regulatory region located upstream of these genes. Can do.
gcd遺伝子としては、以下の(x)〜(z)よりなる群より選ばれる1以上のポリヌクレオチドであることが好ましい。
(x)〔i〕配列番号18で表される塩基配列、もしくは〔ii〕配列番号18で表される塩基配列中301〜2691番目のヌクレオチド残基からなる塩基配列を含むポリヌクレオチド;
(y)前記〔i〕もしくは〔ii〕の塩基配列と90%以上の同一性を有する塩基配列を含み、かつGCD活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;又は
(z)前記〔i〕もしくは〔ii〕の塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつGCD活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド。
The gcd gene is preferably one or more polynucleotides selected from the group consisting of the following (x) to (z).
(X) [i] a nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 18, or [ii] a polynucleotide comprising a nucleotide sequence consisting of nucleotide residues 301 to 2691 in the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 18;
(Y) a polynucleotide comprising a base sequence having 90% or more identity with the base sequence of [i] or [ii] and encoding a protein having GCD activity; or (z) the above [i] or [ ii] a polynucleotide that hybridizes with a polynucleotide comprising a base sequence complementary to the base sequence under stringent conditions and encodes a protein having GCD activity.
配列番号18に示す塩基配列は、パントエア・アナナティスのgcd遺伝子の完全長の塩基配列である。配列番号18で表される塩基配列は、配列番号19で表されるアミノ酸配列をコードし、301〜2691(2688)番目のヌクレオチド残基からなる塩基配列は、GCDのアミノ酸配列をコードし得る。塩基配列の同一性、ストリンジェントな条件、ポリヌクレオチドの定義は、上記(a)〜(o)のポリヌクレオチドにて説明したのと同様である。 The base sequence shown in SEQ ID NO: 18 is the full-length base sequence of Pantoea ananatis gcd gene. The base sequence represented by SEQ ID NO: 18 encodes the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 19, and the base sequence consisting of the 301st to 2691 (2688) th nucleotide residues can encode the amino acid sequence of GCD. The identity of the base sequence, stringent conditions, and the definition of the polynucleotide are the same as those described for the polynucleotides (a) to (o) above.
GCDは、以下の(X)〜(Z)からなる群より選ばれる1以上のタンパク質であることが好ましい。
(X)配列番号19で表される全長アミノ酸配列、もしくは〔ii’〕配列番号1で表されるアミノ酸配列中の1〜796番目のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列を含むタンパク質;
(Y)前記〔i’〕もしくは〔ii’〕のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を含み、かつGCD活性を有するタンパク質;及び
(Z)前記〔i’〕もしくは〔ii’〕のアミノ酸配列において1個もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換、付加もしくは挿入されているアミノ酸配列を含み、かつGCD活性を有するタンパク質。
GCD is preferably one or more proteins selected from the group consisting of the following (X) to (Z).
(X) a protein comprising the full-length amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 19 or the amino acid sequence consisting of the 1st to 796th amino acid residues in the amino acid sequence represented by [ii ′] SEQ ID NO: 1;
(Y) a protein comprising an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence of [i ′] or [ii ′] and having GCD activity; and (Z) the above [i ′] or [ii ′ ], A protein having GCD activity, comprising an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted, added or inserted.
配列番号19で表されるアミノ酸配列は、GCDを含み得る。(Y)及び(Z)のタンパク質は、同一条件で測定された場合、配列番号19で表されるアミノ酸配列を含むタンパク質のGCD活性の50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、90%以上または95%以上の活性を有することが好ましい。欠失、置換、付加もしくは挿入の定義、アミノ酸の同一性等については、(A)〜(O)のタンパク質にて説明したのと同様である。 The amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 19 can contain GCD. When the proteins of (Y) and (Z) are measured under the same conditions, 50% or more, 60% or more, 70% or more, 80% or more of the GCD activity of the protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 19 90% or more, or preferably 95% or more. The definition of deletion, substitution, addition or insertion, amino acid identity, and the like are the same as described in the proteins (A) to (O).
gcd遺伝子は、これらの配列に基づき、オリゴヌクレオチドを合成し、パントエア・アナナティスの染色体を鋳型としてPCR反応を行うことによってクローニングすることができる。gcd遺伝子の破壊は、相同組換えにより行ってもよい。この場合、染色体上のgcd遺伝子と一定以上の相同性、例えば、80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上の相同性を有する遺伝子を用いてもよい。また、染色体上のgcd遺伝子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする遺伝子を用いてもよい。ストリンジェントな条件としては、例えば、60℃、1×SSC,0.1%SDS、好ましくは、0.1×SSC、0.1%SDSに相当する塩濃度で、1回より好ましくは2〜3回洗浄する条件が挙げられる。 The gcd gene can be cloned by synthesizing oligonucleotides based on these sequences and performing a PCR reaction using the Pantoea ananatis chromosome as a template. The gcd gene may be disrupted by homologous recombination. In this case, a gene having a certain degree of homology with the gcd gene on the chromosome, for example, 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more may be used. Alternatively, a gene that hybridizes with the gcd gene on the chromosome under stringent conditions may be used. The stringent conditions include, for example, a salt concentration corresponding to 60 ° C., 1 × SSC, 0.1% SDS, preferably 0.1 × SSC, 0.1% SDS, and more preferably 2 times. The condition of washing three times is mentioned.
gcd遺伝子の破壊は、例えば、染色体上の標的遺伝子の上下流の配列を含めた標的遺伝子全体の欠失、gcd遺伝子の不活化は、染色体上のgcd遺伝子のコード領域にアミノ酸置換(ミスセンス変異)の導入、終始コドンの導入(ナンセンス変異)、あるいは一〜二塩基付加・欠失するフレームシフト変異の導入によっても達成出来る(Journal of Biological Chemistry 272:8611−8617(1997)Proceedings of the National Academy of Sciences,USA 95 5511−5515(1998),Journal of Biological Chemistry 266,20833−20839(1991))。 Disruption of the gcd gene is, for example, deletion of the entire target gene including upstream and downstream sequences of the target gene on the chromosome, and inactivation of the gcd gene is amino acid substitution (missense mutation) in the coding region of the gcd gene on the chromosome , Introduction of a stop codon (nonsense mutation), or introduction of a frameshift mutation that adds or deletes 1 to 2 bases (Journal of Biological Chemistry 272: 8611-8617 (1997) Proceedings of the National Academy of Sciences, USA 95 5511-5515 (1998), Journal of Biological Chemistry 266, 20833-20839 (1991)).
各遺伝子の破壊は、遺伝子組換えにより行われることが好ましい。遺伝子組換えによる方法としては例えば、相同組換えを利用して、染色体上の標的遺伝子の発現調節配列(例、プロモーター領域、又はコード領域、もしくは非コード領域)の一部又は全部を欠失させること、又はこれらの領域にポリヌクレオチドを挿入することが挙げられる。 The disruption of each gene is preferably performed by gene recombination. As a method by gene recombination, for example, homologous recombination is used to delete part or all of the expression regulatory sequence (eg, promoter region, coding region, or non-coding region) of the target gene on the chromosome. Or inserting a polynucleotide into these regions.
発現調節配列の破壊は、好ましくは1塩基以上、より好ましくは2塩基以上、更に好ましくは3塩基以上につき行われる。また、コード領域を欠失させる場合は、各遺伝子が産生するタンパク質の機能が低減するのであれば、欠失させる領域は、N末端領域、内部領域、C末端領域のいずれの領域であってもよく、コード領域全体であってよい。通常、欠失させる領域は長い方が確実に標的遺伝子を破壊することができる。欠失させる領域の上流と下流のリーディングフレームは一致しないことが好ましい。 The destruction of the expression regulatory sequence is preferably performed for 1 base or more, more preferably 2 bases or more, and further preferably 3 bases or more. When the coding region is deleted, the region to be deleted may be any of the N-terminal region, internal region, and C-terminal region as long as the function of the protein produced by each gene is reduced. It may be the entire code area. Usually, the longer the region to be deleted, the more reliable the target gene can be destroyed. It is preferable that the reading frames upstream and downstream of the region to be deleted do not match.
コード領域にポリヌクレオチドを挿入する場合、挿入位置は、標的遺伝子のいずれの領域であってもよいが、挿入する配列は長い方が、確実に標的遺伝子を破壊することができる。挿入部位の前後の配列は、リーディングフレームが一致しないことが好ましい。ポリヌクレオチドとしては、標的遺伝子によりコードされるタンパク質の機能を低減させるものであれば特に制限されないが、例えば、抗生物質耐性遺伝子を又はL−アミノ酸生産に有用な遺伝子を搭載したトランスポゾン等が挙げられる。 When the polynucleotide is inserted into the coding region, the insertion position may be any region of the target gene, but the longer the inserted sequence, the target gene can be surely destroyed. The sequences before and after the insertion site preferably do not match the reading frame. The polynucleotide is not particularly limited as long as it reduces the function of the protein encoded by the target gene. Examples thereof include a transposon carrying an antibiotic resistance gene or a gene useful for L-amino acid production. .
染色体上の標的遺伝子を上記のように改変する方法としては、例えば以下の方法が挙げられる。まず、標的遺伝子の部分配列を欠失し、正常に機能するタンパク質を産生できない変異遺伝子を作製する。次に、該遺伝子を含むDNAで細菌を形質転換して、変異遺伝子と染色体上の標的遺伝子とで相同組換えを起こさせることにより、染色体上の標的遺伝子を変異遺伝子に置換する。得られる欠失型標的遺伝子によってコードされるタンパク質は、生成したとしても、野生型タンパク質とは異なる立体構造を有し、その活性が低減する。このような相同組換えを利用した遺伝子置換による遺伝子破壊は既に確立している。例えば、「Redドリブンインテグレーション(Red−driven integration)」と呼ばれる方法(Datsenko,K.A,and Wanner,B.L.Proc.Natl.Acad.Sci.USA.97:6640−6645(2000))、又は、Redドリブンインテグレーション法とλファージ由来の切り出しシステム(Cho,E.H.,Gumport,R.I.,Gardner,J.F.J.Bacteriol.184:5200−5203(2002))とを組合わせた方法(WO2005/010175号)等の直鎖状DNAを用いる方法や、温度感受性複製起点を含むプラスミド、接合伝達能力を有するプラスミドを用いる方法、宿主内で複製起点を持たないスイサイドベクターを利用する方法などが挙げられる(米国特許第6303383号明細書、または特開平05−007491号公報)。 Examples of the method for modifying the target gene on the chromosome as described above include the following methods. First, a mutant gene that lacks a partial sequence of the target gene and cannot produce a normally functioning protein is prepared. Next, the target gene on the chromosome is replaced with the mutant gene by transforming bacteria with the DNA containing the gene and causing homologous recombination between the mutant gene and the target gene on the chromosome. Even if the protein encoded by the obtained deletion type target gene is produced, it has a three-dimensional structure different from that of the wild type protein, and its activity is reduced. Gene disruption by gene replacement using such homologous recombination has already been established. For example, a method called “Red-driven integration” (Datsenko, KA, and Wanner, BL Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 97: 6640-6645 (2000)), Alternatively, a combination of the Red driven integration method and a λ phage-derived excision system (Cho, EH, Gumpport, RI, Gardner, JFJ Bacteriol. 184: 5200-5203 (2002)). Utilizing linear DNA such as the combined method (WO2005 / 010175), plasmids containing temperature-sensitive replication origins, methods using plasmids with junction transfer ability, and suicide vectors that do not have replication origins in the host Like that method (U.S. Pat. No. 6,303,383 or JP-A 05-007491, JP-).
標的遺伝子の転写が低下するか否かの確認は、標的遺伝子から転写されるmRNAの量を野生株、あるいは非改変株と比較することによって行うことが出来る。mRNAの量を評価する方法としては、ノーザンハイブリダイゼーション、RT−PCR等が挙げられる(Molecular cloning(Cold spring Harbor Laboratory Press,Cold spring Harbor(USA),2001))。転写量は、野生株あるいは非改変株のいずれかと比較して低下していればよいが、例えば野生株、非改変株と比べて少なくとも75%以下、50%以下、25%以下、又は10%以下に低下していることが望ましく、全く発現していないことが特に好ましい。 Whether or not the transcription of the target gene is decreased can be confirmed by comparing the amount of mRNA transcribed from the target gene with a wild strain or an unmodified strain. Examples of methods for evaluating the amount of mRNA include Northern hybridization, RT-PCR and the like (Molecular cloning (Cold spring Harbor Laboratory Press, Cold spring Harbor (USA), 2001)). The amount of transcription may be reduced as compared with either a wild strain or an unmodified strain. For example, at least 75% or less, 50% or less, 25% or less, or 10% compared to a wild strain or an unmodified strain. It is desirable that it is lowered below, and it is particularly preferable that it is not expressed at all.
標的遺伝子がコードするタンパク質の量が低下したことの確認は、同タンパク質に結合する抗体を用いてウェスタンブロットによって行うことが出来る(Molecular cloning(Cold spring Harbor Laboratory Press,Cold spring Harbor(USA),2001))。タンパク質量の低下は、野生株あるいは非改変株と比較して、低下していればいずれでもよいが、例えば野生株、非改変株と比べて、野生株あるいは非改変株と比べて少なくとも75%以下、50%以下、25%以下、又は10%以下に減少していることが望ましく、全くタンパク質を産生していない(完全に活性が消失している)ことが特に好ましい。 Confirmation that the amount of the protein encoded by the target gene has decreased can be confirmed by Western blotting using an antibody that binds to the protein (Molecular cloning (Cold spring Harbor Press, Cold spring Harbor (USA), 2001). )). The amount of protein may be reduced as long as it is lower than that of a wild strain or an unmodified strain. For example, it is at least 75% lower than that of a wild strain or an unmodified strain as compared to a wild strain or an unmodified strain. In the following, it is desirable that the amount is reduced to 50% or less, 25% or less, or 10% or less, and it is particularly preferable that no protein is produced (activity is completely lost).
GCDの活性を低下させるには、上述の遺伝子操作法以外に、例えば、パントエア属に属する細菌等の腸内細菌科に属する微生物を紫外線照射または、N−メチル−N'−ニトロ−N−ニトロソグアニジン(NTG)もしくは亜硝酸等の通常変異処理に用いられている変異剤によって処理し、GCDの活性が低下した菌株を選択する方法が挙げられる。 In order to reduce the activity of GCD, in addition to the above-described gene manipulation method, for example, microorganisms belonging to the family Enterobacteriaceae such as bacteria belonging to the genus Pantoea are irradiated with ultraviolet rays or N-methyl-N′-nitro-N-nitroso. Examples include a method of selecting a strain that has been treated with a mutagen such as guanidine (NTG) or nitrous acid, which is usually used for mutagenesis, and has reduced GCD activity.
GCDの活性は、PQQの合成能の低減によっても低減させることができる。PQQの合成能は、例えば、PQQ生合成に必要なオペロンであるpqqABCDEFの一部又は全部を欠失させることによって、低下させることができる(J.S.Velterop,P.W.Postma,J.Bacteriology 177(17):5088−5098(1995))。 The activity of GCD can also be reduced by reducing the ability to synthesize PQQ. The ability to synthesize PQQ can be reduced, for example, by deleting part or all of pqqABCDEF, an operon required for PQQ biosynthesis (J. S. Belterop, P. W. Postma, J. et al. Bacteriology 177 (17): 5088-5098 (1995)).
リモネンシンターゼを発現するパントエア属細菌は、好気性微生物、嫌気性微生物のいずれであってもよい。微生物を好気条件下で培養するときは、培地中の溶存酸素の濃度は微生物の増殖に十分な程度以上の濃度であればよい。好気性微生物の増殖に十分である培地中の溶存酸素の濃度は、好気性微生物の増殖を促進できる濃度である限り特に限定されず、例えば1ppm以上、3ppm以上、5ppm以上、または7.22ppm以上であってもよい。好気性微生物の増殖のための溶存酸素の濃度はまた、例えば0.3ppm以下、0.15ppm以下、または0.05ppm以下であってもよい。 Pantoea bacteria expressing limonene synthase may be either aerobic microorganisms or anaerobic microorganisms. When culturing a microorganism under aerobic conditions, the concentration of dissolved oxygen in the medium may be a concentration sufficient for the growth of the microorganism. The concentration of dissolved oxygen in the medium sufficient for the growth of aerobic microorganisms is not particularly limited as long as it is a concentration that can promote the growth of aerobic microorganisms. For example, 1 ppm or more, 3 ppm or more, 5 ppm or more, or 7.22 ppm or more It may be. The concentration of dissolved oxygen for the growth of aerobic microorganisms may also be, for example, 0.3 ppm or less, 0.15 ppm or less, or 0.05 ppm or less.
リモネンシンターゼを発現する微生物は、効率的なリモネンの製造のためのIPP及びDMAPPの供給の観点からジメチルアリル二リン酸供給経路によるジメチル二リン酸の合成能を有することが好ましい。ジメチルアリル二リン酸供給経路としては、例えば、メチルエリスリトールリン酸(MEP)経路及びメバロン酸(MVA)経路が挙げられる。 The microorganism expressing limonene synthase preferably has the ability to synthesize dimethyl diphosphate through the dimethylallyl diphosphate supply pathway from the viewpoint of supplying IPP and DMAPP for efficient production of limonene. Examples of the dimethylallyl diphosphate supply route include a methyl erythritol phosphate (MEP) route and a mevalonic acid (MVA) route.
メバロン酸(MVA)経路に関与する酵素としては、例えば、メバロン酸キナーゼ(EC:2.7.1.36;例1、Erg12p、ACCESSION ID NP_013935;例2、AT5G27450、ACCESSION ID NP_001190411)、ホスホメバロン酸キナーゼ(EC:2.7.4.2;例1、Erg8p、ACCESSION ID NP_013947;例2、AT1G31910、ACCESSION ID NP_001185124)、ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ(EC:4.1.1.33;例1、Mvd1p、ACCESSION ID NP_014441;例2、AT2G38700、ACCESSION ID NP_181404;例3、AT3G54250、ACCESSION ID NP_566995)、アセチル−CoA−C−アセチルトランスフェラーゼ(EC:2.3.1.9;例1、Erg10p、ACCESSION ID NP_015297;例2、AT5G47720、ACCESSION ID NP_001032028;例3、AT5G48230、ACCESSION ID NP_568694)、ヒドロキシメチルグルタリル−CoAシンターゼ(EC:2.3.3.10;例1、Erg13p、ACCESSION ID NP_013580;例2、AT4G11820、ACCESSION ID NP_192919;例3、MvaS、ACCESSION ID AAG02438)、ヒドロキシメチルグルタリル−CoAリダクターゼ(EC:1.1.1.34;例1、Hmg2p、ACCESSION ID NP_013555;例2、Hmg1p、ACCESSION ID NP_013636;例3、AT1G76490、ACCESSION ID NP_177775;例4、AT2G17370、ACCESSION ID NP_179329、EC:1.1.1.88、例、MvaA、ACCESSION ID P13702)、アセチル−CoA−C−アセチルトランスフェラーゼ/ヒドロキシメチルグルタリル−CoAリダクターゼ(EC:2.3.1.9/1.1.1.34、例、MvaE、ACCESSION ID AAG02439)が挙げられる。発現ベクターにおいて、メバロン酸(MVA)経路に関与する1以上の酵素(例、ホスホメバロン酸キナーゼ、ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ、アセチル−CoA−C−アセチルトランスフェラーゼ/ヒドロキシメチルグルタリル−CoAリダクターゼ、ヒドロキシメチルグルタリル−CoAシンターゼ)をコードする遺伝子は、増殖促進剤逆依存性プロモーターの制御下に配置されてもよい。 Examples of the enzyme involved in the mevalonate (MVA) pathway include mevalonate kinase (EC: 2.7.1.36; Example 1, Erg12p, ACCESSION ID NP — 013535; Example 2, AT5G27450, ACCESSION ID NP — 001190411), phosphomevalonic acid Kinase (EC: 2.7.4.2; Example 1, Erg8p, ACCESSION ID NP — 013947; Example 2, AT1G31910, ACCESSION ID NP — 001185124), diphosphomevalonate decarboxylase (EC: 4.1.1.33; Example 1, Mvd1p) , ACCESSION ID NP_014441; Example 2, AT2G38700, ACCESSION ID NP_181404; Example 3, AT3G54250, ACCESS ON ID NP_566995), acetyl-CoA-C-acetyltransferase (EC: 2.3.1.9; Example 1, Erg10p, ACCESSION ID NP_015297; Example 2, AT5G47720, ACCESSION ID NP_001032028; Example 3, AT5G48230, 94 ), Hydroxymethylglutaryl-CoA synthase (EC: 2.3.3.10; Example 1, Erg13p, ACCESSION ID NP — 013580; Example 2, AT4G11820, ACCESSION ID NP — 192919; Example 3, MvaS, ACCESSION ID AAG02438), Hydroxymethyl Glutaryl-CoA reductase (EC: 1.1.1.34; Example 1, H Example 2, Hmg1p, ACCESSION ID NP — 013636; Example 3, AT1G76490, ACCESSION ID NP — 177775; Example 4, AT2G17370, ACCESSION ID NP — 17938, EC: 1.1M, P1. ), Acetyl-CoA-C-acetyltransferase / hydroxymethylglutaryl-CoA reductase (EC: 2.3.1.9/1.1.1.34, eg, MvaE, ACCESSION ID AAG02439). In an expression vector, one or more enzymes involved in the mevalonate (MVA) pathway (eg, phosphomevalonate kinase, diphosphomevalonate decarboxylase, acetyl-CoA-C-acetyltransferase / hydroxymethylglutaryl-CoA reductase, hydroxymethylglutaryl) The gene encoding -CoA synthase may be placed under the control of a growth promoter reverse-dependent promoter.
メチルエリスリトールリン酸(MEP)経路に関与する酵素としては、例えば、1−デオキシ−D−キシルロース−5−リン酸シンターゼ(EC:2.2.1.7、例1、Dxs、ACCESSION ID NP_414954;例2、AT3G21500、ACCESSION ID NP_566686;例3、AT4G15560、ACCESSION ID NP_193291;例4、AT5G11380、ACCESSION ID NP_001078570)、1−デオキシ−D−キシルロース−5−リン酸リダクトイソメラーゼ(EC:1.1.1.267;例1、Dxr、ACCESSION ID NP_414715;例2、AT5G62790、ACCESSION ID NP_001190600)、4−ジホスホシチジル−2−C−メチル−D−エリスリトールシンターゼ(EC:2.7.7.60;例1、IspD、ACCESSION ID NP_417227;例2、AT2G02500、ACCESSION ID NP_565286)、4−ジホスホシチジル−2−C−メチル−D−エリスリトールキナーゼ(EC:2.7.1.148;例1、IspE、ACCESSION ID NP_415726;例2、AT2G26930、ACCESSION ID NP_180261)、2−C−メチル―D−エリスリトール−2,4−シクロ二リン酸シンターゼ(EC:4.6.1.12;例1、IspF、ACCESSION ID NP_417226;例2、AT1G63970、ACCESSION ID NP_564819)、1−ヒドロキシ−2−メチル−2−(E)−ブテニル−4−二リン酸シンターゼ(EC:1.17.7.1;例1、IspG、ACCESSION ID NP_417010;例2、AT5G60600、ACCESSION ID NP_001119467)、4−ヒドロキシ−3−メチル−2−ブテニル二リン酸レダクターゼ(EC:1.17.1.2;例1、IspH、ACCESSION ID NP_414570;例2、AT4G34350、ACCESSION ID NP_567965)が挙げられる。発現ベクターにおいて、これらの酵素をコードする遺伝子は、増殖促進剤逆依存性プロモーターの制御下に配置されてもよい。 Examples of the enzyme involved in the methylerythritol phosphate (MEP) pathway include 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate synthase (EC: 2.2.1.7, Example 1, Dxs, ACCESSION ID NP — 414554; Example 2, AT3G21500, ACCESSION ID NP — 567686; Example 3, AT4G15560, ACCESSION ID NP — 193291; Example 4, AT5G11380, ACCESSION ID NP — 0010785570), 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate reduct isomerase (EC: 1.1. 1.267; Example 1, Dxr, ACCESSION ID NP_414715; Example 2, AT5G62790, ACCESSION ID NP_001190600), 4-diphospho Tidyl-2-C-methyl-D-erythritol synthase (EC: 2.7.7.60; Example 1, IspD, ACCESSION ID NP_417227; Example 2, AT2G02500, ACCESSION ID NP_565286), 4-diphosphocytidyl-2-C- Methyl-D-erythritol kinase (EC: 2.7.1.148; Example 1, IspE, ACCESSION ID NP_415726; Example 2, AT2G26930, ACCESSION ID NP_180261), 2-C-methyl-D-erythritol-2,4- Cyclodiphosphate synthase (EC: 4.6.1.12; Example 1, IspF, ACCESSION ID NP — 417226; Example 2, AT1G63970, ACCESSION ID NP — 564819), -Hydroxy-2-methyl-2- (E) -butenyl-4-diphosphate synthase (EC: 1.7.7.7.1; Example 1, IspG, ACCESSION ID NP_417010; Example 2, AT5G60600, ACCESSION ID NP_001119467) 4-hydroxy-3-methyl-2-butenyl diphosphate reductase (EC: 1.17.1.2; Example 1, IspH, ACCESSION ID NP — 414570; Example 2, AT4G34350, ACCESSION ID NP — 567965). In the expression vector, genes encoding these enzymes may be placed under the control of a growth promoter reverse-dependent promoter.
リモネンの材料であるIPP及びDMAPPは、上記のとおり通常、微生物が固有に有するメチルエリスリトールリン酸経路又はメバロン酸経路のいずれかにより生合成される。そのため、リモネンシンターゼを発現するパントエア属細菌は、さらにリモネンの基礎的材料(例、イソプレンシンターゼの基質)であるジメチルアリル二リン酸(DMAPP)を合成する経路が強化されていてもよい。
このような強化のため、本発明で用いられるパントエア属細菌は、リモネンシンターゼに加えて、メバロン酸キナーゼをさらに発現していてもよい。したがって、リモネンシンターゼを発現するパントエア属細菌は、メバロン酸キナーゼ発現ベクターで形質転換されていてもよい。メバロン酸キナーゼ遺伝子としては、例えば、メタノサルシナ・マゼイ(Methanosarcina mazei)等のメタノサルシナ(Methanosarcina)属、メタノセラ・パルディコラ(Methanocella paludicola)等のメタノセラ(Methanocella)属、コリネバクテリウム・ヴァリアビル(Corynebacterium variabile)等のコリネバクテリウム(Corynebacterium)属、メタノセタ・コンキリ(Methanosaeta concilii)等のメタノセタ(Methanosaeta)属、およびニトロソプミラス・マリチマス(Nitrosopumilus maritimus)等のニトロソプミラス(Nitrosopumilus)属に属する微生物の遺伝子が挙げられる。
リモネンシンターゼを発現する微生物は、メバロン酸経路又はメチルエリスリトールリン酸経路に関与する1以上の酵素発現ベクターにより形質転換されていてもよい。発現ベクターは、組込み型(integrative)ベクターであっても、非組込み型ベクターであってもよい。発現ベクターにおいて、メバロン酸キナーゼをコードする遺伝子は、構成型プロモーター、または誘導型プロモーター(例、増殖促進剤逆依存プロモーター)の制御下に配置され得る。具体的には、メバロン酸キナーゼをコードする遺伝子は、構成型プロモーターの制御下に配置され得る。構成型プロモーターとしては、例えば、tacプロモーター、lacプロモーター、trpプロモーター、trcプロモーター、T7プロモーター、T5プロモーター、T3プロモーター、およびSP6プロモーターが挙げられる。
このような酵素の発現ベクターはさらに、メバロン酸経路および/またはメチルエリスリトールリン酸経路に関与する複数の酵素(例、1種、2種、3種または4種以上)を一緒または個別に発現するものであってもよく、例えば、ポリシストロニックmRNAの発現ベクターであってもよい。メバロン酸経路および/またはメチルエリスリトールリン酸経路に関与する1以上の酵素の由来は、宿主に対して同種であってもよいし、異種であってもよい。メバロン酸経路および/またはメチルエリスリトールリン酸経路に関与する酵素の由来が宿主に対して異種、例えば、メバロン酸経路に関与する酵素が真菌(例、サッカロミセス・セレビシエ)、放線菌、植物に由来するものであってもよい。また、宿主が、メチルエリスリトールリン酸経路に関与する酵素を固有に産生するものである場合、宿主に導入される発現ベクターは、メバロン酸経路に関与する酵素を発現するものであってもよい。
放線菌としては例えば、Streptomyces属、Kitasatospora属、Streptacidiphilus属、Pseudonocardia属、Actinoalloteichus属、Actinokineospora属、Actinomycetospora属、Actinophytocola属、Actinosynnema属、Alloactinosynnema属、Allokutzneria属、Amycolatopsis属、Crossiella属、Goodfellowiella属、Haloechinothrix属、Kibdelosporangium属、Kutzneria属、Labedaea属、Lechevalieria属、Lentzea属、Longimycelium属、Prauserella属、Saccharomonospora属、Saccharopolyspora属、Saccharothrix属、Sciscionella属、Streptoalloteichus属、Tamaricihabitans属、Thermobispora属、Thermocrispum属、Thermotunica属、Umezawaea属、Yuhushiella属等の微生物が挙げられる。植物の例としては、前述したリモネンシンターゼの由来する植物の具体例が挙げられる。
As described above, IPP and DMAPP, which are limonene materials, are usually biosynthesized by either the methylerythritol phosphate pathway or the mevalonate pathway inherent to microorganisms. Therefore, Pantoea bacteria expressing limonene synthase may further have an enhanced pathway for synthesizing dimethylallyl diphosphate (DMAPP), which is a basic material of limonene (eg, a substrate for isoprene synthase).
For such enhancement, the Pantoea bacterium used in the present invention may further express mevalonate kinase in addition to limonene synthase. Therefore, Pantoea bacteria expressing limonene synthase may be transformed with a mevalonate kinase expression vector. Examples of the mevalonate kinase gene include, for example, the genus of Methanosarcina mazei such as Methanosarcina mazei, the genus of Methanocarcaria burium, and the like of Methanocella paricola (Methenocella paricola). Corynebacterium, Methanosaeta conciili and other genus Methanosaeta, and Nitrosopumilus maritimus nitrosopomirus s) include the gene of a microorganism belonging to the genus.
The microorganism expressing limonene synthase may be transformed with one or more enzyme expression vectors involved in the mevalonate pathway or the methylerythritol phosphate pathway. The expression vector may be an integral vector or a non-integration vector. In the expression vector, the gene encoding mevalonate kinase can be placed under the control of a constitutive promoter or an inducible promoter (eg, a growth promoter reverse-dependent promoter). Specifically, the gene encoding mevalonate kinase can be placed under the control of a constitutive promoter. Examples of the constitutive promoter include tac promoter, lac promoter, trp promoter, trc promoter, T7 promoter, T5 promoter, T3 promoter, and SP6 promoter.
Such enzyme expression vectors further express together or individually a plurality of enzymes (eg, 1, 2, 3 or 4 or more) involved in the mevalonate pathway and / or the methylerythritol phosphate pathway. For example, it may be an expression vector for polycistronic mRNA. The origin of one or more enzymes involved in the mevalonate pathway and / or the methylerythritol phosphate pathway may be homologous or heterologous to the host. The origin of the enzyme involved in the mevalonate pathway and / or methylerythritol phosphate pathway is different from the host, for example, the enzyme involved in the mevalonate pathway is derived from fungi (eg, Saccharomyces cerevisiae), actinomycetes, or plants It may be a thing. In addition, when the host inherently produces an enzyme involved in the methylerythritol phosphate pathway, the expression vector introduced into the host may express an enzyme involved in the mevalonate pathway.
The actinomycete example, Streptomyces genus, Kitasatospora spp, Streptacidiphilus genus, Pseudonocardia sp, Actinoalloteichus genus, Actinokineospora genus, Actinomycetospora genus, Actinophytocola genus, Actinosynnema spp, Alloactinosynnema genus, Allokutzneria genus, Amycolatopsis sp, Crossiella genus, Goodfellowiella genus, Haloechinothrix genus , Kibellosporarangium genus, Kutzneria genus, Labedaea genus, Lechevaleria genus, Lentzea genus, Longimiceli m genus Prauserella genus Saccharomonospora genus Saccharopolyspora genus Saccharothrix genus Sciscionella genus Streptoalloteichus genus Tamaricihabitans genus Thermobispora genus Thermocrispum genus Thermotunica genus Umezawaea genus include microorganisms Yuhushiella genus like. As an example of a plant, the specific example of the plant from which the limonene synthase mentioned above originates is mentioned.
発現ベクターにおいて、メバロン酸(MVA)経路及び/又はメチルエリスリトールリン酸(MEP)経路に関与する1以上の酵素をコードする遺伝子は、増殖促進剤逆依存プロモーターの制御下に配置されてもよい。 In the expression vector, a gene encoding one or more enzymes involved in the mevalonate (MVA) pathway and / or the methylerythritol phosphate (MEP) pathway may be placed under the control of a growth promoter-independent promoter.
また、メチルエリスリトールリン酸経路及び/又はメバロン酸経路強化のため、イソペンテニル二リン酸(IPP)からジメチルアリル二リン酸(DMAPP)への変換能を有するイソペンテニル二リン酸デルタイソメラーゼが、微生物に導入されてもよい。 Further, in order to enhance the methylerythritol phosphate pathway and / or the mevalonate pathway, isopentenyl diphosphate delta isomerase having the ability to convert isopentenyl diphosphate (IPP) to dimethylallyl diphosphate (DMAPP) May be introduced.
イソペンテニル二リン酸デルタイソメラーゼ(EC:5.3.3.2)としては、例えば、Idi1p(ACCESSION ID NP_015208)、AT3G02780(ACCESSION ID NP_186927)、AT5G16440(ACCESSION ID NP_197148)、およびIdi(ACCESSION ID NP_417365)が挙げられる。発現ベクターにおいて、イソペンテニル二リン酸デルタイソメラーゼをコードする遺伝子は、増殖促進剤逆依存性プロモーターの制御下に配置されてもよい。 As isopentenyl diphosphate delta isomerase (EC: 5.3.3.2), for example, Idi1p (ACCESSION ID NP — 015208), AT3G02780 (ACCESSION ID NP — 186927), AT5G16440 (ACCESSION ID NP — 197165), N ). In the expression vector, the gene encoding isopentenyl diphosphate delta isomerase may be placed under the control of a growth promoter reverse-dependent promoter.
上述したような遺伝子を含む発現ベクターによる宿主の形質転換は、1以上の公知の方法を用いて行うことができる。このような方法としては、例えば、カルシウム処理された菌体を用いるコンピテント細胞法や、エレクトロポレーション法等が挙げられる。また、プラスミドベクター以外にもファージベクターを用いて、菌体内に感染させ導入する方法によってもよい。 Transformation of a host with an expression vector containing a gene as described above can be performed using one or more known methods. Examples of such a method include a competent cell method using a calcium-treated bacterial cell, an electroporation method, and the like. In addition to a plasmid vector, a phage vector may be used to infect and introduce into a microbial cell.
本発明の方法は、以下の1)〜3)を含むことが好ましい。
1)十分な濃度の増殖促進剤の存在下でリモネンシンターゼを発現するパントエア属細菌(以下、リモネンシンターゼを発現するパントエア属細菌を「微生物」と称することがある)を培養し増殖させること;
2)増殖促進剤の濃度を減少させて、前記微生物によるリモネンの生成を誘導すること;および
3)前記微生物を培養してリモネンを生成すること。
The method of the present invention preferably includes the following 1) to 3).
1) culturing and growing Pantoea bacteria expressing limonene synthase (hereinafter, Pantoea bacteria expressing limonene synthase may be referred to as “microorganisms”) in the presence of a sufficient concentration of growth promoter;
2) reducing the concentration of the growth promoter to induce the production of limonene by the microorganism; and 3) culturing the microorganism to produce limonene.
効率的なリモネンの製造の観点から、微生物の増殖期に対応する上記工程1)、およびリモネンの生成期に対応する上記工程3)が分離される。また、上記工程2)は、微生物の増殖期からリモネンの生成期に移行させるため、リモネン生成の誘導期に対応する。 From the viewpoint of efficient production of limonene, the above step 1) corresponding to the growth phase of microorganisms and the above step 3) corresponding to the production phase of limonene are separated. In addition, the above step 2) corresponds to the induction period of limonene production because it shifts from the growth period of microorganisms to the production period of limonene.
増殖促進剤とは、微生物により消費され得る、微生物の増殖に必須の因子または微生物の増殖の促進作用を有する因子であって、微生物により消費され培地中の量が減少すると微生物の増殖が喪失または低減するものをいう。例えば、ある量の増殖促進剤を用いた場合、その量の増殖促進剤が消費されるまで微生物は増殖し続けるが、一旦増殖促進剤が全て消費されると、微生物は増殖し得ず、または増殖速度が低下し得る。したがって、増殖促進剤により、微生物の増殖の程度を調節することができる。このような増殖促進剤としては、例えば、酸素(ガス)等の物質;鉄、マグネシウム、カリウム、カルシウムのイオン等のミネラル;リン酸(例、モノリン酸、二リン酸、ポリリン酸)またはその塩等のリン化合物;アンモニア、硝酸、亜硝酸、尿素等の窒素化合物(ガス);硫酸アンモニウム、チオ硫酸等の硫黄化合物;ビタミン(例、ビタミンA、ビタミンD、ビタミンE、ビタミンK、ビタミンB1、ビタミンB2、ビタミンB6、ビタミンB12、ナイアシン、パントテン酸、ビオチン、アスコルビン酸)、およびアミノ酸(例、アラニン、アルギニン、アスパラギン、アスパラギン酸、システイン、グルタミン、グルタミン酸、グリシン、ヒスチジン、ロイシン、イソロイシン、リジン、メチオニン、フェニルアラニン、プロリン、セリン、スレオニン、トリプトファン、チロシン、バリン、セレノシステイン)等の栄養素が挙げられるが、これらに限定されない。本発明の方法では、1種の増殖促進剤を用いてもよいし、2種以上の増殖促進剤を組み合わせて用いてもよい。 A growth promoting agent is a factor essential for the growth of microorganisms or a factor having a promoting action on the growth of microorganisms that can be consumed by microorganisms. When the amount in the medium is reduced by consumption by microorganisms, the growth of microorganisms is lost or lost. That which reduces. For example, if a certain amount of growth promoter is used, the microorganism will continue to grow until that amount of growth promoter is consumed, but once all of the growth promoter has been consumed, the microorganism cannot grow, or The growth rate can be reduced. Therefore, the degree of microbial growth can be controlled by the growth promoter. Examples of such a growth promoter include substances such as oxygen (gas); minerals such as ions of iron, magnesium, potassium, and calcium; phosphoric acid (eg, monophosphate, diphosphate, polyphosphate) or salts thereof Phosphorus compounds such as ammonia; nitrogen compounds (gas) such as ammonia, nitric acid, nitrous acid, urea; sulfur compounds such as ammonium sulfate and thiosulfuric acid; vitamins (eg, vitamin A, vitamin D, vitamin E, vitamin K, vitamin B1, vitamins) B2, vitamin B6, vitamin B12, niacin, pantothenic acid, biotin, ascorbic acid) and amino acids (eg, alanine, arginine, asparagine, aspartic acid, cysteine, glutamine, glutamic acid, glycine, histidine, leucine, isoleucine, lysine, methionine) , Phenylalanine, proline Serine, threonine, tryptophan, tyrosine, valine, including but nutrients selenocysteine), and the like. In the method of the present invention, one type of growth promoter may be used, or two or more types of growth promoters may be used in combination.
本発明の方法が上記工程1)〜3)を含む場合、リモネンシンターゼを発現するパントエア属細菌は、増殖促進剤に依存して増殖する能力、および増殖促進剤逆依存プロモーターに依存してリモネンを生成する能力を有する、酵素反応によるリモネン合成能を付与された微生物であることが好ましい。斯かる微生物は、微生物の増殖に十分な濃度の増殖促進剤の存在下で、増殖できる。ここで、「十分な濃度」とは、微生物の増殖に有効な濃度で増殖促進剤が用いられることをいい得る。表現「増殖促進剤逆依存プロモーターに依存してリモネンを生成する能力」とは、相対的に高い濃度の増殖促進剤の存在下では、リモネンを少しも生成できず、またはリモネンの生成効率が低いが、相対的に低い濃度の増殖促進剤の存在下または増殖促進剤の不在下では、リモネンを生成できること、またはリモネンの生成効率が高いことを意味し得る。したがって、本発明で好ましく用いられる微生物は、十分な濃度の増殖促進剤の存在下では、良好に増殖し得るが、リモネンを生成できず、またはリモネンの生成効率が低い。本発明で用いられる微生物はまた、不十分な濃度の増殖促進剤の存在下または増殖促進剤の不在下では、良好に増殖し得ないが、リモネンを生成でき、またはリモネンの生成効率が高いことが好ましい。 When the method of the present invention includes the above steps 1) to 3), the Pantoea bacterium expressing limonene synthase has the ability to grow depending on the growth promoting agent, and limonene depending on the growth promoting agent-independent promoter. It is preferable that it is a microorganism which has the ability to produce and is provided with the ability to synthesize limonene by enzymatic reaction. Such microorganisms can grow in the presence of a growth promoter at a concentration sufficient for the growth of the microorganisms. Here, “sufficient concentration” may mean that the growth promoter is used at a concentration effective for the growth of microorganisms. The expression “the ability to produce limonene depending on the growth promoter reverse-dependent promoter” means that in the presence of a relatively high concentration of the growth promoter, no limonene can be produced or the production efficiency of limonene is low. However, in the presence of a relatively low concentration of growth promoter or in the absence of a growth promoter, it can mean that limonene can be produced or that the production efficiency of limonene is high. Therefore, the microorganism preferably used in the present invention can grow well in the presence of a sufficient concentration of the growth promoter, but cannot produce limonene or has low production efficiency of limonene. Microorganisms used in the present invention also cannot grow well in the presence of insufficient concentrations of growth promoters or in the absence of growth promoters, but can produce limonene or have high production efficiency of limonene. Is preferred.
本発明の方法が上記工程1)〜3)を含む場合、リモネンシンターゼを発現するパントエア属細菌のリモネンシンターゼ遺伝子は、増殖促進剤逆依存性プロモーターの制御下にあり得る。表現「増殖促進剤逆依存性プロモーター」とは、相対的に高い濃度の増殖促進剤の存在下では、転写活性を有しない、または低い転写活性を有するが、相対的に低い濃度の増殖促進剤の存在下または増殖促進剤の不在下では、転写活性を有する、または高い転写活性を有するプロモーターを意味し得る。したがって、増殖促進剤逆依存性プロモーターは、微生物の増殖に十分な濃度の増殖促進剤の存在下では、リモネンシンターゼ遺伝子の発現を抑制でき、一方、微生物の増殖に不十分な濃度の増殖促進剤の存在下では、リモネンシンターゼ遺伝子の発現を促進できる。具体的には、微生物は、増殖促進剤逆依存性プロモーターの制御下にある。 When the method of the present invention includes the above steps 1) to 3), the limonene synthase gene of the Pantoea bacterium expressing limonene synthase can be under the control of a growth promoter reverse-dependent promoter. The expression “growth promoter reverse-dependent promoter” means that in the presence of a relatively high concentration of growth promoter, it has no or low transcriptional activity, but a relatively low concentration of growth promoter. In the presence of or in the absence of a growth promoter, it may mean a promoter having transcription activity or having high transcription activity. Therefore, the growth-promoting agent reverse-dependent promoter can suppress the expression of limonene synthase gene in the presence of a growth-promoting agent at a concentration sufficient for the growth of microorganisms, while the growth-promoting agent at a concentration insufficient for the growth of microorganisms. In the presence of, the expression of the limonene synthase gene can be promoted. Specifically, the microorganism is under the control of a growth promoter reverse-dependent promoter.
例えば、増殖促進剤がリン化合物である場合、リン欠乏誘導型プロモーターを利用することができる。表現「リン欠乏誘導型プロモーター」とは、低濃度のリン化合物で下流遺伝子の発現を促進できるプロモーターをいい得る。低濃度のリン化合物とは、(遊離)リン濃度100mg/L以下の条件をいい得る。表現「リン」は、表現「リン化合物」と同義であり、それらは交換可能な様式で使用され得る。総リン濃度は、溶液中の全種のリン化合物を、強酸あるいは酸化剤によってオルトリン酸態リンに分解して定量可能である。リン欠乏条件下の総リン濃度は、100mg/L以下、50mg/L以下、10mg/L以下、5mg/L以下、1mg/L以下、0.1mg/L以下、または0.01mg/L以下であってもよい。リン欠乏誘導型プロモーターとしては、例えば、アルカリフォスファターゼをコードする遺伝子(例、phoA)のプロモーター、酸性フォスファターゼをコードする遺伝子(例、phoC)のプロモーター、センサーヒスチジンキナーゼをコードする遺伝子(例、phoR)のプロモーター、レスポンスレギュレーターをコードする遺伝子(例、phoB)のプロモーター、およびリン取り込み担体をコードする遺伝子(例、pstS)のプロモーターが挙げられる。 For example, when the growth promoter is a phosphorus compound, a phosphorus deficiency inducible promoter can be used. The expression “phosphorus deficiency inducible promoter” may refer to a promoter that can promote the expression of downstream genes with low concentrations of phosphorus compounds. A low concentration phosphorus compound can refer to conditions with a (free) phosphorus concentration of 100 mg / L or less. The expression “phosphorus” is synonymous with the expression “phosphorus compound” and they may be used in an interchangeable manner. The total phosphorus concentration can be determined by decomposing all phosphorus compounds in the solution into orthophosphoric phosphorus with a strong acid or an oxidizing agent. The total phosphorus concentration under phosphorus-deficient conditions is 100 mg / L or less, 50 mg / L or less, 10 mg / L or less, 5 mg / L or less, 1 mg / L or less, 0.1 mg / L or less, or 0.01 mg / L or less. There may be. Examples of the phosphorus deficiency inducible promoter include a promoter of a gene encoding alkaline phosphatase (eg, phoA), a promoter of a gene encoding acid phosphatase (eg, phoC), and a gene encoding sensor histidine kinase (eg, phoR) Promoter, a gene encoding a response regulator (eg, phoB), and a gene encoding a phosphorus uptake carrier (eg, pstS).
上記工程1)では、リモネンシンターゼを発現するパントエア属細菌が、十分な濃度の増殖促進剤の存在下で増殖される。より具体的には、リモネンシンターゼを発現するパントエア属細菌の増殖は、十分な濃度の増殖促進剤の存在下で、培地中でリモネンシンターゼを発現するパントエア属細菌を培養することにより行うことができる。 In the above step 1), Pantoea bacteria expressing limonene synthase are grown in the presence of a sufficient concentration of growth promoter. More specifically, Pantoea bacteria that express limonene synthase can be grown by culturing Pantoea bacteria that express limonene synthase in a medium in the presence of a sufficient concentration of a growth promoter. .
例えば、リン化合物が増殖促進剤として用いられる場合、リモネンシンターゼを発現するパントエア属細菌は、十分な濃度のリン化合物の存在下で良好に増殖することができるので、リン化合物は、増殖促進剤として作用することができる。増殖促進剤がリン化合物である場合、1)において、増殖に十分なリン化合物の濃度は、特に限定されないが、例えば200mg/L以上、300mg/L以上、500mg/L以上、1000mg/L以上、または2000mg/L以上であってもよい。増殖のためのリン化合物の濃度はまた、例えば20g/L以下、10g/L以下、または5g/L以下であってもよい。 For example, when a phosphorus compound is used as a growth promoter, Pantoea bacteria that express limonene synthase can grow well in the presence of a sufficient concentration of the phosphorus compound, so that the phosphorus compound is used as a growth promoter. Can act. When the growth promoter is a phosphorus compound, in 1), the concentration of the phosphorus compound sufficient for growth is not particularly limited, but for example, 200 mg / L or more, 300 mg / L or more, 500 mg / L or more, 1000 mg / L or more, Or 2000 mg / L or more may be sufficient. The concentration of the phosphorus compound for growth may also be, for example, 20 g / L or less, 10 g / L or less, or 5 g / L or less.
上記工程2)では、微生物によるリモネンの生成の誘導が、増殖促進剤の濃度を減少させることにより行われる。より具体的には、増殖促進剤の濃度の減少は、培地中への増殖促進剤の供給量を低下させることにより、行うことができる。増殖促進剤の濃度の減少はまた、培地中への増殖促進剤の供給量を1)2)を通じて一定にした場合であっても、微生物の増殖を利用して行うことができる。1)における微生物の増殖の初期では、微生物が十分に増殖しておらず、培地中の微生物数が少ないため、微生物による増殖促進剤の消費も相対的に少ない。したがって、増殖の初期では、培地中の増殖促進剤の濃度は、相対的に高い。一方、1)における微生物の増殖の後期では、微生物が十分に増殖しており、培地中の微生物数が多いため、微生物による増殖促進剤の消費も相対的に多い。したがって、増殖の後期では、培地中の増殖促進剤の濃度は、相対的に低くなる。このように、一定量の増殖促進剤を、1)2)を通じて培地中に供給し続けた場合、微生物の増殖と反比例して、培地中の増殖促進剤の濃度は減少する。この減少した濃度をトリガーとして、微生物によるリモネンの生成を誘導することができる。 In the above step 2), the production of limonene by microorganisms is induced by decreasing the concentration of the growth promoter. More specifically, the concentration of the growth promoter can be reduced by reducing the supply amount of the growth promoter into the medium. The concentration of the growth promoting agent can also be reduced by utilizing the growth of microorganisms even when the supply amount of the growth promoting agent into the medium is kept constant through 1) and 2). At the initial stage of the growth of microorganisms in 1), the microorganisms are not sufficiently grown and the number of microorganisms in the medium is small, so that the consumption of the growth promoter by the microorganisms is relatively small. Therefore, at the early stage of growth, the concentration of the growth promoter in the medium is relatively high. On the other hand, in the later stage of the growth of microorganisms in 1), the microorganisms are sufficiently grown and the number of microorganisms in the medium is large, so that the consumption of the growth promoter by the microorganisms is relatively large. Therefore, at a later stage of growth, the concentration of the growth promoter in the medium is relatively low. Thus, when a constant amount of growth promoter is continuously supplied into the medium through 1) and 2), the concentration of the growth promoter in the medium decreases in inverse proportion to the growth of microorganisms. Using this reduced concentration as a trigger, the production of limonene by the microorganism can be induced.
例えば、リン化合物またはアミノ酸が増殖促進剤として用いられる場合、微生物によるリモネンの生成を誘導できる培地中のリン化合物またはアミノ酸の培地中の濃度は、例えば100mg/L以下、50mg/L以下、または10mg/L以下であり得る。 For example, when a phosphorus compound or amino acid is used as a growth promoter, the concentration of the phosphorus compound or amino acid in the medium capable of inducing the production of limonene by the microorganism is, for example, 100 mg / L or less, 50 mg / L or less, or 10 mg. / L or less.
上記工程3)では、リモネンの生成が、微生物を培養することにより行われる。より具体的には、リモネンの生成は、増殖促進剤の濃度が減少した2)の条件下において培地中で微生物を培養することにより行うことができる。培地中の増殖促進剤の濃度は、微生物によるリモネンの生成を可能にするため、2)で上述したような濃度に維持され得る。 In the above step 3), limonene is produced by culturing microorganisms. More specifically, the production of limonene can be performed by culturing a microorganism in a medium under the condition 2) in which the concentration of the growth promoter is decreased. The concentration of the growth promoter in the medium can be maintained at the concentration as described above in 2) to allow the production of limonene by the microorganism.
本発明の方法では、3)における微生物の培養期間を、1)のその期間よりも長く設定することも可能である。誘導剤を利用する従来の方法では、より多量のリモネンを得るためには、リモネンの生成期において誘導剤を用いて微生物を長期培養する必要があった。しかし、長期培養すると誘導剤が分解することから、微生物がリモネンの生産能を維持できなくなる。そのため、誘導剤を継続的に培養培地に添加する必要があるが、誘導剤は高価であり得、リモネン製造費が上昇し得る。したがって、リモネンの生成期において誘導剤を用いる微生物の長期培養は、その培養期間の長さに応じて、リモネンの製造費が上昇し得るという問題があった。一方、3)において誘導剤等の特定物質を用いない本発明の方法では、当該特定物質の分解を考慮する必要がなく、リモネンの生成期における長期培養がリモネン製造費の上昇を引き起こすという従来の問題も生じない。したがって、本発明の方法は、誘導剤を用いる従来の方法とは異なり、3)の期間を長く設定し易い。本発明の方法では、3)の期間を長く設定すればするほど、より多量のリモネンを製造することができる。 In the method of the present invention, the culture period of the microorganism in 3) can be set longer than that in 1). In the conventional method using an inducer, in order to obtain a larger amount of limonene, it was necessary to culture the microorganism for a long time using the inducer during the limonene production phase. However, since the inducer is decomposed when cultured for a long period of time, the microorganism cannot maintain the limonene production ability. Therefore, it is necessary to continuously add the inducer to the culture medium, but the inducer can be expensive and the production cost of limonene can be increased. Therefore, long-term culture of microorganisms using an inducer during the production period of limonene has a problem that the production cost of limonene may increase depending on the length of the culture period. On the other hand, in the method of the present invention which does not use a specific substance such as an inducer in 3), it is not necessary to consider the decomposition of the specific substance, and long-term culture during the production of limonene causes an increase in limonene production costs. There is no problem. Therefore, unlike the conventional method using an inducer, the method of the present invention can easily set the period of 3) to be long. In the method of the present invention, the longer the period of 3) is set, the more limonene can be produced.
本発明の方法は、リモネンの生成量をさらに向上させる観点等から、他の方法と併用されてもよい。このような方法としては、例えば、光(Pia Lindberg,Sungsoon Park,Anastasios Melis,Metabolic Engineering 12(2010):70−79)または温度(Norma A Valdez−Cruz,Luis Caspeta,Nestor O Perez,Octavio T Ramirez,Mauricio A Trujillo−Roldan,Microbial Cell Factories 2010,9:1)等の環境因子を利用する方法、pHの変化(EP 1233068 A2)、界面活性剤の添加(JP 11009296 A)、自己誘導法(WO2013/151174)が挙げられる。 The method of the present invention may be used in combination with other methods from the viewpoint of further improving the amount of limonene produced. Such methods include, for example, light (Pia Lindberg, Sungsoon Park, Anastasio Melis, Metabolic Engineering 12 (2010): 70-79) or temperature (Normal A Valdez-Cruz, Luis CaspetaT , Maurio A Trujillo-Roldan, Microbial Cell Factors 2010, 9: 1) and other environmental factors, pH change (EP 1233068 A2), addition of surfactant (JP 1100996 A), self-induction method (WO2013) / 151174).
本発明の方法で用いられる培地は、リモネン生成のための炭素源を含んでいてもよい。炭素源としては、単糖類、二糖類、オリゴ糖類、多糖類等の炭水化物;ショ糖を加水分解した転化糖;グリセロール;メタノール、ホルムアルデヒド、ギ酸塩、一酸化炭素、二酸化炭素等の炭素数が1の化合物(以下、C1化合物という。);コーン油、パーム油、大豆油等のオイル;アセテート;動物油脂;動物オイル;飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸等の脂肪酸;脂質;リン脂質;グリセロ脂質;モノグリセライド、ジグリセライド、トリグリセライド等のグリセリン脂肪酸エステル;微生物性タンパク質、植物性タンパク質等のポリペプチド;加水分解されたバイオマス炭素源等の再生可能な炭素源;酵母エキス;又はこれらを組み合わせたものが挙げられる。窒素源としては、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、リン酸アンモニウム等の無機アンモニウム塩、大豆加水分解物などの有機窒素、アンモニアガス、アンモニア水等を用いることができる。有機微量栄養源としては、ビタミンB1、L−ホモセリンなどの要求物質または酵母エキス等を適量含有させることが望ましい。これらの他に、必要に応じて、リン酸カリウム、硫酸マグネシウム、鉄イオン、マンガンイオン等が少量添加される。なお、本発明で用いる培地は、炭素源、窒素源、無機イオン及び必要に応じてその他の有機微量成分を含む培地であれば、天然培地、合成培地のいずれでもよい。 The medium used in the method of the present invention may contain a carbon source for producing limonene. Examples of the carbon source include carbohydrates such as monosaccharides, disaccharides, oligosaccharides and polysaccharides; invert sugar obtained by hydrolyzing sucrose; glycerol; 1 carbon number such as methanol, formaldehyde, formate, carbon monoxide and carbon dioxide Compounds (hereinafter referred to as C1 compounds); oils such as corn oil, palm oil and soybean oil; acetates; animal fats; animal oils; fatty acids such as saturated fatty acids and unsaturated fatty acids; lipids; phospholipids; glycerolipids; Glycerin fatty acid esters such as glyceride, diglyceride, and the like; polypeptides such as microbial proteins and plant proteins; renewable carbon sources such as hydrolyzed biomass carbon sources; yeast extracts; or combinations thereof. As the nitrogen source, inorganic ammonium salts such as ammonium sulfate, ammonium chloride and ammonium phosphate, organic nitrogen such as soybean hydrolysate, ammonia gas, aqueous ammonia and the like can be used. As an organic trace nutrient source, it is desirable to contain an appropriate amount of a required substance such as vitamin B1, L-homoserine or a yeast extract. In addition to these, a small amount of potassium phosphate, magnesium sulfate, iron ion, manganese ion or the like is added as necessary. The medium used in the present invention may be a natural medium or a synthetic medium as long as it contains a carbon source, a nitrogen source, inorganic ions, and other organic trace components as required.
単糖類としては、ケトトリオース(ジヒドロキシアセトン)、アルドトリオース(グリセルアルデヒド)等のトリオース;ケトテトロース(エリトルロース)、アルドテトロース(エリトロース、トレオース)等のテトロース;ケトペントース(リブロース、キシルロース)、アルドペントース(リボース、アラビノース、キシロース、リキソース)、デオキシ糖(デオキシリボース)等のペントース;ケトヘキソース(プシコース、フルクトース、ソルボース、タガトース)、アルドヘキソース(アロース、アルトロース、グルコース、マンノース、グロース、イドース、ガラクトース、タロース)、デオキシ糖(フコース、フクロース、ラムノース)等のヘキソース;セドヘプツロース等のヘプトースが挙げられ、フルクトース、マンノース、ガラクトース、グルコース等のC6糖;キシロース、アラビノース等のC5糖の炭水化物が好ましい。
二糖類としては、スクロース、ラクトース、マルトース、トレハロース、ツラノース、セロビオース等が挙げられ、スクロース、ラクトースが好ましい。
オリゴ糖類としては、ラフィノース、メレジトース、マルトトリオース等の三糖類;アカルボース、スタキオース等の四糖類;フラクトオリゴ糖(FOS)、ガラクトオリゴ糖(GOS)、マンナンオリゴ糖(MOS)等のその他のオリゴ糖類が挙げられる。
多糖類としては、グリコーゲン、デンプン(アミロース、アミロペクチン)、セルロース、デキストリン、グルカン(β−1,3−グルカン)が挙げられ、デンプン、セルロースが好ましい。
Examples of monosaccharides include trioses such as ketotriose (dihydroxyacetone) and aldtriose (glyceraldehyde); tetroses such as ketotetrose (erythrulose) and aldetetrose (erythrose and threose); ketopentose (ribulose and xylulose), aldpentose ( Pentose such as ribose, arabinose, xylose, lyxose), deoxy sugar (deoxyribose); ketohexose (psicose, fructose, sorbose, tagatose), aldohexose (allose, altrose, glucose, mannose, gulose, idose, galactose, talose) ), Deoxy sugars (fucose, fucrose, rhamnose) and other hexoses; heptose such as sedoheptulose; Scan, galactose, C6 sugars such as glucose; xylose, carbohydrates C5 sugars arabinose and the like are preferable.
Examples of the disaccharide include sucrose, lactose, maltose, trehalose, tunulose, and cellobiose, and sucrose and lactose are preferable.
Examples of oligosaccharides include trisaccharides such as raffinose, melezitose, and maltotriose; tetrasaccharides such as acarbose and stachyose; and other oligosaccharides such as fructooligosaccharide (FOS), galactooligosaccharide (GOS), and mannan oligosaccharide (MOS). Can be mentioned.
Examples of the polysaccharide include glycogen, starch (amylose, amylopectin), cellulose, dextrin, and glucan (β-1,3-glucan), and starch and cellulose are preferable.
微生物性タンパク質としては、酵母または細菌由来のポリペプチドが挙げられる。
植物性タンパク質としては、大豆、コーン、キャノーラ、ジャトロファ、パーム、ピーナッツ、ヒマワリ、ココナッツ、マスタード、綿実、パーム核油、オリーブ、紅花、ゴマ、亜麻仁由来のポリペプチドが挙げられる。
Microbial proteins include polypeptides derived from yeast or bacteria.
Examples of plant proteins include polypeptides derived from soybean, corn, canola, jatropha, palm, peanut, sunflower, coconut, mustard, cottonseed, palm kernel oil, olive, safflower, sesame and flaxseed.
脂質としては、C4以上の飽和、不飽和脂肪酸を1以上含む物質が挙げられる。 Examples of lipids include substances containing one or more saturated or unsaturated fatty acids of C4 or higher.
オイルとしては、C4以上の飽和、不飽和脂肪酸を1以上含み、室温で液体の脂質であり得、大豆、コーン、キャノーラ、ジャトロファ、パーム、ピーナッツ、ヒマワリ、ココナッツ、マスタード、綿実、パーム核油、オリーブ、紅花、ゴマ、亜麻仁、油性微生物細胞、ナンキンハゼ、又はこれらの2以上の組み合わせからなるものが挙げられる。 The oil contains one or more C4 or higher saturated and unsaturated fatty acids and can be liquid lipid at room temperature, soy, corn, canola, jatropha, palm, peanut, sunflower, coconut, mustard, cottonseed, palm kernel oil , Olive, safflower, sesame, flaxseed, oily microbial cells, peanut, or a combination of two or more thereof.
脂肪酸としては、式RCOOH(「R」は2以上の炭素原子を有する炭化水素基を表す。)で表される化合物が挙げられる。
不飽和脂肪酸は、上記の基「R」における2つの炭素原子間に少なくとも1つの炭素−炭素二重結合を有する化合物であり、オレイン酸、バクセン酸、リノール酸、パルミテライジン酸、アラキドン酸等が挙げられる。
飽和脂肪酸は、「R」が飽和脂肪族基である化合物であり、ドコサン酸、イコサン酸、オクタデカン酸、ヘキサデカン酸、テトラデカン酸、ドデカン酸等が挙げられる。
中でも、脂肪酸としては、1以上のC2からC22の脂肪酸が含まれるものが好ましく、C12脂肪酸、C14脂肪酸、C16脂肪酸、C18脂肪酸、C20脂肪酸、C22脂肪酸が含まれるものがより好ましい。
また、炭素源としては、これら脂肪酸の塩、誘導体、誘導体の塩も挙げられる。塩としては、リチウム塩、カリウム塩、ナトリウム塩等が挙げられる。
Examples of the fatty acid include compounds represented by the formula RCOOH (“R” represents a hydrocarbon group having 2 or more carbon atoms).
An unsaturated fatty acid is a compound having at least one carbon-carbon double bond between two carbon atoms in the above-mentioned group “R”, such as oleic acid, vaccenic acid, linoleic acid, palmitate acid, arachidonic acid, etc. Is mentioned.
The saturated fatty acid is a compound in which “R” is a saturated aliphatic group, and examples thereof include docosanoic acid, icosanoic acid, octadecanoic acid, hexadecanoic acid, tetradecanoic acid, and dodecanoic acid.
Among these, fatty acids containing one or more C2 to C22 fatty acids are preferred, and those containing C12 fatty acids, C14 fatty acids, C16 fatty acids, C18 fatty acids, C20 fatty acids and C22 fatty acids are more preferred.
Examples of the carbon source include salts of these fatty acids, derivatives, and salts of derivatives. Examples of the salt include lithium salt, potassium salt, sodium salt and the like.
また、炭素源としては、脂質、オイル、油脂、脂肪酸、グリセロール脂肪酸エステルとグルコース等の炭水化物との組み合わせが挙げられる。 Examples of the carbon source include a combination of lipids, oils, fats and oils, fatty acids, glycerol fatty acid esters and carbohydrates such as glucose.
再生可能な炭素源としては、加水分解されたバイオマス炭素源が挙げられる。
バイオマス炭素源としては、木、紙、及びパルプの廃材、葉状植物、果肉等のセルロース系基質;柄、穀粒、根、塊茎等の植物の一部分が挙げられる。
バイオマス炭素源として用いられる植物としては、コーン、小麦、ライ麦、ソルガム、トリティケイト、コメ、アワ、大麦、キャッサバ、エンドウマメ等のマメ科植物、ジャガイモ、サツマイモ、バナナ、サトウキビ、タピオカ等が挙げられる。
Renewable carbon sources include hydrolyzed biomass carbon sources.
Biomass carbon sources include cellulosic substrates such as wood, paper, and pulp waste, foliate plants, and pulp; parts of plants such as stalks, grains, roots, and tubers.
Examples of plants used as biomass carbon sources include corn, wheat, rye, sorghum, triticate, rice, millet, barley, cassava, pea and other legumes, potato, sweet potato, banana, sugar cane, tapioca and the like.
バイオマス等の再生可能な炭素源を細胞培地に添加する際には、炭素源は、前処理され得る。前処理としては、酵素的前処理、化学的前処理、酵素的前処理と化学的前処理の組み合わせが挙げられる。
再生可能な炭素源を細胞培地に添加する前に、その全部または一部を加水分解することが好ましい。
When adding a renewable carbon source, such as biomass, to the cell culture medium, the carbon source can be pretreated. Examples of the pretreatment include enzymatic pretreatment, chemical pretreatment, and a combination of enzymatic pretreatment and chemical pretreatment.
It is preferred to hydrolyze all or part of the renewable carbon source before adding it to the cell culture medium.
また、炭素源としては、酵母エキス、または酵母エキスと、グルコース等の他の炭素源との組み合わせが挙げられ、酵母エキスと、二酸化炭素やメタノール等のC1化合物との組み合わせが好ましい。 Examples of the carbon source include yeast extract or a combination of yeast extract and another carbon source such as glucose, and a combination of yeast extract and C1 compound such as carbon dioxide or methanol is preferable.
本発明の方法では、リモネンシンターゼを発現するパントエア属細菌を生理食塩水と栄養源を含む標準的培地で培養することが好ましい。
培養培地としては、特に限定されず、Luria Bertani(LB)ブロス、Sabouraud Dextrose(SD)ブロス、Yeast medium(YM)ブロス等の一般的に市販されている既成の培地が挙げられる。特定の宿主細胞の培養に適した培地を適宜選択して用いることができる。
In the method of the present invention, pantoea bacteria expressing limonene synthase are preferably cultured in a standard medium containing physiological saline and nutrient sources.
The culture medium is not particularly limited, and examples thereof include commercially available conventional culture media such as Luria Bertani (LB) broth, Sabouraud Dextrose (SD) broth, and Yeast medium (YM) broth. A medium suitable for culturing a specific host cell can be appropriately selected and used.
培地には適切な炭素源の他に、適切なミネラル、塩、補助因子、緩衝液、及び培養に適していること、またはリモネンの産出を促進することが当業者にとって公知の成分が含まれていることが望ましい。 In addition to a suitable carbon source, the medium includes suitable minerals, salts, cofactors, buffers, and ingredients known to those skilled in the art to be suitable for culture or to promote the production of limonene. It is desirable.
微生物の培養条件としては、標準的な培養条件を用いることができる。
培養温度としては、20℃〜40℃であり得、pHが、約4.5〜約9.5であり得る。
また、宿主の性質に応じて好気性、無酸素性、又は嫌気性条件下で培養を行うことが好ましい。培養方法としては、バッチ培養法、流加培養法、連続培養法等の公知の発酵方法を適宜用いることができる。
As culture conditions for microorganisms, standard culture conditions can be used.
The culture temperature can be 20 ° C. to 40 ° C., and the pH can be about 4.5 to about 9.5.
Further, it is preferable to perform the culture under aerobic, anoxic, or anaerobic conditions depending on the properties of the host. As a culture method, a known fermentation method such as a batch culture method, a fed-batch culture method, or a continuous culture method can be appropriately used.
次に実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Next, although an Example is shown and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited to a following example.
実施例1:リモネンシンターゼ発現プラスミドの構築
1−1)Picea sitchensis(アラスカトウヒ)由来リモネンシンターゼ遺伝子の取得
Picea sitchensis由来リモネンシンターゼ(PsLMS)遺伝子の塩基配列(GenBank accession number:DQ195275.1)、及びアミノ酸配列(GenPept accession number:ABA86248.1.)は、既に知られている。P.sitchensis由来リモネンシンターゼタンパク質のアミノ酸配列、及び遺伝子の塩基配列を配列番号1、及び配列番号2に示す。PsLMS遺伝子を効率的に発現させる為、二次構造を解消させP.ananatisのコドン使用頻度と同一となるようにコドンを最適化した。さらに葉緑体移行シグナルを切断した。得られる遺伝子をopt_PsLMSと名付けた。opt_PsLMSの塩基配列を配列番号3に示す。opt_PsLMS遺伝子を化学合成した後、pUC57(GenScript社製)にクローニングし、得られたプラスミドをpUC57−opt_PsLMSと名付けた。
Example 1: Construction of Limonene Synthase Expression Plasmid 1-1) Acquisition of Picea situsis-derived limonene synthase gene Picea situsis-derived limonene synthase (PsLMS) gene base sequence (GenBank accession number: DQ1952751) and amino acid The sequence (GenPept accession number: ABA86248.1.) Is already known. P. The amino acid sequence of the sitensis-derived limonene synthase protein and the base sequence of the gene are shown in SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2. In order to efficiently express the PsLMS gene, the secondary structure is eliminated and P.L. Codons were optimized to be the same as the ananatis codon usage. Furthermore, the chloroplast translocation signal was cleaved. The resulting gene was named opt_PsLMS. The base sequence of opt_PsLMS is shown in SEQ ID NO: 3. After chemically synthesizing the opt_PsLMS gene, it was cloned into pUC57 (GenScript), and the resulting plasmid was named pUC57-opt_PsLMS.
1−2)Abies grandis(アメリカオオモミ)由来リモネンシンターゼ遺伝子の取得
Abies grandis由来リモネンシンターゼ(AgLMS)遺伝子の塩基配列(GenBank accession number:AF006193.1)、及びアミノ酸配列(GenPept accession number:AAB70907.1.)は既に知られている。A.grandis由来リモネンシンターゼタンパク質のアミノ酸配列、及び遺伝子配列を配列番号4、及び配列番号5に示す。AgLMS遺伝子を効率的に発現させる為、二次構造を解消させP.ananatisのコドン使用頻度と同一となるようにコドンを最適化した。さらに葉緑体移行シグナルを切断した。得られる遺伝子をopt_AgLMSと名付けた。opt_AgLMSの塩基配列を配列番号6に示す。opt_AgLMS遺伝子を化学合成した後、pUC57(GenScript社製)にクローニングし、得られたプラスミドをpUC57−opt_AgLMSと名付けた。
1-2) Acquisition of Limonene Synthase Gene Derived from Abies grandis (American Wolf) Limonene Synthase (AgLMS) Gene Base Sequence (GenBank accession number: AF006193.1), and Amino Acid Sequence (GenPept accessionB: 70) .) Is already known. A. The amino acid sequence and gene sequence of the limonene synthase protein derived from grandis are shown in SEQ ID NO: 4 and SEQ ID NO: 5. In order to efficiently express the AgLMS gene, the secondary structure is eliminated and the P.P. Codons were optimized to be the same as the ananatis codon usage. Furthermore, the chloroplast translocation signal was cleaved. The resulting gene was named opt_AgLMS. The base sequence of opt_AgLMS is shown in SEQ ID NO: 6. After chemically synthesizing the opt_AgLMS gene, it was cloned into pUC57 (GenScript), and the resulting plasmid was named pUC57-opt_AgLMS.
1−3)Mentha spicata(スペアミント)由来リモネンシンターゼ遺伝子の取得
Mentha spicata由来リモネンシンターゼ(MsLMS)遺伝子の塩基配列(GenBank accession number:L13459.1)、及びアミノ酸配列(GenPept accession number:AAC37366.1)は既に知られている。M.spicata由来リモネンシンターゼタンパク質のアミノ酸配列、及び遺伝子配列を配列番号7、及び配列番号8に示す。MsLMS遺伝子を効率的に発現させる為、二次構造を解消させP.ananatisのコドン使用頻度と同一となるようにコドンを最適化した。さらに葉緑体移行シグナルを切断した。得られる遺伝子をopt_MsLMSと名付けた。opt_MsLMSの塩基配列を配列番号9に示す。opt_MsLMS遺伝子を化学合成した後、pUC57(GenScript社製)にクローニングし、得られたプラスミドをpUC57−opt_MsLMSと名付けた。
1-3) Acquisition of the limonene synthase gene derived from Mentha spicata (Spearmint) The base sequence (GenBank accession number: L13459.1) of the Mentha spicata-derived limonene synthase (MsLMS) gene, and the amino acid sequence (GenPept accession number AC3736: A3736): Already known. M.M. The amino acid sequence and gene sequence of the spicata-derived limonene synthase protein are shown in SEQ ID NO: 7 and SEQ ID NO: 8. In order to efficiently express the MsLMS gene, the secondary structure is eliminated and the P.P. Codons were optimized to be the same as the ananatis codon usage. Furthermore, the chloroplast translocation signal was cleaved. The resulting gene was named opt_MsLMS. The base sequence of opt_MsLMS is shown in SEQ ID NO: 9. After chemically synthesizing the opt_MsLMS gene, it was cloned into pUC57 (GenScript), and the resulting plasmid was named pUC57-opt_MsLMS.
1−4)Citrus unshiu(ウンシュウミカン)由来リモネンシンターゼ遺伝子の取得
Citrus unshiu由来リモネンシンターゼ(CuLMS)遺伝子の塩基配列(GenBank accession number:AB110637.1)、及びアミノ酸配列(GenPept accession number:BAD27257.1)は既に知られている。C.unshiu由来リモネンシンターゼタンパク質のアミノ酸配列、及び遺伝子配列を配列番号10、及び配列番号11に示す。CuLMS遺伝子を効率的に発現させる為、二次構造を解消させP.ananatisのコドン使用頻度と同一となるようにコドンを最適化した。さらに葉緑体移行シグナルを切断した。得られる遺伝子をopt_CuLMSと名付けた。opt_CuLMSの塩基配列を配列番号12に示す。opt_CuLMS遺伝子を化学合成した後、pUC57(GenScript社製)にクローニングし、得られたプラスミドをpUC57−opt_CuLMSと名付けた。
1-4) Acquisition of Limonene Synthase Gene Derived from Citrus unshiu (Cirrus unshiu) Limonene Synthase Derived from Citrus unshiu (CuLMS) Gene (GenBank accession number: AB110637.1), and Amino Acid Sequence (GenPept. Is already known. C. The amino acid sequence and gene sequence of unshiu-derived limonene synthase protein are shown in SEQ ID NO: 10 and SEQ ID NO: 11. In order to efficiently express the CuLMS gene, the secondary structure is eliminated and P.P. Codons were optimized to be the same as the ananatis codon usage. Furthermore, the chloroplast translocation signal was cleaved. The resulting gene was named opt_CuLMS. The base sequence of opt_CuLMS is shown in SEQ ID NO: 12. After chemically synthesizing the opt_CuLMS gene, it was cloned into pUC57 (GenScript) and the resulting plasmid was named pUC57-opt_CuLMS.
1−5)Citrus limon(レモン)由来リモネンシンターゼ遺伝子の取得
Citrus limon由来リモネンシンターゼ(ClLMS)遺伝子の塩基配列(GenBank accession number:AF514287.1)、及びアミノ酸配列(GenPept accession number:AAM53944.1.)は既に知られている。C.limon由来リモネンシンターゼタンパク質のアミノ酸配列、及び遺伝子配列を配列番号13、及び配列番号14に示す。ClLMS遺伝子を効率的に発現させる為、二次構造を解消させP.ananatisのコドン使用頻度と同一となるようにコドンを最適化した。さらに葉緑体移行シグナルを切断した。得られる遺伝子をopt_ClLMSと名付けた。opt_ClLMSの塩基配列を配列番号15に示す。opt_ClLMS遺伝子を化学合成した後、pUC57(GenScript社製)にクローニングし、得られたプラスミドをpUC57−opt_ClLMSと名付けた。
1-5) Acquisition of Limonene Synthase Gene Derived from Citrus limon (Lemon) Base sequence (GenBank accession number: AF5142871) and amino acid sequence (GenPept accession number: AAM539.1) of Aci. Is already known. C. The amino acid sequence and gene sequence of limonene-derived limonene synthase protein are shown in SEQ ID NO: 13 and SEQ ID NO: 14. In order to efficiently express the CLLMS gene, the secondary structure is eliminated and P.P. Codons were optimized to be the same as the ananatis codon usage. Furthermore, the chloroplast translocation signal was cleaved. The resulting gene was named opt_ClLMS. The base sequence of opt_ClLMS is shown in SEQ ID NO: 15. After chemically synthesizing the opt_ClLMS gene, it was cloned into pUC57 (GenScript), and the resulting plasmid was named pUC57-opt_ClLMS.
1−6)Escherichia coli由来変異型ファルネシル二リン酸シンターゼ遺伝子の取得
Escherichia coliのファルネシル二リン酸シンターゼは、ispA遺伝子(配列番号16)によりコードされている(Fujisaki S., et al.(1990) J.Biochem.(Tokyo) 108:995−1000.)。Bacillus stearothermophilus由来のファルネシル二リン酸シンターゼにおいて、菌体内のゲラニル二リン酸の濃度を高める変異が明らかにされている(Narita K.,et al.(1999) J Biochem 126(3):566−571.)。本知見を基にEscherichia coliのファルネシル二リン酸シンターゼにおいても、同様の変異体が作出されている(Reiling KK et al.(2004) Biotechnol Bioeng.87(2) 200−212.)。ゲラニル二リン酸生成活性の高いispA変異体(S80F)遺伝子を効率的に発現させるため、二次構造を解消させるようにコドンを最適化した配列を設計し、これをispA*と名付けた。ispA*の塩基配列を配列番号17に示す。ispA*遺伝子は化学合成された後、pUC57(GenScript社製)にクローニングされ、得られたプラスミドをpUC57−ispA*と名付けた。
1-6) Obtaining a mutant farnesyl diphosphate synthase gene derived from Escherichia coli The farnesyl diphosphate synthase of Escherichia coli is encoded by the ispA gene (SEQ ID NO: 16) (Fujisaki S., et al. (1990). J. Biochem. (Tokyo) 108: 995-1000.). In farnesyl diphosphate synthase derived from Bacillus stearothermophilus, a mutation that increases the concentration of geranyl diphosphate in the cells has been clarified (Narita K., et al. (1999) J Biochem 126 (3): 566-571. .). Based on this finding, a similar mutant has also been created in the farnesyl diphosphate synthase of Escherichia coli (Reilling KK et al. (2004) Biotechnol Bioeng. 87 (2) 200-212.). In order to efficiently express the ispA mutant gene (S80F) gene having high geranyl diphosphate production activity, a codon-optimized sequence was designed so as to eliminate the secondary structure, and this was named ispA * . The base sequence of ispA * is shown in SEQ ID NO: 17. The ispA * gene was chemically synthesized and then cloned into pUC57 (GenScript), and the resulting plasmid was named pUC57-ispA * .
1−7)opt_PsLMS、及びispA*遺伝子の同時発現用プラスミドの構築
配列番号20に示したプライマーと配列番号21に示したプライマーを用いてpUC57−opt_PsLMSを鋳型にPCRを行った。次に、得られたPCR断片を鋳型として配列番号22に示したプライマーと配列番号21に示したプライマーを用いてPCRを行い、Ptac−opt_PsLMS断片を得た。さらに、配列番号23に示したプライマーと配列番号24に示したプライマーを用いて得られたpUC57−ispA*を鋳型にPCRを行い、ispA*断片を得た。精製したPtac−opt_PsLMS断片、及びispA*断片を制限酵素PstIとScaIで消化したpACYC177(ニッポンジーン社製)にIn−Fusion HD cloning kit(クロンテック社製)を用いて連結し、pACYC177−Ptac−opt_PsLMS−ispA*を構築した。
1-7) Construction of plasmid for simultaneous expression of opt_PsLMS and ispA * gene PCR was performed using pUC57-opt_PsLMS as a template using the primer shown in SEQ ID NO: 20 and the primer shown in SEQ ID NO: 21. Next, PCR was performed using the obtained PCR fragment as a template and the primer shown in SEQ ID NO: 22 and the primer shown in SEQ ID NO: 21 to obtain a Ptac-opt_PsLMS fragment. Furthermore, PCR was performed using pUC57-ispA * obtained using the primer shown in SEQ ID NO: 23 and the primer shown in SEQ ID NO: 24 as a template to obtain an ispA * fragment. The purified Ptac-opt_PsLMS fragment and the ispA * fragment were ligated to pACYC177 (Nippon Gene) digested with restriction enzymes PstI and ScaI using In-Fusion HD cloning kit (Clontech) and pACYC177-Ptac-opt_Ps ispA * was constructed.
1−8)opt_AgLMS、及びispA*遺伝子の同時発現用プラスミドの構築
配列番号25に示したプライマーと配列番号26に示したプライマーを用いてpUC57−opt_AgLMSを鋳型にPCRを行った。次に、得られたPCR断片を鋳型として配列番号22に示したプライマーと配列番号26に示したプライマーを用いてPCRを行い、Ptac−opt_AgLMS断片を得た。さらに、配列番号23に示したプライマーと配列番号24に示したプライマーを用いてpUC57−ispA*を鋳型にPCRを行い、ispA*断片を得た。精製したPtac−opt_AgLMS断片、及びispA*断片を制限酵素PstIとScaIで消化したpACYC177(ニッポンジーン社製)にIn−Fusion HD cloning kit(クロンテック社製)を用いて連結し、pACYC177−Ptac−opt_AgLMS−ispA*を構築した。
1-8) Construction of plasmid for simultaneous expression of opt_AgLMS and ispA * gene PCR was carried out using pUC57-opt_AgLMS as a template using the primer shown in SEQ ID NO: 25 and the primer shown in SEQ ID NO: 26. Next, PCR was performed using the obtained PCR fragment as a template and the primer shown in SEQ ID NO: 22 and the primer shown in SEQ ID NO: 26 to obtain a Ptac-opt_AgLMS fragment. Furthermore, PCR was performed using pUC57-ispA * as a template using the primer shown in SEQ ID NO: 23 and the primer shown in SEQ ID NO: 24 to obtain an ispA * fragment. The purified Ptac-opt_AgLMS fragment and the ispA * fragment were ligated to pACYC177 (Nippon Gene) digested with restriction enzymes PstI and ScaI using In-Fusion HD cloning kit (Clontech), and pACYC177-Ptac-Opt_Ag_Opt_Ag_Opt_Ag_Opt_Ag_Opt_Ag_Opt_Ag ispA * was constructed.
1−9)opt_MsLMS、及びispA*遺伝子の同時発現用プラスミドの構築
配列番号27に示したプライマーと配列番号28に示したプライマーを用いてpUC57−opt_MsLMSを鋳型にPCRを行った。次に、得られたPCR断片を鋳型として配列番号22に示したプライマーと配列番号28に示したプライマーを用いてPCRを行い、Ptac−opt_MsLMS断片を得た。さらに、配列番号23に示したプライマーと配列番号24に示したプライマーを用いてpUC57−ispA*を鋳型にPCRを行い、ispA*断片を得た。精製したPtac−opt_MsLMS断片、及びispA*断片を制限酵素PstIとScaIで消化したpACYC177(ニッポンジーン社製)にIn−Fusion HD cloning kit(クロンテック社製)を用いて連結し、pACYC177−Ptac−opt_MsLMS−ispA*を構築した。
1-9) Construction of plasmid for simultaneous expression of opt_MsLMS and ispA * gene PCR was carried out using pUC57-opt_MsLMS as a template using the primer shown in SEQ ID NO: 27 and the primer shown in SEQ ID NO: 28. Next, PCR was performed using the obtained PCR fragment as a template and the primer shown in SEQ ID NO: 22 and the primer shown in SEQ ID NO: 28 to obtain a Ptac-opt_MsLMS fragment. Furthermore, PCR was performed using pUC57-ispA * as a template using the primer shown in SEQ ID NO: 23 and the primer shown in SEQ ID NO: 24 to obtain an ispA * fragment. The purified Ptac-opt_MsLMS fragment and the ispA * fragment were ligated to pACYC177 (Nippon Gene) digested with restriction enzymes PstI and ScaI using In-Fusion HD cloning kit (Clontech) and pACYC177-Ptac-opt_Ms ispA * was constructed.
1−10)opt_CuLMS、及びispA*遺伝子の同時発現用プラスミドの構築
配列番号29に示したプライマーと配列番号30に示したプライマーを用いてpUC57−opt_CuLMSを鋳型にPCRを行った。次に、得られたPCR断片を鋳型として配列番号22に示したプライマーと配列番号30に示したプライマーを用いてPCRを行い、Ptac−opt_CuLMS断片を得た。さらに、配列番号23に示したプライマーと配列番号24に示したプライマーを用いてpUC57−ispA*を鋳型にPCRを行い、ispA*断片を得た。精製したPtac−opt_CuLMS断片、及びispA*断片を制限酵素PstIとScaIで消化したpACYC177(ニッポンジーン社製)にIn−Fusion HD cloning kit(クロンテック社製)を用いて連結し、pACYC177−Ptac−opt_CuLMS−ispA*を構築した。
1-10) Construction of plasmid for simultaneous expression of opt_CuLMS and ispA * gene PCR was performed using pUC57-opt_CuLMS as a template using the primer shown in SEQ ID NO: 29 and the primer shown in SEQ ID NO: 30. Next, PCR was performed using the obtained PCR fragment as a template and the primer shown in SEQ ID NO: 22 and the primer shown in SEQ ID NO: 30 to obtain a Ptac-opt_CuLMS fragment. Furthermore, PCR was performed using pUC57-ispA * as a template using the primer shown in SEQ ID NO: 23 and the primer shown in SEQ ID NO: 24 to obtain an ispA * fragment. The purified Ptac-opt_CuLMS fragment and the ispA * fragment were ligated to pACYC177 (Nippon Gene) digested with restriction enzymes PstI and ScaI using In-Fusion HD cloning kit (Clontech) and pACYC177-Ptac-opt_CuLMS ispA * was constructed.
1−11)opt_ClLMS、及びispA*遺伝子の同時発現用プラスミドの構築
配列番号31に示したプライマーと配列番号32に示したプライマーを用いてpUC57−opt_ClLMSを鋳型にPCRを行った。次に、得られたPCR断片を鋳型として配列番号22に示したプライマーと配列番号32に示したプライマーを用いてPCRを行い、Ptac−opt_ClLMS断片を得た。さらに、配列番号23に示したプライマーと配列番号24に示したプライマーを用いてpUC57−ispA*を鋳型にPCRを行い、ispA*断片を得た。精製したPtac−opt_ClLMS断片、及びispA*断片を制限酵素PstIとScaIで消化したpACYC177(ニッポンジーン社製)にIn−Fusion HD cloning kit(クロンテック社製)を用いて連結し、pACYC177−Ptac−opt_ClLMS−ispA*を構築した。
1-11) Construction of plasmid for simultaneous expression of opt_ClLMS and ispA * gene PCR was performed using pUC57-opt_ClLMS as a template using the primer shown in SEQ ID NO: 31 and the primer shown in SEQ ID NO: 32. Next, PCR was performed using the obtained PCR fragment as a template and the primer shown in SEQ ID NO: 22 and the primer shown in SEQ ID NO: 32 to obtain a Ptac-opt_ClLMS fragment. Furthermore, PCR was performed using pUC57-ispA * as a template using the primer shown in SEQ ID NO: 23 and the primer shown in SEQ ID NO: 24 to obtain an ispA * fragment. The purified Ptac-opt_ClLMS fragment and the ispA * fragment were ligated to pACYC177 (Nippon Gene) digested with restriction enzymes PstI and ScaI using In-Fusion HD cloning kit (Clontech), and pACYC177-Ptac-opt_ClLMS ispA * was constructed.
1−12)SWITCH−PhoCΔgcdの構築とリモネン生成株の構築
P.ananatisのgcd遺伝子(配列番号18)は、グルコースデヒドロゲナーゼ(配列番号19)をコードしており、P.ananatisは好気性増殖中にグルコン酸を蓄積することが知られている(Andreeva IGら,FEMS Microbiol Lett.2011 May;318(1):55−60)。
プライマーgcd−attLおよびgcd−attR(表1)及び鋳型としてpMW118−attL−kan−attRプラスミドを用いるPCRで得られたDNAフラグメントのλRed依存的な組込み(Minaeva NIら,BMC Biotechnol.2008;8:63)を用いて、gcd遺伝子が破壊されたSC17(0)Δgcd株を構築する。組込み体を確認するため、プライマーgcd−t1およびgcd−t2(表1)を用いる。
1-12) Construction of SWITCH-PhoCΔgcd and construction of limonene producing strain The ananatis gcd gene (SEQ ID NO: 18) encodes glucose dehydrogenase (SEQ ID NO: 19). Ananatis is known to accumulate gluconic acid during aerobic growth (Andreeva IG et al., FEMS Microbiol Lett. 2011 May; 318 (1): 55-60).
ΛRed-dependent integration of DNA fragments obtained by PCR using primers gcd-attL and gcd-attR (Table 1) and pMW118-attL-kan-attR plasmid as template (Minaeva NI et al., BMC Biotechnol. 2008; 8: 63) is used to construct the SC17 (0) Δgcd strain in which the gcd gene is disrupted. Primers gcd-t1 and gcd-t2 (Table 1) are used to confirm integrants.
SC17(0)Δgcd株のゲノムDNAを、Wizard Genomic DNA Purification Kit(プロメガ)を用いて単離し、既報の方法〔Katashkina JIら,BMC Mol Biol.2009;10:34〕にしたがって、後述の参考実施例1で得られたSWITCH−PphoC株のマーカーを含まない誘導体中に電気形質転換する。その結果、SWITCH−PphoC−Δgcd(KmR)株を得る。プライマーgcd−t1およびgcd−t2(表1)を、得られた組込み体のPCR解析に用いる。カナマイシン耐性マーカー遺伝子を、標準的なλIng/Xis媒介手法〔Katashkina JIら,BMC Mol Biol.2009;10:34〕にしたがって得る。得られた株を、SWITCH−PphoC Δgcd株と命名する。 The genomic DNA of the SC17 (0) Δgcd strain was isolated using Wizard Genomic DNA Purification Kit (Promega), and the previously reported method [Katashkina JI et al., BMC Mol Biol. 2009; 10:34] is electrotransformed into the SWITCH-PphoC strain-free derivative obtained in Reference Example 1 described later. As a result, a SWITCH-PphoC-Δgcd (KmR) strain is obtained. Primers gcd-t1 and gcd-t2 (Table 1) are used for PCR analysis of the resulting integrants. The kanamycin resistance marker gene was obtained by standard λIng / Xis mediated procedures [Katashkina JI et al., BMC Mol Biol. 2009; 10:34]. The resulting strain is named SWITCH-PphoC Δgcd strain.
SWITCH−PphoC Δgcdのコンピテントセルを調製し、エレクトロポレーションによりpACYC177、pACYC177−Ptac−opt_PsLMS−ispA*、pACYC177−Ptac−opt_AgLMS−ispA*、pACYC177−Ptac−opt_MsLMS−ispA*、pACYC177−Ptac−opt_CuLMS−ispA*あるいはpACYC177−Ptac−opt_ClLMS−ispA*を導入した。得られた株をそれぞれ、SWITCH−PphoC Δgcd/pACYC177株、SWITCH−PphoC Δgcd/PsLMS−ispA*株、SWITCH−PphoC Δgcd/AgLMS−ispA*株、SWITCH−PphoC Δgcd/MsLMS−ispA*株、SWITCH−PphoC Δgcd/CuLMS−ispA*株及びSWITCH−PphoC Δgcd/ClLMS−ispA*株と命名した。 SWITCH-PphoC competent cells prepared in Δgcd, pACYC177 by electroporation, pACYC177-Ptac-opt_PsLMS-ispA *, pACYC177-Ptac-opt_AgLMS-ispA *, pACYC177-Ptac-opt_MsLMS-ispA *, pACYC177-Ptac-opt_CuLMS -IspA * or pACYC177-Ptac-opt_ClLMS-ispA * was introduced. The obtained strains were respectively SWITCH-PphoC Δgcd / pACYC177 strain, SWITCH-PphoC Δgcd / PsLMS-ispA * strain, SWITCH-PphoC Δgcd / AgLMS-ispA * strain, SWITCH-PphoC Δgcd / MsLMS-ISPITa * ISCHISP The strains were designated as PphoC Δgcd / CuLMS-ispA * strain and SWITCH-PphoC Δgcd / ClLMS-ispA * strain.
実施例2:SWITCH PphoCΔgcd株由来リモネンシンターゼ発現株のリモネン生産能の評価
実施例1で得られたSWITCH−PphoC Δgcd/PsLMS−ispA*株、SWITCH−PphoC Δgcd/AgLMS−ispA*株、SWITCH−PphoC−Δgcd/MsLMS−ispA*株、SWITCH−PphoC Δgcd/CuLMS−ispA*株、SWITCH−PphoC Δgcd/ClLMS−ispA*株、及びSWITCH−PphoC Δgcd/pACYC177株のグリセロールストックを融解し、10μLを50mg/Lのカナマイシンを含むLBプレートに均一に塗布し、34℃にて16時間培養した。得られたプレート上の菌体を、NuncTMディスポーザブルループ1μL(Thermo Fisher Scientific社製)の1ループ程度の量を掻き取った。掻き取った菌体をヘッドスペースバイアル(Perkin Elmer社製 22mL CLEAR CRIMP TOP VIAL cat♯B0104236)中の、50mg/Lのカナマイシンを含む以下の表2に記載のリモネン発酵用培地1mLに接種し、バイアルはヘッドスペースバイアル用キャップブチルゴムセプタム付(Perkin Elmer社製CRIMPS cat♯B0104240)を用いて密栓した。往復振とう培養装置で30℃、120rpmの条件にてSWITCH−PphoC Δgcd/pACYC177株、SWITCH−PphoC Δgcd/PsLMS−ispA*株、SWITCH−PphoC Δgcd/AgLMS−ispA*株及びSWITCH−PphoC Δgcd/MsLMS−ispA*株は48時間培養した。SWITCH−PphoC Δgcd/pACYC177株、SWITCH−PphoC Δgcd/CuLMS−ispA*株及びSWITCH−PphoC Δgcd/ClLMS−ispA*株は同様に発酵を行い、これらの株の培養時間を72時間とした。
Example 2: Evaluation of limonene production ability of limonene synthase expression strain derived from SWITCH PphoCΔgcd strain SWITCH-PphoC Δgcd / PsLMS-ispA * strain, SWITCH-PphoC Δgcd / AgLMS-ispA * strain, SWITCH-PphoC obtained in Example 1 Melt glycerol stocks of -Δgcd / MsLMS-ispA * strain, SWITCH-PphoC Δgcd / CuLMS-ispA * strain, SWITCH-PphoC Δgcd / ClLMS-ispA * strain, and SWITCH-PphoC Δgcd / pACYC177 strain at 50 mg / l The solution was evenly applied to an LB plate containing L kanamycin and cultured at 34 ° C. for 16 hours. The cells on the obtained plate were scraped off in an amount of about 1 loop of 1 μL of Nunc ™ disposable loop (manufactured by Thermo Fisher Scientific). The scraped bacterial cells are inoculated into 1 mL of a limonene fermentation medium described in Table 2 below containing 50 mg / L kanamycin in a headspace vial (22 mL CLEAR CLIMP TOP VIAL cat # B0104236 manufactured by Perkin Elmer). Was sealed with a cap butyl rubber septum for headspace vials (CRIMPS cat # B0104240 manufactured by Perkin Elmer). SWITCH-PphoC Δgcd / pACYC177 strain, SWITCH-PphoC Δgcd / PsLMS-ispA * strain, SWITCH-PphoC Δgcd / AgLMS-ispA * strain and SWITCH-PphoMMSgc / Lgc / Lgc / Lgc / Lgc / Lgd / L The -ispA * strain was cultured for 48 hours. SWITCH-PphoCΔgcd / pACYC177 strain, SWITCH-PphoCΔgcd / CuLMS-ispA * strain and SWITCH-PphoCΔgcd / ClLMS-ispA * strain were similarly fermented, and the culture time of these strains was 72 hours.
滅菌完了後に上記A区、B区、C区を混合した。 After completion of sterilization, the above A, B and C zones were mixed.
培養終了後に、ヘッドスペースサンプラー(Perkin Elmer社製 TurboMatrix 40)付きガスクロマトグラフ質量分析計(島津製作所社製 GCMS−QP2010)を用いてヘッドスペースバイアル中のリモネン濃度を測定した。分析条件の詳細を下記に記す。GCのカラムとして、HP−5ms Ultra Inert(Agilent社製)を使用し、リモネン標準液は試薬リモネン(東京化成工業製)を用いて調製した。 After completion of the culture, the concentration of limonene in the headspace vial was measured using a gas chromatograph mass spectrometer (GCMS-QP2010, Shimadzu Corporation) with a headspace sampler (TurboMatrix 40, manufactured by Perkin Elmer). Details of the analysis conditions are described below. As a GC column, HP-5ms Ultra Inert (manufactured by Agilent) was used, and a limonene standard solution was prepared using a reagent limonene (manufactured by Tokyo Chemical Industry).
ヘッドスペースサンプラー
注入時間 0.02min
オーブン温度 80℃
ニードル温度 80℃
トランスファー温度 80℃
GCサイクル時間 5min
加圧時間 3min
引き上げ時間 0.2min
保温時間 5min
キャリアガス圧力 124kPa
Headspace sampler injection time 0.02min
Oven temperature 80 ° C
Needle temperature 80 ℃
Transfer temperature 80 ℃
GC cycle time 5 min
Pressurization time 3min
Lifting time 0.2min
Insulation time 5min
Carrier gas pressure 124kPa
ガスクロマトグラフィー部
キャリアガス He
気化室温度 200.0℃
温度条件 175℃(定温)
Gas chromatography part Carrier gas He
Vaporization chamber temperature 200.0 ℃
Temperature condition 175 ° C (constant temperature)
質量分析部
イオン源温度 250℃
インターフェイス温度 250℃
検出器電圧 0.1kV
検出イオン分子量 68
補助イオン分子量 93
フィラメント点灯時間 2.0−3.5min
Mass Spectrometer Ion source temperature 250 ℃
Interface temperature 250 ℃
Detector voltage 0.1 kV
Detected ion molecular weight 68
Auxiliary molecular weight 93
Filament lighting time 2.0-3.5min
リモネン濃度は培地量に換算した値として示した。バイアル2本の結果の平均値を表3及び4に示す。対照ベクターpACYC177を導入した対照株ではリモネン生産は認められなかったが、SWITCH−PphoC Δgcd/PsLMS−ispA*株、SWITCH−PphoC Δgcd/AgLMS−ispA*株、SWITCH−PphoC Δgcd/MsLMS−ispA*株、SWITCH−PphoC Δgcd/CuLMS−ispA*株及びSWITCH−PphoC Δgcd/ClLMS−ispA*株においてリモネン生産が確認された。 The limonene concentration was shown as a value converted to the amount of the medium. The average value of the results for two vials is shown in Tables 3 and 4. In the control strain introduced with the control vector pACYC177, production of limonene was not observed, but SWITCH-PphoC Δgcd / PsLMS-ispA * strain, SWITCH-PphoC Δgcd / AgLMS-ispA * strain, SWITCH-PphoC Δgcd / MsLMS-ispA * strain Limonene production was confirmed in the SWITCH-PphoCΔgcd / CuLMS-ispA * strain and the SWITCH-PphoCΔgcd / ClLMS-ispA * strain.
参考実施例1:微好気誘導型イソプレノイド化合物生成微生物(SWITCH−Plld/IspSM)及びリン酸欠乏誘導型イソプレノイド化合物生成微生物(SWITCH−PphoC/IspSM,SWITCH−PpstS/IspSM)、アラビノース誘導型イソプレノイド化合物生成微生物(SWITCH−Para/IspSM)の構築
1−1)pMW−Para−mvaES−Ttrpの構築
1−1−1)Enterococcus faecalis由来mvaE遺伝子の化学合成
acetyl−CoA acetyltransferaseとhydroxymethlglutaryl−CoAreductaseをコードするEnterococcus faecalis由来mvaEの塩基配列、及びアミノ酸配列はすでに知られている(塩基配列のACCESSION番号:AF290092.1、(1479..3890)、アミノ酸配列のACCESSION番号:AAG02439)(J.Bacteriol.182(15),4319−4327(2000))。Enterococcus faecalis由来mvaEタンパク質のアミノ酸配列、及び遺伝子の塩基配列を配列番号37、及び配列番号38にそれぞれ示す。mvaE遺伝子をE.coliで効率的に発現させるためにE.coliのコドン使用頻度に最適化したmvaE遺伝子を設計し、これをEFmvaEと名付けた。この塩基配列を配列番号39に示す。mvaE遺伝子は化学合成された後、pUC57(GenScript社製)にクローニングされ、得られたプラスミドをpUC57−EFmvaEと名付けた。
Reference Example 1: Microaerobic inducible isoprenoid compound-producing microorganism (SWITCH-Plld / IspSM), phosphate deficiency-inducing isoprenoid compound-producing microorganism (SWITCH-PphoC / IspSM, SWITCH-PpstS / IspSM), arabinose-derived isoprenoid compound 1. Construction of producing microorganism (SWITCH-Para / IspSM) 1-1) Construction of pMW-Para-mvaES-TTrp 1-1-1) Chemical synthesis of enterococcus faecalis-derived mvaE gene Acetyl-CoA acyltransferase coding and hydroxymethylcodec coding The base sequence of mvaE derived from faecalis and the amino acid sequence are Already known (base sequence ACCESSION numbers: AF2900092.1, (1479..3890), amino acid sequence ACCESSION numbers: AAG02439) (J. Bacteriol. 182 (15), 4319-4327 (2000)). The amino acid sequence of Enterococcus faecalis-derived mvaE protein and the nucleotide sequence of the gene are shown in SEQ ID NO: 37 and SEQ ID NO: 38, respectively. The mvaE gene was transformed into E. coli. E. coli for efficient expression in E. coli. An mvaE gene optimized for E. coli codon usage was designed and named EFmvaE. This base sequence is shown in SEQ ID NO: 39. The mvaE gene was chemically synthesized and then cloned into pUC57 (GenScript), and the resulting plasmid was named pUC57-EFmvaE.
1−1−2)Enterococcus faecalis由来mvaS遺伝子の化学合成
hydroxymethylglutaryl−CoA synthaseをコードするEnterococcus faecalis由来mvaSの塩基配列、及びアミノ酸配列はすでに知られている(塩基配列のACCESSION番号:AF290092.1、complement(142..1293)、アミノ酸配列のACCESSION番号:AAG02438)(J.Bacteriol.182(15),4319−4327(2000))。Enterococcus faecalis由来mvaSタンパク質のアミノ酸配列、及び遺伝子の塩基配列を配列番号40、及び配列番号41にそれぞれ示す。mvaS遺伝子をE.coliで効率的に発現させるためにE.coliのコドン使用頻度に最適化したmvaS遺伝子を設計し、これをEFmvaSと名付けた。この塩基配列を配列番号42に示す。mvaS遺伝子は化学合成された後、pUC57(GenScript社製)にクローニングされ、得られたプラスミドをpUC57−EFmvaSと名付けた。
1-1-2) Chemical synthesis of Enterococcus faecalis-derived mvaS gene The base sequence of Enterococcus faecalis-derived mvaS coding for hydroxymethylglutaryl-CoA synthase, and the amino acid sequence are already known (base number: ACCESON. (142 .. 1293), ACCESSION number of amino acid sequence: AAG02438) (J. Bacteriol. 182 (15), 4319-4327 (2000)). The amino acid sequence of Enterococcus faecalis-derived mvaS protein and the base sequence of the gene are shown in SEQ ID NO: 40 and SEQ ID NO: 41, respectively. The mvaS gene was transformed into E. coli. E. coli for efficient expression in E. coli. An mvaS gene optimized for E. coli codon usage was designed and named EFmvaS. This base sequence is shown in SEQ ID NO: 42. The mvaS gene was chemically synthesized and then cloned into pUC57 (GenScript), and the resulting plasmid was named pUC57-EFmvaS.
1−1−3)アラビノース誘導型mvaES発現ベクターの構築
アラビノース誘導型メバロン酸経路上流遺伝子発現ベクターは次の手順で構築した。プラスミドpKD46を鋳型として配列番号43と配列番号44に示す合成オリゴヌクレオチドをプライマーとしたPCRによりE.coli由来araCとaraBADプロモーター配列からなるParaを含むPCR断片を得た。プラスミドpUC57−EFmvaEを鋳型として配列番号45と配列番号46に示す合成オリゴヌクレオチドをプライマーとしたPCRによりEFmvaE遺伝子を含むPCR断片を得た。プラスミドpUC57−EFmvaSを鋳型として配列番号47と配列番号48に示す合成オリゴヌクレオチドをプライマーとしたPCRによりEFmvaS遺伝子を含むPCR断片を得た。プラスミドpSTV−Ptac−Ttrp(WO2013069634A1)を鋳型として配列番号49と配列番号50に示す合成オリゴヌクレオチドをプライマーとしたPCRによりTtrp配列を含むPCR断片を取得した。これら4つのPCR断片を得るためのPCRにはPrime Starポリメラーゼ(タカラバイオ社製)を用いた。反応溶液はキットに添付された組成に従って調整し、98℃にて10秒、55℃にて5秒、72℃にて1分/kbの反応を30サイクル行った。精製したParaを含むPCR産物とEFmvaE遺伝子を含むPCR産物を鋳型として配列番号43と配列番号46に示す合成オリゴヌクレオチドを、精製したEFmvaS遺伝子を含むPCR産物とTtrpを含むPCR産物を鋳型として配列番号47と配列番号50に示す合成オリゴヌクレオチドをプライマーとしてPCRを行った。その結果、ParaとEFmvaE遺伝子、EFmvaSとTtrp含むPCR産物を取得した。プラスミドpMW219(ニッポンジーン社製)は常法に従ってSmaI消化した。SmaI消化後pMW219と精製したParaとEFmvaE遺伝子を含むPCR産物、EFmvaS遺伝子とTtrpを含むPCR産物はIn−Fusion HD Cloning Kit(Clontech社製)を用いて連結した。得られたプラスミドは、pMW−Para−mvaES−Ttrpと命名した。
1-1-3) Construction of arabinose-inducible mvaES expression vector An arabinose-inducible mevalonate pathway upstream gene expression vector was constructed by the following procedure. E. coli by PCR using the plasmid pKD46 as a template and the synthetic oligonucleotides shown in SEQ ID NO: 43 and SEQ ID NO: 44 as primers. A PCR fragment containing Para comprising the araC and araBAD promoter sequences from E. coli was obtained. A PCR fragment containing the EFmvaE gene was obtained by PCR using the plasmid pUC57-EFmvaE as a template and the synthetic oligonucleotides shown in SEQ ID NO: 45 and SEQ ID NO: 46 as primers. A PCR fragment containing the EFmvaS gene was obtained by PCR using the plasmid pUC57-EFmvaS as a template and the synthetic oligonucleotides shown in SEQ ID NO: 47 and SEQ ID NO: 48 as primers. A PCR fragment containing the Ttrp sequence was obtained by PCR using the plasmid pSTV-Ptac-Ttrp (WO20133066964A1) as a template and the synthetic oligonucleotides shown in SEQ ID NO: 49 and SEQ ID NO: 50 as primers. Prime Star polymerase (manufactured by Takara Bio Inc.) was used for PCR to obtain these four PCR fragments. The reaction solution was prepared according to the composition attached to the kit, and 30 cycles of reaction at 98 ° C. for 10 seconds, 55 ° C. for 5 seconds, and 72 ° C. for 1 minute / kb were performed. Synthetic oligonucleotides shown in SEQ ID NO: 43 and SEQ ID NO: 46 using a PCR product containing purified Para and a PCR product containing EFmvaE gene as a template, and a PCR product containing purified EFmvaS gene and PCR product containing Ttrp as a template. PCR was performed using 47 and the synthetic oligonucleotide shown in SEQ ID NO: 50 as primers. As a result, PCR products containing Para and EFmvaE genes, EFmvaS and Ttrp were obtained. Plasmid pMW219 (Nippon Gene) was digested with SmaI according to a conventional method. A PCR product containing pMW219 and purified Para and EFmvaE genes, and a PCR product containing EFmvaS gene and Ttrp after SmaI digestion were ligated using In-Fusion HD Cloning Kit (Clontech). The obtained plasmid was designated as pMW-Para-mvaES-TTrp.
1−2)メバロン酸経路の上流および下流遺伝子を保有する組込み型コンディショナル複製プラスミドの構築
1−2−1)異なるプロモーターの制御下にあるmvaES遺伝子を含むプラスミドの構築
メバロン酸経路の上流および下流遺伝子を保有する組込み型プラスミドを構築するため、pAH162−λattL−TcR−λattR vector(Minaeva NI et al.,BMC Biotechnol.2008;8:63)を用いた。
1-2) Construction of an integrated conditional replication plasmid carrying upstream and downstream genes of the mevalonate pathway 1-2-1) Construction of a plasmid containing the mvaES gene under the control of different promoters Upstream and downstream of the mevalonate pathway In order to construct an integrative plasmid carrying the gene, pAH162-λattL-TcR-λattR vector (Minaeva NI et al., BMC Biotechnol. 2008; 8:63) was used.
pMW−Para−mvaES−TtrpのKpnI−SalIフラグメントを、pAH162−λattL−TcR−λattRのSphI−SalI認識部位中にクローニングした。その結果、E.coli Paraプロモーターおよびリプレッサー遺伝子araCの制御下にあるE.faecalis由来mvaESオペロンを保有するpAH162−Para−mvaESプラスミドを構築した(図1)。 The KpnI-SalI fragment of pMW-Para-mvaES-Ttrp was cloned into the SphI-SalI recognition site of pAH162-λattL-TcR-λattR. As a result, E.I. E. coli under the control of the E. coli Para promoter and the repressor gene araC. The pAH162-Para-mvaES plasmid carrying the faecalis-derived mvaES operon was constructed (FIG. 1).
オペロンのプロモーター欠損バリアントを得るために、pMW219−Para−mvaES−TtrpのEcl136II−SalIフラグメントを、同じ組込み型ベクター中にサブクローニングした。得られたプラスミドのマップを、図2に示す。 To obtain a promoter-deficient variant of the operon, the Ecl136II-SalI fragment of pMW219-Para-mvaES-TTrp was subcloned into the same integrative vector. A map of the resulting plasmid is shown in FIG.
異なるプロモーターの制御下にあるmvaES遺伝子を保持する染色体固定用プラスミドのセットを構築した。この目的のために、I−SceI、XhoI、PstIおよびSphI認識部位を含むポリリンカーを、mvaES遺伝子の上流に位置する唯一のHindIII認識部位中に挿入した。この目的を達成するために、プライマー1および2(表5)とポリヌクレオチドキナーゼを用いてアニーリングを行った。得られた二本鎖DNAフラグメントを、ポリヌクレオチドキナーゼで5’リン酸化し、得られたリン酸化フラグメントをHindIIIにて切断したpAH162−mvaESプラスミドにライゲーション反応により挿入した。得られたpAH162−MCS−mvaESプラスミド(図3)は、mvaES遺伝子の前で所望の配向性を保ちながらプロモーターをクローニングに都合が良いものである。lldD、phoCおよびpstS遺伝子の調節領域を保持するDNAフラグメントを、P.ananatis SC17(0)株(Katashkina JI et al.,BMC Mol Biol.,2009;10:34)のゲノムDNAを鋳型として、ならびにプライマー3および4、プライマー5および6、ならびにプライマー7および8(表5)をそれぞれ用いて、PCRにより生成し、pAH162−MCS−mvaESの適切な制限酵素認識部位中にクローニングした。得られたプラスミドを、図4に示す。クローニングされたプロモーターフラグメントの配列決定を行い、予想されるヌクレオチド配列に正確に対応することを確認した。
A set of plasmids for chromosomal immobilization carrying the mvaES gene under the control of different promoters was constructed. For this purpose, a polylinker containing I-SceI, XhoI, PstI and SphI recognition sites was inserted into the only HindIII recognition site located upstream of the mvaES gene. To achieve this goal, annealing was performed using primers 1 and 2 (Table 5) and polynucleotide kinase. The obtained double-stranded DNA fragment was 5 'phosphorylated with polynucleotide kinase, and the obtained phosphorylated fragment was inserted into pAH162-mvaES plasmid cleaved with HindIII by ligation reaction. The obtained pAH162-MCS-mvaES plasmid (FIG. 3) is convenient for cloning the promoter while maintaining the desired orientation in front of the mvaES gene. DNA fragments carrying the regulatory regions of the lldD, phoC and pstS genes were obtained from P. cerevisiae. Ananatis SC17 (0) strain (Katashkina JI et al., BMC Mol Biol., 2009; 10:34) as a template, and
1−2−2)pAH162−Km−Ptac−KDyI染色体固定用プラスミドの構築
tetAR遺伝子を含むpAH162−λattL−TcR−λattR(Minaeva NI et al.,BMC Biotechnol.,2008;8:63)のAatII−ApaIフラグメントを、プライマー9および10(表5)、ならびにpUC4Kプラスミド(Taylor LAおよびRose RE.,Nucleic Acids Res.,16,358,1988)を鋳型として用いたPCRで得られたDNAフラグメントと置換した。その結果、pAH162−λattL−KmR−λattRが得られた(図5)。
1-2-2) pAH162-Km-Ptac- KDyI chromosome fixing including construction tetAR genes of the plasmid pAH162-λattL-Tc R -λattR ( Minaeva NI et al, BMC Biotechnol, 2008; 8:.. 63 AatII in) -Replacing the ApaI fragment with the DNA fragment obtained by PCR using primers 9 and 10 (Table 5) and the pUC4K plasmid (Taylor LA and Rose RE., Nucleic Acids Res., 16, 358, 1988) as a template. did. As a result, pAH162-λattL-Km R -λattR was obtained (FIG. 5).
Ptacプロモーターを、pAH162−λattL−TcR−λattRベクター(Minaeva NI et al.,BMC Biotechnol.,2008;8:63)のHindIII−SphI認識部位に挿入した。その結果、染色体固定用発現ベクターpAH162−Ptacが構築された。クローニングしたプロモーターフラグメントの配列を決定し、設計通りの配列であることを確認した。pAH162−Ptacのマップを、図6に示す。 The P tac promoter, pAH162-λattL-Tc R -λattR vector (Minaeva NI et al, BMC Biotechnol , 2008; 8:.. 63) was inserted into the HindIII-SphI recognition site. As a result, an expression vector pAH162-P tac for chromosome fixation was constructed. The sequence of the cloned promoter fragment was determined and confirmed to be the sequence as designed. A map of pAH162-P tac is shown in FIG.
ATG Service Gene(ロシア)により化学合成された、レアコドンを同義コドンに置換したS.cerevisiae由来PMK、MVDおよびyldI遺伝子を保持するDNAフラグメント(図7)を、染色体固定用ベクターpAH162−PtacのSphI−KpnI制限酵素認識部位中にサブクローニングした。化学合成されたKDyIオペロンを含むDNA配列を配列番号75に示す。Ptac−KDyI発現カセットを保持する得られたプラスミドpAH162−Tc−Ptac−KDyIを、図8(A)に示す。その後、薬剤耐性マーカー遺伝子を置換する目的でtetAR遺伝子を保持するpAH162−Tc−Ptac−KDyIのNotI−KpnIフラグメントを、pAH162−λattL−KmR−λattRにて対応するフラグメントにより置換した。その結果、カナマイシン耐性遺伝子kanをマーカーとするpAH162−Km−Ptac−KDyIプラスミドを得た(図8(B))。 Chemically synthesized by ATG Service Gene (Russia), a rare codon was replaced with a synonymous codon. A DNA fragment (FIG. 7) carrying the cerevisiae-derived PMK, MVD and yldI genes was subcloned into the SphI-KpnI restriction enzyme recognition site of the chromosome fixing vector pAH162-Ptac. The DNA sequence containing the chemically synthesized KDyI operon is shown in SEQ ID NO: 75. The resulting plasmid pAH162-Tc-Ptac-KDyI carrying the Ptac-KDyI expression cassette is shown in FIG. 8 (A). Thereafter, the NotI-KpnI fragment of pAH162-Tc-P tac -KDyI to hold the tetAR genes for the purpose of replacing the drug resistance marker gene was replaced by the corresponding fragment in pAH162-λattL-KmR-λattR. As a result, a pAH162-Km-Ptac-KDyI plasmid using the kanamycin resistance gene kan as a marker was obtained (FIG. 8B).
古典的SD配列に連結された、メタノセラ・パルディコラ(Methanocella paludicola)株であるSANAE[完全ゲノム配列については、GenBankアクセッション番号AP011532を参照]由来の推定mvk遺伝子のコーディング部分を含む化学合成DNAフラグメントを、上記組込み型発現ベクターpAH162−PtacのPstI−KpnI認識部位中にクローニングした。mvk遺伝子を保持する染色体固定プラスミドのマップを、図9に示す。 A chemically synthesized DNA fragment containing the coding portion of the putative mvk gene from SANAE [see GenBank accession number AP011532 for the complete genomic sequence] linked to the classical SD sequence, the Methanocella pardicola strain. The integrative expression vector pAH162-P tac was cloned into the PstI-KpnI recognition site. A map of the chromosome-fixed plasmid carrying the mvk gene is shown in FIG.
1−3)レシピエント株SC17(0) ΔampC::attBphi80 ΔampH::attBphi80 Δcrt::Ptac−mvk(M.paludicola)の構築
attLphi80およびattRphi80に隣接したkan遺伝子、ならびに標的染色体部位に相同な40bp配列を含むPCR増幅DNAフラグメントのλRed依存的な組込み(Katashkina JI et al.,BMC Mol Biol.,2009;10:34)、続いて、カナマイシン耐性マーカーのファージphi80 Int/Xis依存的な除去(Andreeva IG et al.,FEMS Microbiol Lett.,2011;318(1):55−60)を含む2段階の手法を用いて、ΔampH::attBphi80およびΔampC::attBphi80染色体改変を、P.ananatis SC17(0)株に段階的に導入した。SC17(0)は、P.ananatis AJ13355のλRed耐性誘導体である(Katashkina JI et al.,BMC Mol Biol.,2009;10:34);P.ananatis AJ13355の注釈付完全ゲノム配列は、PRJDA162073またはGenBankアクセッション番号AP012032.1およびAP012033.1として利用可能である。pMWattphiプラスミド[Minaeva NI et al.,BMC Biotechnol.,2008;8:63]を鋳型として用いて、プライマー11および12、ならびにプライマー13および14(表5)をプライマーとして用いて、それぞれampHおよびampC遺伝子領域への組込みに使用されるDNAフラグメントを生成した。プライマー15および16、ならびにプライマー17および18(表5)を、得られた染色体改変物のPCR検証に用いた。
1-3) Construction of recipient strain SC17 (0) ΔampC :: attB phi80 ΔampH :: attB phi80 Δcrt :: P tac -mvk (M.palladicola) kan gene adjacent to attL phi80 and attR phi80 , and target chromosomal site ΛRed dependent integration of a PCR amplified DNA fragment containing a 40 bp sequence homologous to (Katashkina JI et al., BMC Mol Biol., 2009; 10:34), followed by the phage phi80 Int / Xis dependency of the kanamycin resistance marker Do removing (Andreeva IG et al, FEMS Microbiol Lett, 2011; 318 (1):.. 55-60) using a two-step approach comprising, ΔampH :: attB ph 80 and ΔampC :: attB phi80 the chromosome modification, P. It was introduced stepwise into the ananatis SC17 (0) strain. SC17 (0) P. ananatis AJ13355 is a λRed resistant derivative (Katashkina JI et al., BMC Mol Biol., 2009; 10:34); The annotated complete genome sequence of ananatis AJ13355 is available as PRJDA 162073 or GenBank accession numbers AP012032.1 and AP012033.1. pMWattphi plasmid [Minaeva NI et al. , BMC Biotechnol. , 2008; 8:63] as templates and
並行して、P.ananatis AJ13355ゲノムの一部である、pEA320 320kbメガプラスミド上に位置するcrtオペロンの代わりにphi80ファージのattB部位を保持するP.ananatis SC17(0)の誘導体を構築した。この株を得るために、ゲノム中の標的部位に相同な40bp領域に隣接したattLphi80−kan−attRphi80を保持するPCR増幅DNAフラグメントのλRed依存的な組込みを、以前に記載された手法(Katashkina JI et al.,BMC Mol Biol.,2009;10:34)にしたがって行った。attLphi80−kan−attRphi80によるcrtオペロンの置換に用いられるDNAフラグメントを、プライマー19および20(表5)を用いる反応で増幅した。pMWattphiプラスミド(Minaeva NI et al.,BMC Biotechnol.,2008;8:63)を、この反応で鋳型として用いた。得られた組込み体を、SC17(0)Δcrt::attLphi80−kan−attRphi80と名付けた。プライマー21および22(表5)を、SC17(0)Δcrt::attLphi80−kan−attRphi80.の染色体構造のPCR検証に用いた。構築株からのカナマイシン耐性マーカーの除去を、既報の手法に従いpAH129−catヘルパープラスミドを用いて行った(Andreeva IG et al.,FEMS Microbiol Lett.,2011;318(1):55−60)。オリゴヌクレオチド21および22を、得られたSC17(0)Δcrt::attBphi80株のPCR検証に用いた。得られたΔampC::attBphi80、ΔampH::attBphi80およびΔcrt::attBphi80ゲノム改変物のマップをそれぞれ、図10(A)、(B)および(C)に示す。 In parallel, P.I. a part of the P. ananatis AJ13355 genome that retains the attB site of the phi80 phage in place of the crt operon located on the pEA320 320 kb megaplasmid. A derivative of ananatis SC17 (0) was constructed. To obtain this strain, λRed dependent integration of a PCR amplified DNA fragment carrying attL phi80 -kan-attR phi80 flanked by a 40 bp region homologous to the target site in the genome was performed using a previously described procedure (Katashkina JI et al., BMC Mol Biol., 2009; 10:34). The DNA fragment used to replace the crt operon with attL phi80-kan-attR phi80 was amplified in a reaction using primers 19 and 20 (Table 5). The pMWattphi plasmid (Minaeva NI et al., BMC Biotechnol., 2008; 8:63) was used as a template in this reaction. The resulting integrant was named SC17 (0) Δcrt :: attL phi80 -kan-attR phi80 . Primers 21 and 22 (Table 5) were combined with SC17 (0) Δcrt :: attL phi80 -kan-attR phi80 . It was used for PCR verification of the chromosomal structure. Removal of the kanamycin resistance marker from the constructed strain was performed using the pAH129-cat helper plasmid according to a previously reported technique (Andrewa IG et al., FEMS Microbiol Lett., 2011; 318 (1): 55-60). Oligonucleotides 21 and 22 were used for PCR verification of the resulting SC17 (0) Δcrt :: attB phi80 strain. The maps of the resulting ΔampC :: attB phi80 , ΔampH :: attB phi80 and Δcrt :: attB phi80 genomic variants are shown in FIGS. 10 (A), (B) and (C), respectively.
上記pAH162−Ptac−mvk(M.paludicola)プラスミドを、既報のプロトコル(Andreeva IG et al.,FEMS Microbiol Lett.,2011;318(1):55−60)にしたがってSC17(0)Δcrt::attBphi80のattBphi80部位に組み込んだ。プラスミドの組込みを、プライマー21および23、ならびにプライマー22および24(表5)を用いたポリメラーゼ連鎖反応で確認した。その結果、SC17(0)Δcrt::pAH162−Ptac−mvk(M.paludicola)株を得た。Δcrt::pAH162−Ptac−mvk(M.paludicola)改変物のマップを、図11(A)に示す。
その後、ゲノムDNAエレクトロポレーション手法(Katashkina JI et al.,BMC Mol Biol.,2009;10:34)を介してSC17(0)Δcrt::pAH162−Ptac−mvk(M.paludicola)の遺伝形質をSC17(0) ΔampC::attBphi80 ΔampH::attBphi80へ移行させた。得られた株はテトラサイクリン耐性遺伝子tetRAをマーカーとして利用している。tetRAマーカー遺伝子を含むpAH162−Ptac−mvk(M.paludicola)組込み型プラスミドのベクター部分を、既報のpMW−intxis−catヘルパープラスミド[Katashkina JI et al.,BMC Mol Biol.,2009;10:34]を用いて除去した。その結果、マーカー遺伝子欠損株SC17(0) ΔampH::attBφ80 ΔampC::attBφ80 Δcrt::Ptac−mvk(M.paludicola)を得た。Δcrt::Ptac−mvk(M.paludicola)ゲノム改変物のマップを、図11(B)に示す。
The pAH162-Ptac-mvk (M. palidicola) plasmid was prepared according to a previously reported protocol (Andrewa IG et al., FEMS Microbiol Lett., 2011; 318 (1): 55-60) SC17 (0) Δcrt :: attB It was integrated into the attB phi80 site of phi80 . Plasmid integration was confirmed by polymerase chain reaction using primers 21 and 23 and primers 22 and 24 (Table 5). As a result, an SC17 (0) Δcrt :: pAH162-P tac -mvk (M. palidicola) strain was obtained. A map of Δcrt :: pAH162-P tac -mvk (M. palidicola) modification is shown in FIG. 11 (A).
Subsequently, the genetic traits of SC17 (0) Δcrt :: pAH162-P tac -mvk (M. palladicola) via genomic DNA electroporation technique (Katashkina JI et al., BMC Mol Biol., 2009; 10:34). Was transferred to SC17 (0) ΔampC :: attB phi80 ΔampH :: attB phi80 . The obtained strain uses the tetracycline resistance gene tetRA as a marker. The vector portion of the pAH162-Ptac-mvk (M. palladicola) integration type plasmid containing the tetRA marker gene was replaced with the previously reported pMW-intxis-cat helper plasmid [Katashkina JI et al. , BMC Mol Biol. , 2009; 10:34]. As a result, a marker gene-deficient strain SC17 (0) ΔampH :: attB φ80 ΔampC :: attB φ80 Δcrt :: P tac -mvk (M. palidicola) was obtained. A map of Δcrt :: P tac -mvk (M. palidicola) genomic modification is shown in FIG. 11 (B).
1−4)SWITCH株のセットの構築
pAH162−Km−Ptac−KDyIプラスミドを、既報のプロトコル(Andreeva IG et al. FEMS Microbiol Lett. 2011;318(1):55−60)にしたがい、SC17(0)ΔampH::attBφ80 ΔampC::attBφ80 Δcrt::Ptac−mvk(M.paludicola)/pAH123−cat株の染色体に組み込んだ。50mg/Lカナマイシンを含むLBアガー上に細胞を撒いた。増殖したKmRクローンを、プライマー11および15、ならびにプライマー11および17(表5)を用いたPCR反応で試験した。ΔampH::attBφ80またはΔampC::attBφ80mに組み込まれたpAH162−Km−Ptac−KDyIプラスミドを保持する株を選択した。ΔampH::pAH162−Km−Ptac−KDyIおよびΔampC::pAH162−Km−Ptac−KDyI染色体改変物のマップを、図12(A)および(B)に示す。
pAH162−Px−mvaES(ここで、Pxは、以下の調節領域のうちの一つである:araC−Para(E.coli)、PlldD、PphoC、PpstS)を、既報のプロトコル[Andreeva IG et al.,FEMS Microbiol Lett.,2011;318(1):55−60]にしたがってpAH123−catヘルパープラスミドを用いてSC17(0) ΔampC::pAH162−Km−Ptac−KDyI ΔampH::attBphi80 Δcrt::Ptac−mvk(M.paludicola)およびSC17(0) ΔampC::attBphi80 ΔampH::pAH162−Km−Ptac−KDyI Δcrt::Ptac−mvk(M.paludicola)レシピエント株のattBphi80部位に挿入した。その結果、SWITCH−Px−1およびSWITCH−Px−2とそれぞれ名付けられた2セットの株を得た。ΔampH::pAH162−Px−mvaESおよびΔampC::pAH162−Px−mvaES染色体改変物のマップを図13に示す。
1-4) Construction of SWITCH strain set The pAH162-Km-Ptac-KDyI plasmid was prepared according to a previously reported protocol (Andrewa IG et al. FEMS Microbiol Lett. 2011; 318 (1): 55-60), SC17 (0 ) ΔampH :: attB φ80 ΔampC :: attB φ80 Δcrt :: P tac -mvk (M. Palidicola) / pAH123-cat was integrated into the chromosome. Cells were seeded on LB agar containing 50 mg / L kanamycin. Proliferated Km R clones were tested in a PCR reaction using primers 11 and 15 and primers 11 and 17 (Table 5). Strains carrying the pAH162-Km-Ptac-KDyI plasmid integrated into ΔampH :: attB φ80 or ΔampC :: attB φ80 m were selected. Maps of ΔampH :: pAH162-Km-Ptac-KDyI and ΔampC :: pAH162-Km-Ptac-KDyI chromosome variants are shown in FIGS. 12 (A) and (B).
pAH162-Px-mvaES (where, Px is the one of the following regulatory region: araC-P ara (E.coli) , P lldD, P phoC, P pstS) a previously reported protocol [Andreeva IG et al. , FEMS Microbiol Lett. , 2011; 318 (1): 55-60] using the pAH123-cat helper plasmid SC17 (0) ΔampC :: pAH162-Km-P tac -KDyI ΔampH pH :: attB phi80 Δcrt :: P tac -mvk ( M. palidicola) and SC17 (0) ΔampC :: attB phi80 ΔampH :: pAH162-Km-P tac -KDyI Δcrt :: P tac -mvk (M. palidicola) inserted into the attB phi80 site of the recipient strain. As a result, two sets of strains respectively named SWITCH-Px-1 and SWITCH-Px-2 were obtained. A map of ΔampH :: pAH162-Px-mvaES and ΔampC :: pAH162-Px-mvaES chromosome modifications is shown in FIG.
1−5)イソプレンシンターゼ発現プラスミドの導入
常法に従いSWITCH菌のエレクトロコンピテントセルを作成し、エレクトロポレーションによりムクナ由来イソプレンシンターゼの発現プラスミドであるpSTV28−Ptac−IspSM(WO2013/179722)を導入した。得られたイソプレノイド化合物生成微生物をそれぞれ、SWITCH−Para/IspSM、SWITCH−Plld/IspSM、SWITCH−PpstS/IspSM、SWITCH−PphoC/IspSMと命名した。
1-5) Introduction of isoprene synthase expression plasmid An electrocompetent cell of SWITCH bacteria was prepared according to a conventional method, and pSTV28-Ptac-IspSM (WO2013 / 179722), an expression plasmid for isoprene synthase derived from Mucuna, was introduced by electroporation. . The obtained isoprenoid compound-producing microorganisms were named SWITCH-Para / IspSM, SWITCH-Plld / IspSM, SWITCH-PpstS / IspSM, and SWITCH-PphoC / IspSM, respectively.
その好ましい実施形態を参照して本発明を詳細に記述したが、本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変更が為され得ること、および均等物が採用され得ることは、当業者に明らかである。本明細書中の全ての引用文献は、本願の一部として参照により援用される。 Although the invention has been described in detail with reference to preferred embodiments thereof, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications can be made and equivalents can be employed without departing from the scope of the invention. It is. All references cited herein are incorporated by reference as part of this application.
本発明の方法は、リモネンの製造に有用である。 The method of the present invention is useful for the production of limonene.
Claims (15)
(a)(i)配列番号2で表される塩基配列、(ii)配列番号2で表される塩基配列中の193〜1905番目のヌクレオチド残基からなる塩基配列、もしくは(iii)配列番号3で表される塩基配列を含むポリヌクレオチド;
(b)前記(i)、(ii)もしくは(iii)の塩基配列と90%以上の同一性を有する塩基配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(c)前記(i)、(ii)もしくは(iii)の塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(d)(iv)配列番号5で表される塩基配列、(v)配列番号5で表される塩基配列中の205〜1914番目のヌクレオチド残基からなる塩基配列、もしくは(vi)配列番号6で表される塩基配列を含むポリヌクレオチド;
(e)前記(iv)、(v)もしくは(vi)の塩基配列と90%以上の同一性を有する塩基配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(f)前記(iv)、(v)もしくは(vi)の塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(g)(vii)配列番号8で表される塩基配列、(viii)配列番号8で表される塩基配列中の169〜1800番目のヌクレオチド残基からなる塩基配列、もしくは(ix)配列番号9で表される塩基配列を含むポリヌクレオチド;
(h)前記(vii)、(viii)もしくは(ix)の塩基配列と90%以上の同一性を有する塩基配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(i)前記(vii)、(viii)もしくは(ix)の塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(j)(x)配列番号11で表される塩基配列、(xi)配列番号11で表される塩基配列中の154〜1827番目のヌクレオチド残基からなる塩基配列、もしくは(xii)配列番号12で表される塩基配列を含むポリヌクレオチド;
(k)前記(x)、(xi)もしくは(xii)の塩基配列と90%以上の同一性を有する塩基配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(l)前記(x)、(xi)もしくは(xii)の塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(m)(xiii)配列番号14で表される塩基配列、(xiv)配列番号14で表される塩基配列中の154〜1821番目のヌクレオチド残基からなる塩基配列、もしくは(xv)配列番号15で表される塩基配列を含むポリヌクレオチド;
(n)前記(xiii)、(xiv)もしくは(xv)の塩基配列と90%以上の同一性を有する塩基配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;又は
(o)前記(xiii)、(xiv)もしくは(xv)の塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド。 The method according to claim 2, wherein the polynucleotide is one or more polynucleotides selected from the group consisting of the following (a) to (o).
(A) (i) a base sequence represented by SEQ ID NO: 2, (ii) a base sequence consisting of nucleotide residues 193 to 1905 in the base sequence represented by SEQ ID NO: 2, or (iii) SEQ ID NO: 3 A polynucleotide comprising the base sequence represented by:
(B) a polynucleotide comprising a base sequence having 90% or more identity with the base sequence of (i), (ii) or (iii), and encoding a protein having limonene synthase activity;
(C) a poly which hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide comprising a base sequence complementary to the base sequence of (i), (ii) or (iii) and which encodes a protein having limonene synthase activity nucleotide;
(D) (iv) a nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 5, (v) a nucleotide sequence consisting of nucleotide residues 205 to 1914 in the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 5, or (vi) SEQ ID NO: 6 A polynucleotide comprising the base sequence represented by:
(E) a polynucleotide comprising a base sequence having 90% or more identity with the base sequence of (iv), (v) or (vi), and encoding a protein having limonene synthase activity;
(F) a poly which hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide comprising a base sequence complementary to the base sequence of (iv), (v) or (vi) and which encodes a protein having limonene synthase activity nucleotide;
(G) (vii) a base sequence represented by SEQ ID NO: 8, (viii) a base sequence consisting of nucleotide residues 169 to 1800 in the base sequence represented by SEQ ID NO: 8, or (ix) SEQ ID NO: 9 A polynucleotide comprising the base sequence represented by:
(H) a polynucleotide comprising a base sequence having 90% or more identity with the base sequence of (vii), (viii) or (ix) and encoding a protein having limonene synthase activity;
(I) a poly which hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide comprising a base sequence complementary to the base sequence of (vii), (viii) or (ix) and which encodes a protein having limonene synthase activity nucleotide;
(J) (x) a base sequence represented by SEQ ID NO: 11, (xi) a base sequence consisting of nucleotide residues 154 to 1827 in the base sequence represented by SEQ ID NO: 11, or (xii) SEQ ID NO: 12 A polynucleotide comprising the base sequence represented by:
(K) a polynucleotide encoding a protein comprising a base sequence having 90% or more identity with the base sequence of (x), (xi) or (xii), and having limonene synthase activity;
(L) a polynucleotide that hybridizes with a polynucleotide comprising a base sequence complementary to the base sequence of (x), (xi) or (xii) under a stringent condition and encodes a protein having limonene synthase activity nucleotide;
(M) (xiii) a nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 14, (xiv) a nucleotide sequence consisting of nucleotide residues 154 to 1821 in the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 14, or (xv) SEQ ID NO: 15 A polynucleotide comprising the base sequence represented by:
(N) a polynucleotide comprising a base sequence having 90% or more identity with the base sequence of (xiii), (xiv) or (xv) and encoding a protein having limonene synthase activity; or (o) A polynucleotide encoding a protein that hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide comprising a base sequence complementary to the base sequence of (xiii), (xiv) or (xv) and has limonene synthase activity.
(A)(i’)配列番号1で表される全長アミノ酸配列、もしくは(ii’)配列番号1で表されるアミノ酸配列中の65〜634番目のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列を含むタンパク質;
(B)前記(i’)もしくは(ii’)のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質;
(C)前記(i’)もしくは(ii’)のアミノ酸配列において1個もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換、付加もしくは挿入されているアミノ酸配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質;
(D)(iii’)配列番号4で表される全長アミノ酸配列、もしくは(iv’)配列番号4で表されるアミノ酸配列中の69〜637番目のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列を含むタンパク質;
(E)前記(iii’)もしくは(iv’)のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質;または
(F)前記(iii’)もしくは(iv’)のアミノ酸配列において1個もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換、付加もしくは挿入されているアミノ酸配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質;
(G)(v’)配列番号7で表される全長アミノ酸配列、もしくは(vi’)配列番号7で表されるアミノ酸配列中の57〜599番目のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列を含むタンパク質;
(H)前記(v’)もしくは(vi’)のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質;
(I)前記(v’)もしくは(vi’)のアミノ酸配列において1個もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換、付加もしくは挿入されているアミノ酸配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質;
(J)(vii’)配列番号10で表される全長アミノ酸配列、もしくは(viii’)配列番号10で表されるアミノ酸配列中の52〜608番目のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列を含むタンパク質;
(K)前記(vii’)もしくは(viii’)のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質;
(L)前記(vii’)もしくは(viii’)のアミノ酸配列において1個もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換、付加もしくは挿入されているアミノ酸配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質;
(M)(ix’)配列番号13で表される全長アミノ酸配列、もしくは(x’)配列番号13で表されるアミノ酸配列中の52〜606番目のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列を含むタンパク質;又は
(N)前記(ix’)もしくは(x’)のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質;または
(O)前記(ix’)もしくは(x’)のアミノ酸配列において1個もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換、付加もしくは挿入されているアミノ酸配列を含み、かつリモネンシンターゼ活性を有するタンパク質。 The method of any one of claims 1 to 3, wherein the limonene synthase is one or more proteins selected from the group consisting of the following (A) to (O).
(A) (i ′) a full-length amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 or (ii ′) a protein comprising an amino acid sequence consisting of amino acid residues 65 to 634 in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1;
(B) a protein comprising an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence of (i ′) or (ii ′) and having limonene synthase activity;
(C) a protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted, added or inserted in the amino acid sequence of (i ′) or (ii ′) and having limonene synthase activity;
(D) (iii ′) a full-length amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4 or (iv ′) a protein comprising an amino acid sequence consisting of amino acid residues 69 to 637 in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4;
(E) a protein comprising an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence of (iii ′) or (iv ′) and having limonene synthase activity; or (F) the (iii ′) or (iv) A protein having a limonene synthase activity, including an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted, added or inserted in the amino acid sequence of ');
(G) (v ′) a full-length amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 7 or (vi ′) a protein comprising an amino acid sequence consisting of the 57th to 599th amino acid residues in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 7;
(H) a protein comprising an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence of (v ′) or (vi ′) and having limonene synthase activity;
(I) a protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted, added or inserted in the amino acid sequence of (v ′) or (vi ′) and having limonene synthase activity;
(J) (vii ′) a protein comprising the full-length amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 10, or (viii ′) an amino acid sequence consisting of amino acid residues 52 to 608 in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 10;
(K) a protein comprising an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence of (vii ′) or (viii ′) and having limonene synthase activity;
(L) a protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted, added or inserted in the amino acid sequence of (vii ′) or (viii ′) and having limonene synthase activity;
(M) (ix ′) a full-length amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 13, or (x ′) a protein comprising an amino acid sequence consisting of amino acid residues 52 to 606 in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 13; Or (N) a protein comprising an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence of (ix ′) or (x ′) and having limonene synthase activity; or (O) the (ix ′) or ( A protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted, added or inserted in the amino acid sequence of x ′) and having limonene synthase activity.
(x)〔i〕配列番号18で表される塩基配列、もしくは〔ii〕配列番号18で表される塩基配列中301〜2691番目のヌクレオチド残基からなる塩基配列を含むポリヌクレオチド;
(y)前記〔i〕もしくは〔ii〕の塩基配列と90%以上の同一性を有する塩基配列を含み、かつグルコース脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;または
(z)前記〔i〕もしくは〔ii〕の塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつグルコース脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド。 The method according to claim 12, wherein the polynucleotide is one or more polynucleotides selected from the group consisting of the following (x) to (z).
(X) [i] a nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 18, or [ii] a polynucleotide comprising a nucleotide sequence consisting of nucleotide residues 301 to 2691 in the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 18;
(Y) a polynucleotide comprising a base sequence having 90% or more identity with the base sequence of [i] or [ii] and encoding a protein having glucose dehydrogenase activity; or (z) the above [i ] Or a polynucleotide encoding a protein having a glucose dehydrogenase activity, which hybridizes with a polynucleotide comprising a base sequence complementary to the base sequence of [ii] under stringent conditions.
(X)配列番号19で表される全長アミノ酸配列を含むタンパク質;
(Y)配列番号19で表されるアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を含み、かつグルコース脱水素酵素活性を有するタンパク質;及び
(Z)配列番号19で表されるアミノ酸配列において1個もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換、付加もしくは挿入されているアミノ酸配列を含み、かつグルコース脱水素酵素活性を有するタンパク質。 The method according to claim 12 or 13, wherein the glucose dehydrogenase is one or more proteins selected from the group consisting of the following (X) to (Z).
(X) a protein comprising the full-length amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 19;
(Y) a protein comprising an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 19 and having glucose dehydrogenase activity; and (Z) the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 19 A protein comprising an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted, added or inserted, and having glucose dehydrogenase activity.
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