C4-pep羧化酶的选择性抑制的制作方法_4

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的884位点的保存的甘氨酸残基。另外,发明人发 现,源自C4植物的某些PEP羧化酶在相当于甘氨酸残基的位置含有丝氨酸、谷氨酰胺或异 亮氨酸残基,即通过其侧链也不能抑制被鉴定的除草剂的结合的氨基酸残基。或者,所述源 自C4的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶在其苹果酸酯结合位点含有相当于所述甘氨酸残基的丝 氨酸、谷氨酰胺或异亮氨酸残基。源自黄花菊的PEP羧化酶的苹果酸酯结合位点在本领域 中是公知的,例如 Jacobs 等所报道(Plant Cell 和 Enviroment (2008),31,793 - 803)。优 选,在上面b.中所示的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的变体能够抑制苹果酸酯。
[0171] 因此,在一个优选的实施方案中,源自C3植物的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶特别通 过多核苷酸编码,所述多核苷酸包含选自下列的核酸:
[0172] a.能够编码氨基酸序列如SEQIDNo:2所示的多肽的核酸;
[0173] b.能够编码氨基酸序列与SEQ ID No:2所示的氨基酸序列具有至少90%、95%、 97%或特别是99%相同的多肽的核酸,其中所述多肽具有磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶活性。
[0174] PEP羧化酶的酶的活性公开于本文中其它段落。优选,源自C3的磷酸烯醇式丙 酮酸羧化酶在其苹果酸酯结合位点含有保存的精氨酸残基,其相当于源自普林格黄花菊的 PEP羧化酶的884位点的保存的精氨酸残基。优选该保存的精氨酸残基在氨基酸875 - 895 的区域中。源自普林格黄花菊的PEP羧化酶的苹果酸酯结合位点在本领域中是公知的,例 如 Jacobs 等所报道(Plant Cell and Enviroment (2008),31,793 - 803),其以其全部公开 内容引入本文作为参考。优选,在上面b.中所示的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的变体能够与 苹果酸酯结合。
[0175] 本文中使用的术语"多核苷酸"是指线性或环形核酸分子。它包含DNA以及RNA分 子。优选本发明的多核苷酸以分离的多核苷酸形式(即自其自然形式分离)或转基因形式 提供。该术语包括单链和双链多核苷酸。另外,还包括化学修饰的多核苷酸,包括天然存在 的修饰的多核苷酸(例如糖基化或甲基化的多核苷酸)或人工修饰的多核苷酸(例如生物 素化的多核苷酸)。本发明的多核苷酸特征在于其能够编码上述多肽。所述多核苷酸优选 具有特定的上述核苷序列。另外,由于基因编码的退化,包括能够编码上述特定氨基酸序列 的多核苷酸。
[0176]另外,本发明中使用的术语"多核苷酸"还包括上述特定多核苷酸的变体。所述 变体表示本发明多核苷酸的直系同源物、旁系同源物或其它同源物。所述多核苷酸变体优 选含有特征如下的核酸序列:该序列可以衍生自被至少一种核苷替换、添加和/或删除的 上述特定核酸序列,而该变体核酸序列仍然能够编码具有上述活性的多肽。变体还包括含 有能够与前述特定核酸序列杂交的核酸序列的多核苷酸,优选该杂交在严格的杂交条件下 进行。这些严格条件对本领域技术人员而言是熟知的,可以发现于Current Protocols in Molecular Biology, John ffiley&Sons, N. Y. (1989),6. 3.1 一 6. 3. 6。严格杂交条件的优选 示例为杂交条件如下:在6 X氯化钠/柠檬酸钠(= SSC)中,于约45°C,随后于50 - 65°C在 0. 2XSSC、0. 1% SDS中进行一或多个洗涤步骤。技术人员知道,这些杂交条件取决于核酸 的类型,例如当存在有机溶剂时,还与温度和缓冲液的浓度有关。例如,在"标准杂交条件" 下,温度取决于核酸的类型,在浓度为〇. 1-5X SSC(pH 7. 2)的水性缓冲液中温度在42°C - 58°C之间。如果在上述缓冲液中存在有机溶剂,例如50%的甲酰胺,则标准条件下的温度 为约42 °C。DNA: DNA杂交的杂交条件优选为例如0.1 X SSC和20 °C - 45 °C,优选30 °C - 45°C。DNA = RNA杂交的杂交条件优选为例如0.1 X SSC和30°C - 55°C,优选45 °C - 55°C。 上述杂交温度(例如对于核酸而言)可以采用约IOObp (=碱基对)的长度和50%的G+C 含量在甲酰胺不存在下进行测定。技术人员通过参考书知道如何确定所需的杂交条件,例 如上述参考书或下列参考书:Sambrook等,"分子克隆(Molecular Cloning) ",Cold Spring Harbor Laboratory,1989 ;Hames 和 Higgins (Ed.) 1985, "核酸杂交:实用方法(Nucleic Acid Hybridization:A Practical Approach',,IRL Press at Oxford University Press, Oxford ;Brown(Ed.)1991,"基础分子生物学:实用方法(Essential Molecular Biology:A Practical Approach)",IRL Press at Oxford University Press,牛津。或者,多核苷 酸变体可以通过PCR类技术获得,例如DNA的混合寡核苷酸引物类扩增,即采用能够对抗 本发明多肽的保存的域的简并引物。本发明多肽的保存域可以通过多核苷酸的核酸序列 或者本发明多肽的氨基酸序列(具有本发明所述的酶家族的其它成员的序列)的序列比 对进行鉴定。适合作为PCR引物的寡核苷酸以及适当的PCR条件描述于后面的实施例中。 作为模板,可以采用源自细菌、真菌、植物或动物的DNA或cDNA。另外,变体包括含有下列 以优选递增次序排列的核酸序列的多核苷酸:与特定核酸序列具有至少70%、至少75%、 至少80%、至少85%、至少90%、至少95%、至少98%或至少99%相同的序列。另外,还 包括含有能够编码氨基酸序列的核酸序列的多核苷酸,所述氨基酸序列与本文中所述的特 定氨基酸序列具有以优选递增次序排列的至少70 %、至少75 %、至少80 %、至少85 %、至 少90%、至少95%、至少98%或至少99%相同。本文中前述同一性的百分比优选根据全 部氨基酸或核酸序列域计算。技术人员可以采用基于各种算法的一系列的程序比较不同 的序列。关于这点,Needleman和Wunsch或Smith和Waterman的算法给出了特别可靠的 结果。为了进行序列比对,可以采用程序PileUp(Higgins 1989, CABI0S,51989:151-153) 或程序 Gap 和 BestFit (Needleman 1970,J. Mol. Biol. 48 ;443 - 453 和 Smith 198,Adv. Appl. Math. 2 ;482 - 489),它们是 GCG 软件包的一部分,提供者为:Genetics Computer Group,575Science Drive,Madison,Wisconsin,USA 53711,1991 版。上述以百分比(%) 表示的序列同一性优选采用程序GAP用全部序列域确定,具体设置如下:缺口权重(Gap Weight) :50,长度权重(Length Weight) :3,平均匹配(Average Match) :10.0 OO 和平均错 配(Average Mismatch) :0.000,除非另有规定,其应当始终用作序列比对的标准设置。
[0177] 含有任意前述核酸序列片段的多核苷酸也包含在本发明的多核苷酸范围内。上述 片段应当能够编码多肽,其仍然具有上述活性。因此,多肽可以含有具有所述生物学活性的 本发明多肽的域或由其组成。本文中所述片段优选含有至少50、至少100、至少250或至少 500个任一前述核酸序列的连续的核苷酸,或者能够编码氨基酸序列,其包含至少20、至少 30、至少50、至少80、至少100或至少150个任一前述氨基酸序列的连续的氨基酸。
[0178] 本发明的多核苷酸基本上由前述核酸序列组成,或者包含前述核酸序列。因此,它 们也可以含有其它核酸序列。具体而言,本发明的多核苷酸可以编码融合蛋白,其中该融合 蛋白之一为被上述核酸序列编码的多肽。该融合蛋白可以作为另外的部分肽序列被包含在 内,用于监测表达或蛋白-蛋白相互作用(例如,绿色、黄色、蓝色或红色荧光蛋白、碱性磷 酸酶等)或者所谓的"标记(tags)",其可以作为可检测的标识物或者作为用于纯化目的的 辅助测定。用于不同目的的标记在本领域中是公知的,含有FLAG-标记、6-组氨酸-标记、 MYC -标记等。
[0179] 源自C3植物的其它优选的PEP羧化酶源自下列植物(指定生物,GenBank登录号 和保存的精氨酸残基的位置。对于某些酶而言,只是知道片段的序列,全长序列可以由技术 人员在不费周折的情况下测定):
[0180]
[0181] 源自C3植物的其它优选的PEP羧化酶来源于大麦(Hordeum vulgare) (BAJ88050.1 GI :326516054)或拟南芥(Arabidopsis thaliana) (AAC24594. IGI :3264805)。
[0182] 源自C4植物的其它优选的PEP羧化酶来源于下列植物(指定生物、GenBank登录 号和保存的甘氨酸残基的位置,或者丝氨酸、谷氨酰胺或异亮氨酸的位置,参见本文其它段 落)。对于某些酶而言,只是知道片段的序列,全长序列可以由技术人员在不费周折的情况 下测定):
[0185]如何确定PEP羧化酶的活性在本领域中是熟知的。例如,丁酮二酸酯的形成可以 例如在苹果酸酯脱氢酶耦合系统中通过分光光度法测定。反应速度可以通过NADH氧化所 导致的A 34。的减少而测定。
[0186] 优选,能够抑制C4植物生长但是不能抑制C3植物生长的化合物可以用作C4选择 性除草剂。
[0187] 举例说明,下面描述了本发明的特别优选的实施方案:
[0188] 1.至少一种化合物或其盐或溶剂化物作为C4植物选择性除草剂的用途,其中所 述化合物具有下列结构:
[0189] (a)式(I)
[0190]
[0191] 其中A为环烷基、芳基、杂环烷基或杂芳基,B为环烷基、芳基、杂环烷基或杂芳基,
[0192] 其中A为环烷基、芳基、杂环烷基或杂芳基,B为环烷基、芳基、杂环烷基或杂芳基,
[0193] 其中R1、R2、R3、R4和R5彼此独立选自H或烷基,
[0194] 其中整数i为0或1,优选1,
[0195] 其中键(a)为单键或双键,
[0196] 其中在(a)为双键的情况下n为0并且X为0或S,其中在(a)为单键的情况下n 为1并且X为H或烷基,
[0197] 其中键(b)为单键或双键,
[0198] 其中在(b)为双键的情况下m和p为0,其中在(b)为单键的情况下m和p均为 1,和/或
[0199] (b)式(II)
[0200]
[0201] 其中Rqi和R°2彼此独立选自下列基团:H、0H、羧酸、酯、烷基、烷氧基和卤素,
[0202] 其中Y1 选自下列基团:(S( = 0)2)、S( = 0))和(C( = 0)),
[0203] 其中Y2为 0,
[0204] 其中r为0或1,其中在r为0的情况下q和s为1,其中在r为1的情况下q和 s为0,
[0205] 其中R01、R°2、R°4、R°5、R°6、R°7、R_、R°5#、R_、R°?、R°9、R_、R011 和R°12彼此独立选自 下列基团:H、0H、-SO3H、羧酸、酯、烷基、烷氧基和卤素,
[0206] 所述化合物能够与源自C4植物的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶所含有的苹果酸酯结 合位点结合,从而抑制所述磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶。
[0207] 2.实施方案1的用途,其中与源自C3植物的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的苹果酸 酯结合位点的结合优选通过C3PEPC的结合位点中的保存的精氨酸的空间或静电约束所抑 制,优选通过普林格黄花菊中的Arg-884抑制。
[0208] 3.实施方案1或2的用途,其中化合物具有式(I)的结构,其中A为
[0209]
[0210] 其中1?6、1?7、妒、1?9和1? 1°彼此独立选自下列基团:11、011、羧酸、酯、烷基、烷氧基和卤 素,或者其中彼此为邻位的两个基团形成环或杂环,优选其中!^!^、!^、!^和…^^中至少一个 为OH0
[0211] 4.实施方案1 - 3中任一项的用途,其中化合物具有式⑴结构,其中B为
[0212]
[0213] 其中1^、1?12、1?13、1?14和1? 15彼此独立选自下列基团:11、011、羧酸、酯、烷基、烷氧基和 卤素,或者其中彼此为邻位的两个基团形成环或杂环。
[0214] 5.实施方案1 - 3中任一项的用途,其中化合物具有式⑴结构,其中n为0,(a) 为双键,X为0或S,优选0,更优选其中所述化合物具有下列结构:
[0215]
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