(57)【要約】　　　（修正有）【課題】イソキノリンアルカロイド生合成関連遺伝子断片及びそれを高頻度に含むｃＤＮＡライブラリー、並びに、それを用いてイソキノリンアルカロイド生合成関連遺伝子を効率よく、包括的に単離できる方法を提供する。【解決手段】ベルベリン生産性の高いオウレン培養細胞から得られたｃＤＮＡを、ｐＤＲ１９６ベクターにサブクローニングした後、ランダムに選抜した２０１６クローンの５’側塩基を決定した。そのうち、１００塩基以上配列決定できた１０１４クローンの配列を、ＮＣＢｌデータベースでｔＢＬＡＳＴｘにより相同検索し、その遺伝子機能を推定した。その結果、特定の領域を構成する塩基配列からなるポリヌクレオチドが、アルカロイド生合成に関与する遺伝子断片であることが確認された。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
　配列番号１ないし５２に示す塩基配列のうちの何れか一つからなるポリヌクレオチド。
【請求項２】
　前記ポリヌクレオチドは、イソキノリンアルカロイドの生合成に関与する遺伝子断片であることを特徴とする請求項１記載のポリヌクレオチド。
【請求項３】
　オウレン培養細胞由来であることを特徴とする請求項１または２記載のポリヌクレオチド。
【請求項４】
　配列番号１ないし５２に示す各塩基配列からなる各ポリヌクレオチドのうちの少なくとも一つを含んでいることを特徴とするｃＤＮＡライブラリー。
【請求項５】
　オウレン培養細胞由来である請求項４記載のｃＤＮＡライブラリー。
【請求項６】
　前記オウレン培養細胞は、ベルベリンを高生産するものであることを特徴とする請求項５記載のｃＤＮＡライブラリー。
【請求項７】
　配列番号１ないし５２あるいは５５に示す塩基配列のうちの何れか一つを含んでおり、かつ、イソキノリンアルカロイドの生合成に関与する全長遺伝子。
【請求項８】
　以下の（ａ）又は（ｂ）のタンパク質をコードする遺伝子。
　（ａ）配列番号５４に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質。
　（ｂ）配列番号５４に示されるアミノ酸配列において、１またはそれ以上のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び／又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつコロンバミン７−Ｏ−メチルトランスフェラーゼとしての活性を持つタンパク質。
【請求項９】
　以下の（ｃ）又は（ｄ）のタンパク質をコードする遺伝子。
　（ｃ）配列番号５６に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質。
　（ｄ）配列番号５６に示されるアミノ酸配列において、１またはそれ以上のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び／又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつノルコクラウリン合成酵素としての活性を持つタンパク質。
【請求項１０】
　上記遺伝子は、オウレン由来であることを特徴とする請求項８または９に記載の遺伝子。
【請求項１１】
　配列番号５３または５５に示す塩基配列からなるイソキノリンアルカロイドの生合成に関与する全長遺伝子。
【請求項１２】
　以下の（ａ）又は（ｂ）のタンパク質。
　（ａ）配列番号５４に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質。
　（ｂ）配列番号５４に示されるアミノ酸配列において、１またはそれ以上のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び／又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつコロンバミン７−Ｏ−メチルトランスフェラーゼとしての活性を持つタンパク質。
【請求項１３】
　以下の（ｃ）又は（ｄ）のタンパク質。
　（ｃ）配列番号５６に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質。
　（ｄ）配列番号５６に示されるアミノ酸配列において、１またはそれ以上のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び／又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつノルコクラウリン合成酵素としての活性を持つタンパク質。
【請求項１４】
　上記タンパク質は、オウレン由来であることを特徴とする請求項１２または１３に記載のタンパク質。
【請求項１５】
　請求項１ないし３または９の何れか１項に記載のポリヌクレオチドを用いて、イソキノリンアルカロイドの生合成に関与する全長遺伝子を単離することを特徴とする遺伝子の単離方法。
【請求項１６】
　請求項４ないし６の何れか１項に記載のｃＤＮＡライブラリーを用いることを特徴とする遺伝子の単離方法。
【請求項１７】
　請求項１ないし３の何れか１項に記載のポリヌクレオチド、あるいは、請求項７ないし１０の何れか１項に記載の遺伝子または全長遺伝子が組み込まれたベクター。
【請求項１８】
　請求項１７記載のベクターが導入された形質転換体。
【請求項１９】
　前記ベクターが植物に導入されることを特徴とする請求項１８記載の形質転換体。
【請求項２０】
　前記植物はイソキノリンアルカロイドを生産する植物であることを特徴とする請求項１９記載の形質転換体。
【請求項２１】
　請求項１２〜１４に記載のタンパク質、および請求項１８〜２０に記載の形質転換体のうち、少なくとも１つを用いて、イソキノリンアルカロイドを生産する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、植物の二次代謝産物の一つであり、医薬品として利用度の高いイソキノリンアルカロイドの生合成に関与する遺伝子断片としてのポリヌクレオチド、及びそのポリヌクレオチドを含むｃＤＮＡライブラリーに関するものあり、さらに、そのポリヌクレオチドを用いて単離されたイソキノリンアルカロイド生合成に関与する全長遺伝子とタンパク質、その単離方法、並びにそのポリヌクレオチドあるいはその全長遺伝子が導入された形質転換体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
　植物細胞が生産する様々な二次代謝産物は、香辛料、染料として利用されるばかりでなく、有用医薬品としても利用されている。これらの植物は天然から採取されたり、栽培されたりしているが、多くの植物は生育が遅く、培養細胞など他の方法による生産方法が模索されている。
【０００３】
　このような植物の二次代謝産物の一つであるアルカロイドは、少量投与でヒト、動物などに顕著な生理活性を示すものが多い。アルカロイドの中でも、イソキノリン誘導体及び生合成的にこれに由来するイソキノリン系アルカロイドには、ベルベリン、モルフィン、パパベリンなど強い生理活性を有するものが多く、現在でも多くの有用医薬品に使用されている。このイソキノリンアルカロイドの生合成系の前半部分は、各種化合物で共通しているため、上記イソキノリンアルカロイドの生合成を効率よく行う方法として、その生合成に関わる遺伝子を利用する方法が挙げられる。これら遺伝子を利用してイソキノリンアルカロイドの生合成を行うためには、当該遺伝子の単離と同定が不可欠である。
【０００４】
　ベンジルイソキノリンアルカロイドであるベルベリンは、図１に示すように、アミノ酸であるチロシン２分子から１３段階の酵素反応によって生合成される。これまでに、ベルベリン生産性の高い細胞を材料として生合成酵素を精製し、それぞれの酵素に対する遺伝子が単離・同定されている。
【０００５】
　具体的には、ベルベリンを高生産するオウレン培養細胞等を素材として、コクラウリン　Ｎ−メチルトランスフェラーゼ（ＣＮＭＴ）（非特許文献１参照）、Ｎ−メチル−コクラウリン　３’−ヒドロキシラーゼ（非特許文献２参照）、ベルベリンブリッジエンザイム（ＢＢＥ）（非特許文献３参照）、スコウレリン　９−Ｏ−メチルトランスフェラーゼ（ＳＭＴ）（非特許文献４参照）などのｃＤＮＡが単離されている。
【０００６】
　また、上記ベルベリン生合成関連遺伝子の一例として、特許文献１には、ノルコクラウリン　６−Ｏ−メチルトランスフェラーゼ（６ＯＭＴ）をコードする遺伝子について、特許文献２には、（Ｓ）−３’−ヒドロキシ−Ｎ−メチルコクラウリン４’−Ｏ−メチルトランスフェラーゼ（４ＯＭＴ）をコードする遺伝子について記載されている。
【０００７】
　また、イソキノリンアルカロイドの初発酵素であるnorcoclaurine synthaseは、例えば、図１に示すベルベリン生合成経路の初期反応である、ドーパミン（Dopamine）と４−ヒドロキシフェニルアセトアルデヒド（4-Hydroxyphenylacetaldehyde）との縮合反応を触媒する酵素であり、イソキノリンアルカロイドの生合成にとって非常に重要な酵素であるため、遺伝子の単離と同定は長く希求されていた。しかし、そのタンパク質精製の困難さから、研究が遅れており、近年になって、やっとその精製が報告されるに至っている（非特許文献６、７参照）。しかし、遺伝子の単離・同定には、至っていない。
【特許文献１】特開平１１−１７８５７７号公報（公開日：平成１１年７月６日）
【特許文献２】特開平１１−１７８５７０号公報（公開日：平成１１年７月６日）
【非特許文献１】Choi, K.-B., Morishige, T., Shitan. N., Yazaki, K., and Sato, F., Molecular cloning and characterization of coclaurine N-methyltransferase from cultured cells of Coptis japonica. J. Biol. Chem., 277:830-835(2002)
【非特許文献２】Pauli HH, Kutchan TM. 1998. Molecular cloning and functional heterologous expression of two alleles encoding (S)-N-methylcoclaurine 3’-hydroxylase (CYP80B1), a new methyl jasmonate-inducible cytochrome-p450-dependent mono-oxygenase of benzylisoquinoline alkaline biosynthesis. Plant J. 13, 793-801
【非特許文献３】Dittrich H, Kutchan TM.1991. Molecular cloning, expression, and induction of berberine bridge enzyme, an enzyme essential to the formation of benzophenantrhidine alkaloids in the response of plants to pathogen attack. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88:9969-9973
【非特許文献４】Takeshita, N., Fujiwara, H., Mimura, H., Fitchen, J.H., Yamada, Y. and Sato, F., 1995. Molecular cloning and characterization of S-adenosyl--methionine: scoulerine-9-O-methyltransferase from cultured cells of Coptis japonica. Plant Cell Physiol36 1, pp. 29-36
【非特許文献５】Lange, BM, Wildung MR, Stauber, EJ, Sanchez, C, Pouchnik, D, Croteau, R. 2000. Probing essential oil biosynthesis and secretion by functional evaluation of expressed sequence tags from mint glandular trichomes. Proc. Nat’l Acad Sci (USA) 97:2934-2939
【非特許文献６】Samanani N, Facchini PJ., Purification and Characterization of Norcoclaurine : The first committed enzyme in benzylisoquinoline alkaloid biosynthesis in plants. J. Biol. Chem., Vol. 277, 33878-33883, 2002
【非特許文献７】Samanani N, Facchini PJ., Isolation and partial characterization of norcoclaurine synthase, the first committed step in benzylisoquinoline alkaloid biosynthesis, from opium poppy. Planta. 2001 Oct;213(6):898-906.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
　このように、従来においては、上述のアルカロイドのような有用物質生産に関連する遺伝子の単離には、まずその翻訳産物である酵素を精製した後、目的とする遺伝子を単離するという手法を採用していた。しかしながら、植物細胞における酵素の生産量は限られており、酵素の精製は極めて煩雑であり、時間と労力とを要するものであった。このため、例えば、norcoclaurine synthase遺伝子などは、未だ単離・同定されていない。
【０００９】
　その一つの解決策として、代謝産物を蓄積する細胞で発現している遺伝子の網羅的解析が考えられていたが、実際には多くの細胞における物質生産性は極めて低く、このような解析は困難であるというのが現状である。また、非特許文献５には、ペパーミントの精油腺のｃＤＮＡの解析から、これら細胞におけるＥＳＴの中に精油であるモノテルペンの生合成遺伝子が多く含まれていることが記載されている。しかしながら、どのような細胞であれば、このような手法が適用できるかは明らかとなっていない。
【００１０】
　本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであって、イソキノリンアルカロイド生合成関連遺伝子断片及びそれを高頻度に含むｃＤＮＡライブラリー、並びに、それを用いてイソキノリンアルカロイド生合成関連遺伝子を効率よく、包括的に単離できる方法を提供し、さらに単離された遺伝子を用いて様々なイソキノリンアルカロイドの生合成を効率よく行うことを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
　本願発明者等は、上述のように、これまでに多くの労力を払いながら、イソキノリンアルカロイド生産性の高い細胞を確立し、この細胞を材料として生合成酵素を精製し、それぞれの酵素に対する遺伝子を単離・同定してきた。そして、単離した遺伝子を用いたアルカロイド高生産性細胞の解析から、選抜した高生産性細胞では、その生合成活性が極めて促進されていることが明確になり、従来困難であると考えられていたアルカロイド生産細胞において発現している遺伝子解析からの生合成関連遺伝子の単離が可能であることが示唆された。このような研究背景のもとで鋭意検討した結果、アルカロイド高生産性オウレン培養細胞から単離したＥＳＴ（発現ｃＤＮＡクローン）を利用することで、イソキノリンアルカロイド生合成関連遺伝子を単離することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１２】
　即ち、本発明に係るポリヌクレオチドは、配列番号１ないし５２に示す塩基配列のうちの何れか一つからなるポリヌクレオチドである。
【００１３】
　上記配列番号１ないし５２に示す塩基配列は、キンポウゲ科のセリバオウレン（Coptis japonica）の培養細胞から得られたｃＤＮＡライブラリーに含まれるＥＳＴ（発現している遺伝子断片）として、本願発明者等によって配列決定されたものである。そして、これらの塩基配列を有するＥＳＴは、データベース上の配列情報に基づいた相同性の解析から、イソキノリンアルカロイドの生合成に関与する遺伝子断片であることが示唆された。それゆえ、本発明に係るポリヌクレオチドは、イソキノリンアルカロイドの生合成に関与する遺伝子断片であってもよく、また、オウレン培養細胞由来のものであってもよい。
【００１４】
　上記ポリヌクレオチドは、上述のように、医薬品として有用であるベルベリン、モルフィンなどのイソキノリンアルカロイドの生合成に関与する遺伝子断片である。それゆえ、従来その単離が困難であったイソキノリンアルカロイド生合成系の酵素をコードする全長遺伝子（全長ｃＤＮＡ）を容易かつ効率的に単離するためのプローブとして利用することができる。なお、上記ポリヌクレオチドをプローブとして使用する場合には、上記配列番号１ないし５２に示す各塩基配列中から、その配列の一部分の配列のみを使用してもよい。この場合、ポリアデニル酸（poly　A）を除く配列を使用することが好ましい。
【００１５】
　本発明に係るｃＤＮＡライブラリーは、上述の配列番号１ないし５２に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドのうちの少なくとも一つを含んでいることを特徴としている。上記ｃＤＮＡライブラリーは、オウレン培養細胞由来であることが好ましく、さらに、オウレン培養細胞の中でもベルベリンを高生産するものであることが好ましい。これによれば、上記ｃＤＮＡライブラリーにイソキノリンアルカロイド合成関連遺伝子のＥＳＴが多数含まれることが期待できる。
【００１６】
　上記ｃＤＮＡライブラリーとして、具体的には、実施例にて説明するベルベリンを高生産するオウレン培養細胞１５６−１ＳＭＴ株由来のものを挙げることができる。上記１５６−１ＳＭＴ株由来のｃＤＮＡライブラリーは、アルカロイド生合成関連遺伝子を高い割合（約４％）で含むことが確認されており、未知のアルカロイド生合成関連遺伝子の同定に有効に利用することができる。なお、上記１５６−１ＳＭＴ株由来のｃＤＮＡライブラリーには、配列番号１ないし５２に示す各塩基配列からなるポリヌクレオチドが全て含まれている。
【００１７】
　しかしながら、本発明に係るｃＤＮＡライブラリーはこれに限定されることなく、好ましくは上記ポリヌクレオチドを複数、より好ましくは上記ポリヌクレオチドなどのイソキノリンアルカロイド生合成関連遺伝子を全遺伝子の１％以上含んでいればよい。これによれば、さらに未知のアルカロイド合成関連遺伝子を同定できる可能性がある。
【００１８】
　また、本発明に係るポリヌクレオチド、あるいは、本発明に係るｃＤＮＡライブラリーに含まれる遺伝子（遺伝子断片）を用いて、イソキノリンアルカロイドの生合成に関与する全長遺伝子を単離することもできる。従って、本発明に係る遺伝子の単離方法は、上記ポリヌクレオチドをプローブとして用いて、イソキノリンアルカロイドの生合成に関与する全長遺伝子を単離する方法、あるいは、上記ｃＤＮＡライブラリーに含まれる遺伝子（遺伝子断片）をプローブとして用いて、イソキノリンアルカロイドの生合成に関与する全長遺伝子を単離する方法である。なお、上記「全長遺伝子」とは、その遺伝子がコードしているタンパク質のアミノ酸配列に相当する塩基配列の全て（開始コドンから終止コドンまで）を含む遺伝子のことを意味する。
【００１９】
　上記の方法によれば、従来は、イソキノリンアルカロイド生合成系の酵素を植物などから精製した後、それをコードする遺伝子を単離するという煩雑な作業を行わずに、容易に遺伝子の単離を行うことができる。
【００２０】
　さらに、本発明には、配列番号１ないし５２あるいは５５に示す塩基は配列のうちの何れか一つを含んでおり、かつ、イソキノリンアルカロイドの生合成に関与する全長遺伝子も含まれる。上記全長遺伝子として具体的には、配列番号５３または５５に示す塩基配列からなるものを挙げることができる。この配列番号５３に示す塩基配列は、後述するベルベリン生合成関与遺伝子ＣｊＥＳＴ６４の全長ｃＤＮＡであり、上記ｃＤＮＡライブラリーに含まれるＥＳＴをプローブとして単離されたものである。上記ＣｊＥＳＴ６４の全長ｃＤＮＡは、コロンバミン７−Ｏ−メチルトランスフェラーゼ活性を有するタンパク質をコードする遺伝子であることが確認されている。また、配列番号５５に示す塩基配列からなるものは、後述するように、ノルコクラウリン合成酵素（norcoclaurine synthase）としての活性を持つタンパク質をコードする遺伝子であることが確認されている。
【００２１】
　また、本発明に係る遺伝子は、以下の（ａ）又は（ｂ）のタンパク質をコードする遺伝子である。
【００２２】
　（ａ）配列番号５４に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質。
【００２３】
　（ｂ）配列番号５４に示されるアミノ酸配列において、１またはそれ以上のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び／又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつコロンバミン７−Ｏ−メチルトランスフェラーゼとしての活性を持つタンパク質。なお、上述の配列番号５３に示す塩基配列からなる遺伝子は、配列表に示すように、その配列中の第５７番目〜１１０９番目の塩基配列をオープンリーディングフレームとして有し、その翻訳産物が上記（ａ）のタンパク質であることから、上記遺伝子の一つであると言える。
【００２４】
　また、本発明に係る遺伝子は、以下の（ｃ）又は（ｄ）のタンパク質をコードする遺伝子である。
【００２５】
　（ｃ）配列番号５６に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質。
【００２６】
　（ｄ）配列番号５６に示されるアミノ酸配列において、１またはそれ以上のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び／又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつノルコクラウリン合成酵素（norcoclaurine synthase）としての活性を持つタンパク質。なお、上述の配列番号５５に示す塩基配列からなる遺伝子は、配列表に示すように、その配列中の第２２番目〜１０７７番目の塩基配列をオープンリーディングフレームとして有し、その翻訳産物が上記（ｃ）のタンパク質であることから、上記遺伝子の一つであると言える。
【００２７】
　なお、上記遺伝子は、オウレン由来であることが好ましい。
【００２８】
　また、本発明に係るタンパク質は、以下の（ａ）又は（ｂ）のタンパク質である。
【００２９】
　（ａ）配列番号５４に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質。
【００３０】
　（ｂ）配列番号５４に示されるアミノ酸配列において、１またはそれ以上のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び／又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつコロンバミン７−Ｏ−メチルトランスフェラーゼとしての活性を持つタンパク質。
【００３１】
　また、本発明に係るタンパク質は、以下の（ｃ）又は（ｄ）のタンパク質である。
【００３２】
　（ｃ）配列番号５６に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質。
【００３３】
　（ｄ）配列番号５６に示されるアミノ酸配列において、１またはそれ以上のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び／又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつノルコクラウリン合成酵素としての活性を持つタンパク質。
【００３４】
　なお、上記タンパク質は、オウレン由来であることが好ましい。
【００３５】
　本発明に係るベクターは、上記ポリヌクレオチド、あるいは、上記全長遺伝子が組み込まれたものである。上記ベクターは、公知の形質転換方法によって植物や微生物などの宿主に発現可能に導入されることによって、当該宿主において組み込まれた遺伝子あるいは遺伝子断片を発現させることができる。
【００３６】
　また、本発明に係る形質転換体は、上記ベクターが導入された形質転換体である。より具体的に言えば、本発明に係る形質転換体は、アルカロイド生合成関連遺伝子、あるいはその遺伝子断片が導入された形質転換体である。ここで、「バクターが導入された」とは、公知の遺伝子工学的手法（遺伝子操作技術）により、宿主内にベクター内に組み込まれた遺伝子が発現可能に導入されることを意味する。
【００３７】
　上記形質転換体は、自身の体内において、アルカロイド生合成関連遺伝子を発現させることができる。それゆえ、植物あるいは微生物などの適当な細胞を宿主として、大量発現するようなプロモーターを含む上記ベクターが導入された形質転換体を作製すれば、結果として、アルカロイド生合成系の酵素を大量生産することができる。
【００３８】
　上記ベクターは、植物に分類されるイソキノリンアルカロイド生産細胞由来の遺伝子（又は遺伝子断片）であることから、上記形質転換体における宿主としては、植物であることが好ましく、また、イソキノリンアルカロイドを生産する植物であることがさらに好ましい。このイソキノリンアルカロイドを生産する植物としては、例えば、オウレン属植物、ケシ、ハナビシソウなどを挙げることができる。
【００３９】
　上記植物には、完全な植物のみならず、その一部、例えば、葉、種子、塊茎、挿木等も含まれるものとする。さらに、上記植物には、予め形質転換された遺伝子組み換え植物やその子孫を起源とする植物組織、プロトプラスト、細胞、カルス、器官、植物種子、胚芽、花粉、卵細胞、接合子などの増殖可能な植物材料；花、茎、実、葉、根などを含む植物の一部；等も含まれるものとする。
【００４０】
　また、本発明には、上記のタンパク質、および上記の形質転換体の少なくとも１つを用いて、イソキノリンアルカロイドを生産する方法も含まれる。上記の方法によれば、効率的かつ簡便に、イソキノリンアルカロイドを合成することができる。
【発明の効果】
【００４１】
　以上のように、本発明に係るポリヌクレオチドは、配列番号１ないし５２に示す各塩基配列からなり、イソキノリンアルカロイドの生合成に関与する遺伝子断片である。また、本発明に係るｃＤＮＡライブラリーは、上記ポリヌクレオチドを高い割合で含むものである。従って、上記ポリヌクレオチドあるいは上記ｃＤＮＡライブラリーに含まれる遺伝子断片は、オウレンあるいはその他の植物におけるイソキノリンアルカロイドの生合成系の全長遺伝子を単離するためのプローブとして有用であり、この全長遺伝子を包括的に単離することが期待できる。
【００４２】
　そして、植物の二次代謝産物であるイソキノリンアルカロイドの生合成遺伝子が包括的に単離されれば、医薬品原料として有用なイソキノリンアルカロイドを工業的に大量生産する手段が確保されることになり、医薬品産業へ大きく貢献できる可能性を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
　以下、発明の実施の形態として、本発明をより具体的に説明するが、本発明は特にこの記載に限定されるものではない。
【００４４】
　（１）本発明に係るポリヌクレオチドについて
　本発明に係るポリヌクレオチドは、配列番号１ないし５２に示す５２個の塩基配列のうちの何れか一つからなるポリヌクレオチドである。上記配列番号１ないし５２に示す各塩基配列からなるポリヌクレオチドは、イソキノリンアルカロイドであるベルベリンを高生産するオウレン培養細胞から従来公知の方法によって調整したｃＤＮＡライブラリー（本発明に係るｃＤＮＡライブラリー）に含まれるものである。そして、上記ポリヌクレオチドは、上記ｃＤＮＡライブラリー内のＥＳＴの中からランダムに配列決定した１０１４クローンの塩基配列を相同検索した結果、ベルベリン生合成系に関与する遺伝子と推測されたものである。
【００４５】
　なお、上記ｃＤＮＡライブラリーは、病原菌感染誘導性タンパク質遺伝子が多く含まれる一方、これまでに同定されているアルカロイド生合成遺伝子が１３クローン（約１％、関連する機能が推定される遺伝子を含めると４５クローン（約４％））含まれることを認めた。この頻度は、これらの遺伝子をもとに生合成関連遺伝子の検索を行うに十分高いものであった。
【００４６】
　続いて、配列番号１から５２に示す各塩基配列からなるそれぞれのポリヌクレオチドについて、図２、図５、図６及び図８から図５９を用いて順に説明する。なお、図５、６は、後述の実施例において配列決定されたＥＳＴ（遺伝子断片）のうち、アルカロイド合成関連遺伝子と推定された遺伝子を示す表である。この表には、既に同定されているアルカロイド合成関連遺伝子も含まれている。また、図８から図５９は、順に配列番号１から５２に示す塩基配列と同じ塩基配列を示したものであり、また、各図の最上段には、各配列を識別するためのシークエンスＩＤ（ＳＥＱ．Ｉ．Ｄ．）を示している。また、図２は、後述の実施例において配列決定されたＥＳＴのうち、これまでに同定されているアルカロイド合成関連遺伝子と相同性を示した遺伝子を示す表である。
【００４７】
　配列番号１に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図８に示すように、シークエンスＩＤが010425seq1a02であり、２７０ｂｐの塩基配列である。また、上記010425seq1a02は、図５、６の表においてNo.16に示すＥＳＴに相当する。
【００４８】
　配列番号２に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図９に示すように、シークエンスＩＤが010425seq1e07であり、８２８ｂｐの塩基配列である。また、上記010425seq1e07は、図５、６の表においてNo.24に示すＥＳＴに相当する。
【００４９】
　配列番号３に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図１０に示すように、シークエンスＩＤが010425seq1d03であり、１０６ｂｐの塩基配列である。また、上記010425seq1d03は、図５、６の表においてNo.32に示すＥＳＴに相当する。
【００５０】
　配列番号４に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図１１に示すように、シークエンスＩＤが010512seq2e12であり、２１７ｂｐの塩基配列である。また、上記010512seq2e12は、図５、６の表においてNo.35に示すＥＳＴに相当する。
【００５１】
　配列番号５に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図１２に示すように、シークエンスＩＤが010512seq2f08であり、５４８ｂｐの塩基配列である。また、上記010512seq2f08は、図５、６の表においてNo.41に示すＥＳＴに相当する。
【００５２】
　配列番号６に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図１３に示すように、シークエンスＩＤが010512seq2e10であり、５４９ｂｐの塩基配列である。また、上記010512seq2e10は、図５、６の表においてNo.42に示すＥＳＴに相当する。
【００５３】
　配列番号７に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図１４に示すように、シークエンスＩＤが010512seq2b10であり、２６５ｂｐの塩基配列である。また、上記010512seq2b10は、図５、６の表においてNo.11に示すＥＳＴに相当する。
【００５４】
　配列番号８に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図１５に示すように、シークエンスＩＤが010511seq1c10であり、５５３ｂｐの塩基配列である。また、上記010511seq1c10は、図５、６の表においてNo.1に示すＥＳＴに相当する。
【００５５】
　配列番号９に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図１６に示すように、シークエンスＩＤが010511seq1h09であり、１７７ｂｐの塩基配列である。また、上記010511seq1h09は、図５、６の表においてNo.6に示すＥＳＴに相当する。
【００５６】
　配列番号１０に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図１７に示すように、シークエンスＩＤが010511seq1d11であり、１５１ｂｐの塩基配列である。また、上記010511seq1d11は、図５、６の表においてNo.14に示すＥＳＴに相当する。
【００５７】
　配列番号１０に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図１７に示すように、シークエンスＩＤが010511seq1d11であり、１５１ｂｐの塩基配列である。また、上記010511seq1d11は、図５、６の表においてNo.14に示すＥＳＴに相当する。
【００５８】
　配列番号１１に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図１８に示すように、シークエンスＩＤが010511seq1c07であり、２１１ｂｐの塩基配列である。また、上記010511seq1c07は、図５、６の表においてNo.38に示すＥＳＴに相当する。
【００５９】
　配列番号１２に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図１９に示すように、シークエンスＩＤが010516seq5g11であり、６５９ｂｐの塩基配列である。また、上記010516seq5g11は、図５、６の表においてNo.4に示すＥＳＴに相当する。
【００６０】
　配列番号１３に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図２０に示すように、シークエンスＩＤが010516seq5h09であり、４０７ｂｐの塩基配列である。また、上記010516seq5h09は、図５、６の表においてNo.8に示すＥＳＴに相当する。
【００６１】
　配列番号１４に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図２１に示すように、シークエンスＩＤが010516seq5g04であり、４２０ｂｐの塩基配列である。また、上記010516seq5g04は、図５、６の表においてNo.17に示すＥＳＴに相当する。
【００６２】
　配列番号１５に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図２２に示すように、シークエンスＩＤが010516seq5d01であり、６４４ｂｐの塩基配列である。また、上記010516seq5d01は、図５、６の表においてNo.21に示すＥＳＴに相当する。
【００６３】
　配列番号１６に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図２３に示すように、シークエンスＩＤが010516seq5b04であり、１１４ｂｐの塩基配列である。また、上記010516seq5b04は、図５、６の表においてNo.34に示すＥＳＴに相当する。
【００６４】
　配列番号１７に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図２４に示すように、シークエンスＩＤが010516seq5d10であり、５７０ｂｐの塩基配列である。また、上記010516seq5d10は、図５、６の表においてNo.37に示すＥＳＴに相当する。
【００６５】
　配列番号１８に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図２５に示すように、シークエンスＩＤが010516seq5c09であり、２３９ｂｐの塩基配列である。また、上記010516seq5c09は、図５、６の表においてNo.44に示すＥＳＴに相当する。
【００６６】
　配列番号１９に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図２６に示すように、シークエンスＩＤが010523seq2g11であり、４５８ｂｐの塩基配列である。また、上記010523seq2g11は、図５、６の表においてNo.39に示すＥＳＴに相当する。
【００６７】
　配列番号２０に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図２７に示すように、シークエンスＩＤが010523seq2c09であり、１２８ｂｐの塩基配列である。また、上記010523seq2c09は、図５、６の表においてNo.5に示すＥＳＴに相当する。
【００６８】
　配列番号２１に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図２８に示すように、シークエンスＩＤが010523seq2b10であり、１７０ｂｐの塩基配列である。また、上記010523seq2b10は、図５、６の表においてNo.9に示すＥＳＴに相当する。
【００６９】
　配列番号２２に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図２９に示すように、シークエンスＩＤが010523seq1c02であり、２１７ｂｐの塩基配列である。また、上記010523seq1c02は、図５、６の表においてNo.13に示すＥＳＴに相当する。
【００７０】
　配列番号２３に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図３０に示すように、シークエンスＩＤが010523seq1g12であり、６６９ｂｐの塩基配列である。また、上記010523seq1g12は、図５、６の表においてNo.2に示すＥＳＴに相当する。
【００７１】
　配列番号２４に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図３１に示すように、シークエンスＩＤが010523seq1c08であり、５５３ｂｐの塩基配列である。また、上記010523seq1c08は、図５、６の表においてNo.26に示すＥＳＴに相当する。
【００７２】
　配列番号２５に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図３２に示すように、シークエンスＩＤが010512seq2b07であり、１２３ｂｐの塩基配列である。また、上記010512seq2b07は、図５、６の表においてNo.15に示すＥＳＴに相当する。
【００７３】
　配列番号２６に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図３３に示すように、シークエンスＩＤが010525seq1d03であり、３１２ｂｐの塩基配列である。また、上記010525seq1d03は、図５、６の表においてNo.10に示すＥＳＴに相当する。
【００７４】
　配列番号２７に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図３４に示すように、シークエンスＩＤが010502seq1e07であり、５９６ｂｐの塩基配列である。また、上記010502seq1e07は、図５、６の表においてNo.3に示すＥＳＴに相当する。
【００７５】
　配列番号２８に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図３５に示すように、シークエンスＩＤが010501seq2f10であり、４７９ｂｐの塩基配列である。また、上記010501seq2f10は、図５、６の表においてNo.20に示すＥＳＴに相当する。
【００７６】
　配列番号２９に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図３６に示すように、シークエンスＩＤが010518seq4e10であり、５７８ｂｐの塩基配列である。また、上記010518seq4e10は、図５、６の表においてNo.22に示すＥＳＴに相当する。
【００７７】
　配列番号３０に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図３７に示すように、シークエンスＩＤが010518seq4c09であり、２２６ｂｐの塩基配列である。また、上記010518seq4c09は、図５、６の表においてNo.23に示すＥＳＴに相当する。
【００７８】
　配列番号３１に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図３８に示すように、シークエンスＩＤが010518seq4d05であり、５０９ｂｐの塩基配列である。また、上記010518seq4d05は、図５、６の表においてNo.25に示すＥＳＴに相当する。
【００７９】
　配列番号３２に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図３９に示すように、シークエンスＩＤが010518seq4d08であり、２９４ｂｐの塩基配列である。また、上記010518seq4d08は、図５、６の表においてNo.30に示すＥＳＴに相当する。
【００８０】
　配列番号３３に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図４０に示すように、シークエンスＩＤが010501seq2h11であり、３７６ｂｐの塩基配列である。また、上記010501seq2h11は、図５、６の表においてNo.27に示すＥＳＴに相当する。
【００８１】
　配列番号３４及び図４１に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、シークエンスＩＤが010511seq1g03（図４１においては、CjEST731と示す）であり、５９６ｂｐの塩基配列である。また、上記010511seq1g03は、図５、６の表においてNo.29に示すＥＳＴに相当し、図７の表においてＥＳＴ番号が７３１のＥＳＴに相当する。
【００８２】
　配列番号３５及び図４２に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図４２に示すように識別名がCjEST179であり、５２３ｂｐの塩基配列である。また、上記CjEST179は、図７の表においてＥＳＴ番号が１７９のＥＳＴに相当する。
【００８３】
　配列番号３６及び図４３に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図４３に示すように識別名がCjEST502であり、３９３ｂｐの塩基配列である。また、上記CjEST502は、図７の表においてＥＳＴ番号が５０２のＥＳＴに相当する。
【００８４】
　配列番号３７及び図４４に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図４４に示すように識別名がCjEST558であり、５５３ｂｐの塩基配列である。また、上記CjEST558は、図７の表においてＥＳＴ番号が５５８のＥＳＴに相当する。
【００８５】
　配列番号３８及び図４５に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図４５に示すように識別名がCjEST1013であり、３８５ｂｐの塩基配列である。また、上記CjEST1013は、図７の表においてＥＳＴ番号が３８５のＥＳＴに相当する。
【００８６】
　配列番号３９に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図４６に示すように、シークエンスＩＤが010509seq2c01であり、６６５ｂｐの塩基配列である。また、上記010509seq2c01は、図５、６の表においてNo.7に示すＥＳＴに相当する。
【００８７】
　配列番号４０に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図４７に示すように、シークエンスＩＤが010501seq2e02であり、３４１ｂｐの塩基配列である。また、上記010501seq2e02は、図５、６の表においてNo.19に示すＥＳＴに相当するが、これはまた、図２の表においてNo.10に示すＥＳＴに相当する。
【００８８】
　配列番号４１に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図４８に示すように、シークエンスＩＤが010516seq5h08であり、５９５ｂｐの塩基配列である。また、上記010516seq5h08は、図５、６の表においてNo.２８に示すＥＳＴに相当するが、これはまた、図２の表においてNo.3に示すＥＳＴに相当する。
【００８９】
　配列番号４２に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図４９に示すように、シークエンスＩＤが010516seq6g12であり、６４２ｂｐの塩基配列である。また、上記010516seq6g12は、図５、６の表においてNo.33に示すＥＳＴに相当するが、これはまた、図２の表においてNo.2に示すＥＳＴに相当する。
【００９０】
　配列番号４３に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図５０に示すように、シークエンスＩＤが010425〜27f09であり、７８８ｂｐの塩基配列である。また、上記010425〜27f09は、図２の表においてNo.1に示すＥＳＴに相当する。
【００９１】
　配列番号４４に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図５１に示すように、シークエンスＩＤが010425〜27c07であり、５９６ｂｐの塩基配列である。また、上記010425〜27c07は、図５、６の表においてNo.36に示すＥＳＴに相当するが、これはまた、図２の表においてNo.6に示すＥＳＴに相当する。
【００９２】
　配列番号４５に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図５２に示すように、シークエンスＩＤが010502seq1h06であり、２５２ｂｐの塩基配列である。また、上記010502seq1h06は、図２の表においてNo.4に示すＥＳＴに相当する。
【００９３】
　配列番号４６に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図５３に示すように、シークエンスＩＤが010511seq1b11であり、２８９ｂｐの塩基配列である。また、上記010511seq1b11は、図２の表においてNo.4に示すＥＳＴに相当する。
【００９４】
　配列番号４７に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図５４に示すように、シークエンスＩＤが010511seq1F03であり、１５９ｂｐの塩基配列である。また、上記010511seq1F03は、図２の表においてNo.4に示すＥＳＴに相当する。
【００９５】
　配列番号４８に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図５５に示すように、シークエンスＩＤが010525seq1F08であり、３５０ｂｐの塩基配列である。また、上記010525seq1F08は、図２の表においてNo.4に示すＥＳＴに相当する。
【００９６】
　配列番号４９に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図５６に示すように、シークエンスＩＤが010516seq5f03であり、３１４ｂｐの塩基配列である。また、上記010516seq5f03は、図２の表においてNo.5に示すＥＳＴに相当する。
【００９７】
　配列番号５０に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図５７に示すように、シークエンスＩＤが010518seq3A06であり、５９１ｂｐの塩基配列である。また、上記010518seq3A06は、図２の表においてNo.7に示すＥＳＴに相当する。
【００９８】
　配列番号５１に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図５８に示すように、シークエンスＩＤが010501seq2f03であり、１５８ｂｐの塩基配列である。また、上記010501seq2f03は、図２の表においてNo.9に示すＥＳＴに相当する。
【００９９】
　配列番号５２に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、図５９に示すように、シークエンスＩＤが010516seq5c04であり、６０７ｂｐの塩基配列である。また、上記010516seq5c04は、図２の表においてNo11に示すＥＳＴに相当する。
【０１００】
　なお、上記配列番号３４ないし３８に示す塩基配列からなる各ポリヌクレオチドは、転写因子と考えられる遺伝子断片である。これら転写因子と考えられるもののうち、配列番号３４に示すものだけが正の調節因子であり、それ以外は全て負の調節因子である。なお、上記配列番号３４に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、Cj-ring-H2　フィンガータンパク質のホモログであると推測されるが、これは、これまでにアルカロイド生合成系の転写因子としては全く知られておらず、その利用によって、生合成系の遺伝子の包括的誘導が期待できるものである。
【０１０１】
　上記ポリヌクレオチドを獲得する方法は特に限定されるものではなく、一般的な方法が採用される。例えば、当該ポリヌクレオチドを、それを有する生物のゲノムＤＮＡ、ｃＤＮＡライブラリーなどから適切な制限酵素で切り出し、精製すればよい。なお、上記ポリヌクレオチドを有する生物としては、オウレン培養細胞を挙げることができる。そして、上記オウレン培養細胞の中でも特に、ベルベリン生産性の高い培養細胞を用いて精製を行えば、より確実に目的のポリヌクレオチドを単離することができる。また、適当なプライマーを用いて、上記生物のゲノムＤＮＡ、ｃＤＮＡを鋳型として増幅反応を行うことで、上記ポリヌクレオチドを単離してもよい。
【０１０２】
　（２）イソキノリンアルカロイド生合成遺伝子の全長ｃＤＮＡの単離方法
　続いて、即ち、本発明に係る遺伝子断片（ＥＳＴ）としてのポリヌクレオチドをプローブとして、その全長遺伝子（全長ｃＤＮＡ）を単離する方法について説明する。
【０１０３】
　本発明に係るポリヌクレオチドは、オウレン培養細胞由来のイソキノリンアルカロイド生合成関連遺伝子のＥＳＴであるため、それを用いて、オウレン属植物（オウレン培養細胞を含む）、あるいはその他の植物から上記イソキノリンアルカロイド生合成関連遺伝子の全長ｃＤＮＡをクローニングすることが可能である。この場合のクローニング方法としても、従来公知の方法を利用することが可能であり、特に限定されるものではない。
【０１０４】
　具体的には、ゲノムの少なくとも一部がデータベース化されている植物の場合には、上記ポリヌクレオチドの塩基配列に基づいて相同性のある塩基配列をデータベース中から検索すればよい。例えば、汎用されている相同性検索アルゴリズムであるＢＬＡＳＴによる塩基配列の相同性検索を好適に用いることができる。
【０１０５】
　また、ゲノムがデータベース化されていない植物の場合には、例えば、従来公知のＤＮＡライブラリーを用いたハイブリダイゼーション法を用いることもできる。具体的には、適切なクローニング・ベクターを使用して対象となる植物からゲノムライブラリー又はｃＤＮＡライブラリーを調製するステップと、上記ポリヌクレオチドの少なくとも一部をプローブとして用いてハイブリダイゼーションを行い、ライブラリーから上記プローブにポジティブの断片を検出するステップとを含む方法を用いることができる。このように、本発明に係るポリヌクレオチドはプローブとして有用である。プローブに用いる領域には、目的とする遺伝子に特異的な配列が含まれることが好ましい。また、プローブとして使用されるポリヌクレオチドの長さは、１００ｂｐ以上が好ましい。
【０１０６】
　上述の方法を用いれば、オウレンひいてはその他種々の植物（例えば、ケシやハナビシソウ、エンゴサクのようなケシ科植物、タマサキツヅラフジのようなツヅラフジ科植物、メギのようなメギ科植物など）から、ベルベリン、マグノフロリン、モルフィン、パパベリン、サングイナリン、コリダリン、セファランチンなどといったイソキノリン系のアルカロイド生合成に関わる全長遺伝子を容易に単離することができる。
【０１０７】
　（３）形質転換体の作製方法
　本発明に係る形質転換体は、上記ポリヌクレオチド、あるいは、上記ポリヌクレオチドをプローブとして使用して単離されたその全長遺伝子が組み込まれたベクターを宿主に導入したものである。上記宿主は、特に限定されるものではないが、例えば、酵母、大腸菌などの微生物、あるいは、植物、動物などを挙げることができる。しかしながら、上記ベクターに組み込まれた遺伝子（遺伝子断片）が、植物の一種であるオウレン培養細胞由来のものであることから、上記宿主ととしては、植物が好ましく、植物の中でもオウレン属植物、ケシやハナビシソウのようなイソキノリンアルカロイドを生産する植物が特に好ましい。なお、上記植物の範疇には、上述のように、個体としての植物のみならず、植物の器官、組織、細胞なども含まれる。
【０１０８】
　上記形質転換体を作製する方法としては、具体的には、例えば、マイクロインジェクション法、エレクトロポレーション法、弾道粒子加速法、プロトプラスト形質転換／再生法、アグロバクテリウムによる形質転換法などを挙げることができるが、特に限定されるものではない。また、上記形質転換方法は、宿主となる植物などの種類（例えば、単子葉植物・双子葉植物）に応じて適宜選択されることが好ましい。
【０１０９】
　本発明において使用することができるベクターとしては、従来から微生物や植物、植物細胞などの形質転換に使用されているベクターを挙げることができる。そして、上記ベクターは、上記ポリヌクレオチド、あるいは、上記全長遺伝子の他に、従来公知の遺伝子を発現させるための恒常発現型または発現制御型のプロモーター、形質転換体の選抜を容易にする薬剤耐性遺伝子、アグロバクテリウムのバイナリ−ベクター系を使用するためのバイナリ−ベクター系を使用するための複製開始点などを含んでいてもよい。
【０１１０】
　より具体的には、大腸菌などの微生物へ導入される場合には、pBluescript　Iiskベクターや、pETベクターなどを使用することができる。植物細胞へ導入される場合には、アグロバクテリウムによる導入に適したものとしてpBI101やpBI121などを挙げることができる。エレクトロポレーション法を用いて植物細胞への導入を図る場合には、ベクターに特に制限はない。また、上記薬剤耐性遺伝子としてはアンピシリン耐性遺伝子、カナマイシン耐性遺伝子、ハイグロマイシン耐性遺伝子などを挙げることができる。上記プロモーターとしては、カリフラワーモザイクウィルス由来の３５Ｓプロモーター（恒常発現型）や熱ショック誘導タンパク質のプロモーター（発現制御型）を挙げることができる。複製開始点としては、Ｔｉ又はＲｉプラスミド由来の複製開始点などを挙げることができる。
【０１１１】
　（４）単離したアルカロイド生合成遺伝子を利用したアルカロイド生産
　本願発明者等は、本発明以前に単離・同定されたアルカロイド生合成関連遺伝子を用いて、ハナビシソウのアルカロイド生合成活性を分子変換できること、あるいは、オウレンの生合成活性を向上できること（Sato F, Hashimoto T, Hachiya A, Tamura K, Choi K-B, Morishige T, Fujimoto H, Yamada Y. 2001. Metabolic engineering of plant alkaloid biosynthesis. Proc Nat’l Acad Sci (USA) 98: 367-372）を示している。また、大腸菌での発現によりより人工的な基質である６，７−ジメトキシ−１，２，３，４−テトラヒドロイソキノリンのＮ−メチル化が可能であることを示している。
【０１１２】
　このような結果から、上記ポリヌクレオチドをプローブとして用いてアルカロイド生合成に関与する全長遺伝子を単離し、単離されたこれらの遺伝子を用いて植物や微生物を宿主とした上述のような形質転換体を作製すれば、容易に植物の二次代謝機能を変換／向上できるとともに、微生物細胞系を用いた物質変換も可能となる。さらに、これらの遺伝子が過剰発現するようなプロモーター（例えば、カリフラワーモザイクウィルス由来の３５Ｓプロモーターなど）を含むベクターに組み込んで、上記形質転換体を作製すれば、アルカロイド生合成系の酵素を大量生産することができる。
【０１１３】
　（５）本発明に係るタンパク質、それをコードする遺伝子およびその利用法
　本発明に係るタンパク質は、上述の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）のタンパク質であればよい。ここで、（ａ）のタンパク質は、後述の実施例に示すように、コロンバミン　７−Ｏ−メチルトランスフェラーゼ活性を有するタンパク質であり、（ｂ）は、その変異タンパク質であるといえる。
【０１１４】
　また、（ｃ）のタンパク質は、後述する実施例に示すように、ノルコクラウリン合成活性（norcoclaurine synthase活性）を有するタンパク質であり、（ｄ）は、その変異タンパク質であるといえる。
【０１１５】
　ここで、「１またはそれ以上のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び／又は付加」とは、部位特異的突然変異誘発法等の公知の変異タンパク質作製法により置換、欠失、挿入、及び／または付加できる程度の数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び／または付加されることを意味する。また、ここにいう「変異」は、主として公知の変異タンパク質作製法により人為的に導入された変異を意味するが、天然に存在する同様の変異タンパク質を単離精製したものであってもよい。
【０１１６】
　上記変異タンパク質には、野生型の活性に異常を持つ変異タンパク質（機能欠失型の変異タンパク質と称する）が含まれていてもよい。このような機能欠失型の変異タンパク質は、例えば、野生型タンパク質と構造を比較することにより、その構造の中で活性に必須な領域が明らかになるという、タンパク質の機能解析において有用である。また、本発明に係る遺伝子には、上記機能欠失型の変異タンパク質をコードする遺伝子が含まれても良い。このような遺伝子は、例えば、新たな形質転換体の作出に有用である。
【０１１７】
　また、本発明に係るタンパク質は、タンパク質の精製や検出等を容易に行うために、公知のＨＡやＦｌａｇ等の付加配列を末端に含ませてもよいし、融合タンパク質であってもよい。また、N-glycosylationなどの各種修飾を受けていてもよいし、二量体以上の多量体を形成するものであってもよい。
【０１１８】
　さらに、上記（ａ）〜（ｄ）のタンパク質をコードする遺伝子も本発明に含まれる。本発明に係る遺伝子としては、例えば、配列番号５３または配列番号５５に示す塩基配列からなるものを挙げることができる。
【０１１９】
　これらのタンパク質および遺伝子は、イソキノリンアルカロイド生合成に関与するものであり、それ自体非常に有用なものである。さらに、これらのタンパク質およびこれらタンパク質をコードする遺伝子を用いて、アルカロイド生合成系の改変に利用することができる。また、本発明に係る形質転換体、または上記タンパク質を用いることで、in vivo、in vitroを問わず、イソキノリンアルカロイドを生産することもできる。すなわち、このイソキノリンアルカロイドの生産方法は、少なくとも上記タンパク質または形質転換体を用いていればよく、その他の具体的な方法、条件、材料（基質など）、酵素、緩衝液、ｐＨ、温度、反応時間などは、適宜設定可能であり、限定されるものではない。例えば、上記タンパク質以外の従来公知のイソキノリンアルカロイド生合成に関与する酵素、例えば、コクラウリン　Ｎ−メチルトランスフェラーゼ（ＣＮＭＴ）（非特許文献１参照）、Ｎ−メチル−コクラウリン　３’−ヒドロキシラーゼ（非特許文献２参照）、ベルベリンブリッジエンザイム（ＢＢＥ）（非特許文献３参照）、スコウレリン　９−Ｏ−メチルトランスフェラーゼ（ＳＭＴ）（非特許文献４参照）、ノルコクラウリン　６−Ｏ−メチルトランスフェラーゼ（６ＯＭＴ）（特許文献１参照）、（Ｓ）−３’−ヒドロキシ−Ｎ−メチルコクラウリン４’−Ｏ−メチルトランスフェラーゼ（４ＯＭＴ）（特許文献２参照）などを用いてもよい。
【０１２０】
　これにより、染料、香辛料、および有用医薬品に利用可能なイソキノリンアルカロイドを効率的に生産することができる。
【実施例】
【０１２１】
　以下、本発明を実施例によって詳細に説明する。なお、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。
【０１２２】
　（１）ＥＳＴの単離と網羅的塩基配列決定
　京都大学大学院生命科学研究科全能性統御機構学研究室で確立され、長年維持培養されてきたオウレン（Coptis japonica）培養細胞のベルベリン高生産株１５６−１株（選抜株）から、上述の従来文献（Choi, et al., 2001）に記載の方法によってｍＲＮＡを抽出した。なお、上記オウレンのベルベリン高生産株１５６−１は、特開平１１−１７８５７９号公報、特開平１１−１７８５７９号公報、非特許文献：F. Sato, and Y. Tamada, (1984) High berberine-producing cultures of Coptis japonica cells. Phytochemistry, 23(2):281-385などに記載の方法によって作製・選抜することも可能である。そして、そのｃＤＮＡをｐＤＲ１９６ベクターにサブクローニングした後、ランダムに選抜した２０１６クローンの５’側塩基をMegabase　system（Amersham　Pharmacia）で決定した。
【０１２３】
　そのうち、１００塩基以上配列決定できた１０１４クローンの配列を、ＮＣＢｌデータベースでｔＢＬＡＳＴｘにより相同検索し、その遺伝子機能を推定した。その結果、図２の表に示すように、相同性の高さから、これまでに同定されている１１個のアルカロイド生合成遺伝子と推定される遺伝子が含まれていることが確認された。図２の表では、左から順に、各遺伝子の識別番号（No.）、ＥＳＴ配列から推定される機能（推定された遺伝子の起源、ＥＳＴ番号）、推定される遺伝子との相同性、ＥＳＴ配列長、単離されたＥＳＴの数を示す。このように、本実験において得られたオウレン培養細胞のｃＤＮＡライブラリーには、配列決定できた１０１４ＥＳＴのうちの約１％に相当する１３クローンが、既に同定されているアルカロイド生合成関連遺伝子であると推定された。また、同定はされていないが、関連する機能が推定される遺伝子を含めると、上記１０１４ＥＳＴのうちの約４％に相当する４５クローンがアルカロイド生合成関連遺伝子であると推定された。
【０１２４】
　このように、上記選抜株においては、アルカロイド生合成関連遺伝子の発現が、非選抜株及びオウレン個体おけるアルカロイド生合成部位である根をはるかに上回って発現しているという結果が得られた。
【０１２５】
　また、上記１０１４ＥＳＴのうち、相同検索の結果、機能未知、未同定とされたＥＳＴは、約４０％を占めており、これらの中に、アルカロイド生合成関連遺伝子が含まれることが期待できた。
【０１２６】
　（２）ＥＳＴマクロアレーをもとにしたベルベリン生合成関連遺伝子の選択
　ＥＳＴ解析に用いたクローンをＰＣＲ増幅した後、Biomek　2000ロボットを用いて０．３８ｍｍ間隔で、Biodyne　ATM（Pall）膜にブロットしたものをマクロアレーとした。マクロアレーに対して、異なるアルカロイド生産性を有するオウレン培養細胞株（高生産株として１５６−１ＳＭＴ、低生産株としてＣＪＹ及びＣＪ８）から抽出したｍＲＮＡをSuperscript　II　reverse　transcriptase（Gibco　BRL）によって、逆転写し、３２P標識したものをプローブとしてそれぞれの細胞における遺伝子発現量を定量化した。
【０１２７】
　マクロアレーにおける検出では、先ず、室温で０．５％ＳＤＳ処理を５分間行い、弱く結合したＤＮＡを除き、milliQ水で洗浄した。その後、１００μｇ／ｍｌ　ｓｓＤＮＡを含むExpressHyb（Clontech）溶液にて６０℃、５−６時間プレハイブリダイゼーションを行った後、プローブを添加し、６０℃で最低１６時間ハイブリダイゼーションした。その後、６０℃、３０分間の２×ＳＳＣ、１％ＳＤＳ処理を４回、６０℃。３０分間の０．１×ＳＳＣ、０．５％ＳＤＳと室温で２×ＳＳＣ処理を一度づつ行い、Phosphor　imaging　plates（Fujix　BAS2000）を用いて定量化した。データは、ArrayVisionTM（Imaging　Research　Inc.、Canada）で解析した。
【０１２８】
　マクロアレー解析の結果、図３のグラフに示すように、明らかにベルベリン生産性の低いＣＪＹと生産性の高い１５６−ＳＭＴでは、生合成遺伝子発現に大きな違いがあることが見出された。即ち、各遺伝子によって、ベルベリンの生産性が異なる２つの株における発現比が異なり、これまでに同定されているアルカロイド関連遺伝子（ＳＭＴ、４’ＯＭＴ、ＳＡＭsynthetase、６ＯＭＴなど）は、ベルベリン高生産株においてより多く発現していることが図３のグラフから確認された。なお、図３は、ベルベリン低生産性ＣＪＹ細胞株（横軸）に対するベルベリン高生産性１５６−１ＳＭＴ細胞株（縦軸）遺伝子発現量を示すグラフである。
【０１２９】
　この結果は、細胞選抜によってアルカロイド生合成関連遺伝子の発現の高い細胞が選抜され、それが、１５６−１ＳＭＴの発現につながっていることを示唆していた。即ち、ＣＪＹに対する１５６−１ＳＭＴの発現比が大きい遺伝子は、ベルベリンの生合成に関与している可能性が高いことが推測された。
【０１３０】
　また、図４には、ベルベリン低生産性ＣＪ８細胞株（横軸）に対するベルベリン高生産性１５６−１ＳＭＴ細胞株（縦軸）遺伝子の発現量を調査した結果を示す。図４に示すように、興味深いことに、ベルベリン生合成関連遺伝子の発現は、ベルベリン生産性の低いＣＪ８においても高いことが確認された。このことは、ＣＪ８の選抜履歴からみて次のように考えられた。即ち、ＣＪ８は１５６−１ＳＭＴと同様に、細胞選抜によってベルベリン生産性の高い株として生産されてきたが、その維持管理が不十分であったために生産性が低下した株である。従って、多くのアルカロイド生合成遺伝子は高い発現をしているが、特定の遺伝子の発現が低下したために、全体の生産性が低下していると推定された。このことは、生合成系の４’ＯＭＴやＳＡＭ合成酵素の発現が１５６−１ＳＭＴに比べて低いことから妥当な推測と考えられる。なお、図３及び図４の各グラフ内には、これまでに同定されているアルカロイド生合成遺伝子（ＳＭＴ、４’ＯＭＴ、ＳＡＭsynthetase、６ＯＭＴ）と機能未知の遺伝子（unknown）の各発現比を矢印で示している。また、括弧内の数値は発現比である。
【０１３１】
　以上のような推論をもとに、１５６−１ＳＭＴ及びＣＪ８において高い発現を示し、ＣＪＹにおいて発現の低い遺伝子がベルベリン生合成関連遺伝子としての可能性が高いと判断された。図５および図６には、上記ベルベリン生合成候補遺伝子の一覧を示す。図５及び図６の表では、左から順に、ＥＳＴを識別するための番号（No.）、各ベルベリン生産株間の発現比（左から順に、ＳＭＴ（１５６−１ＳＭＴ）／ＣＪＹ、ＳＭＴ（１５６−１ＳＭＴ）／ＣＪ８、ＣＪ８／ＣＪＹ）、シークエンスＩＤ（sequence i. d.）、ＥＳＴ配列長（ｂｐ）、相同遺伝子のジーンバンクアクセション番号（GenBank Acc）、推定される機能（Notes）を示している。
【０１３２】
　図５及び図６に示すように、各株間の発現比の結果から、Ｎｏ．１〜３のＥＳＴ（順に配列番号８、２３、２７に示す塩基配列からなるＥＳＴに相当する）は、アルカロイド生合成を抑制する候補遺伝子と考えられ、それ以外のものについては、アルカロイド生合成を促進する候補遺伝子と考えられた。また、Ｎｏ．１２、１８、２８、３３、３６、４０、４３、４５、４６に示すＥＳＴは、同定されている既知遺伝子のものであるが、これらは何れもＳＭＴ／ＣＪＹ及びＣＪ８／ＣＪＹが高い値を示した。また、Ｎｏ．１９に示すＥＳＴは、Ｏ−メチルトランスフェラーゼと相同性を示したものであるが、これについても、ＳＭＴ／ＣＪＹ及びＣＪ８／ＣＪＹが高い値を示し、イソキノリンアルカロイドの生合成に関与していることが考えられた。なお、このＮｏ．１９のＥＳＴについては、後述するように、当該ＥＳＴをプローブとして用いて、その全長ｃＤＮＡを単離している。
【０１３３】
　また、図７には、配列決定された上述の１０１４ＥＳＴのうちで、転写因子としての機能を果たすと推定されたものを示す。これは、各ベルベリン生産株１５６−１ＳＭＴ、ＣＪ８、ＣＪＹにおける発現を調べた結果、各株間で発現の有無に相違が確認されたことから、二次代謝関連遺伝子発現の調節因子と考えられたものである。図７の表では、左から順に、ＥＳＴ番号、推定された遺伝機能とその起源、相同性、ＥＳＴ配列長、そして、各株（１５６−１ＳＭＴ／ＣＪ８／ＣＪＹ）における発現の有無（＋：発現あり、−：発現なし）の結果を示す。この各株間における発現の有無の観察結果より、ＥＳＴ番号７３１の遺伝子のみが、正の調節因子であり、図７に示すそれ以外の遺伝子は負の調節因子と考えられた。なお、この正の調節因子と見られるＥＳＴ番号７３１の遺伝子は、図５のＮ０．２９の遺伝子（Ring-H2 finger protein RHC1a homolog）に相当し、転写因子としてアルカロイド生合成の制御に関わっていることが期待される。そして、このＮ０．２９に示す遺伝子は、配列番号３４及び図４１に示す塩基配列からなる遺伝子である。また、図７に示す負の調節因子と考えられる遺伝子のうちで、ＥＳＴ番号１７９の遺伝子は配列番号３５及び図４２に示す塩基配列からなり、ＥＳＴ番号５０２の遺伝子は配列番号３６及び図４３に示す塩基配列からなり、ＥＳＴ番号５５８の遺伝子は配列番号３７及び図４４に示す塩基配列からなり、ＥＳＴ番号１０１３の遺伝子は配列番号３８及び図４５に示す塩基配列からなる。
【０１３４】
　（３）ノザン解析によるベルベリン関連遺伝子の選別
　生産性の異なる培養細胞株の１週間目の細胞より抽出したトータルＲＮＡをフォルムアルデヒドを含むゲルで電気泳動し、Biodyne　ATM（Pall）メンブレンにブロッティングした。単離された生合成遺伝子ｃＤＮＡをＰＣＲで増幅後、各々の細胞における発現を、従来文献（Hibi N., Higashiguchi S., Hashimoto T., Yamada Y., 1994, Plant Cell 6: 723-735）に記載の方法に従って確認した。
【０１３５】
　ＲＮＡの抽出は、TRIzolを用いたＴＩＧＲ植物ＲＮＡ抽出法（http://www.powow.com/akatlab/tigr.html）に従って行った。
【０１３６】
　（４）選択された候補遺伝子を用いた遺伝子機能解析
　マクロアレー解析によってベルベリン生合成に関与することが期待された遺伝子の一つとして、ＣｊＥＳＴ６４の機能解析を行った。この遺伝子は、図５のＮｏ．１９に示すＥＳＴを含む遺伝子であり、このＥＳＴがＯ−メチルトランスフェラーゼと相同性を示したことより、ベルベリンの類縁体であるパルマチンの生合成に関与することが期待された。
【０１３７】
　この遺伝子の機能を解明するために、Marathon　cDNA　Amplification　Kit（Clontech）を用いて全長ｃＤＮＡを単離し、その塩基配列決定を行った。決定されたその塩基配列は、配列番号５３及び図６０に示すものである。
【０１３８】
　単離されたｃＤＮＡは、発現ベクター：pET-21d　vector（Novagen）に組み込まれた後、大腸菌に投入された。そして、組換え酵素を常法により発現させ、コロンバミン（columbamine）を基質として反応を行った。LC-MSによる解析の結果、明らかにコロンバミン　７−Ｏ−メチルトランスフェラーゼ活性を示すことが明らかとなった。即ち、上記ｃＤＮＡの翻訳産物である配列番号５４に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質は、コロンバミン　７−Ｏ−メチルトランスフェラーゼ活性を示すものであることが確認された。これによって、本方法による遺伝子選抜の妥当性が立証された。
【０１３９】
　（５）norcoclaurine synthaseの単離・同定
　本法では、全く、タンパク質の精製を行わず、上述の（１）、（２）欄に記載の方法よって該当遺伝子の絞り込みを行い、異種発現系を用いて、norcoclaurine synthase遺伝子を単離・同定することに成功した。
【０１４０】
　具体的には、以下の通りである。当初、得られた該当遺伝子候補の塩基配列の発現レベルが、比較的低く、上述のマクロアレーでは検出できなかったものであり、そのため、配列番号１〜５２には記載されていなかったものである。しかし、予備的に塩基配列の相同性検索を行ったところ、該当遺伝子候補として得られた塩基配列とdioxygenase遺伝子との相同性が示された。このことから、該当遺伝子候補として得られた塩基配列がアルカロイド生合成系との関連すると予測された。
【０１４１】
　そこで、上記（３）欄に記述のノザン法により、該当遺伝子候補として得られた塩基配列とアルカロイド生合成活性との相関を確認した。具体的には、該当遺伝子候補として得られた塩基配列（dioxygenase遺伝子と相同性を有する塩基配列）について、ベルべリン高生産株SMT株（培養１，２，３週）、低生産株CJY株（培養１，２週）、ならびに生産性は低いが生合成酵素遺伝子の発現が高いCJ8株（培養１，２，３週）における発現を、ノザン解析により調べた。その結果を図６４に示す。なお、図６４（ａ）は、ノザン解析においてｍＲＮＡ量を調べたゲルを示し、図６４（ｂ）は、その結果をCJY株の値をもとに相対評価した結果を示す図である。なお、図中、SMT1wとはSMT株の培養１週目を示し、SMT2ｗとはSMT株の培養２週目を示し、SMT3wとはSMT株の培養３週目を示す。以下、CJY1ｗ、CJY2ｗ、CJ81ｗ、CJ82ｗ、CJ83ｗも同様である。
【０１４２】
　同図に示すように、B. CJYの発現量と比較して、SMT1wは約１１倍、SMT2wは約１３倍、CJ81wは約６倍、CJ82wは約８倍多く発現していることがわかった。この結果から、該当遺伝子候補として得られた塩基配列の発現量と、アルカロイド生産性またはベルベリン生合成酵素遺伝子の発現量との間によい相関があることが認められた。
【０１４３】
　そこで、上記（４）欄に示す方法と同様に、該当遺伝子候補として得られた塩基配列の全長のｃＤＮＡを単離し、塩基配列の決定を行った。決定された塩基配列は、配列番号５５および図６２に示すものである。
【０１４４】
　次に、得られた全長ｃＤＮＡの塩基配列をもとに、再度相同性検索した結果、全長ｃＤＮＡは、２−オキソグルタル酸／Fe(II)依存型dioxygenaseと相同性を有することがわかった。しかし、この配列情報からだけでは、機能が推定できず、推定される反応特性と生合成系を検討し、生合成の初発段階にあたるnorcoclaurine synthaseとしての可能性があると考え、大腸菌内での発現および粗酵素液の調製をおこなった。
【０１４５】
　（５−１）大腸菌での発現と酵素液の調製
　まず、大腸菌発現ベクター、pET-41a(+)（Novagen）に、上記全長ｃＤＮＡの塩基配列のうち、dioxygenaseと相同性を有するタンパク質をコードする領域を含む、NdeI-XhoI fragment（１０５６ｂｐ）を組み込んだ。得られたプラスミドを、大腸菌DH5αに形質転換し、ＬＢ培地で培養した。１０ｍｌのＬＢ培地で前培養後、１リッター培地で本培養を行った。１６℃、１５０ｒｐｍで振とう培養し、ＯＤ６００が０．５になった時点で、ＩＰＴＧを最終濃度が１ｍＭになるように添加し、さらに１６℃で４８時間振とう培養した。
【０１４６】
　上記ベクターを導入した大腸菌を、４℃、1,500 g で２０分間遠心し、集菌した後、２５ｍｌの抽出緩衝液（100 mM Tris-HCl (pH 8)、5 mM EDTA、20 mM 2-mercaptoethanol、10% glycerol）に懸濁した。菌体を超音波破砕後、４℃、12,000 g で２０分間遠心し、得られた上清を可溶性画分とした。この上清を３０〜６０％の硫安にて分画した後、脱塩し、DEAE Sepharose Fast Flow column (2.5 cm × 16 cm) (Pharmacia) にて分離した。具体的には、まず、抽出緩衝液で非吸着タンパク質を溶出させた後、０〜０．５ＭのＮａＣｌの濃度勾配（５００ｍｌ）によりタンパク質を溶出した。
【０１４７】
　その後、SDS-PAGE により各フラクションを確認したところ、非吸着タンパク質画分に目的タンパク質が主要タンパク質として含まれていたため、この非吸着タンパク質画分を粗酵素液として以下の実験に用いた。
【０１４８】
　（５−２）粗酵素液を用いたnorcoclaurine synthase 反応
　上記の粗酵素液を用いて、norcoclaurine synthase 反応を行った。反応液組成は以下の表１に示すとおりで、３７℃で３０分〜２時間反応を行った。等量のメタノールを加えて反応を停止させた後、12,000 g、４℃で５分間遠心し、その上清をＨＰＬＣ分析した。
【０１４９】
【表１】
2004121233.tif 000002
【０１５０】
　なお、基質である4-HPAA（4-hydroxyphenylacetaldehyde）は以下の表２に示す、tyramine oxidaseによる tyramine の酸化的脱アミノ反応（３０℃、２時間反応）により調製した。反応後、３分間煮沸し、tyramine oxidaseを失活させたのち、上記の反応に用いた。
【０１５１】
【表２】
2004121233.tif 000003
【０１５２】
　（５−３）ＨＰＬＣによるnorcoclaurine synthase 活性の測定
　ＨＰＬＣ分析には、SHIMADZU社製のSCL-10A（プログラム装置）、LC-10AD（ポンプ）、SPD-M10A（光学検出器）、DGU-12A（脱気装置）、CTO-10A（試料注入装置、カラム恒温槽）を用い、CLASS-VP でデータ処理を行った。カラムは、TOSOH製のODS-80TMを用い、４０℃、流速0.25 ml/min で 280 nm の吸収を測定した。移動相には、Ｈ2Ｏ：acetonitrile：methanol (125：25：25), 1% acetic acid を使用した。
【０１５３】
　その結果を図６５（ａ）（ｂ）に示す。（ａ）は、反応液のみ、（ｂ）は、dioxygenaseと相同性を有するタンパク質をコードする遺伝子を発現させた大腸菌粗酵素液による反応後の生成物をＨＰＬＣ分析した結果を示す。同図に示すように、dioxygenaseと相同性を有するタンパク質をコードする遺伝子を発現させた粗酵素液の場合では、反応時間の経過と共に、約１４分の保持時間を示すピークの増加が見られた。ピークの増加は、コントロールの大腸菌抽出液や緩衝液のみを用いた場合にも認められたが、その増加量はdioxygenaseと相同性を有するタンパク質をコードする遺伝子を発現させた粗酵素液の場合より明らかに低かった。このピークの増加は、基質であるdopamineと4-hydroxyphenylacetaldehydeの非酵素的な反応によって生じることが知られている。
【０１５４】
　したがって、dioxygenaseと相同性を有するタンパク質をコードする遺伝子を発現させることにより、酵素的な反応によってnorcoclaurineが生成すると考えられる。このため、上記のdioxygenaseと相同性を有するタンパク質は、norcoclaurine synthase活性を有すると考えられる。
【０１５５】
　（５−４）LC-MS による反応産物の同定
　次に、ＨＰＬＣ分析で見られた約１４分の保持時間を示すピークが、norcoclaurine であることを確認するために、LC-MSによる同定を行った。解析には、SHIMADZU 社製 LCMA-2010A を用い、前述のＨＰＬＣ解析に用いたカラムと移動相により、流速 0.25 ml/min で分離を行った。
【０１５６】
　その結果、図６６に示されるように、dioxygenaseと相同性を有するタンパク質をコードする遺伝子を発現した大腸菌粗酵素液による反応生成物が、norcoclaurine に相当するm/z値（マススペクトル）である、ｍ/ｚ272を示すことが明らかとなった。
【０１５７】
　以上のＨＰＬＣおよびLC-MS分析の結果より、単離したdioxygenaseと相同性を有するタンパク質をコードする遺伝子の遺伝子産物による反応生成物が norcoclaurine であり、本酵素（遺伝子産物）がnorcoclaurine synthase 活性を有することが明らかとなった。このため、本酵素をnorcoclaurine synthaseと称することとする。なお、本酵素のアミノ酸配列は、配列番号５６および図６３に示す。
【０１５８】
　以上のように、本手法により、今まで未同定であったnorcoclaurine synthaseの遺伝子を同定することができた。本遺伝子はイソキノリンアルカロイドの初発反応を担うことより、同遺伝子の同定により、イソキノリンアルカロイド生合成系の分子育種の道が大きく開かれたといえる。
【産業上の利用可能性】
【０１５９】
　以上のように、本発明によれば、イソキノリンアルカロイド生合成関連遺伝子を効率よく、包括的に単離することができる。そして、植物の二次代謝産物であるイソキノリンアルカロイドの生合成遺伝子が包括的に単離されれば、医薬品原料として有用なイソキノリンアルカロイドを工業的に大量生産する手段が確保されることになり、医薬品産業へ大きく貢献できる可能性を有している。
【図面の簡単な説明】
【０１６０】
【図１】ベルベリンの生合成経路を示す図である。
【図２】本実施例において配列決定された１０１４ＥＳＴの相同検索の結果、これまでに同定されているアルカロイド合成遺伝子と相同性を示した遺伝子を示す表である。
【図３】ベルベリン低生産性ＣＪＹ細胞株（横軸）に対するベルベリン高生産性１５６−１ＳＭＴ細胞株（縦軸）遺伝子発現量を示すグラフである。
【図４】ベルベリン低生産性ＣＪ８細胞株（横軸）に対するベルベリン高生産性１５６−１ＳＭＴ細胞株（縦軸）遺伝子発現量を示すグラフである。
【図５】本実施例において配列決定されたＥＳＴのうち、ベルベリン生合成候補遺伝子と判断された遺伝子を示す表である。
【図６】本実施例において配列決定されたＥＳＴのうち、ベルベリン生合成候補遺伝子と判断された遺伝子を示す表であり、図５に示す表の続きである。
【図７】本実施例において配列決定されたＥＳＴのうち、転写因子と考えられる因子と考えられる遺伝子を示す表である。
【図８】配列番号１に示す塩基配列を示す図である。
【図９】配列番号２に示す塩基配列を示す図である。
【図１０】配列番号３に示す塩基配列を示す図である。
【図１１】配列番号４に示す塩基配列を示す図である。
【図１２】配列番号５に示す塩基配列を示す図である。
【図１３】配列番号６に示す塩基配列を示す図である。
【図１４】配列番号７に示す塩基配列を示す図である。
【図１５】配列番号８に示す塩基配列を示す図である。
【図１６】配列番号９に示す塩基配列を示す図である。
【図１７】配列番号１０に示す塩基配列を示す図である。
【図１８】配列番号１１に示す塩基配列を示す図である。
【図１９】配列番号１２に示す塩基配列を示す図である。
【図２０】配列番号１３に示す塩基配列を示す図である。
【図２１】配列番号１４に示す塩基配列を示す図である。
【図２２】配列番号１５に示す塩基配列を示す図である。
【図２３】配列番号１６に示す塩基配列を示す図である。
【図２４】配列番号１７に示す塩基配列を示す図である。
【図２５】配列番号１８に示す塩基配列を示す図である。
【図２６】配列番号１９に示す塩基配列を示す図である。
【図２７】配列番号２０に示す塩基配列を示す図である。
【図２８】配列番号２１に示す塩基配列を示す図である。
【図２９】配列番号２２に示す塩基配列を示す図である。
【図３０】配列番号２３に示す塩基配列を示す図である。
【図３１】配列番号２４に示す塩基配列を示す図である。
【図３２】配列番号２５に示す塩基配列を示す図である。
【図３３】配列番号２６に示す塩基配列を示す図である。
【図３４】配列番号２７に示す塩基配列を示す図である。
【図３５】配列番号２８に示す塩基配列を示す図である。
【図３６】配列番号２９に示す塩基配列を示す図である。
【図３７】配列番号３０に示す塩基配列を示す図である。
【図３８】配列番号３１に示す塩基配列を示す図である。
【図３９】配列番号３２に示す塩基配列を示す図である。
【図４０】配列番号３３に示す塩基配列を示す図である。
【図４１】配列番号３４に示す塩基配列を示す図である。
【図４２】配列番号３５に示す塩基配列を示す図である。
【図４３】配列番号３６に示す塩基配列を示す図である。
【図４４】配列番号３７に示す塩基配列を示す図である。
【図４５】配列番号３８に示す塩基配列を示す図である。
【図４６】配列番号３９に示す塩基配列を示す図である。
【図４７】配列番号４０に示す塩基配列を示す図である。
【図４８】配列番号４１に示す塩基配列を示す図である。
【図４９】配列番号４２に示す塩基配列を示す図である。
【図５０】配列番号４３に示す塩基配列を示す図である。
【図５１】配列番号４４に示す塩基配列を示す図である。
【図５２】配列番号４５に示す塩基配列を示す図である。
【図５３】配列番号４６に示す塩基配列を示す図である。
【図５４】配列番号４７に示す塩基配列を示す図である。
【図５５】配列番号４８に示す塩基配列を示す図である。
【図５６】配列番号４９に示す塩基配列を示す図である。
【図５７】配列番号５０に示す塩基配列を示す図である。
【図５８】配列番号５１に示す塩基配列を示す図である。
【図５９】配列番号５２に示す塩基配列を示す図である。
【図６０】配列番号５３に示す塩基配列を示す図である。
【図６１】配列番号５４に示すアミノ酸配列を示す図である。
【図６２】配列番号５５に示す塩基配列を示す図である。
【図６３】配列番号５６に示すアミノ酸配列を示す図である。
【図６４】（ａ）は、ベルべリン高生産株SMT株（培養１，２，３週）、低生産株CJY株（培養１，２週）、ならびに生産性は低いが生合成酵素遺伝子の発現が高いCJ8株（培養１，２，３週）における、norcoclaurine synthase遺伝子の発現をノザン解析によって調べた結果を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の結果をもとに、CJY株の値を基礎として相対評価した結果を示す図である。
【図６５】norcoclaurine synthase活性のＨＰＬＣによる測定結果を示す図である。
【図６６】norcoclaurine synthase反応によって生成した反応産物のLC−MS分析の結果を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【配列表】
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