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植物において脂肪酸合成を促進させる方法

国内特許コード P03A002086
整理番号 P00-6
掲載日 2003年10月1日
出願番号 特願2001-300038
公開番号 特開2002-335786
登録番号 特許第3656104号
出願日 平成13年9月28日(2001.9.28)
公開日 平成14年11月26日(2002.11.26)
登録日 平成17年3月18日(2005.3.18)
優先権データ
  • 特願2001-070691 (2001.3.13) JP
発明者
  • 佐々木 幸子
  • 横田 明穂
  • 円 由香
出願人
  • 国立大学法人 奈良先端科学技術大学院大学
発明の名称 植物において脂肪酸合成を促進させる方法
発明の概要 植物油の生産量を増やすために、植物において脂肪酸合成を促進させるための、新規な方法を提供する。本発明により、植物において脂肪酸合成を促進させるための、新規な方法が与えられた。大腸菌型アセチルCoA カルボキシラーゼaccD遺伝子の上流に、葉緑体において高発現している遺伝子のプロモーター配列を葉緑体形質転換法により導入することにより、accD遺伝子がコードするカルボキシルトランスフェラーゼβサブユニットの蛋白質量を増強した。それに伴い、アセチルCoA カルボキシラーゼを構成する他のサブユニットの蛋白質量もまた増加した。アセチルCoA カルボキシラーゼは脂肪酸合成の最初の段階の鍵酵素であるため、本発明の方法により脂肪酸合成を促進させることが可能である。本発明の方法により作製された形質転換植物は顕著な脂肪酸合成の促進を示した。また葉の寿命が延び、多数の種子を結実し、植物体の生産力が向上した。
従来技術、競合技術の概要
地球環境を汚染しない石油に変わる物質として、植物油の需要は年々増加している。光合成産物に固定された炭酸ガスは、その産物を燃やしたとき同じ量だけの炭酸ガスを放出し循環するので、石油とは異なり、地球環境を汚染しないクリーンなエネルギーとなる。特に、油は澱粉やセルロースと異なり、結晶水を含まないので、嵩低く且つエネルギー含量の高い物質で、付加価値が高い。すでに、植物油を改変し、これを潤滑油、界面活性剤など工業用に利用されている。これらの需要に応えるためには、大量に油をつくることが必要であり、これまでに分子育種により油の質と量を改変した形質転換植物が開発されている。
【0003】
植物は光合成で炭酸ガスを有機化合物に変換後、過剰の産物を澱粉又は油に変え、主に種子に貯蔵し、次代のエネルギー源としている。種子には油性種子と澱粉種子とがあるが、有機物を油と澱粉への配分する量を決める仕組みはわかっていない。しかし、油の量の関しては、主成分である脂肪酸を合成する最初の反応に関与する鍵酵素である、アセチルCoA カルボキシラーゼの量により規定されると考えられている。アセチルCoA カルボキシラーゼが触媒する反応は、下記に示す通りである。
CH3COSCoA (アセチル-CoA)+ CO2 → HOOCCH2COSCoA (マロニル-CoA)
【0004】
この反応によって生じるマロニル-CoAは、主に脂肪酸の合成に使われる。炭素数16のパルミチン酸は脂肪酸合成酵素により、1分子のアセチル-CoAと7分子のマロニル-CoAとから作られ、順次二つずつ炭素数を伸ばし、その都度炭酸ガスを発生して生合成される。脂肪酸合成の律速段階はマロニル-CoA生成の段階で、アセチルCoA カルボキシラーゼの活性は厳密に調節されている。脂肪酸からは膜のグリセロリピド、種子の貯蔵リピド、表皮細胞からの水の蒸散を防ぐクチクラリピドをはじめとし、細胞の必須成分が合成される。アセチルCoA カルボキシラーゼは、細胞に必須なマロニル-CoAを必要に応じて供給する重要な酵素である。よって、この酵素に注目し、アセチルCoA カルボキシラーゼの量を増加させて脂肪酸合成を盛んにし、油を多量に作らせる試みがなされている。
【0005】
植物においてアセチルCoA カルボキシラーゼは、動物タイプと大腸菌タイプの2種類の酵素が存在していることが知られている。両酵素の構造を、図1に示す。本発明者らは、1993年に大腸菌タイプのアセチルCoA カルボキシラーゼを植物で初めて同定した (J. Biol. Chem. 268, 25118-25123, 1993)。大腸菌タイプのアセチルCoA カルボキシラーゼは、解離可能な4成分、即ちビオチンカルボキシラーゼ(BC)、ビオチンカルボキシル担体蛋白質(BCCP)、及びカルボキシルトランスフェラーゼ(CT)α及びβサブユニットからなり、これらを構成する4つの遺伝子は、それぞれaccC、accB、accA、accDと呼ばれている。大腸菌タイプのアセチルCoA カルボキシラーゼは、4種類の各サブユニットの二量体からなる分子量約27万の多酵素複合体である。それに対して、動物タイプのアセチルCoA カルボキシラーゼは、必要な3つの活性が分子量約24万の単一の多機能ポリペプチドにあり、このポリペプチドの二量体からなる。
【0006】
尚、動物タイプの酵素は細胞質ゾルに、大腸菌タイプは葉緑体に局在することが知られている。これまでの研究で、形質転換し易い動物タイプの酵素量を増加させ、これを葉緑体に移行させることにより、ナタネ種子の油含量を5%増加させた報告がある(Plant Physiol; 113, 75-81, 1997) 。この知見は動物タイプの酵素のものであるが、葉緑体内でアセチルCoA カルボキシラーゼ量を増加させて、油量を増加できることを示している。
産業上の利用分野
本発明は、大腸菌型アセチルCoA カルボキシラーゼのaccDサブユニットの発現量をプラスチドにおいて増強することにより植物において脂肪酸合成を促進させる方法、及び当該方法により脂肪酸合成を促進させた形質転換植物に関するものである。
特許請求の範囲 【請求項1】 植物の大腸菌型アセチルCoA カルボキシラーゼのaccD遺伝子配列を含むDNAにより植物の葉緑体形質転換を行なって、該大腸菌型アセチルCoA カルボキシラーゼのaccD遺伝子の発現量を増加させることにより、植物において脂肪酸合成を促進させる方法。
【請求項2】 前記accD遺伝子、葉緑体において高発現している遺伝子のプロモーター配列、及び葉緑体ゲノムでの相同組み換えを可能にする相同配列の3種類のDNA をプラスミドに導入したコンストラクトを作製し、当該コンストラクトにより植物の葉緑体を形質転換することにより、前記accD遺伝子の発現量を増加させることを特徴とする、請求項1記載の方法。
【請求項3】 前記葉緑体ゲノムでの相同組み換えを可能にする相同配列が配列表の配列番号2記載のRubisco large subunit 遺伝子とその3'下流配列からなる配列であり、前記葉緑体において高発現している遺伝子のプロモーター配列が配列表の配列番号3記載のribosomal RNA operon 16 プロモーター配列である、請求項2記載の方法。
【請求項4】 前記accD遺伝子の発現量を増加させる事により、当該遺伝子によりコードされるカルボキシルトランスフェラーゼ(CT)βサブユニットの蛋白質量を増加し、同時に大腸菌型アセチルCoA カルボキシラーゼを構成する他のサブユニットの蛋白質量もまた増加する事を特徴とする、請求項1記載の方法。
【請求項5】 前記大腸菌型アセチルCoA カルボキシラーゼを構成する他のサブユニットが、ビオチンカルボキシラーゼ(BC)蛋白質、ビオチンカルボキシル担体蛋白質(BCCP)及びカルボキシルトランスフェラーゼ(CT)αサブユニット蛋白質である、請求項4記載の方法。
【請求項6】 請求項1ないし請求項5のいずれか一つの請求項記載の方法により、植物において脂肪酸合成を促進させた、形質転換植物。
【請求項7】 植物の大腸菌型アセチルCoA カルボキシラーゼのaccD遺伝子配列を含むDNAにより植物の葉緑体形質転換を行なって、該大腸菌型アセチルCoA カルボキシラーゼのaccD遺伝子の発現量を増加させた、形質転換植物。
【請求項8】 植物の大腸菌型アセチルCoA カルボキシラーゼのaccD遺伝子、葉緑体において高発現している遺伝子のプロモーター配列、及び葉緑体ゲノムでの相同組み換えを可能にする相同配列の3種類のDNA を含むコンストラクトにより、植物において葉緑体の形質転換を行った、形質転換植物。
【請求項9】 前記葉緑体ゲノムでの相同組み換えを可能にする相同配列が配列表の配列番号2記載のRubisco large subunit 遺伝子とその3'下流配列からなる配列であり、前記葉緑体において高発現している遺伝子のプロモーター配列が配列表の配列番号3記載のribosomal RNA operon 16 プロモーター配列である、請求項記載の形質転換植物。
【請求項10】 対照株植物と比較して葉における脂肪酸含量が増加し、かつ澱粉含量が減少している事を特徴とする、請求項記載の形質転換植物。
【請求項11】 対照株植物と比較して植物体の葉の寿命が延びていることを特徴とする、請求項記載の形質転換植物。
【請求項12】 対照株植物と比較して種子あたりの脂肪酸含量が増加し、かつ澱粉含量が減少していることを特徴とする、請求項記載の形質転換植物。
【請求項13】 対照株植物と比較して植物体あたりの種子数が増加し、その結果植物体あたりの全脂肪酸含量が対照株植物と比較して増加している事を特徴とする、請求項記載の形質転換植物。
【請求項14】 対照株植物と比較して種子における脂肪酸と澱粉の比率が改善されていることを特徴とする、請求項記載の形質転換植物。
【請求項15】 前記植物がタバコである、請求項記載の形質転換植物。
【請求項16】 請求項6ないし請求項15のいずれか一つの請求項記載の形質転換植物より得られた、種子。
【請求項17】 植物の大腸菌型アセチルCoA カルボキシラーゼのaccD遺伝子、葉緑体において高発現している遺伝子のプロモーター配列、及び葉緑体ゲノムでの相同組み換えを可能にする相同配列の3種類のDNA をプラスミドに導入した、コンストラクト。
産業区分
  • 農林
  • 微生物工業
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 権利存続中
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